DIMENSIONAMIENTO DIELECTRICO

INSTITUTO INSTITUTO POLITÉCNICO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

LABORATORIO DE TECNICAS DE LAS ALTAS TENSIONES II

PROYECTOS 1, 2 Y 3

DIMENSIONAMIENTO DIELECTRICO PARA LINEAS AEREAS, SUBESTACIONES ELECTRICAS Y CADENAS DE AISLADORES.

PROFESOR: M. en C. Baldomero Guevara Cortes

ALUMNOS: •

Lagunas Sánchez María del Rosario

•

Romero Galindo Ulises

•

Zavala Gonzales Eduardo

FECHA: 25 DE MARZO DEL 2012

PROYECTO 1 DIMENSIONAMIENTO DIELECTRICO EN LINEAS AEREAS a) Determi Determina narr las dista distanci ncias as de fase fase a tierra tierra y entre entre fases fases para para las línea líneass aéreas aéreas de de 23 kV y 400 kV, para las configuraciones conductor-estructura conductor-estructura y conductor-ventana.

1) LINEA AEREA DE 23 kV DATOS: ALTITUD: 2300 m.s.n.m.  T = 28° 28° C Flecha = 0.5 m Configuración: Conductor-estructura Conductor-estructura NBAI = 150 kV (valor sacado de tablas) k3 = 550 (valor sacado de tablas) 1a) Distancia de fase a tierra NBAIf-t = NBAIf-

2b) Distancia de fase a fase

Dada la altitud de 2300 m.s.n.m. con la corrección los valores que se tomaran son los siguientes:

Por lo tanto las la s distancias de fase a tierra y entre fases corregidas son las siguientes:

2) LINEA AEREA DE 400 kV DATOS: ALTITUD: 2300 m.s.n.m.  T = 28° C Flecha = 4 m Configuración: Conductor-ventana NBAMf-t= 1050 kV (valor sacado de tablas) NBAMf-f  = 1575kV (valor sacado de tablas) k2 = 1.2 (valor sacado de tablas) 2a) Distancia de fase a tierra

2b) Distancia de fase a fase

Dada la altitud de 2300 m.s.n.m. con la corrección los valores que se tomaran son los siguientes: De fase a tierra:

Entre fases:

b) Determinar las distancias de diseño de todos los casos posibles LINEA DE 23 kV

LINEA DE 400 Kv

1) DISTANCIA MÍNIMA DEL CONDUCTOR AL PISO Se toman las distancias corregidas calculadas en la primera parte h = 5.0+1.4 df-t h = 5.0+1.4 (0.376m) = 5.5264m h = 5.0+1.4 (4.270m) = 10.978m 2) DISTANCIA MÍNIMA ENTRE APOYOS Para calcular esta distancia se supondrá que las líneas usan una cadena de aisladores en V por lo que L será la distancia de fase a tierra, esta se usa para condiciones normales o dependiendo del terreno para conductores de Aluminio o conductores ACSR (Um tensión máxima de diseño) 2.1) Para conductores de Aluminio

2.2) Para conductores ACSR

2.1) Para conductores de Aluminio

2.2) Para conductores ACSR

Dependiendo del terreno y que la suma de la flecha y la longitud de la cadena de aisladores sea mayor a 40m se usan las siguientes formulas: 2.3) Para conductores de Aluminio D ≥ 3.80+0.012Um D ≥ 3.80+0.012(25.8) = 4.1096m 2.4) Para conductores ACSR

D ≥ 3.20+0.012(Um) D ≥ 3.20+0.012(25.8)=3.5096m 2.3) Para conductores de Aluminio D ≥ 3.80+0.012(25.8) = 8.84m 2.4) Para conductores ACSR D ≥ 3.20+0.012(25.8)=8.24m 3) CONDICIONES ESPECIALES PARA CRUZAMIENTOS Y PARALELISMOS DE LAS LÍNEAS DE  TRANSMISIÓN

a) Cruzamiento de una línea de transmisión con una vía de ferrocarril no electrificada h = 3.0+0.015 Un

(Un tensión nominal de fase a fase)

h = 3.0+0.015 (23) = 3.345 m h = 3.0+0.015 (400) = 9 m

b) Cruzamiento de una línea de transmisión con una vía de ferrocarril electrificada d = 1.5+0.015Un d = 1.5+0.015(23) = 1.845m d = 1.5+0.015(400) = 7.5m

c) Cruzamiento de una línea de transmisión con una autopista, carretera o calle h = 7.0+0.005 Un

h = 7.0+0.005 (23) = 7.115m h = 7.0+0.005 (400) = 9 m

Donde A adquiere distintos valores dependiendo de lo que este cerca: A = 25m para autopistas y carreteras A = 15m para avenidas o calles principales A = 7m para calles en poblados A = 3m para calles de poca importancia A = 0.2m para redes de distribución, en derivación y esquinas d) Cruzamiento de una línea de transmisión con un rio navegable h = 7.0+0.015 Un h = 7.0+0.015 (23) = 7. 345m h = 7.0+0.015 (400) = 13 m

e) Cruzamiento entre líneas de transmisión Para líneas de transmisión con tensión nominal de hasta 161 kV A ≥ 3.0+0.015 Un A ≥ 3.0+0.015 (23) = 3.345 m

Para cualquier ángulo de cruzamiento: B ≥ 1.5+0.02Un B ≥ 1.5+0.02 (23) = 1.96 m

Para líneas de transmisión de 230 y 400 kV se emplean las siguientes formulas:

Para cualquier ángulo de cruzamiento:

f) Paralelismo entre líneas f.1) Paralelismo en diferente torre La altura que se ocupa para calcular el paralelismo es la distancia mínima del conductor al piso, d≥ 1.5h d≥ 1.5 (5.5264m) = 8.2896 m d≥ 1.5 (10.978m) = 16.467 m

f.2) Para el paralelismo en la misma torre se calculan dos distancias dependiendo del valor de la torre:

La primera se calcula para valores de hasta 69kV y la segunda para valores superiores de 69 kV

g) Paralelismo entre líneas eléctricas y líneas de telecomunicación Las formulas ocupadas para calcular esta distancia es la misma que entre líneas, sin embargo, se debe tomar en cuenta que la altura de una línea de telecomunicación debe ser menor a la de transmisión d≥ 1.5h d≥ 1.5 (5.5264m) = 8.2896 m d≥ 1.5 (10.978m) = 16.467 m

4) PASO DE LINEAS DE TRANSMISION Y REDES DE DISTRIBUCION POR DIFERENTES ZONAS a) Zona de bosques, arboles y masas de arbolado

b) Zonas urbanas

Esta distancia debe considerar puntos cercanos a donde exista o pueda haber acceso de personas para la seguridad de las mismas. b.1) Puntos accesibles a personas:

b.2) Puntos no accesibles a personas

Diseño de una Torre de transmisión de 23 kV con conductores de aluminio y las medidas de diseño calculadas con paso de líneas en una zona urbana. , con paso accesible a personas.

Ancho de la torre

D= 0.8711m

Distancia de fase a tierra = 0.376 m

Flecha = 0.5m d= 7.3 m

Altura de los conductores en la torre H= 6.0264 m

h= 5.5264 m

Derecho de via SL

Diseño de una Torre de transmisión de 400 kV, con conductores ACSR, características especiales del terreno y medidas de diseño calculadas con paso de líneas en una zona boscosa y cruzamiento con una autopista.

Ancho de la torre = 16.48

D= 8.24m

Distancia de fase a tierra = 4.270 m

Flecha = 4m d= 5.5 m

A

Altura de los conductores en la torre H=14.978 m h =9m h= 10.978 m

Derecho de via SL Distancia A = 25m por ser una

PROYECTO 2 ELECTRICAS

DIMENSIONAMIENTO

DIELECTRICO

EN

SUBESTACIONES

Determinar las distancias de diseño y de seguridad para una SE de 400/230 kV con todos los casos posibles.

DATOS ADICIONALES: ALTITUD: 2300 m.s.n.m.  T = 28° C

DISTANCIAS DE DISEÑO 1) Distancia mínima de fase a tierra:

=3.742m

De esta ecuación d0 es la distancia de fase a tierra hasta 1000 m.s.n.m., para esta ecuación la d0 debe ser corregida debido a que la altitud es superior 2) Distancia entre centros de fases de las barras: Para esta distancia se manejan dos casos 2.1) Subestaciones con barras y/o conexiones rigidas En esta caso se considera la distancia entre fases y por tablas se saca la distancia de diseño dD que para este caso ocuparemos una clase de aislamiento con un valor de 400 kV y una dD = 1.80df-t 2.2) Subestaciones con barras colectoras flexibles (cables) En esta caso se consideran varios aspectos entre ellos los ambientales, los aspectos dieléctricos y sísmicos y por tablas se saca la distancia de diseño d D que para este caso ocuparemos una clase de aislamiento con un valor de 400 kV y una dD = 2.0-2.5 df-t 3) Alturas mínimas de las barras sobre el nivel del piso h = 5.0+0.0105 Um de diseño

Hay que recordar que Um es la tensión máxima

h = 5.0+0.0105 (420) = 9.41m 4) Alturas de los equipos h = 2.3+0.0105 Um h = 2.3+0.0105 (420) = 6.71m 5) Llegada de líneas a las Subestaciones h1 ≥ 5.0+0.006 Um

h1 ≥ 5.0+0.006 (420) = 7.52 m

Diseño de una Subestación eléctrica de 400/230 kV con barras rígidas

Llegada de las líneas h1= 7.52m

Distancia mínima de fase a tierra

dD = 1.80dF-T = 6.7356 m Altura mínimas de las barras h = 9.41 m Altura de los equipos h = 6.71 m

DISTANCIAS DE SEGURIDAD Estas quedan definidas por dos términos básicos: 1. La distancia mínima de fase a tierra 2. Una distancia adicional que dependerá de las dimensiones del lugar donde se coloque la Subestación, y de la medida de la(s) persona(s) que trabajen en ella. Por esto se deben considerar los siguientes puntos: 1. Maniobras de los operadores en cualquier punto de la subestación. 2. Circulación de personal en la subestación. 3. Circulación de vehículos en la subestación.

Dimensiones de una persona de talla media:

Aislamiento con barrera de protección: dD = 1.80d F-T

dF-T = 3.742m

Aislamiento horizontal sin barrera

1.8m

dF-T = 3.742m

Distancia vertical de seguridad

2.3m

dF-T = 3.742m

2.3m

Zona de trabajo con barrera de protección

dF-T = 3.742m

1.8m

Zona de trabajo vertical dF-T = 3.742m

1.25 m - 2.3m

Distancia horizontal de seguridad

Partes vivas 1.8 m

dF-T = 3.742m 0.9

0.9

dF-T = 3.742m

Maniobras en zonas de trabajo energizadas dF-T = 3.742m

1.25 m

1.8 m

Maniobras en zonas energizadas

dF-T = 3.742m

1.8 m

PROYECTO 3 DIMENSIONAMIENTO DIELECTRICO EN CADENAS DE AISLADORES

a) Diseño de un aislador de tipo poste para una línea de distribución de 23 kV DATOS: Altitud: 2300 m.s.n.m.  T = 28° C Nivel de contaminación: Categoría alta Parámetros que caracterizan el perfil de los aisladores 1) Distancia mínima “c” entre faldones

2) Relación entre s/p Para el tipo de faldón del aislador hay varios perfiles de diseño aquí se muestran 4  Tomando como diseño el faldón normal se dan los siguientes valores de diseño: s = 200mm p= 160mm

3) Relación entre ld/d. Describe la relación entre la distancia de fuga y la distancia en aire de los puntos sobre el aislador o cualquier parte metálica, para evitar cortos circuitos locales debe de ser menor de 5. 4) Faldones alternantes. La diferencia de (p1 – p2), son importantes en condiciones de lluvia para evitar arqueos entre estos, la diferencia debe ser mayor o igual de 15 mm. p1 = distancia del faldón saliente mayor p2 = distancia del faldón saliente menor.

5) Inclinación de los faldones. Es importante debido a que los aisladores tienen propiedades de autolavado. Se sugiere que la inclinación deba de ser mayor de 5o.

Parámetros que caracterizan el aislador completo 1) Calculo de la distancia de fuga total Se toma la siguiente fórmula por el diseño del aislador que es de faldones normales I T = 2p + s= (2*160) + 200 = 520mm Al ser un aislador de tipo poste no se calcula el FP 2) Calculo del FF FF = I T/S T = 2.08 kV 3) Diámetro del aislador Diámetro del aislador = 210mm 4) Calculo de la Distancia de fuga: Distancia de fuga nominal mínima = [distancia de fuga mínima específica] x Um x kd Distancia de fuga nominal mínima = (25mm) (25.8) (1) = 645 mm Diseño de un aislador tipo poste para una línea de distribución de 23 kV de faldones salientes p = 160 mm

c = 25 mm s = 200 mm

Diámetro del aislador = 210 mm

 b) Diseño de la cadena de aisladores para una torre de transmisión de 400kV para

contaminación tipo media y otra de contaminación muy alta. Ésta última emplear aisladores tipo niebla. La altitud es de 2500 msnm.

1) Calculo de la distancia de fuga total Se toma la siguiente fórmula por el diseño del aislador que es de faldones normales para contaminación media Con los valores: s = 430mm p= 350mm I T = 2p + s= (2*350) + 430 = 1130mm 2) Calculo del FP FP = 2p +s /l = (2*350)+430/430 = 2.6 3) Calculo del FF FF = I T/S T = 30 kV 4) Diámetro del aislador Diámetro del aislador = 480mm 5) Calculo de la Distancia de fuga: Distancia de fuga nominal mínima = [distancia de fuga mínima específica] x Um x kd Distancia de fuga nominal mínima = (20mm) (420) (1.1) = 9240 mm 6) Numero de aisladores No aisladores= Dfnm /Dm = 9240/480 = 19.2 aisladores Considerando los valores iniciales hasta el diámetro del aislador, se determina la distancia de fuga y el número de aisladores para contaminación muy alta 1) Calculo de la Distancia de fuga: Distancia de fuga nominal mínima = [distancia de fuga mínima específica] x Um x kd Distancia de fuga nominal mínima = (31mm) (420) (1.1) = 14322 mm 2) Numero de aisladores No aisladores= Dfnm /Dm = 14322/480 = 29.8 = 30 aisladores