(4) G691074-B1083-U088-1 Memoria Cadena de Aisladores

MEMORIA DE CALCULO SELECCIÓN DE CADENA DE AISLADORES Y AISLADORES SOPORTE SUBESTACION INDUSTRIALES 220/60 kV REVISION 01

Proyecto:

“ELABORACIÓN DE LA INGENIERÍA DE DETALLE PARA NUEVA SET INDUSTRIALES 220/ 60 kV – LUZ DEL SUR”

Cliente: LUZ DEL SUR S.A.A. ORDEN DE COMPRA Nº 019983

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(4) G691074-B1083-U083-0

Nov - 2012

COPIA CONTROLADA Nº ………………………

DISTRIBUCIÓN Distribución electrónica para todo el personal de la división a través de la Intranet SIEMENS PTD-H: Arturo Salas, Alex Zapata, José Cobaleda, Carlos Zapata LUZ DEL SUR: Enrique Dianderas, Malvin Milla DISTRIBUCIÓN NOMBRE/SIGLA 1.

FIRMA

FECHA

LUZ DEL SUR

SIEMENS Elaboró

SIEMENS

Revisó

SIEMENS

Aprobó

SIEMENS

Formato base: F4206001.001

NOMBRE/SIGLA 2.

FIRMA

FECHA Dic -2012

SIEMENS E T HS

Energy

Fecha emisión:

ET HS

21/12/2012

Selección de Cadena de Aisladores y Aisladores Soporte Nueva SET Industriales 220/60 kV

Código Documento:

© Siemens AG 2012 All Rights Reserved

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SELECCIÓN DE CADENA DE AISLADORES Y AISLADORES TIPO POSTE ÍNDICE 1. 

OBJETIVO ............................................................................................................... 3 

2. 

CARACTERISTICAS DEL SISTEMA Y DEL SITIO ................................................ 3 

3. 

SELECCIÓN DE AISLADORES POLIMERICOS .................................................... 5 

3.1 

NIVEL DE CONTAMINACIÓN SEGÚN NORMA IEC 60815-1. ........................................... 6 

3.2 

DISTANCIA DE FUGA MÍNIMA. .......................................................................................... 6 

3.3 

DISTANCIA DE FUGA FINAL ............................................................................................. 9 

3.4 

DISTANCIA CRÍTICA .......................................................................................................... 9 

3.5 

AISLADORES SELECCIONADOS ...................................................................................... 9 

3.6 

ANILLOS. .......................................................................................................................... 13 

4. 

SELECCIÓN DE AISLADORES SOPORTE TIPO POSTE 60 KV Y 220 KV ........ 13 

4.1 

CARACTERISTICAS ELECTRICAS ................................................................................. 13 

4.2 

CARACTERISTICAS MECANICAS ................................................................................... 14 

4.3 

TENSION DE ROTURA Y ESFUERZOS EN AISLADORES TIPO POSTE ...................... 14 

4.4 

NIVEL DE CONTAMINACIÓN SEGÚN NORMA IEC 60815-1. ......................................... 15 

4.5 

DISTANCIA DE FUGA MÍNIMA. ........................................................................................ 15 

4.6 

DISTANCIA DE FUGA FINAL ........................................................................................... 16 

4.7 

DISTANCIA CRÍTICA ........................................................................................................ 16 

4.8 

AISLADORES SELECCIONADOS .................................................................................... 16 

5. 

SELECCIÓN DE AISLADORES SOPORTE TIPO POSTE 10 KV ........................ 20 

5.1 

CARACTERISTICAS ELECTRICAS ................................................................................. 20 

5.2 

CARACTERISTICAS MECANICAS ................................................................................... 20 

5.3 

TENSION DE ROTURA Y ESFUERZOS EN AISLADORES TIPO POSTE ...................... 21 

5.4 

NIVEL DE CONTAMINACIÓN SEGÚN NORMA IEC 60815 - 1. ....................................... 21 

5.5 

DISTANCIA DE FUGA MÍNIMA. ........................................................................................ 21 

5.6 

DISTANCIA DE FUGA FINAL ........................................................................................... 22 

5.7 

DISTANCIA CRÍTICA ........................................................................................................ 22 

5.8 

AISLADORES SELECCIONADOS .................................................................................... 22 

6. 

CONCLUSIONES ................................................................................................... 23 

7. 

REFERENCIAS ...................................................................................................... 24 

8. 

ANEXO ................................................................................................................... 24 

8.1 

HOJAS TÉCNICAS DE CADENAS DE AISLADORES POLIMÉRICOS ........................... 24 

8.2 

HOJAS TÉCNICAS DE AISLADORES DE PORCELANA 60 KV Y 220 KV ..................... 24 

8.3 

HOJA TÉCNICA DE AISLADORES SOPORTE DE PORCELANA 10 KV........................ 24 

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1.

OBJETIVO

El objeto de este documento es presentar la metodología, los datos y los resultados de La selección de las cadenas de aisladores polimérico para retención y los aisladores de porcelana para soporte exterior en 220 kV, 60 kV y 10 kV asociados a los diseños de la ingeniería de detalle para la nueva SET Industriales 220/60/10 kV .

2.

CARACTERISTICAS DEL SISTEMA Y DEL SITIO

En la Tabla 1 se presentan los parámetros generales para la nueva SET Industriales 220/60 kV. Las características del sistema eléctrico son las siguientes: Tabla 1. Características eléctricas del sistema

PARÁMETRO a) Frecuencia asignada, (Hz) b) Puesta a tierra c) Número de fases d) Tensión asignada del equipo, (kV) e) Tensión de operación del sistema (kV) f) Tensión asignada soportada al impulso tipo rayo, (kV) g) Tensión asignada soportada a la frecuencia industrial, (kV) h) Corriente de cortocircuito prevista, (kA) i) Máxima duración admisible del cortocircuito, (s)

220 kV

60 kV

10 kV

60

60

10

Sólido

Sólido

-

3

3

1

245

72,5

12

220

60

10

1050

325

75

460

140

38

40

40

90

1

1

1

31

31

31

100

100

100

300

300

300

500

500

-

500

500

-

R, S, T

R, S, T

-

j) Distancia de fuga mínima, (mm/kV)  Zona con contaminación pesada k) Tiempo normal de aclaración de la falla, (ms) l) Tiempo de aclaración de la falla en respaldo, (ms) m) Tiempo muerto del reenganche automático  Reenganche monopolar, (ms)  Reenganche tripolar, (ms)

n) Identificación de fases

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En la Tabla 2, se pueden observar los parámetros ambientales del sitio donde se ubica la subestación. Tabla 2. Características del sitio DESCRIPCIÓN Altura (msnm)

250

Temperatura Mínima (°C)

13

Temperatura Media Anual (°C)

20

Temperatura Máxima (°C)

32

Humedad Relativa (%)

99

Nivel Ceráunico. (Descargas/km2/año).

5

Velocidad Viento Máximo (km/h)

50

Aceleración Sísmica Horizontal (g)

0,40

Aceleración Sísmica Vertical (g)

0,27

*Ver mapa isoceraúnico del Perú

Archivo: (4) G691074-B1083-U88-1

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Figura 1. Mapa Isoceraúnico del Perú

NUEVA SET INDUSTRIALES

3.

SELECCIÓN DE AISLADORES POLIMERICOS

La selección de los aisladores debe ser tal que garantice una rigidez dieléctrica adecuada entre las partes energizadas y tierra, además soportar mecánicamente los conductores en la subestación bajo las posibles circunstancias de viento, contaminación, esfuerzos de cortocircuito y sismos. El tipo de aisladores a ser utilizados serán del tipo polimérico que dependen de los siguientes aspectos:    

Tensión nominal Tensión máxima Electromecánica. Nivel de aislamiento al impulso tipo rayo Grado de contaminación de la zona de la instalación

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

Altura sobre el nivel del mar

De acuerdo con la norma IEC 60815-1 se puede realizar la selección y dimensionamiento del aislador bajo tres enfoques. El primero de ellos contempla el uso de la experiencia pasada, el segundo de ellos utiliza mediciones o estimaciones de la severidad de la contaminación en el sitio y pruebas de laboratorio, mientras la tercera metodología permite dimensionar y seleccionar el aislador a partir de un estimado del nivel de contaminación y a diferentes consideraciones de ambientes típicos, el presente informe se basa en la tercera metodología. 3.1 NIVEL DE CONTAMINACIÓN SEGÚN NORMA IEC 60815-1. De acuerdo a la zona del proyecto, se tiene establecido que el nivel de contaminación es pesado (según norma, IEC 60815-2008), así, basados en la Tabla 5 y el numeral 7 de la norma, las condiciones ambientales son de tipo A y con una clase SPS de E7. Es así como la Figura 3 de la norma IEC 60815-1 asocia el tipo E7 con un nivel de contaminación muy pesado. 3.2 DISTANCIA DE FUGA MÍNIMA. La distancia de fuga mínima de un aislador situado entre fase y tierra se determina de acuerdo con el nivel de contaminación del sitio, utilizando la siguiente relación: Distancia de fuga mínima [mm] = USCD* En donde: Um: USCD: En donde: USCD: RUSCD: Ka: Kad:

Um 3

Tensión línea a línea máxima del sistema en kV Distancia de fuga específica unificada [mm/kV] RUSCD*Ka*Kad Distancia de fuga específica unificada de referencia [mm/kV] Factor de corrección por altura Factor de corrección debido al diámetro promedio del aislador

3.2.1 DETERMINACIÓN DE RUSCD En el Anexo J de la norma, Tabla 3, se presenta una tabla de correspondencia entre la distancia mínima de fuga y la distancia mínima de fuga unificada (RUSCD)

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Tabla 3. Correspondencia entre la distancia mínima de fuga y la distancia mínima de fuga unificada (RUSCD)

El valor nominal de distancia de fuga mínima dado en las especificaciones técnicas del proyecto, especificada según la norma en mención y mostrada en la Tabla 3 es 31 mm/kV, así, según la correspondencia de la Tabla 3, se concluye que el valor a ser usado de USCD para la nueva SET Industriales es 53,7 mm/kV. El RUSCD también se puede determinar a partir del nivel de contaminación definido y con la Figura 2 de la norma IEC 60815-3, la cual se presenta a continuación.

Figura 2. RUSCD en función de la severidad de polución del sitio SPS

Cada letra representa un nivel de severidad de polución en el sitio, como se muestra a continuación: Nivel de contaminación: a Muy ligero b Ligero c Medio d Pesado e Muy pesado Dado que para la subestación se seleccionó un nivel de contaminación muy pesado y utilizando la Figura 2, le corresponde un RUSCD de 53,7 mm/kV.

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3.2.2 DETERMINACIÓN DE Ka Según la norma IEC – 60815-3, el factor Ka se debe realizar solo si es necesario o para altitudes mayores a 1500 m, de lo contrario se puede asumir Ka=1. El factor de corrección atmosférico está definido por la siguiente ecuación:

Ka  e

 H  m   8150 

Dónde: H

Altura sobre el nivel del mar, m

Para aisladores contaminados, se recomienda seleccionar un valor m entre 0,5 para aisladores normales hasta 0,8 para aisladores anti-fog (ver numeral 4.2.2, norma IEC 60071-2). Como la altitud es menor a 1500 m se asume Ka = 1 3.2.3 DETERMINACIÓN DE Kad El factor Kad puede tomar los siguientes valores dependiendo del diámetro promedio (Dm): Kad=1,

Da < 300 mm

Kad se toma de la Figura 3 cuando Da ≥ 300 mm El diámetro promedio se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula: Da = (2Dt + Ds1 +Ds2)/4 Donde Dt, Ds1 y Ds2 corresponde a los valores presentados en la Figura 3.

Figura 3. Kad en función del diámetro del aislador

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En este caso los diámetros promedios de los aisladores seleccionados son menores de 300 mm, por lo tanto Kad = 1. De acuerdo a las consideraciones anteriores el RUSCD para esta subestación es 53,7mm/kV. Con este valor USCD las distancias de fuga mínima para la nueva SET Industriales, serán:  En el nivel de 220 kV es de 53,7*(245/√3)*1,00 = 7595,91 mm.  Para el nivel de 60 kV es de 53,7*(72,5/√3)*1,00= 2247,76 mm. 3.3 DISTANCIA DE FUGA FINAL Una vez el RUSCD ha sido corregido la distancia de fuga mínima final dada en mm/kV, es determinada por los aisladores a seleccionar aproximando por encima la distancia de fuga más cercana disponible. 3.4 DISTANCIA CRÍTICA La longitud de la cadena de aisladores debe ser por lo menos igual a la distancia crítica fase-tierra requerida para un nivel de aislamiento de 1050 KVp en el sistema de 220 kV y de 325 KVp para el sistema de 60 KV. Se trata de comprobar entonces si con la distancia que tiene el aislador preseleccionado se obtiene una longitud de la cadena mayor o igual a la distancia crítica fase a tierra requerida, por lo tanto no se consideran los herrajes. De acuerdo con lo anterior, el valor de distancia critica o de arco del aislador preseleccionado debe ser superior a la distancia critica fase-tierra correspondiente a 2100 mm para el nivel de tensión de 245 kV y 630 mm para 60 kV. (Ver Tabla A.1 norma 60071-2) 3.5 AISLADORES SELECCIONADOS A continuación se presentan las características de la cadena de aisladores propuesta para la nueva Subestación Industriales 220/60/10 kV de acuerdo al fabricante NGK (Ver anexo 1). Tabla 4. Características de Aisladores Poliméricos (Referencia NGK) Ref (o Similar)

Longitud [mm]

Distancia de fuga [mm]

Cadena

251-SL740-SJ-08

2490

8251

2290

1515

Cadena

251-SS280-SJ-08

1110

2401

892

620

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Distancia Soportabilidad al de arco impulso tipo rayo [mm] (neg) [kV]

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3.5.1

TENSIÓN DE ROTURA Y ESFUERZOS EN LA CADENA

De acuerdo a la información se tiene lo siguiente: 1. La prueba de carga de rotura de todos los tipos de cadenas de aisladores poliméricos que se emplearían en la nueva SET Industriales 220/60 kV es de 111 kN. En el anexo 1 se indican las características de los aisladores poliméricos del fabricante NGK Locke Polymer Insulators, Inc. 2. La tensión máxima de diseño para templas en la nueva SET Industriales 220/60 kV, es 10,14 kN para 220 kV y de 9,46 kN para 60 kV y se muestra en el documento G691074-B1083-U90 Guía para el Diseño de Estructuras Metálicas, el cual considera cada una de las cargas a las cuales están sometidas las cadenas, Cargas de conexión, cargas debidas al cambio de condiciones de temperatura, cargas de cortocircuito, cargas de viento y cargas de sismo. Para comprobar que las cadenas de aisladores soporten las tensiones aplicadas se considera un factor de seguridad de 2, es decir, la tensión máxima que se permite debe ser como mínimo la mitad de la carga de rotura, o sea, 55 kN. Por lo tanto, teniendo en cuenta que la carga de diseño (< 12 kN) es menor que la máxima carga de rotura (111 kN), se concluye que las cadenas de aisladores poliméricas soportarán de manera segura y confiable las tensiones electromecánicas a las cuales será sometida la subestación. 3.5.2

3.5.2.1

VERIFICACION DE LOS PARAMETROS DEL PERFIL DE LOS AISLADORES POLIMERICOS SELECCIONADOS

CLASIFICACIÓN DEL PERFIL

El perfil de los aisladores seleccionados para 220 kV y 60 kV, son clasificados como de campanas alternadas para uso horizontal y p1 - p2 ≥ 0,18p1 mm de donde p1 y p2 se toma de la siguiente figura.

Figura 4. Clasificación del aislador

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3.5.2.2

RELACIÓN ESPACIO CAMPANA

Esta relación es definida como s/p y estas variables se aprecian en la Figura 5 e igualmente en la Figura 6 se define el rango óptimo de esta relación.

Figura 5. Relación espacio campana

Figura 6. Desviación s/p para aisladores Para los aisladores seleccionados tanto en 220 kV como en 60 kV se cuenta con el valor de s = 60,96 mm para el valor de p, se tiene un valor menor de 60,96 mm, por lo tanto s/p > 1 y ya que este valor se encuentra en la zona blanca, los parámetros están dentro de un rango normal. 3.5.2.3

RELACION MINIMA ENTRE CAMPANAS

Este valor está definido en la Figura 7 igualmente en la Figura 8 se define el rango óptimo de este valor.

Figura 7. Distancia mínima entre campanas

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Figura 8. Desviación para c de aisladores

Teniendo en cuenta el numeral anterior para los aisladores seleccionados no se cuenta con este dato explícitamente, sin embargo se cuenta con los parámetros “s”, por lo que se deduce que entre campanas existe una distancia cercana a las mismas, es decir para 220 kV y 60 kV sería un valor mayor a 50 mm y este valor se encuentran en la zona blanca, el parámetro está dentro de un rango normal.

3.5.2.4

FACTOR DE FUGA

El factor de fuga es una verificación global de la densidad general de la distancia de fuga. Está definido por la siguiente relación:

CF  l / A Donde l Distancia de fuga nominal del aislador A Distancia de arco del aislador De acuerdo con la norma IEC 60815-3, con base en la severidad de polución del sitio (SPS), se define el rango óptimo de desviación del factor de fuga tal como se muestra en la Figura 9.

Figura 9. Desviaciones para el factor de fuga

Para el aislador polimérico seleccionado en 220 KV y de acuerdo con el plano del fabricante, la distancia de fuga nominal es 8154 mm y la distancia de arco es 2269 mm. Por lo tanto el factor de fuga es :

CF 

l 8251   3,60 A 2290

Este valor se encuentra dentro de la zona blanca por lo que los parámetros están dentro del rango normal.

Archivo: (4) G691074-B1083-U88-1

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Para el aislador polimérico seleccionado en 60 KV y de acuerdo con el plano del fabricante, la distancia de fuga nominal es 2401 mm y la distancia de arco es 892 mm. Por lo tanto el factor de fuga es : CF 

l 2401   2,69 A 892

Este valor se encuentra dentro de la zona blanca por lo que los parámetros están dentro del rango normal. En el anexo 1 se indican las características de los aisladores seleccionados. 3.6 ANILLOS. Por recomendación de los fabricantes para niveles de alta tensión, es necesaria la utilización de anillos, es por esto que las cadenas de aisladores poliméricos deberán contar con un anillo en el extremo del cable de 203,2 mm de diámetro. 4.

SELECCIÓN DE AISLADORES SOPORTE TIPO POSTE 60 kV y 220 kV

La selección de los aisladores soporte serán diseñados bajo la norma IEC 60273 – 1990 para definir sus características mecánicas y eléctricas Se complementa la selección de las características de los aisladores soporte, aplicando la norma IEC 60815 - 2008 donde corresponda (parte 1 y 2), esto es: a) Nivel de contaminación b) Distancia de fuga c) Selección de los Parámetros de los Perfiles de los Aisladores

4.1 CARACTERISTICAS ELECTRICAS De acuerdo a lo indicado en el ítem 2 del presente documento, y en base al estudio de coordinación de aislamiento desarrollado en el documento (4)G691074-B1083-U085, se tiene que las características eléctricas de los aisladores soporte tipo poste que sean seleccionados deben cumplir con los siguientes parámetros: Tabla 5. Definición de Características Eléctricas

PARÁMETRO Tensión asignada del equipo, (kV) Tensión asignada soportada al impulso tipo rayo, (kV) Tensión asignada soportada a la frecuencia industrial, (kV)

220 kV

60 kV

245

72,5

1050

325

460

140

31

31

Distancia de fuga mínima, (mm/kV) fase – fase  Zona con contaminación pesada

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4.2 CARACTERISTICAS MECANICAS La determinación de las características mecánicas se basan en los cálculos de las diferentes condiciones de carga que puedan presentarse, los mismas que se muestran en el documento desarrollado (4) G691074-B1083-U90 Guía para el diseño de estructuras metálicas. Las clases de resistencia mecánica para los aisladores de soporte tipo poste de material cerámico se indican en la tabla 6: Tabla 6. Clases de Resistencia Mecánica

CLASE DE RESISTENCIA

FUERZA (N)

2 4 6 8 10

2000 4000 6000 8000 10000

La fuerza indicada en la Tabla 6 es la máxima carga aplicada horizontalmente en la parte superior del aislador cuando este se instala en forma normal vertical. La designación de los aisladores soporte exteriores de acuerdo con la norma IEC 60273 – 1990 se realiza con la letra “C” representando con ella aisladores cilíndricos de cerámica

4.3 TENSION DE ROTURA Y ESFUERZOS EN AISLADORES TIPO POSTE Aislador tipo poste invertido como soporte como conexionado de trampa de ondas y como conexionado con conductor flexible (sistema 220 kV). De acuerdo a la información se tiene lo siguiente:  La prueba de carga de rotura del aislador tipo poste que se emplearan como soporte de las trampas de onda y conexionado con conductor flexible, es de 8000 N. Considerando que la máxima fuerza aplicada calculada es de 3325 N, la cual ha considerado cada una de las cargas a las cuales está sometido el aislador soporte, cargas de conexión, cargas debidas al cambio de condiciones de temperatura, cargas de cortocircuito, cargas de viento y cargas de sismo (ver documento (4) G691074-B1083-U90 Guía para el diseño de estructuras metálicas. Aislador tipo poste con conexionado con conductor tubular rígido (sistema 60 kV)

De acuerdo a la información se tiene lo siguiente:  La prueba de carga de rotura del aislador tipo poste que se emplearan

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como soporte de los conductores tubulares rígidos, es de 8000 N. Considerando que la máxima fuerza aplicada calculada es de 3150 N, la cual ha considerado cada una de las cargas a las cuales está sometido el aislador soporte, cargas de conexión, cargas debidas al cambio de condiciones de temperatura, cargas de cortocircuito, cargas de viento y cargas de sismo (ver documento (4) G691074-B1083-U90 Guía para el diseño de estructuras metálicas. 4.4 NIVEL DE CONTAMINACIÓN SEGÚN NORMA IEC 60815-1. De acuerdo a la zona del proyecto, aplica también para los aisladores soporte de porcelana, lo desarrollado en el ítem 3.1, es decir el nivel de contaminación es muy pesado (según norma, IEC 60815-2008), así, basados en la Tabla 5 y el numeral 7 de la norma, las condiciones ambientales son de tipo A y con una clase SPS de E7. 4.5 DISTANCIA DE FUGA MÍNIMA. La distancia de fuga mínima de un aislador soporte tipo poste situado entre fase y tierra se determina de acuerdo con el nivel de contaminación del sitio, utilizando la relación descrita en el ítem 3.2, esto es : Distancia de fuga mínima [mm] = USCD* En donde: Um: USCD: En donde: USCD: RUSCD: Ka: Kad:

Um 3

Tensión línea a línea máxima del sistema en kV Distancia de fuga específica unificada [mm/kV] RUSCD*Ka*Kad Distancia de fuga específica unificada de referencia [mm/kV] Factor de corrección por altura Factor de corrección debido al diámetro promedio del aislador

El Valor del USCD viene determinado tal como se mencionó y se desarrolló en el apartado 3.2. del presente documento, que determina que éste valor es de 53,7 mm/kV Con este valor USCD la distancia de fuga mínima para los aisladores soporte tipo poste de la nueva SET Industriales son: a) En el nivel de 220 kV es de 53,7*(245/√3)*1,00 = 7595,91 mm. b) En el nivel de 60 kV es de 53,7*(72,5/√3)*1,00= 2247,76 mm.

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4.6 DISTANCIA DE FUGA FINAL Una vez que el RUSCD ha sido corregido la distancia de fuga mínima final dada en mm/kV, es determinada por el aislador a seleccionar aproximando por encima la distancia de fuga más cercana disponible. 4.7 DISTANCIA CRÍTICA La longitud de los aisladores soporte tipo poste debe ser por lo menos igual a la distancia crítica fase-tierra requerida para un nivel de aislamiento de 1050 KVp en el sistema de 220 kV y de 325 KVp para el sistema de 60 KV. Se trata de comprobar entonces si con la distancia que tiene el aislador preseleccionado se obtiene una longitud del aislador soporte tipo poste mayor o igual a la distancia crítica fase a tierra requerida. De acuerdo con lo anterior, el valor de distancia critica o de arco del aislador preseleccionado debe ser superior a la distancia critica fase-tierra correspondiente a 2100 mm para el nivel de tensión de 245 kV y 630 mm para 60 kV. (Ver Tabla A.1 norma 60071-2) 4.8 AISLADORES SELECCIONADOS A continuación se presentan las características de los aisladores soporte propuestos para la nueva Subestación Industriales 220/60/10 kV de acuerdo al fabricante Santana (Ver anexo 2). Tabla 7. Características de Aisladores Soporte (Referencia Santana) Ref (o Similar)

Longitud [mm]

Distancia de fuga [mm]

Soporte Tipo Poste

273 – CLASS C8 – 1050

2300

7600

2100

1050

Soporte Tipo Poste

273 – CLASS C8 – 325

770

2250

700

350

4.8.1

4.8.1.1

Distancia Soportabilidad al de arco impulso tipo rayo [mm] [kV]

VERIFICACION DE LOS PARAMETROS DEL PERFIL DE LOS AISLADORES SOPORTE SELECCIONADOS

CLASIFICACIÓN DEL PERFIL

El perfil de los aisladores soporte seleccionados para 220 kV, es clasificado como de perfil alternado, mientras que para 60 kV es clasificado como de

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campanas uniformes con p1 = p2 de donde p1 y p2 se toma de la siguiente figura.

Figura 10. Clasificación de aislador

4.8.1.2

RELACIÓN ESPACIO CAMPANA

Esta relación es definida como s/p y estas variables se aprecian en la Figura 11 e igualmente en la Figura 12 se definen los rangos óptimos de esta relación.

Figura 11. Relación espacio campana

Figura 12. Desviación s/p para aisladores cerámicos

Para los aisladores seleccionados en el caso de 60 kV, se cuenta con los valores de s = 48 y de p = 68, es así como s/p = 0,71 y tratándose de aisladores con campanas uniformes, este valor se encuentra en la zona blanca.

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Para el caso de aisladores en 220 kV, no se cuenta con este dato (s/p) explícitamente, sin embargo se cuenta con el valor de s = 71, el valor de p por las dimensiones del aislador se deduce que es valor muy cercano a 70, es así como s/p= 1,0 y ya que estos valores se encuentran en la zona blanca, los parámetros están dentro de un rango normal.

4.8.1.3

RELACION MINIMA ENTRE CAMPANAS

Este valor está definido en la Figura 7 igualmente en la Figura 8 se define el rango óptimo de este valor.

Figura 13. Distancia mínima entre campanas

Figura 14. Desviación para c de aisladores

Teniendo en cuenta el numeral anterior para el aislador seleccionado no se cuenta con este dato explícitamente, sin embargo se cuenta con los parámetros “s”, por lo que se deduce que entre campanas existe una distancia cercana a las mismas, es decir para 220 kV sería un valor mayor de 45, asimismo para 60 kV, sería un valor mayor de 32, y ya que estos valores se encuentran en la zona blanca, los parámetros están dentro de un rango normal.

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4.8.1.4

FACTOR DE FUGA

El factor de fuga es una verificación global de la densidad general de la distancia de fuga. Está definido por la siguiente relación:

CF  l / A Donde l Distancia de fuga nominal del aislador A Distancia de arco del aislador De acuerdo con la norma IEC 60815-2, con base en la severidad de polución del sitio (SPS), se define el rango óptimo de desviación del factor de fuga tal como se muestra en la Figura 9.

Figura 15. Desviaciones para el factor de fuga para aisladores

Para el aislador poste seleccionado en 220 KV y de acuerdo con el plano del fabricante, la distancia de fuga nominal es 7600 mm y la distancia de arco es 2100 mm. Por lo tanto el factor de fuga es :

CF 

l 7600   3.62 A 2100

Este valor se encuentra dentro de la zona blanca por lo que los parámetros están dentro del rango normal. Para los aisladores postes seleccionados en 60 KV y de acuerdo con el plano del fabricante, la distancia de fuga nominal es 2250 mm y la distancia de arco es 700 mm. Por lo tanto el factor de fuga es :

CF 

l 2250   3,21 A 700

Este valor se encuentra dentro de la zona blanca por lo que los parámetros están dentro del rango normal. En el anexo 2 se indican las características de los aisladores soporte seleccionados.

Archivo: (4) G691074-B1083-U88-1

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5.

SELECCIÓN DE AISLADORES SOPORTE TIPO POSTE 10 kV

La selección de los aisladores soporte serán diseñados bajo la norma IEC 60273 – 1990 para definir sus características mecánicas y eléctricas Se complementa la selección de las características de los aisladores soporte, aplicando la norma IEC 60815 en lo que corresponde a :  Nivel de contaminación  Distancia de fuga  Selección de los Parámetros de los Perfiles de los Aisladores

5.1 CARACTERISTICAS ELECTRICAS De acuerdo a lo indicado en el ítem 2 del presente documento, y en base al estudio de coordinación de aislamiento desarrollado en el documento (4)G691074-B1083-U085, se tiene que las características eléctricas de los aisladores soporte tipo poste que sean seleccionados deben cumplir con los siguientes parámetros: Tabla 8. Definición de Características Eléctricas

PARÁMETRO

10 kV 12

Tensión asignada del equipo, (kV) Tensión asignada soportada al impulso tipo rayo, (kV) Tensión asignada soportada a la frecuencia industrial, (kV)

75 28

Distancia de fuga mínima, (mm/kV) fase – fase 31

 Zona con contaminación pesada

5.2 CARACTERISTICAS MECANICAS La determinación de las características mecánicas se basan en los cálculos de las diferentes condiciones de carga que puedan presentarse, los mismas que se muestran en el documento desarrollado (4) G691074-B1083-U90 Guía para el diseño de estructuras metálicas. Las clases de resistencia mecánica para los aisladores de soporte tipo poste de material cerámico se indican en la tabla 6 y que resume lo siguiente:

CLASE DE RESISTENCIA 2 4

Archivo: (4) G691074-B1083-U88-1

FUERZA (N) 2000 4000

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CLASE DE RESISTENCIA

FUERZA (N) 6000

6

8000

8

10000

10

La fuerza indicada en la Tabla 6 es la máxima carga aplicada horizontalmente en la parte superior del aislador cuando este se instala en forma normal vertical. La designación de los aisladores soporte exteriores de acuerdo con la norma IEC 60273 – 1990 se realiza con la letra “C” representando con ella aisladores cilíndricos de cerámica

5.3 TENSION DE ROTURA Y ESFUERZOS EN AISLADORES TIPO POSTE Aislador tipo poste con conexionado con conductor tubular rígido (sistema terciario 10 kV) .

De acuerdo a la información se tiene lo siguiente:  La prueba de carga de rotura del aislador tipo poste que se emplearan como soporte de los conductores tubulares rígidos, es de 8000 N. Considerando que la máxima fuerza aplicada calculada es menor de 3500N, la cual ha considerado cada una de las cargas a las cuales está sometido el aislador soporte, cargas de conexión, cargas debidas al cambio de condiciones de temperatura, cargas de cortocircuito, cargas de viento y cargas de sismo (ver documento (4) G691074-B1083-U90 Guía para el diseño de estructuras metálicas.

5.4 NIVEL DE CONTAMINACIÓN SEGÚN NORMA IEC 60815 - 1. Al igual que los demás aisladores que intervienen en el presente proyecto, se tiene que el nivel de contaminación es muy pesado 5.5 DISTANCIA DE FUGA MÍNIMA. La distancia de fuga mínima de un aislador soporte tipo poste situado entre fase y tierra se determina de acuerdo con el nivel de contaminación del sitio, utilizando la relación descrita en el ítem 4,5, esto es : Distancia de fuga mínima [mm] = USCD* En donde: Um: USCD: En donde:

Um 3

Tensión línea a línea máxima del sistema en kV Distancia de fuga específica unificada [mm/kV]

Archivo: (4) G691074-B1083-U88-1

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USCD: RUSCD: Ka: Kad:

RUSCD*Ka*Kad Distancia de fuga específica unificada de referencia [mm/kV] Factor de corrección por altura Factor de corrección debido al diámetro promedio del aislador

El Valor del USCD viene determinado tal como se mencionó y se desarrolló en el apartado 3.2. del presente documento, que determina que éste valor es de 53,7 mm/kV Con este valor USCD la distancia de fuga mínima para los aisladores soporte tipo poste de la nueva SET Industriales, en el nivel de 10 kV es de 372,48 mm.

5.6 DISTANCIA DE FUGA FINAL Una vez que el RUSCD ha sido corregido la distancia de fuga mínima final dada en mm/kV, es determinada por el aislador a seleccionar aproximando por encima la distancia de fuga más cercana disponible. 5.7 DISTANCIA CRÍTICA La longitud de los aisladores soporte tipo poste debe ser por lo menos igual a la distancia crítica fase-tierra requerida para un nivel de aislamiento de 75 KVp en el sistema de 10 kV. Se trata de comprobar entonces si con la distancia que tiene el aislador preseleccionado se obtiene una longitud del aislador soporte tipo poste mayor o igual a la distancia crítica fase a tierra requerida. De acuerdo con lo anterior, el valor de distancia critica o de arco del aislador preseleccionado debe ser superior a la distancia critica fase-tierra correspondiente a 120 mm para 12 kV (Ver CNE Parte Suministro) 5.8 AISLADORES SELECCIONADOS A continuación se presentan las características de los aisladores soporte en 10 kV propuesto para la nueva Subestación Industriales 220/60/10 kV de acuerdo al fabricante LAPP (Ver anexo 3). Tabla 9. Características de Aisladores Soporte (Referencia LAPP) Ref (o Similar) Soporte Tipo 315205-70-C8 Poste

Longitud [mm]

Distancia de fuga [mm]

304,8

393,7

Distancia Soportabilidad al de arco impulso tipo rayo [kV] [mm] > 150

110

En el anexo 3 se indican las características de los aisladores seleccionados.

Archivo: (4) G691074-B1083-U88-1

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6.

CONCLUSIONES

Cadenas de Aisladores Poliméricas  Para el nivel de tensión de 245 kV se selecciona una cadena de aisladores poliméricos con 73 campanas y características : Distancia de fuga: 8154 mm Distancia de arco: 2269 mm  Para el nivel de tensión de 60 kV se selecciona una cadena de aisladores poliméricos de 25 campanas y características: Distancia de fuga: 2802 mm Distancia de arco: 828 mm  Las cadenas de aisladores soportarán de manera segura y confiable las tensiones electromecánicas a las cuales será sometida la subestación.  En el plano (1) G691074-B1083-DD023-0 (S-1-3764) “Plano de detalles de cadenas de aisladores” se muestra el armado típico de las cadenas de aisladores en caso de ser requeridas.    

Aisladores Soporte de Porcelana  

 Los aisladores tipo poste seleccionados, serán del tipo cerámico, los planos de los mismos se presentan en el anexo 2 y 3 respectivamente. Estos presentan las siguientes características:

Aislador tipo poste invertido como soporte de las trampas de onda y llegada hacia los terminales en 220 kV. Distancia de fuga: 7600 mm. Distancia de arco: 2100 mm. Tensión de soportabilidad de 1050 kV. C8-1050 Aislador tipo poste como conexionado con conductor tubular rígido en 60 kV. Distancia de fuga: 2250 mm. Distancia de arco: 700 mm. Tensión de soportabilidad de 325 kV. C8-325 Aislador tipo poste como conexionado con conductor tubular rígido en 10 kV. Distancia de fuga: 394 mm. Distancia de arco: > 150 mm. Tensión de soportabilidad de 110 kV. C8-110

Archivo: (4) G691074-B1083-U88-1

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7. REFERENCIAS [1] IEC Std. 60071-1 - 2006, Insulation co-ordination-part 1: Definition, principles and rules. [2] IEC Std. 60071-2 - 1996, Insulation co-ordination-part 2: Application guide. [3] Código Nacional de Electricidad Parte Suministro – Abril 2011 [4] IEC Std. 60815-1 - 2008, Selection and dimensioning of high-voltage insulators intended for use in polluted conditions - part 1: Definitions, information and general principles. [5] IEC Std. 60815-2 - 2008, Selection and dimensioning of high-voltage insulators intended for use in polluted conditions - part 2: Ceramic and glass insulators for A.C. systems. [6] IEC Std. 60815-3 - 2008, Selection and dimensioning of high-voltage insulators intended for use in polluted conditions - part 3: Polymer insulators for A.C. systems. [7] IEC 60273 - 1990, Characteristic of indoor and outdoor post insulators for system with nominal voltages greater than 1000 V. [8] Subestaciones de alta y extra alta tensión, Segunda edición. Carlos Felipe Ramírez G.(6) [9] Catálogo de Cadena de aisladores Poliméricos – NGK. [10] Catalogo de Aisladores Soporte – Santana . [11] Catalogo de Aisladores Soporte – LAPP [12] G691074-B1083-DD016 (S-1-3761): Plano de disposición física de equipos – Planta y cortes.

8.

ANEXO

8.1 Hojas Técnicas de Cadenas de Aisladores Poliméricos 8.2 Hojas Técnicas de Aisladores de Porcelana 60 kV y 220 kV 8.3 Hoja Técnica de Aisladores Soporte de Porcelana 10 kV

Archivo: (4) G691074-B1083-U88-1

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ANEXO 1 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA CADENA DE AISLADORES POLIMERICOS SELECCIONADOS

Archivo: (4) G691074-B1083-BB002-1

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Hoja Técnica de cadena de Aisladores Poliméricos 60 kV (251-SS280-SJ)

Archivo: (4) G691074-B1083-BB002-1

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Hoja Técnica de cadena de Aisladores Poliméricos 220 kV (251-SL740-SJ)

Archivo: (4) G691074-B1083-BB002-1

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ANEXO 2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA AISLADORES SOPORTE PARA 220 KV Y 60 KV SELECCIONADOS

Archivo: (4) G691074-B1083-BB002-1

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Hoja Técnica de Aisladores de soporte 220 kV, C-8

Archivo: (4) G691074-B1083-BB002-1

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Hoja Técnica de Aisladores de soporte 60 kV, C-6* * Se ha tomado como referencia esta hoja técnica, la cual esta consignada para un aislador C-6, sin embargo el aislador finalmente seleccionado deberá ser del tipo C-8.

Archivo: (4) G691074-B1083-BB002-1

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ANEXO 3 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA AISLADORES SOPORTE PARA 10 KV SELECCIONADOS

Archivo: (4) G691074-B1083-BB002-1

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Hoja Técnica de Aislador soporte 10 kV, C-8 (315205-70)

Archivo: (4) G691074-B1083-BB002-1

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