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MEMORIA DE CÁLCULO DISTANCIAS MÍNIMAS DE SEGURIDAD AAELEC S.A. SOLUCIONES DE INGENIERÍA REP. LEGAL: ANDRÉS MOSSIN NAGGANT TEMUCO 25 DE ABRIL DE 2017

MC. Distancias Mínimas de Seguridad

CONTENIDO 1

ALCANCES.................................................................................................................................................. 1

2

OBJETIVOS................................................................................................................................................. 1

3

CONSIDERACIONES GENERALES Y REFERENCIAS.............................................................................1

4

CONDICIONES AMBIENTALES Y SISTEMA ELÉCTRICO........................................................................2

5

6

7

4.1

Condiciones Ambientales.................................................................................................................... 2

4.2

Características del Sistema Eléctrico.................................................................................................2

determinación de aislación.......................................................................................................................... 3 5.1

Aislador Considerado.......................................................................................................................... 3

5.2

Densidad Relativa del Aire.................................................................................................................. 3

5.3

Sobrevoltaje de Maniobras................................................................................................................. 3

5.4

Sobrevoltaje a Frecuencia Industrial (Vfi)...........................................................................................3

5.5

Efecto de la Contaminación................................................................................................................4

DISTANCIA DE DISEÑO............................................................................................................................. 4 6.1

Distancias mínimas en aire................................................................................................................. 6

6.2

Distancias para el dimensionamiento de la subestación....................................................................6

6.3

Condiciones Partes Rígidas................................................................................................................7

6.4

Condición Partes Flexibles................................................................................................................. 7

6.5

Distancia de fuga................................................................................................................................ 7

ANEXOS...................................................................................................................................................... 9

MC. Distancias Mínimas de Seguridad 1

ALCANCES

El presente documento considera las distancias mínimas de seguridad calculadas en base a normas chilenas e internacionales para el proyecto “Ampliación Subestación Don Goyo”, cuyo objetivo es el seccionamiento completo de la línea de Transmisión Troncal 2x220[kV] Pan de Azúcar- Las Palmas, que se desarrollará en el marco del plan de expansión de la Transmisión Troncal del Ministerio de Energía. 2

OBJETIVOS ●

Analizar las distancias eléctricas y de seguridad del proyecto “Ampliación Subestación Don Goyo. ●

3

Estudiar la normativa aplicable a modo de justificar cada uno de los cálculos y estimaciones realizadas.

CONSIDERACIONES GENERALES Y REFERENCIAS

Las distancias mínimas de seguridad sentarán las bases para el desarrollo de las actividades siguientes como elaboración del conjunto de planos (planta/corte) y posterior materialización del proyecto. Para el diseño de las distancias eléctricas y de seguridad, serán consultadas las siguientes normas: [1] Subestaciones de alta y extra alta tensión. Mejías y Villegas. HMV INGENIEROS Ltda. [2] NSEG 5 E.n.71 Reglamento de Instalaciones Eléctricas de Corrientes Fuertes. [3] IEC 60815-1, Guide for the selection of insulators in respect of polluted condition [4] IEC 60815-2, “Selection and dimensioning of high-voltage insulators intended for use in polluted condition – part 2: Ceramic and glass insulators for a.c. systems”. [5] IEC 60071-2, 1996, Insulation co-ordination-Part 2: Application Guide. 4

CONDICIONES AMBIENTALES Y SISTEMA ELÉCTRICO 4.1

Condiciones Ambientales

El proyecto se desarrollará en la comuna de Ovalle, Región de Coquimbo, se trata de una zona desértica, en donde prácticamente no precipita, temperaturas elevadas durante el día y bastante bajas por la noche. Altitud: 207 [msnm] Distancia a la costa: 20 [km] Temperatura media anual: 15.1 °C Temperaturas máximas: 28 °C Temperaturas mínimas: 5 °C Precipitaciones mínimas: 0 [mm] Precipitaciones Máximas: 21 [mm] 4.2

Características del Sistema Eléctrico

La ampliación de la Subestación Eléctrica Don Goyo, se proyecta en un terreno contiguo a la subestación del mismo nombre, en configuración de barra principal y transferencia que secciona un circuito de la Línea Pan

1

MC. Distancias Mínimas de Seguridad de Azucar- Las Palmas 2x220 [kV], perteneciente al Sistema de Transmisión Troncal (Nacional). El nuevo proyecto tiene por objetivo seccionar el segundo circuito y está dado por una configuración de barra seccionada más barra de transferencia considerando un solo seccionamiento, por lo tanto consta de cuatro paños. De acuerdo con la norma IEC 60071-1 los niveles de aislamiento asociados con la máxima tensión del sistema son los que se indican a continuación: Tabla 1: Parámetros del sistema Tensión de operación nominal

220

[kV]

Frecuencia nominal

50

[Hz]

Tensión de Soportabilidad al Impulso Tipo Atmosférico (BIL): Es una tensión de impulso que tiene un tiempo de frente de 1,2 [μseg] y un tiempo hasta la mitad del valor de 50 [μseg] (IEC 60071-1). Corresponde al valor de cresta de la onda de sobretensión máximo que puede soportar el elemento aislante sin que se produzca carga disruptiva, a través del aislante. 5

DETERMINACIÓN DE AISLACIÓN 5.1

Aislador Considerado

La selección de aisladores se realizará en base a las normas IEC 60815, 2013, e IEC 60071-2,. Utilizando aisladores de soporte tipo poste de porcelana para la conexión de equipos en el patio y para las cadenas se utilizarán aisladores de suspensión de vidrio templado en base a las distancias de fuga, del ítem correspondiente.(Anexo) 5.2

Densidad Relativa del Aire

La densidad del aire puede ser calculada con la expresión siguiente, donde rho es la densidad a la altitud dada y rho cero es la de referencia.

A nivel del mar rho cero es 1.2 kg/m3. A 200 metros (S/E) la densidad es aproximadamente 1.13 kg/m3. Por lo tanto, la densidad relativa es: 0.9416.

5.3

Sobrevoltaje de Maniobras

Als er una S/E que operará a 220 KV, los elementos de Don Goyo, pertenecen al rango I, definido por la IEC 60071-1. Para este rango, es necesario sólo dos tipos de sobrevoltajes de maniobra determinados, para determinar el nivel de aislación. Los valores necesarios de soportabilidad al impulso de maniobra fase a tierra Uft se determinan con la prueba de corta duración con frecuencia industrial, mientras que el impulso de maniobra en fase a fase Uff, se cubre los requerimientos de valor con ensayo de soportabilidad al impulso tipo rayo o de corta duración a frecuencia industrial. 5.4

Sobrevoltaje a Frecuencia Industrial (Vfi)

Los cálculos de tensión de soportabilidad de corta duración a frecuencia industrial (SDW), se calculan a la

2

MC. Distancias Mínimas de Seguridad entrada de la línea y en los equipos, mediante las ecuaciones: Equipos a entrada de línea:

Para otros equipos:

Dónde Urw es la tensión de soportabilidad requerida.Ésta se calcula a partir de las tensiones de soportabilidad Ucw, a las cuales se les ha aplicado los factores de corrección de seguridad y de altitud de la instalación, si se trata de sobretensiones temporales. 5.5

Efecto de la Contaminación

De acuerdo a la norma IEC 60815-2 por la descripción del ambiente y a fin de suponer el escenario más adverso, se clasifica el nivel de contaminación como “ Muy Pesado”, por lo tanto la mínima distancia de fuga corresponde a [31 mm/kV]. 6

DISTANCIA DE DISEÑO Corresponden a las separaciones mínimas que deben mantenerse en el aire entre partes energizadas de equipos y tierra, o en equipos sobre los cuales es necesario realizar trabajos.

En la siguiente tabla se dan valores normales de tensión máxima del equipo y de tensión nominal del sistema, para sistemas de Alta Tensión, según la NSEG 75v3. Tabla 2 Tensión Máxima en el equipo.

Tabla 3 Niveles de aislamiento normalizados para la gama I (1 kV < Um ≤ 245 kV)

3

MC. Distancias Mínimas de Seguridad

A partir de las tablas 2 y 3 es posible obtener tanto los valores de tensión máxima en los equipos, como la tensión de soportabilidad al impulso tipo rayo, que se especifica en tabla 4, los cuales serán cruciales para realizar cálculos posteriores.

Tensión máxima del sistema

245

[kV]

Tensión de soportabilidad al impulso tipo rayo (BIL)

1050

[kV]

6.1

Distancias mínimas en aire

La Tabla 5 (IEC 60071-2) muestra la relación de la separación mínima en aire con la tensión de soportabilidad normalizada según el nivel de aislamiento al impulso tipo rayo. Tabla 5: Correlación entre el nivel de soportabilidad al impulso tipo rayo y las distancias mínimas en el aire (Um < 300 [kV])

4

MC. Distancias Mínimas de Seguridad

Distancia mínima en el aire [mm] Tensión de soportabilidad al impulso tipo rayo [kV]

6.2

Varillaestructura

Conductorestructura

20

60

-

40

60

-

60

90

-

75

120

-

95

160

-

125

220

-

145

270

-

170

320

-

250

480

-

325

630

-

450

900

-

550

1100

-

650

1300

-

750

1500

-

850

1700

1600

950

1900

1700

1050

2100

1900

Distancias para el dimensionamiento de la subestación

El dimensionamiento de la subestación está condicionado básicamente por las siguientes distancias:

· · · ·

Ancho de barras Ancho de campo Altura de campo Longitud de campo

5

MC. Distancias Mínimas de Seguridad Estos aspectos son una aplicación directa de las distancias mínimas y de seguridad, además de la facilidad para mantenimientos. 6.3

Condiciones Partes Rígidas Ancho de barras

El ancho de barras se determina de diferentes maneras según sus características pueden ser flexibles como rígidas. En la subestación Don Goyo de 220 [kV], cuenta con barra principal más barra de transferencia, las cuales corresponden a barras rígidas. Para las distancias mínimas de barras, se debe tomar en cuenta:

· ·

En las rígidas se utilizan directamente distancias mínimas fase-fase en el aire, tomando un factor de seguridad de 5% y 10%. Si existe otro barraje adyacente entre las fases más cercanas, se considera la distancia fase-fase incrementada en un 25%.(ejemplo configuración barra doble)

Figura 8: Ancho de barras. Barra rígida. 6.4

Condición Partes Flexibles

En el diseño de una subestación, se tiene que las partes flexibles son las cadenas de aisladores que soportan los puentes de unión de las secciones de barras y las cadenas que soportan las bajas de los conductores hacia los equipos. Para este tipo de cálculo se tiene dos tipos de distancias: de fase y fuga. 6.5

Distancia de fuga

La distancia mínima de fuga se determina en base a la norma IEC 60815, parte 1 y 2, considerando la distancia de fuga nominal para el nivel de contaminación seleccionado, la tensión máxima del sistema y las características geométricas del perfil de los aisladores. Puesto que el nivel de contaminación se clasifica como “Muy Pesado”, se asume una distancia de fuga específica(RUSCD) de 31,0 [mm/kV] La expresión para calcular la distancia de fuga es la siguiente: USCD=RUSCDxKad Donde: RUSCD: Distancia de fuga específica de referencia (31,0 mm/kV) Kad: Factor de corrección por diámetro promedio (Aplica para los aisladores de soporte) Para obtener el valor de la constante Kad, se calcula el diámetro promedio, como sigue:

6

MC. Distancias Mínimas de Seguridad Da= (Ds1+Ds2+2xDt)/4

Si Da < 300 mm, entonces: Kad=1 Si Da>= 300 mm, entonces: Kad=0,0005xDa+0,85 Aislador de soporte de tipo poste para 220 kV Bajo el supuesto de Da < 300 mm, se tiene: USCD= 31[mm/kV] La distancia mínima se obtiene: Distancia de fuga mínima [mm]=U_m/(√3 ) USCD=4384 mm Con U_m: Tensión Máxima del sistema [245 kV]. Cadena de aisladores de vidrio templado en 220 kV para anclaje: Distancia de fuga mínima [mm]=U_m/(√3 ) USCD=4384 mm

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MC. Distancias Mínimas de Seguridad 7

ANEXOS

Aislador para cadena de aisladores de 220 kV

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MC. Distancias Mínimas de Seguridad

Aislador de soporte tipo poste para 220 kV

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