ENSA-PO-MC-001 Coord. Aislamiento Rev A

ETAPA: INGENIERIA DE DETALLE

“ELABORACIÓN DE LA INGENIERIA DE DETALLE DE LA AMPLIACION DE POTENCIA DE LA SUBESTACION POMALCA 60/22/10 kV”

SUBESTACIÓN POMALCA 60/22.9/10 kV MEMORIA DE CÁLCULO ESTUDIO DE COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO ENSA-PO-MC-001 PROPIETARIO: ELECTRONORTE S.A.

Aprobado por: Gerente de Proyecto

:

____________________

Gerente de Ingeniería

:

____________________

Cliente

:

____________________

Rev.

Fecha

Elaboró

Revisó

Aprobó

A

05/06/2017

ELTEC

CH.H.C.

ENSA

Descripción Emitido para Revisión Interna

“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV”

INDICE 1.0

OBJETO ........................................................................................................................................ 4

2.0

ALCANCE ..................................................................................................................................... 4

3.0

NORMAS APLICABLES............................................................................................................... 4

4.0

PARAMETROS DEL SISTEMA .................................................................................................... 4

5.0

Condiciones ambientales ........................................................................................................... 5

6.0

CONFIGURACIÓN DE LA SUBESTACIÓN ................................................................................. 5

7.0

METODOLOGIA............................................................................................................................ 6

8.0

DEFINICIONES PREVIAS ............................................................................................................ 7

8.1

Coordinación del Aislamiento .................................................................................................... 7

8.2

Aislamiento Externo .................................................................................................................... 7

8.3

Aislamiento interno ..................................................................................................................... 7

8.4

Aislamiento autorregenerable .................................................................................................... 7

8.5

Aislamiento no autorregenerable .............................................................................................. 7

8.6

Clasificación de Tensiones y Sobretensión ............................................................................. 7

8.7

Factores Utilizados ...................................................................................................................... 8

8.8

Formas de Tensión Normalizadas ............................................................................................. 8

8.9

Sobretensión ................................................................................................................................ 8

8.10 Sobretensiones Representativas ............................................................................................... 8 8.11 Sobretensiones de Soportabilidad Requerida.......................................................................... 9 8.12 Sobretensión de Soportabilidad Normalizada .......................................................................... 9 9.0

PROCEDIMIENTO DE SELECCIÓN DE AISLAMIENTO ............................................................ 9

9.1

Determinación de sobretensiones representativas (urp)........................................................ 9

9.2 Determinación de tensiones soportadas de coordinación (UCW) ....................................... 11 8.2.1 Método Determinista ................................................................................................................. 11 8.2.2 Método Estadístico .................................................................................................................... 12 9.3

Determinación de las tensiones soportadas especificadas (URW) ..................................... 12

9.4

Elección del nivel de aislamiento asignado............................................................................ 13

9.5

Elección de los niveles de aislamiento normalizados (Uw) .................................................. 13

9.6

Diagrama de flujo de la determinación de la coordinación de aislamiento ........................ 14

10.0 ELECCIÓN DE LOS NIVELES DE AISLAMIENTO NORMALIZADOS ..................................... 16 11.0 FACTORES DE SEGURIDAD (Ks) ............................................................................................ 16 12.0 CORRECCIÓN ATMOSFÉRICA................................................................................................. 17 13.0 FACTORES DE CONVERSIÓN DE PRUEBA ........................................................................... 18 14.0 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO A 60 kV .......................................................................... 19 14.1 TENSIONES REPRESENTATIVAS (URP)................................................................................. 19 14.2 TENSIONES DE COORDINACIÓN (Ucw) ................................................................................ 20 MEMORIA DE CALCULO ESTUDIO DE COORDINACION DE AISLAMIENTO P:\0.0 Proy. ELTEC Pomalca\Vol. 04 - Calculos Justificativos\ENSA-PO-MC-001 Coord. Aislamiento Rev A.doc

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV” 10.2.1 Descargas Atmosféricas............................................................................................... 21 A. Aislamiento Externo .................................................................................................................. 21 B. Aislamiento Interno ................................................................................................................... 22 14.3 TENSIONES DE SOPORTABILIDAD REQUERIDAS (Urw) ..................................................... 22 14.4 CONVERSIÓN DE BSL A FI (Frecuencia Industrial) Y BIL .................................................... 23 10.4.1 A Frecuencia Industrial ................................................................................................. 23 10.4.2 A Impulso Tipo Rayo ..................................................................................................... 23 14.5 RESUMEN ................................................................................................................................... 23 14.6 AISLAMIENTO FASE – TIERRA SELECCIONADO EN 60 kV ................................................. 24 13.6.1 Interno............................................................................................................................. 24 13.6.2 Externo............................................................................................................................ 24 15.0 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO A 22.9 kV ....................................................................... 25 15.1 TENSIONES REPRESENTATIVAS (URP)................................................................................. 25 15.2 TENSIONES DE COORDINACIÓN (Ucw) ................................................................................ 25 10.2.1 Descargas Atmosféricas............................................................................................... 26 C. Aislamiento Externo .................................................................................................................. 26 D. Aislamiento Interno ................................................................................................................... 27 15.3 TENSIONES DE SOPORTABILIDAD REQUERIDAS (Urw) ..................................................... 27 15.4 CONVERSIÓN DE BSL A FI (Frecuencia Industrial) Y BIL .................................................... 28 10.4.1 A Frecuencia Industrial ................................................................................................. 28 10.4.2 A Impulso Tipo Rayo ..................................................................................................... 28 15.5 RESUMEN ................................................................................................................................... 29 15.6 AISLAMIENTO FASE – TIERRA SELECCIONADO EN 22.9 kV .............................................. 29 13.6.1 Interno............................................................................................................................. 29 13.6.2 Externo............................................................................................................................ 29 16.0 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO A 10 kV .......................................................................... 30 16.1 TENSIONES REPRESENTATIVAS (URP)................................................................................. 30 16.2 TENSIONES DE COORDINACIÓN (Ucw) ................................................................................ 30 10.2.1 Descargas Atmosféricas............................................................................................... 31 E. Aislamiento Externo .................................................................................................................. 31 F. Aislamiento Interno ................................................................................................................... 32 16.3 TENSIONES DE SOPORTABILIDAD REQUERIDAS (Urw) ..................................................... 32 16.4 CONVERSIÓN DE BSL A FI (Frecuencia Industrial) Y BIL .................................................... 33 10.4.1 A Frecuencia Industrial ................................................................................................. 33 10.4.2 A Impulso Tipo Rayo ..................................................................................................... 33 16.5 RESUMEN ................................................................................................................................... 34 16.6 AISLAMIENTO FASE – TIERRA SELECCIONADO EN 10 kV ................................................. 34 14.6.1 Interno............................................................................................................................. 34 14.6.2 Externo............................................................................................................................ 34

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV”

MEMORIA DE CÁLCULO DE LA COORDINACION DEL AISLAMIENTO 1.0 OBJETO El objeto del documento es presentar la metodología y los resultados de la coordinación del aislamiento y las recomendaciones para la selección de los elementos de protección contra sobretensiones para la Ampliación de la SE Pomalca 60/22.9/10 kV.

2.0 ALCANCE El alcance de este documento comprende los siguientes aspectos_ 

Determinar los niveles de aislamiento de los equipos en 60 kV.



Determinar los niveles de aislamiento de los equipos en 22,9 kV.



Determinar los niveles de aislamiento de los equipos en 10 kV.



Verificación de la selección de los pararrayos seleccionador.

3.0 NORMAS APLICABLES La coordinación del aislamiento materia de este documento justificativo, cumplirá con las prescripciones de las siguientes normas:   

IEC 60071-1: IEC 60071-2: IEC 60694 :

Insulation co-ordination – Part 1: Definitions, principles and rules Insulation co-ordination – Part 2: Application guide Metal-oxide surge arrester without gaps for a.c. systems.

4.0 PARAMETROS DEL SISTEMA En la Tabla 1 se presentan los parámetros generales para la subestación. Tabla 1. Características del sistema PARAMETRO Tensión nominal del sistema

UNIDAD

VALOR

kV

60

22.9

10

Tensión máxima asignada

kV

72.5

25

12

Frecuencia asignada

Hz

60

60

60

sólido

sólido

Aislado

3

3

3

kVp

325

170

75

kVp

140

50

28

kA

31.5

25

25

31 / ≥744

1 31 / ≥372

Puesta a tierra del sistema Número de fases Tensión soportada asignada al impulso tipo rayo en el sitio de instalación Tensión soportada asignada a frecuencia industrial en el sitio de instalación Corriente de corta duración admisible Duración del cortocircuito asignado Distancia mínima de fuga MEMORIA DE CALCULO ESTUDIO DE COORDINACION DE AISLAMIENTO P:\0.0 Proy. ELTEC Pomalca\Vol. 04 - Calculos Justificativos\ENSA-PO-MC-001 Coord. Aislamiento Rev A.doc

s mm/kV / mm

31 / ≥2248

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV” PARAMETRO Tensión máxima de radio interferencia, medida a 0.5MHz Designación de fases

UNIDAD

VALOR

µV R. S. T.

R. S. T.

R. S. T.

Tiempo normal de aclaración de la falla

ms

100

100

100

Tiempo de aclaración de la falla en respaldo

ms

300

300

300

5.0 Condiciones ambientales El equipamiento y material eléctrico son para montaje exterior, en general deberán ser apropiados para que su operación cumpla con los requerimientos de diseño de instalaciones eléctricas en el lugar de su instalación, cuyas condiciones ambientales, climáticas y sísmicas son las siguientes:

•

Temperatura mínima media

:

14.40 °C

•

Temperatura media

:

21.70 °C

•

Temperatura máxima media

:

34.00 °C

•

Humedad Relativa

:

82%

•

Polución Ambiental

:

Muy Alta (31 mm/kV)

•

Nivel Isoceráunico

:

40

•

Viento máximo

:

45 km/hr

•

Altitud sobre el nivel del Mar

:

150 msnm

-

Condiciones sísmicas . Aceleración vertical

:

0,3 g

. Aceleración horizontal

:

0,5 g

. Frecuencia de oscilaciones

:

Igual a la frecuencia del equipo

6.0 CONFIGURACIÓN DE LA SUBESTACIÓN La ampliación de la subestación será en configuración simple barra con equipamiento convencional, una (01) celda de transformador en 60 kV y equipamiento parcial de una (01) celda de Línea que alimenta a la subestación Tuman.

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DIAGRAMA UNIFILAR – EXISTENTE + PROYECTADO

7.0 METODOLOGIA Se ha empleado la metodología descrita en las normas IEC 60071-1 y 60071-2, que efectúa la coordinación del aislamiento mediante el uso de pararrayos de óxido metálico (ZnO), definidos según el procedimiento de las normas 60099-4 y 60099-5 (ver Anexo 1).

En el cálculo del nivel de aislamiento de los equipos de la subestación se siguió un método determinístico para seleccionar los aislamientos internos y un método probabilístico simplificado de la norma para establecer los aislamientos externos; el nivel de aislamiento de los mismos se asignó estableciendo una tensión de soportabilidad al impulso tipo rayo y a una tensión de frecuencia industrial; siguiendo la recomendación de la norma es posible realizar una conversión de otro tipo de sobretensiones, como las de maniobra, a dichos tipos de soportabilidades para establecer el nivel de prueba del aislamiento requerido en las condiciones de instalación de los equipos, definiéndose por lo tanto los niveles de aislamiento interno y externo de los equipos. (Ver Anexo 2)

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8.0 DEFINICIONES PREVIAS A continuación se muestra las definiciones de los términos utilizados en la presente memoria de cálculo:

8.1

Coordinación del Aislamiento Es la selección de la rigidez dieléctrica de un equipo en relación con las tensiones que puedan aparecer en el sistema eléctrico en el cual el equipo operará tomando en cuenta las condiciones de servicio y las características de los equipos de protección contra sobretensiones disponibles.

8.2

Aislamiento Externo Son las distancias en el aire atmosférico y en las superficies de los aislamientos sólidos de un material en contacto con la atmósfera, que se someten a los esfuerzos dieléctricos y a la influencia de las condiciones ambientales u otros agentes externos tales como polución, humedad, etc. El aislamiento externo puede ser “protegido” o “expuesto” según que haya sido diseñado para utilizarse en el interior o en el exterior de recintos cerrados.

8.3

Aislamiento interno Este formado por elementos internos del aislamiento de un material, en el que las condiciones ambientales u otros agentes externos no tienen influencia. Estos elementos pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos.

8.4

Aislamiento autorregenerable Es el aislamiento que recupera íntegramente sus propiedades aislantes, después de haber estado sometido a una descarga disruptiva provocada por una sobretensión y/o tensión de ensayo. Las descargas disruptivas durante el funcionamiento pueden conducir a un aislamiento autorregenerable o no autorregenerable.

8.5

Aislamiento no autorregenerable Es el aislamiento que pierde sus propiedades aislantes o no las recupera íntegramente, después de haber estado sometido a una descarga disruptiva de sobretensión y/o tensión de ensayo.

8.6

Clasificación de Tensiones y Sobretensión De acuerdo con su forma y duración, las tensiones se dividen en las siguientes clases: • Tensión continua (a frecuencia industrial): Se considera que tiene un valor r.m.s. constante, continuamente aplicado a cualquier par de terminales de una configuración de aislamiento. • Sobretensión Temporal: Sobretensión a frecuencia industrial de duración relativamente larga. • Sobretensión transitoria: Sobretensión de corta duración (milisegundos o menos), oscilatoria y no oscilatoria que por lo general es altamente amortiguada. Las sobretensiones transitorias son divididas en: Sobretensión de frente lento: sobretensión transitoria, usualmente unidireccional, con tiempo de pico 20 us< Tp =< 5000 us y duración de cola T2=< 20 us.

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-

8.7

Factores Utilizados • •

•

•

•

8.8

Factor de coordinación (Kc): Es el factor con el cual se deberá multiplicar la sobretensión representativa para obtener el valor de la tensión de coordinación soportada. Factor de conversión del ensayo (Kt): Es el factor aplicado a la tensión de soportabilidad requerida, en el caso en el que la tensión de soportabilidad normalizada se selecciona con una forma de onda diferente, para obtener el límite inferior de la tensión de soportabilidad normalizada que puede ser asumido para probar el aislamiento. Factor de corrección atmosférico (Ka): Es el factor que debe ser aplicado a la tensión de coordinación soportada para tener en cuenta la diferencia entre las condiciones atmosféricas promedias en servicio y las condiciones atmosféricas normalizadas. Éste aplica a aislamiento externo únicamente. Factor de falla a tierra: Es un punto dado de un sistema trifásico, y para una configuración dada, la relación entre el valor r.m.s. más alto de la tensión fase-tierra a frecuencia industrial en una fase sana durante una falla a tierra que afecta una o más fases en cualquier punto del sistema y la tensión a frecuencia industrial fase-tierra obtenida en el punto dado en la ausencia de cualquier falla. Factor de seguridad (Ks): Es el factor total que debe ser aplicado a la tensión de coordinación soportada, después de la aplicación del factor de corrección atmosférico (si se requiere), para obtener la tensión de soportabilidad requerida, para tener en cuenta todas las otras diferencias entre las condiciones en servicio y las del ensayo de soportabilidad normalizado.

Formas de Tensión Normalizadas • • •

8.9

Sobretensión de frente rápido: sobretensión transitoria, usualmente unidireccional, con tiempo de pico 0,1 us< T1 =< 20 us, y duración de cola T2=< 300 us. Sobretensión de frente muy rápido: sobretensión transitoria, usualmente unidireccional, con tiempo de pico Tf =< 0,1 us, duración total < 3 us, y con oscilaciones superimpuestas a frecuencia 30 kHz < f < 100 Mhz. Sobretensión Combinada (temporal, frente lento, rápido y muy rápido): consistente de dos componentes de tensión aplicadas simultáneamente entre cada par de terminales de fase de un aislamiento fase-fase y tierra. Esta sobretensión está clasificada por la componente con el valor pico más alto.

Tensión normalizada de corta duración a frecuencia industrial: tensión senoidal con frecuencia entre 48 Hz y 62 Hz, y duración de 60 s. Impulso de maniobra normalizado: Impulso de tensión que tiene un tiempo de pico de 250us y un tiempo de mitad de onda de 2500 us. Impulso atmosférico normalizado: impulso de tensión que tiene un tiempo de frente de 1,2us y un tiempo de mitad de onda de 50 us.

Sobretensión Cualquier tensión entre un conductor de fase y tierra o entre conductores de fase cuyo valor pico exceda el correspondiente valor pico de la tensión más alta del equipo.

8.10 Sobretensiones Representativas Sobretensiones asumidas que producen el mismo efecto dieléctrico en el aislamiento que las sobretensiones de una clase dada ocurridas en servicio y debidas a diferentes orígenes. Son MEMORIA DE CALCULO ESTUDIO DE COORDINACION DE AISLAMIENTO P:\0.0 Proy. ELTEC Pomalca\Vol. 04 - Calculos Justificativos\ENSA-PO-MC-001 Coord. Aislamiento Rev A.doc

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV” tensiones con la forma de onda normalizada para cada clase y pueden ser definidas por un valor o un conjunto de valores o una distribución de frecuencias de valores que caracteriza las condiciones de servicio.

8.11 Sobretensiones de Soportabilidad Requerida Tensión de prueba que el aislamiento deberá soportar en un ensayo de soportabilidad normalizado para asegurar que el aislamiento cumplirá el criterio de desempeño cuando está sometido a una clase de sobretensiones dada las condiciones reales de servicio y para todo el tiempo de servicio. La tensión requerida de soportabilidad tiene la forma de la tensión de coordinación soportada, y está especificada con referencia a todas las condiciones del ensayo de soportabilidad normalizado seleccionado para verificarla.

8.12 Sobretensión de Soportabilidad Normalizada Valor normalizado de la tensión de prueba aplicado en un ensayo de soportabilidad normalizado. Este es el valor asignado del aislamiento y prueba que el aislamiento cumple con una o más tensiones de soportabilidad requeridas.

9.0 PROCEDIMIENTO DE SELECCIÓN DE AISLAMIENTO Las normas IEC 60071-1 y IEC 60071-2 establecen el procedimiento para realizar la coordinación de aislamiento, el cual consiste en elegir un conjunto de tensiones soportadas normalizadas que definen el aislamiento del material aislante que se aplica en equipamientos eléctricos.

La secuencia adoptada en el proceso de selección de la coordinación del aislamiento es la siguiente:

9.1

Determinación de sobretensiones representativas (urp) Las sobretensiones representativas son aquellas que se supone producen el mismo efecto dieléctrico en el aislamiento que las sobretensiones de una categoría dada y de diversos orígenes que aparecen durante el funcionamiento. Están constituidas por tensiones que tienen la forma normalizada de la categoría en cuestión y pueden definirse por un valor, un conjunto de valores o una distribución estadística de los valores que caracterizan las condiciones de funcionamiento. Esta misma definición se aplica también a la tensión permanente a frecuencia industrial que representa el efecto de la tensión de funcionamiento sobre el aislamiento. Para cada categoría de sobretensión, el análisis debe permitir determinar una sobretensión representativa que tenga en cuenta las características del aislamiento. La sobretensión representativa puede determinarse por: -

Un valor máximo estimado, o Un conjunto de valores de cresta, o

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Una distribución estadística completa de valores de cresta, en cuyo caso podría ser necesario tomar en consideración las características complementarias a las formas de sobretensión.

En el caso de haber elegido caracterizar a la sobretensión representativa mediante un valor máximo estimado, la sobretensión representativa de las diferentes categorías debe ser:

Para la tensión permanente a frecuencia industrial: Una tensión a frecuencia industrial de valor eficaz igual a la tensión máxima de la red y de duración que corresponda a la vida útil del material.

Para la sobretensión temporal: Una tensión normalizada de corta duración a frecuencia industrial de valor eficaz igual al valor máximo estimado de las sobretensiones temporales, dividido por √2.

Para la sobretensión de frente lento: Una tensión normalizada de impulso de maniobra de valor de cresta igual al valor de cresta máximo estimado de sobretensiones de frente lento.

Para la sobretensión de frente rápido: Una tensión normalizada de impulso tipo rayo de valor de cresta igual al valor de cresta máximo estimado de las sobretensiones de frente rápido.

Para la sobretensión de frente muy rápido: Para esta categoría de sobretensión, las características de sobretensión son especificadas por los comités encargados de cada material.

Para la sobretensión entre fases de frente lento: Una tensión normalizada de impulso tipo maniobra combinada de valor de cresta igual al valor de cresta máximo previsto de las sobretensiones entre fases de frente lento. En este caso es útil tener en consideración la relación real α, en funcionamiento, del valor de cresta de la componente negativa U-; al valor de cresta U+ + U- de la sobretensión máxima prevista entre fases: U U+U)

Para la sobretensión longitudinal de frente lento (o de frente rápido): Una tensión combinada compuesta de una tensión normalizada de impulso tipo maniobra (o de impulso tipo rayo) y de una tensión de frecuencia industrial, cada una de valor de cresta igual a los dos valores de cresta máximos previstos correspondientes y en el que el instante que corresponde a la cresta de la tensión de impulso coincide con el de la cresta de la tensión de frecuencia industrial de polaridad opuesta.

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9.2

Determinación de tensiones soportadas de coordinación (UCW) Para cada categoría de tensión es el valor de la tensión soportada de la configuración del aislamiento, en las condiciones reales de funcionamiento, que satisface el criterio de comportamiento. Este paso consistió en determinar los valores mínimos de las tensiones soportadas del aislamiento que satisfacen el criterio de comportamiento cuando el aislamiento se somete a las sobretensiones representativas en las condiciones de funcionamiento. Las tensiones soportadas de coordinación del aislamiento tienen la forma de sobretensiones representativas de la categoría considerada y sus valores se obtienen multiplicando los valores de las sobretensiones representativas por un factor de coordinación. El valor del factor de coordinación depende del grado de precisión de la evaluación de las sobretensiones representativas y de una estimación empírica o estadística de la distribución de las sobretensiones y de las características del aislamiento.

Las tensiones soportadas de coordinación pueden determinarse como tensiones soportadas previstas convencionales (método determinista) o como tensiones soportadas estadísticas (método estadístico). El método influye sobre el valor del factor de coordinación. Para el presente estudio se usan ambos criterios. Se puede determinar directamente las tensiones soportadas de coordinación estadísticas, sin tener que pasar por las etapas intermedias de determinación de las sobretensiones representativas, mediante la simulación de los fenómenos de sobretensión combinada con la evaluación simultánea del riesgo de defecto, utilizando las características adecuadas del aislamiento.

8.2.1 Método Determinista Se aplicó cuando no se dispuso de información que provenga de pruebas, de las posibles tasas de fallas que pueden esperarse del equipo en servicio. •

•

Cuando el aislamiento se caracteriza por su tensión soportada convencional prevista (Pw=100%), lo cual significa que no se tolera ni una sola descarga disruptiva, el valor de soportabilidad se selecciona igual a la tensión soportada de coordinación, obtenida multiplicando la sobretensión representativa (máximo previsto) por un factor de coordinación Kc, que tiene en cuenta los efectos de las incertidumbres en la hipótesis para estos dos valores (la tensión soportada prevista y la sobretensión representativa); Cuando el aislamiento se caracteriza por la tensión soportada estadística (Pw=90%), tal como se hace para el aislamiento externo, Kc debe tener en cuenta también la diferencia entre esta tensión y la tensión soportada prevista. En este caso, es aceptable la ocurrencia de una cantidad de descargas disruptivas, correspondiente a una probabilidad de resistencia especificada (explicada en la Norma IEC 60060-1: Ensayos de Alta Tensión).

Con este método no se hace referencia a las tasas de falla posibles del equipo en servicio.

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV” Se aplicó en los siguientes casos: • •

Coordinación de aislamientos internos contra sobretensiones de frente lento, cuando el aislamiento está protegido por pararrayos. Protección con pararrayos contra sobretensiones causadas por rayos, de las descargas atmosféricas en equipos conectados a líneas aéreas, para los que se dispone de experiencia en equipos similares en el SEIN.

8.2.2 Método Estadístico Se basa en la frecuencia de ocurrencia de sobretensiones debidas a un origen específico, en la distribución de probabilidad de sobretensión relativa a este origen y la probabilidad de descarga del aislamiento. El riesgo de falla también puede ser determinado combinando sobretensión y cálculos de probabilidad de descarga simultáneamente, descarga por descarga, tomando en consideración la naturaleza estadística de las sobretensiones y descargas por procedimientos adecuados. Por repetición de los cálculos para distintos tipos de aislamiento y para diferentes estados de la red, puede obtenerse la proporción de fallas totales (tasa de indisponibilidad) del sistema debido a las fallas del aislamiento. Por tanto, la aplicación de la coordinación estadística del aislamiento aporta la posibilidad de estimar directamente la frecuencia de falla como función de los factores seleccionados en el diseño del sistema. Incluso, la optimización del aislamiento sería posible, si los costos de los cortes de energía eléctrica pudieran relacionarse con los distintos tipos de fallas, lo cual es muy difícil en la práctica debido a la dificultad de evaluar los daños a las instalaciones en los distintos estados operativos de la red y de evaluar las pérdidas económicas por energía dejada de suministrar. Como consecuencia de esto, usualmente es preferible sobredimensionar ligeramente el aislamiento del sistema, en lugar de optimizarlo. El diseño del aislamiento del sistema está basado en la comparación de riesgos, correspondiente a las diferentes alternativas de diseño.

9.3

Determinación de las tensiones soportadas especificadas (URW) Este paso consistió en convertir las tensiones soportadas de coordinación (Ucw) vistas en el procedimiento anterior, en condiciones de ensayo normalizadas adecuadas. Esto se hace multiplicando las tensiones Ucw por factores que compensen las diferencias entre las condiciones reales de servicio del aislamiento y las de los ensayos de tensiones soportadas normalizadas. Los factores que se aplican deben compensar: • • • • •

Las diferencias en el montaje del material; La dispersión en la calidad de fabricación; La calidad de la instalación; El envejecimiento del aislamiento durante la vida esperada; Otras influencias desconocidas.

Debido a que estos factores no se pueden evaluar en forma independiente unas de otras, se adopta un factor sobre la base de la experiencia. MEMORIA DE CALCULO ESTUDIO DE COORDINACION DE AISLAMIENTO P:\0.0 Proy. ELTEC Pomalca\Vol. 04 - Calculos Justificativos\ENSA-PO-MC-001 Coord. Aislamiento Rev A.doc

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV” En el caso del aislamiento externo debe aplicarse un factor adicional para tener en cuenta las diferencias entre las condiciones ambientales normalizadas de referencia y las esperadas en funcionamiento.

9.4

Elección del nivel de aislamiento asignado Esta elección consistió en seleccionar el conjunto de tensiones soportadas normalizadas (Uw) del aislamiento más económico, suficientes para demostrar que se satisfacen todas las tensiones soportadas especificadas. La tensión soportada permanente del aislamiento a frecuencia industrial, del material, que es la tensión más elevada del material; se elige como la tensión más próxima al valor normalizado de Um igual o superior a la tensión soportada permanente a frecuencia industrial especificada. La normalización de los ensayos, así como la elección de las tensiones de ensayo adecuadas, para demostrar la conformidad a Um de cada tipo de material, son efectuadas por los comités encargados de dichos materiales (por ejemplo, ensayos de contaminación o ensayos de la tensión de aparición de descargas parciales). Las tensiones soportadas para demostrar que se satisfacen las tensiones soportadas especificadas temporales, de frente lento y de frente rápido, para el aislamiento fase-tierra, el aislamiento entre fases y el aislamiento longitudinal, pueden elegirse de la misma forma que la tensión soportada especificada, o de forma diferente teniendo en cuenta, para esta última elección, las características intrínsecas del aislamiento. El valor de la tensión soportada se elige de entre las tensiones soportadas normalizadas de las dos listas siguientes, como el valor más próximo igual o superior a: • •

La tensión soportada especificada, en el caso que se elija la misma forma; La tensión soportada especificada multiplicada por el factor de conversión de ensayo adecuado, en los casos en que se elige una forma diferente.

Esto puede permitir la adopción de una sola tensión soportada normalizada para demostrar la conformidad a más de una tensión soportada especificada, dando así la posibilidad de reducir el número de tensiones soportadas normalizadas que conducen a definir un nivel de aislamiento asignado. La elección de la tensión soportada normalizada para demostrar la conformidad con la tensión soportada especificada de frente muy rápido debe ser estudiada por los comités encargados de cada tipo de material.

9.5

Elección de los niveles de aislamiento normalizados (Uw) Las tensiones soportadas por los equipos eléctricos, normalizadas se asocian a la tensión más elevada Um para el material, de acuerdo con la tabla 2 y 3 para la gama I y II de la norma IEC 60071-1. Las asociaciones obtenidas relacionando las tensiones soportadas normalizadas de todas las columnas sin cruzar las líneas horizontales marcadas se definen estando normalizados los niveles de aislamiento

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV” Para la mayor parte de las tensiones mas elevadas para el material, está prevista mas de una asociación preferente a fin de permitir aplicar diferentes criterios de comportamiento o diferentes valores de sobretensiones. Para las asociaciones preferentes, solamente son suficientes dos tensiones soportadas normalizadas para definir el nivel de aislamiento normalizado del material.

9.6

Diagrama de flujo de la determinación de la coordinación de aislamiento Se puede resumir nuestro procedimiento de análisis de la siguiente forma:

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Análisis de la Red.

Origen y Clasificación de las tensiones soportadas Nivel de Protección de los dispositivos limitadores de sobretensión. Características del Aislamiento.

Tensiones y sobretensiones representativas, Urp

Características del aislamiento Criterios de comportamiento. Distribución estadística (+).

Elección del aislamiento que satisface el criterio de comportamiento.

Imprecisión de datos de entrada (+). (+) Efectos combinados en un factor de coordinación Kc.

Tensiones soportadas de coordinación Ucw. Factor de corrección atmosférico Ka. Montaje del material Ensayado (*). Dispersión en Fabricación (*) Calidad de Instalación (*). Envejecimiento en servicio (*). Otros factores desconocidos (*).

Aplicación de factores teniendo en cuenta las diferencias entre las condiciones de ensayo de tipo y condiciones reales de servicio.

(*)Efectos combinados en un factor de seguridad Ks.

Tensiones soportadas especificadas Urw.

Condiciones de Ensayo. Factor de conversión de Ensayo Kt. Tensiones soportadas normalizadas. Gamas de Valores de Um.

Elección de tensiones soportadas normalizadas, Uw.

Nivel de Aislamiento Asignado o Normalizado: conjunto de Uw.

Indican los datos a tener en cuenta. Indican las acciones a efectuar. Indican resultados obtenidos.

Organigrama de determinación de los niveles de aislamientos asignados y normalizados. (Norma IEC 60071-1)

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10.0 ELECCIÓN DE LOS NIVELES DE AISLAMIENTO NORMALIZADOS Las tensiones soportadas normalizadas se asocian a la tensión mas elevada para el material, de acuerdo con la tabla 2 para la gama I de la norma IEC 60071-1. Las asociaciones obtenidas relacionando las tensiones soportadas normalizadas de todas las columnas sin cruzar las líneas horizontales marcadas se definen estando normalizados los niveles de aislamiento. Adicionalmente IEC ha normalizado el aislamiento entre fases, de la gama I, las tensiones soportadas normalizadas de corta duración a frecuencia industrial y a los impulsos tipo rayo entre fases son iguales a las tensiones soportadas fase-tierra correspondientes (tabla 2). No obstante, los valores entre paréntesis pueden ser insuficientes para demostrar que las tensiones soportadas especificadas son satisfactorias y pueden ser necesarios ensayos complementarios de tensión soportada entre fases. Para la mayor parte de las tensiones mas elevadas para el material, está prevista mas de una asociación preferente a fin de permitir aplicar diferentes criterios de comportamiento o diferentes valores de sobretensiones. Para las asociaciones preferentes, solamente son suficientes dos tensiones soportadas normalizadas para definir el nivel de aislamiento normalizado del material.

11.0 FACTORES DE SEGURIDAD (Ks) Existen varios factores y modos de funcionamiento que influyen sobre los aislamientos eléctricos, los cuales corresponden a las siguientes solicitaciones de servicio: • Solicitaciones térmicas MEMORIA DE CALCULO ESTUDIO DE COORDINACION DE AISLAMIENTO P:\0.0 Proy. ELTEC Pomalca\Vol. 04 - Calculos Justificativos\ENSA-PO-MC-001 Coord. Aislamiento Rev A.doc

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV” • • •

Solicitaciones eléctricas Solicitaciones ambientales Solicitaciones mecánicas

Los pesos de los mencionados factores de influencia pueden variar para cada tipo de equipo y compensan: • Las diferencias en el montaje de los equipos; • La dispersión de la calidad del producto; • La calidad de la instalación; • El envejecimiento del aislamiento durante la vida útil prevista; • Otros factores desconocidos. La norma IEC recomienda aplicar los siguientes factores de seguridad: • Para el aislamiento interno Ks = 1.15; • para el aislamiento externo Ks = 1.05

12.0 CORRECCIÓN ATMOSFÉRICA La norma IEC considera que las condiciones atmosféricas del aire no influyen en las propiedades del aislamiento interno. Las reglas para la corrección atmosférica para las tensiones soportadas del aislamiento externo se encuentran especificadas en la norma IEC 60060-1. Estas reglas se basan en medidas a altitudes de hasta 2000m y su aplicación a altitudes mayores se debe hacer con precaución. Adicionalmente se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones: • Para distancias en el aire y aislamientos limpios, debe aplicarse la corrección a las tensiones soportadas a impulso tipo rayo y tipo maniobra. Para aisladores que requieren un ensayo de contaminación, también es necesario una corrección de la tensión soportada de larga duración a frecuencia industrial. • Para la determinación del factor de corrección atmosférico aplicable, puede considerarse que los factores de corrección por temperatura y por la humedad ambiente, tienden a anularse mutuamente; por lo tanto, a los efectos de coordinación del aislamiento, solo es necesario tener en cuenta la presión atmosférica correspondiente a la altitud del lugar para los aislamientos en seco y bajo lluvia. Estas consideraciones no son aplicables en aisladores cuya distancia entre campanas sea muy pequeña y que las campanas puedan ser unidas por la lluvia Factor de corrección por altitud (Ka) Se basa en la variación de la presión atmosférica en función a la altitud (norma IEC 60721-2-3) y se puede calcular como: • (Ecuación 2.1) • H: Altitud sobre el nivel del mar (metros) • m=1 para las tensiones soportadas de coordinación a impulsos tipo rayo; • m= valor obtenido de la figura 9 para las tensiones soportadas de coordinación a impulsos tipo maniobra; • m=1 para tensiones soportadas a frecuencia industrial de corta duración de las distancias en el aire y de aisladores limpios.

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV” El valor de m depende de varios parámetros. Los valores dados en la figura 9 de la norma IEC 60071-2. son conservadores. • En este caso los valores de m pueden variar entre 0,5 para los aisladores normales y 0,8 para los coordinados, para los ensayos de larga duración y si es necesario para los de tensión soportada a frecuencia industrial de corta duración.

13.0 FACTORES DE CONVERSIÓN DE PRUEBA Si los factores de conversión no están disponible, se pueden aplicar los factores de conversión indicados en la tabla Nº 2 de la norma IEC 60071-2 a las tensiones de soportabilidad al impulso de maniobras requeridas. Estos factores aplican a las tensiones requeridas de soportabilidad fase-tierra así como a la suma de las componentes de la tensión fase-fase.

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14.0 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO A 60 kV Para estos equipos se tiene una tensión máxima de72.5 kV y una tensión nominal de 60 KV.

14.1 TENSIONES REPRESENTATIVAS (URP) Se consideran los valores para sobretensiones sugeridas en la recomendación IEC 60071-2. TOV Falla fase - tierra (Urp) Rechazo de carga (Urp)

1,5*Um/V3 = 1,4*Um =

63.0 kV 102.0 kV

Sobretensión de Maniobra Uet= 1,25*Ue2-0,25 pu Upt= 1,25*Up2-0,43 pu Donde los valores de Ue2 y Up2 son sugeridos en el Anexo H de IEC 60071-2: Todos los Equipos En el pararrayos

Ue2 Up2 Ue2 Up2

1,9 2,9 3,0 4,5

pu pu pu pu

Cálculo de las Sobretensión de Maniobra Todos los equipos Fase - tierra (Uet) 126,0kV Fase - fase (Upt) 189,0kV En pararrayos (En la entrada) Fase - tierra (Uet) 207,0kV Fase - fase (Upt) 308,0kV

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV” Pararrayos en la entrada de la línea Se utilizan los valores de protección para el pararrayos 60 kV (Ur=54 kV): - Nivel de protección al impulso de maniobra-NPM (Ups) - Nivel de protección al impulso atmosférico-NPR (Upt) Fase-tierra Fase-fase Fase-fase

(Urp=NPM) (Urp=2xNPM) (Upt)

107,0 kV 127,0 kV

107,0 KV (Para cualquier equipo) 189,0 KV (Para pararrayos) 214,0 KV (Para cualquier equipo excepto el pararrayos)

14.2 TENSIONES DE COORDINACIÓN (Ucw) Sobretensiones temporales Ucw=Kc x Urp (Kc=1) - factor de coordinación sugerido en la cláusula 3.3.1 de la IEC 60071-2 Fase-tierra : 63 kV Fase-fase : 102 kV Maniobra Para pararrayos fase-tierra Ups/Ue2 fase-fase 2Ups/Up2 Para todos los equipos fase-tierra Ups/Ue2 fase-fase 2Ups/Up2 Fase-tierra Ucw=Kcd x Urp Fase-fase Fase-fase

Ucw=Kcd x Urp

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Relación 0.6 0.8

Kcd (*) 1.07 1.03

0.95 1.25

1.00 1.00

114,0kV - Para equipos de entrada 220,0kV - Para equipos de entrada 107,0kV - Para todos los equipos 189,0kV - Para todos los equipos

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10.2.1Descargas Atmosféricas

A. Aislamiento Externo 

NPR (Upl)

127,0 kV



Factor A (Tabla F.2 - IEC 60071-2)

4500,0



Cant. de líneas conectadas a la subestación

n=



Distancia del pararrayos al equipo – Aisl. Interno

L1 = 8 m



Distancia del pararrayos al equipo – Ail. Externo

L2 = 12 m



Vano típico de la línea

Lsp=

150



Indice de fallas (salidas)

Rkm =

3,0/100km año



Tasa de falla aceptable (IEC 60071-2)

Ra =

1,0/400 años



Longitud equivalente de tasa de fallas: La=Ra/Rkm

kV

2,0

m

83,0 m

Determinación de la Distancia L1 Y l2 (Distancia para aislamiento Interno y Externo) Para L1, se considera la distancia al equipamiento más cercano. (L1=a1+a2+a3+a4) L1= 12 m, adoptamos una distancia de 8. Para L2, se considera la distancia al equipamiento más alejado. (L2=a1+a2+a3+a4) L2= 18 tomando como criterio de diseño será 12 m. MEMORIA DE CALCULO ESTUDIO DE COORDINACION DE AISLAMIENTO P:\0.0 Proy. ELTEC Pomalca\Vol. 04 - Calculos Justificativos\ENSA-PO-MC-001 Coord. Aislamiento Rev A.doc

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A L2 n Lsp  La

U CW  U pl 

Ucw= 204,0 kV

B. Aislamiento Interno En forma similar para el aislamiento interno:

U CW  U pl 

A L1 n Lsp  La

Ucw= 243,0 kV

14.3 TENSIONES DE SOPORTABILIDAD REQUERIDAS (Urw) Factor de seguridad:

Interno: 1,15 Externo: 1,05

Factor de altura:

H = 150 msnm (Subestación Pomalca 60 kV)

Ka  e

 H  m   8150 

- Para la tensión soportada a frecuencia industrial: m= 0,5 - Para la tensión soportada a impulso tipo maniobra, el valor de "m" es una función de la tensión soportada de coordinación de acuerdo a la figura Nº 09 

Fase - tierra

Ucw= 114,0 kV

m= 0,94



Fase - fase

Ucw= 220,0 kV

m= 1,0

- Para la tensión soportada a impulso tipo rayo:

m= 1,0

La subestación se encuentra a una altura H= 150 msnm, por lo que los valores de Ka son: 

Para la tensión soportada a frecuencia industrial:

Ka=

1,055



Para la tensión soportada a impulso tipo maniobra

Ka=

1,106 Fase - tierra

Ka=

1,113 Fase - fase

Ka=

1113 Fase-fase

 

Para la tensión soportada a impulso tipo rayo:

Aplicando los factores de seguridad y por altura de instalación, se obtienen los siguientes resultados:

TOV (FI)

fase-tierra fase-fase

BSL

fase-tierra

Externo (kV) 70.0 113.0 132.0 124.0

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Interno (kV) 72.0 117.0 131.0 (Para pararrayos) 123.0 (Para todos los equipos) ELTEC 22 de 34

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV” fase-fase BIL

fase-tierra fase-fase

257.0 221.0 284.0 284.0

253.0 217.0 235.0 235.0

(Para pararrayos) (Para todos los equipos)

14.4 CONVERSIÓN DE BSL A FI (Frecuencia Industrial) Y BIL La recomendación IEC permite utilizar un factor de conversión que se aplica a una tensión de soporte requerida para seleccionar una tensión de soporte de diferente forma de tal manera que se obtenga el límite menor de la tensión de soporte con que debe probarse el equipo; en este caso se convierte las tensiones de maniobra a valores equivalentes de FI y BIL de acuerdo con las formulas dadas por la IEC 60071-2 (tabla Nº 02). 10.4.1A Frecuencia Industrial La tabla Nº 2 de la norma IEC 60071-2 da los factores de conversión de ensayo a aplicar a las tensiones aplicadas a las tensiones soportadas a impulso tipo maniobra fase-fase y fase-tierra. Fase-tierra Interno Fase-fase Fase-tierra Externo Fase-fase

66.0 62.0 127.0 109.0 81.0 76.0 159.0 136.0

kV kV kV kV kV kV kV kV

Para equipos de entrada Para todos los equipos Para equipos de entrada Para todos los equipos Para equipos de entrada Para todos los equipos Para equipos de entrada Para todos los equipos

10.4.2A Impulso Tipo Rayo La tabla Nº 2 de la norma IEC 60071-2 da los factores de conversión de ensayo a aplicar a las tensiones aplicadas a las tensiones soportadas a impulso tipo maniobra fase-fase y fase-tierra.

Interno

fase-tierra fase-fase

Externo

fase-tierra fase-fase

135.0 kV

Para todos los equipos

239.0 kV 133.0kV 172.0 kV 237.0 kV 277.0 kV

Para todos los equipos Para equipos de entrada Para todos los equipos Para equipos de entrada Para todos los equipos

14.5 RESUMEN

FI

fase-tierra fase-fase BSL fase-tierra fase-fase

Aislamiento Externo Entrada Urw Urwc 70.0 81.0 113.0 159.0 132.0 --257.0 ---

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Urw 70.0 113.0 124.0 221.0

Otros

Urwc 76.0 136.0 -------

Aislamiento Interno Urw Urwc 72.0 66.0 72.0 127.0 131.0 --253.0 --ELTEC

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV” BIL Fase-tierra Fase-fase

284.0 284.0

172.0 277.0

284.0 284.0

161.0 237.0

235.0 235.0

135.0 239.0

14.6 AISLAMIENTO FASE – TIERRA SELECCIONADO EN 60 kV 13.6.1Interno El mayor valor encontrado no convertido para las sobretensiones a frecuencia industrial corresponde a 72 kV fase – fase; considerando que las recomendaciones IEC sugieren que los valores para el aislamiento entre fases son iguales al BIL y la FI fase - tierra, se selecciona el superior correspondiente de 140 kV asociado a un BIL de 325 kV, valor este que sería mayor que el BIL requerido de 325 kV (mayor valor obtenido del Bil). 

Tensión nominal del sistema

:

60 kV



Tensión máxima del equipo

:

72.5 kV



Tensión de sostenimiento a la onda de impulso 1,2/50

:

325 kVpico

13.6.2Externo El aislamiento externo de acuerdo a los valores obtenidos nos da un equipo de la I Gama de valores de tensiones de soportabilidad al impulso atmosférico tipo rayo es de 284 kV-BIL, estos valores nos dan un equipo superior inferior a los 300 kV, por lo que para la estandarización escogemos los siguientes valores de acuerdo a norma IEC. 

Tensión nominal del sistema

:

60 kV



Tensión máxima del equipo

:

72.5 kV



Tensión de soportabilidad al impulso tipo atmosférico

:

325 kVpico

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15.0 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO A 22.9 kV Para estos equipos se tiene una tensión máxima de 24 kV y una tensión nominal de 22.9 KV.

15.1 TENSIONES REPRESENTATIVAS (URP) Se consideran los valores para sobretensiones sugeridas en la recomendación IEC 60071-2. TOV Falla fase - tierra (Urp) Rechazo de carga (Urp)

1,5*Um/V3 = 1,4*Um =

21.0 kV 34.0 kV

Sobretensión de Maniobra Uet= 1,25*Ue2-0,25 pu Upt= 1,25*Up2-0,43 pu Donde los valores de Ue2 y Up2 son sugeridos en el Anexo H de IEC 60071-2: Todos los Equipos En el pararrayos

Ue2 Up2 Ue2 Up2

1,9 2,9 3,0 4,5

pu pu pu pu

Cálculo de las Sobretensión de Maniobra Todos los equipos Fase - tierra (Uet) 42,0kV Fase - fase (Upt) 63,0kV En pararrayos (En la entrada) Fase - tierra (Uet) 69,0kV Fase - fase (Upt) 102,0kV Pararrayos en la entrada de la línea Se utilizan los valores de protección para el pararrayos 22.9 kV (Ur=24 kV): - Nivel de protección al impulso de maniobra-NPM (Ups) - Nivel de protección al impulso atmosférico-NPR (Upt) Fase-tierra Fase-fase Fase-fase

(Urp=NPM) (Urp=2xNPM) (Upt)

47,6 kV 56,4 kV

47,6 KV (Para cualquier equipo) 63,0 KV (Para pararrayos) 95,2 KV (Para cualquier equipo excepto el pararrayos)

15.2 TENSIONES DE COORDINACIÓN (Ucw) Sobretensiones temporales Ucw=Kc x Urp (Kc=1) - factor de coordinación sugerido en la cláusula 3.3.1 de la IEC 60071-2 Fase-tierra : 21 kV Fase-fase : 34 kV Maniobra MEMORIA DE CALCULO ESTUDIO DE COORDINACION DE AISLAMIENTO P:\0.0 Proy. ELTEC Pomalca\Vol. 04 - Calculos Justificativos\ENSA-PO-MC-001 Coord. Aislamiento Rev A.doc

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV” Para pararrayos fase-tierra Ups/Ue2 fase-fase 2Ups/Up2 Para todos los equipos fase-tierra Ups/Ue2 fase-fase 2Ups/Up2 Fase-tierra Ucw=Kcd x Urp Fase-fase Fase-fase

Relación 0.6 0.8

Kcd (*) 1.07 1.03

0.95 1.25

1.00 1.00

Ucw=Kcd x Urp

51,0kV - Para equipos de entrada 98,0kV - Para equipos de entrada 48,0kV - Para todos los equipos 63,0kV - Para todos los equipos

10.2.1Descargas Atmosféricas

C. Aislamiento Externo 

NPR (Upl)

56,4kV



Factor A (Tabla F.2 - IEC 60071-2)

4500,0



Cant. de líneas conectadas a la subestación

n=



Distancia del pararrayos al equipo – Aisl. Interno

L1 = 3 m



Distancia del pararrayos al equipo – Ail. Externo

L2 = 5 m



Vano típico de la línea

Lsp=

150



Indice de fallas (salidas)

Rkm =

4,0/100km año

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kV

4,0

m

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Tasa de falla aceptable (IEC 60071-2)



Longitud equivalente de tasa de fallas: La=Ra/Rkm

Ra =

1,0/400 años 83,0 m

Determinación de la Distancia L1 Y l2 (Distancia para aislamiento Interno y Externo) Para L1, se considera la distancia al equipamiento más cercano. (L1=a1+a2+a3+a4) L1= 12 m, adoptamos una distancia de 3 m. Para L2, se considera la distancia al equipamiento más alejado. (L2=a1+a2+a3+a4) L2= 18 tomando como criterio de diseño será 5 m.

A L2 n Lsp  La

U CW  U pl 

Ucw=72,0

kV

Ucw=83,0

kV

D. Aislamiento Interno En forma similar para el aislamiento interno:

U CW  U pl 

A L1 n Lsp  La

15.3 TENSIONES DE SOPORTABILIDAD REQUERIDAS (Urw) Factor de seguridad:

Interno: 1,15 Externo: 1,05

Factor de altura:

H = 150 msnm (Subestación Pomalca, 22.9 kV)

Ka  e

 H  m   8150 

- Para la tensión soportada a frecuencia industrial: m= 0,5 - Para la tensión soportada a impulso tipo maniobra, el valor de "m" es una función de la tensión soportada de coordinación de acuerdo a la figura Nº 09 

Fase - tierra

Ucw= 51,0 kV

m= 0,94



Fase - fase

Ucw= 98,0 kV

m= 1,0

- Para la tensión soportada a impulso tipo rayo:

m= 1,0

La subestación se encuentra a una altura H= 150 msnm, por lo que los valores de Ka son: 

Para la tensión soportada a frecuencia industrial:

Ka=

1,055



Para la tensión soportada a impulso tipo maniobra

Ka=

1,106 Fase - tierra

Ka=

1,113 Fase - fase

 MEMORIA DE CALCULO ESTUDIO DE COORDINACION DE AISLAMIENTO P:\0.0 Proy. ELTEC Pomalca\Vol. 04 - Calculos Justificativos\ENSA-PO-MC-001 Coord. Aislamiento Rev A.doc

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV” 

Para la tensión soportada a impulso tipo rayo:

Ka=

1113 Fase-fase

Aplicando los factores de seguridad y por altura de instalación, se obtienen los siguientes resultados:

TOV (FI)

BSL

fase-tierra fase-fase fase-tierra fase-fase

BIL

fase-tierra fase-fase

Externo (kV) 23.0 38.0 59.0 56.0 114.0 74.0 97.0 97.0

Interno (kV) 24.0 39.0 59.0 55.0 113.0 72.0 83.0 83.0

(Para pararrayos) (Para todos los equipos) (Para pararrayos) (Para todos los equipos)

15.4 CONVERSIÓN DE BSL A FI (Frecuencia Industrial) Y BIL La recomendación IEC permite utilizar un factor de conversión que se aplica a una tensión de soporte requerida para seleccionar una tensión de soporte de diferente forma de tal manera que se obtenga el límite menor de la tensión de soporte con que debe probarse el equipo; en este caso se convierte las tensiones de maniobra a valores equivalentes de FI y BIL de acuerdo con las formulas dadas por la IEC 60071-2 (tabla Nº 02). 10.4.1A Frecuencia Industrial La tabla Nº 2 de la norma IEC 60071-2 da los factores de conversión de ensayo a aplicar a las tensiones aplicadas a las tensiones soportadas a impulso tipo maniobra fase-fase y fase-tierra. Fase-tierra Interno Fase-fase Fase-tierra Externo Fase-fase

28.0 57.0 36.0 36.0 34.0 69.0 45.0

kV kV kV kV kV kV kV kV

Para equipos de entrada Para todos los equipos Para equipos de entrada Para todos los equipos Para equipos de entrada Para todos los equipos Para equipos de entrada Para todos los equipos

10.4.2A Impulso Tipo Rayo La tabla Nº 2 de la norma IEC 60071-2 da los factores de conversión de ensayo a aplicar a las tensiones aplicadas a las tensiones soportadas a impulso tipo maniobra fase-fase y fase-tierra.

Interno

fase-tierra fase-fase

Externo

fase-tierra fase-fase

61.0 kV

Para todos los equipos

79.0 kV 59.0kV 77.0 kV 78.0 kV 121.0 kV

Para todos los equipos

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15.5 RESUMEN

FI

fase-tierra fase-fase cBSL fase-tierra fase-fase BIL Fase-tierra Fase-fase

Aislamiento Externo Entrada Urw Urwc 23.0 36.0 38.0 69.0 59.0 --114.0 --97.0 77.0 97.0 121.0

Urw 23.0 38.0 56.0 74.0 97.0 97.0

Otros

Urwc 34.0 45.0 ------73.0 78.0

Aislamiento Interno Urw Urwc 24.0 30.0 24.0 57.0 59.0 --113.0 --83.0 61.0 83.0 79.0

15.6 AISLAMIENTO FASE – TIERRA SELECCIONADO EN 22.9 kV 13.6.1Interno El mayor valor encontrado no convertido para las sobretensiones a frecuencia industrial corresponde a 22.9 kV fase – fase; considerando que las recomendaciones IEC sugieren que los valores para el aislamiento entre fases son iguales al BIL y la FI fase - tierra, se selecciona el superior correspondiente de 79 kV asociado a un BIL de 125 kV, valor este que sería mayor que el BIL requerido de 125 kV (mayor valor obtenido del Bil). 

Tensión nominal del sistema

:

24 kV



Tensión máxima del equipo

:

22,9 kV



Tensión de sostenimiento a la onda de impulso 1,2/50

:

125 kVpico

13.6.2Externo 

El mayor valor encontrado no convertido para las sobretensiones a frecuencia industrial corresponde a 22.9 kV fase – fase; considerando que las recomendaciones IEC sugieren que los valores para el aislamiento entre fases son iguales al BIL y la FI fase - tierra, se selecciona el superior correspondiente de 97kV asociado a un BIL de 125 kV, valor este que sería mayor que el BIL requerido de 125 kV (mayor valor obtenido del Bil).



Tensión nominal del sistema

:

22.9 kV



Tensión máxima del equipo

:

24 kV



Tensión de soportabilidad al impulso tipo atmosférico

:

125 kVpico

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16.0 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO A 10 kV Para estos equipos se tiene una tensión máxima de 12 kV y una tensión nominal de 10 KV.

16.1 TENSIONES REPRESENTATIVAS (URP) Se consideran los valores para sobretensiones sugeridas en la recomendación IEC 60071-2. TOV Falla fase - tierra (Urp) Rechazo de carga (Urp)

1,5*Um/V3 = 1,4*Um =

10.0 kV 17.0 kV

Sobretensión de Maniobra Uet= 1,25*Ue2-0,25 pu Upt= 1,25*Up2-0,43 pu Donde los valores de Ue2 y Up2 son sugeridos en el Anexo H de IEC 60071-2: Todos los Equipos En el pararrayos

Ue2 Up2 Ue2 Up2

1,9 2,9 3,0 4,5

pu pu pu pu

Cálculo de las Sobretensión de Maniobra Todos los equipos 18.0 Fase - tierra (Uet) kV 27.0 Fase - fase (Upt) kV En pararrayos (En la entrada) 30.0 Fase - tierra (Uet) kV 45.0 Fase - fase (Upt) kV Pararrayos en la entrada de la línea Se utilizan los valores de protección para el pararrayos 10 kV (Ur=15 kV): - Nivel de protección al impulso de maniobra-NPM (Ups) - Nivel de protección al impulso atmosférico-NPR (Upt) Fase-tierra Fase-fase Fase-fase

(Urp=NPM) (Urp=2xNPM) (Upt)

23.3 kV 28.2 kV

23.3 KV (Para cualquier equipo) 31 KV (Para pararrayos) 46.6 KV (Para cualquier equipo excepto el pararrayos)

16.2 TENSIONES DE COORDINACIÓN (Ucw) Sobretensiones temporales Ucw=Kc x Urp (Kc=1) - factor de coordinación sugerido en la cláusula 3.3.1 de la IEC 60071-2 Fase-tierra : 10 kV MEMORIA DE CALCULO ESTUDIO DE COORDINACION DE AISLAMIENTO P:\0.0 Proy. ELTEC Pomalca\Vol. 04 - Calculos Justificativos\ENSA-PO-MC-001 Coord. Aislamiento Rev A.doc

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17 kV

Maniobra Para pararrayos fase-tierra Ups/Ue2 fase-fase 2Ups/Up2 Para todos los equipos fase-tierra Ups/Ue2 fase-fase 2Ups/Up2 Fase-tierra Ucw=Kcd x Urp Fase-fase Fase-fase

Relación 1.17 1.56

Ucw=Kcd x Urp

Kcd (*) 1.07 1.03

1.84 1.00 2.41 1.00 25,0kV - Para equipos de entrada 48,0kV - Para equipos de entrada 23,0kV - Para todos los equipos 31,0kV - Para todos los equipos

(*) Ver figura Nº 6 de la IEC 60071-2

10.2.1Descargas Atmosféricas

E. Aislamiento Externo 

NPR (Upl)

28,2 kV



Factor A (Tabla F.2 - IEC 60071-2)

4500,0



Cant. de líneas conectadas a la subestación

n=



Distancia del pararrayos al último equipo (L1)

2m

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kV

4,0

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Distancia del pararrayos al equipo más cercano (L2)

4m



Vano típico de la línea

Lsp=

80



Indice de fallas (salidas)

Rkm =

4,0/100km año



Tasa de falla aceptable (IEC 60071-2)

Ra =

1,0/400 años



Longitud equivalente de tasa de fallas: La=Ra/Rkm

A L2 n Lsp  La

U CW  U pl 

m

63,0 m

Ucw= 44,0 kV

F. Aislamiento Interno En forma similar para el aislamiento interno:

U CW  U pl 

A L1 n Lsp  La

Ucw= 60,0 kV

16.3 TENSIONES DE SOPORTABILIDAD REQUERIDAS (Urw) Factor de seguridad:

Interno: 1,15 Externo: 1,05

Factor de altura:

H = 150 msnm (Subestación Pomalca 60 kV)

Ka  e

 H  m   8150 

- Para la tensión soportada a frecuencia industrial: m= 0,5 - Para la tensión soportada a impulso tipo maniobra, el valor de "m" es una función de la tensión soportada de coordinación de acuerdo a la figura Nº 09 

Fase - tierra

Ucw= 25,0 kV

m= 0,94



Fase - fase

Ucw= 48,0 kV

m= 1,0

- Para la tensión soportada a impulso tipo rayo:

m= 1,0

La subestación se encuentra a una altura H= 150 msnm, por lo que los valores de Ka son: 

Para la tensión soportada a frecuencia industrial:

Ka=

1,055



Para la tensión soportada a impulso tipo maniobra

Ka=

1,106 Fase - tierra

Ka=

1,113 Fase - fase

Ka=

1,113

 

Para la tensión soportada a impulso tipo rayo:

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“Elaboración de la Ingeniería de Detalle de la Ampliación de Potencia en la Subestación Pomalca 60/22.9/10 kV” Aplicando los factores de seguridad y por altura de instalación, se obtienen los siguientes resultados:

TOV (FI)

BSL

fase-tierra fase-fase fase-tierra fase-fase

BIL

fase-tierra fase-fase

Externo (kV) 11.0 19.0 29.0 27.0 56.0 36.0 70.0 70.0

Interno (kV) 12.0 20.0 29.0 26.0 55.0 36.0 51.0 51.0

(Para pararrayos) (Para todos los equipos) (Para pararrayos) (Para todos los equipos)

16.4 CONVERSIÓN DE BSL A FI (Frecuencia Industrial) Y BIL La recomendación IEC permite utilizar un factor de conversión que se aplica a una tensión de soporte requerida para seleccionar una tensión de soporte de diferente forma de tal manera que se obtenga el límite menor de la tensión de soporte con que debe probarse el equipo; en este caso se convierte las tensiones de maniobra a valores equivalentes de FI y BIL de acuerdo con las formulas dadas por la IEC 60071-2 (tabla Nº 02). 10.4.1A Frecuencia Industrial La tabla Nº 2 de la norma IEC 60071-2 da los factores de conversión de ensayo a aplicar a las tensiones aplicadas a las tensiones soportadas a impulso tipo maniobra fase-fase y fase-tierra.

Fase-tierra Interno Fase-fase Fase-tierra Externo Fase-fase

15.0 kV 13.0 kV 28.0 kV 18.0 kV 17.0 kV 16.0 kV 34.0 kV 22.0 kV

Para equipos de entrada Para todos los equipos Para equipos de entrada Para todos los equipos Para equipos de entrada Para todos los equipos Para equipos de entrada Para todos los equipos

10.4.2A Impulso Tipo Rayo La tabla Nº 2 de la norma IEC 60071-2 da los factores de conversión de ensayo a aplicar a las tensiones aplicadas a las tensiones soportadas a impulso tipo maniobra fase-fase y fase-tierra.

Interno

fase-tierra fase-fase

Externo

fase-tierra fase-fase

29.0kV

Para todos los equipos

40.0kV 28.0kV 38.0kV 38.0kV 59.0kV

Para todos los equipos

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Para equipos de entrada Para todos los equipos Para equipos de entrada Para todos los equipos

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16.5 RESUMEN

FI

fase-tierra fase-fase BSL fase-tierra fase-fase BIL Fase-tierra Fase-fase

Urw 11.0 19.0 29.0 56.0 70.0 70.0

Aislamiento Externo Entrada Urwc 17.0 34.0 ----38.0 59.0

Urw 11.0 19.0 27.0 36.0 70.0 70.0

Otros

Urwc 16.0 22.0 ------35.0 38.0

Aislamiento Interno Urw Urwc 12.0 15.0 12.0 28.0 29.0 --55.0 --51.0 29.0 51.0 40.0

16.6 AISLAMIENTO FASE – TIERRA SELECCIONADO EN 10 kV 14.6.1Interno El mayor valor encontrado no convertido para las sobretensiones a frecuencia industrial corresponde a 10 kV fase – fase; considerando que las recomendaciones IEC sugieren que los valores para el aislamiento entre fases son iguales al BIL y la FI fase - tierra, se selecciona el superior correspondiente de 28 kV asociado a un BIL de 75 kV. 

Tensión nominal del sistema

:

10 kV



Tensión máxima del equipo

:

10.5 kV



Tensión de sostenimiento a la onda de impulso 1,2/50

:

75 kVpico

14.6.2Externo El aislamiento externo de acuerdo a los valores obtenidos nos da un equipo de la I Gama de valores de tensiones de soportabilidad al impulso atmosférico tipo rayo es de 79 kV-BIL, por lo que para la estandarización escogemos los siguientes valores de acuerdo a norma IEC. 

Tensión nominal del sistema

:

10 kV



Tensión máxima del equipo

:

24 kV



Tensión de soportabilidad al impulso tipo atmosférico

:

75 kVpico



Tensión a frecuencia industrial

:

28 kV

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