Areva Itr Cigre Chl[1]

Soluciones a Prueba de Terremotos en Transformadores de Medida Erwin RETZ Sales Support & Training CIGRE, Santiago de Chile, Diciembre 2007

2

> Diseño Sismo-resistente de los TT.MM – 16/11/2007 – CIGRE Venezuela

2

Soluciones a Prueba de Terremotos en Transformadores de Medida

Un buen diseño sísmico es el resultado de una colaboración técnica muy estrecha entre usuario y fabricante. 3


3

Soluciones a Prueba de Terremotos en Transformadores de Medida La calidad sísmica además de, y no a costo de la calidad eléctrica.

4


4

Modelización de los Transformadores de Medida

5


5

Diseño sismo-resistente de los Transformadores de Medida Los TT.MM. son mecánicamente equivalentes a un oscilador (un grado de libertad) x Resorte

Amortiguador t

c

k m Oscilaciones libres amortiguadas

6


6

Diseño sismo-resistente de los transformadores de Medida

x

T

η t

x

Periodo de Oscilación:

m T = 2π k

Pulsación:

k ϖ= m

Tasa de amortiguamiento

o

c η= 2mϖ

Oscilaciones libres amortiguadas

7


7

Diseño sismo-resistente de los Transformadores de Medida Medición del centro de gravedad

8


8

Resistencia Mecánica

9


9

Aisladores Resistencia Mecánica

Momento de flexión máximo Tensiones mecánicas máximas en el aislador 10


10


F

M=F.L L

11

[daN.m]

Diagrama de Momento de Flexión

Mmáximo


11


Pruebas de ruptura con NGK Bélgica 12

La prueba permite determinar el momento de ruptura del aislador. Mas porcelanas se rompen, mas fiable el resultado de la prueba.


12


Cantidad de porcelanas

n

Curva de Gauss

n

µ

σ 2σ Riesgo 2.3%

3σ Riesgo : 0.15% 13

µ : promedio


µ=

i =1

Ri

n

σ : desviación estándar n

σ=

i =1

( Ri − µ ) 2 n −1

R Bridas y Porcelana de calidad: Momento de ruptura µ = 500 [daN.M]

σ = 40 µ-2σ ≥ 400 da.N/cm²

13


Prueba con bridas Bridas de acero en lugar de aluminio para cumplir con ETG1015

Ensayos UNICAMP Brasil 14


14

Amortiguadores

15


15

Análisis por elementos finitos Tensiones altas CTH 550 (η η=5%) Sin amortiguador ETG 1020 ZPA = 0.75 g (X;Y) = 0.40 g (Z) Acc. CG = 1.1 g

16


16

Mejora la Tasa de Amortiguación X

Con amortiguador

t

Sin amortiguador

17


17

Amortiguadores "RINGFEDER"

Para TC de 765 kV (modelo CTH 765) 18


18

Amortiguadores tipo RINGFEDER Fuerza Aplicada [F]

Desplazamiento [X]

Desplazamiento [X] B

C

Am

t ig r o

O

A

u

i m a

to n e

Fuerza Aplicada [F]

Tasa de amortiguamiento : 18% 19


19

Amortiguadores Tipo VIBRACHOC

Base del transformador

Colchones de hilos de acero inoxidable



20

Amortiguadores tipo VIBRACHOC


QDR 245 > Diseño Sismo-resistente de los TT.MM – 16/11/2007 – CIGRE Venezuela

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Capacidad de Desarrollo Soluciones Inovantes

Nuevo diseño de la base del CTH 550 para calificación a la norma ETG 1020 - sin amortiguadores 22


22

Comportamiento Sísmico Influencia del Tipo de Soporte

Estructura Tubular 23


Estructura Enrejada 23

Comportamiento Sísmico Influencia del Tipo de Soporte Ensayo de oscilaciones libres con CTH 550 Tipo estructura

24

Con Frecuencia Tasa de amortig. natural amortiguam [Hz] [%]

Enrejada

NO SI

2,4 1,2

5 17

Tubular

NO SI

1,8 1,1

3 14

Sin soporte

NO SI

3,6 1,2

3 14


24

Normas Sísmicas Internacionales ó Particulares

25


25

Normas Sísmicas Parámetros esenciales para definir un aparato

Espectro de diseño Aceleración del suelo Relación aceleración Vertical/Horizontal Procedimiento de calificación sísmica Factores de seguridad Adicionalmente: Combinación especifica de cargas

26


26

Normas Sísmicas Internacionales Ingendesa, Chile

Hydro-Quebec, Canadá

ETG 1015 (1993)

SN 29.1a (1990)

ETG 1020 (1997)

Australia

CADAFE, Venezuela

AS 1170 (1993)

NS-P 420

India

EDELCA, Venezuela

IS 1893 (1984)

ETGS/PAS 001 Rev 01(1999)

Nueva Zelanda

China

TZ 7881

GB/T 13540-92

TZ 7967

IEEE, Estados Unidos IEEE 693 (1997)

27


27

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/02

3 4

4

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78$σ

5

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3 4 43 ,*4

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5

W = weight (+ possible internal pressure for pressurized equipment) Pxxx = line pull on the terminals, of xxx daN Wixxx = wind at a speed of xxx km/h SC = short circuit S = seismic forces 28


28

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/02

3 4

4

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µ - 2σ 2,5

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µ − 2σ 1,5 µ - 2σ 1,5

29


29

Trafo de Tensión Inductivo Proceso de Fabricación

30


30

Transformador de Tensión Inductivo Proceso de Fabricación En el TTI, todos los arrollamientos están montados en el mismo núcleo

Núcleo magnético (aterrado) Soporte aislante Secundario mas preciso (medida) Secundario menos preciso (protección o triángulo abierto) Arrollamiento primario (extremidad AT al exterior)

Mas alta la tensión, mas difícil el aislamiento 31


31

Transformador de Tensión Inductivo Diseño antiresonante Optimización del aislamiento: Arrollamiento Trapezoidal Para conseguir una repartición uniforme de la tensión, el arrollamiento se hace en escalonado y tiene una forma trapezoidal El aislamiento entre capas aumenta con la deferencia de potencial.

A etc.

N Núcleo

32


32

Transformador de Tensión Inductivo Proceso de Fabricación Ensamblaje de la parte activa La parte activa se junta con el núcleo magnético.

Anteriormente, 1 bobina = 145kV max. 33


33

Transformador de Tensión Inductivo Diseño "Cascada" "Sencillo"

"Cascada" Desventajas: Diseño cascada complicado encima de 145kV 2 módulos para tensiones superiores a 245kV Aislador más ancho (parte activa adentro) Peso & volumen de aceite Transporte

(UXT 145) 34


(UEZ 525) 34

Transformador de Tensión Inductivo Proceso de Fabricación Un Cambio de diseño

Varias gamas

(UXT, UEZ, UEX, UEZ) 35


Una gama : OTEF 35

Transformador de Tensión Inductivo Proceso de Fabricación Una gama completa con misma tecnología OTEF 765 OTEF 500 OTEF 420 OTEF 245 OTEF 123

Recientemente, 1 bobina = 420kV max. 36


36

Diseño sismo-resistente de los Transformadores de Medida Una construcción muy diferente UEX 220

Modelo

OTEF 245

1 025 kg

Peso total

735 kg

245 kg

Peso aceite

190 kg

260 cm

Altura total

320 cm

234 cm

Altura Bornes

289 cm

116 cm

Altura c.d.g. (1)

cm

2

Bobinas

1

(1)

Medido desde la brida inferior

EL OTEF 245 paso la prueba en mesa vibrante a 1g según IEEE en el SEESL, Universidad de Buffalo 37


37

Diseño sismo-resistente de los Transformadores de Medida Una construcción muy diferente UEZ 525

Modelo

OTEF 550

2 900 kg (2)

Peso total

1 960 kg

762 kg

Peso aceite

490 kg

537 cm

Altura total

673 cm

513 cm

Altura Bornes

609 cm

187 cm

Altura c.d.g. (1)

249 cm

2

Módulos

1

4

Bobinas

2

2

Aisladores

1

13 200 cm

Línea de fuga

15 125 cm

Clemas

Fijación del aislador

Cemento

(1) 38

Medido desde la brida inferior – (2) mas amortiguadores, 165kg


38

Calculo Sísmico Comparativo entre Diseños

39


39

Comparación entre Diseños UEZ 525 y OTEF 550 Características generales UEZ 525

Modelo

OTEF 550

2 900 kg

M : Masa total

1 960 kg

434 cm

hb: Altura Bornes (1)

570 cm

187 cm

hcg: Altura c.d.g. (1)

249 cm

2.2 Hz

f : Frecuencia natural

5.6 Hz

Ringfeder

Amortiguadores

No

: Factor de

16 %

amortiguamiento (1)

2%


Calculo según norma TRANSELEC STR-1302 CL 3.03.04 (Oct. 2001) 40


40

Comparación entre Diseños UEZ 525 y OTEF 550 Aisladores UEZ 525

Modelo Aislador

56 / 71 cm 21 539

Diam. Int./Ext.

Modulo de inercia

cm3

I/v = /32 (D4-d4)/D

Sección

1 496 cm2

S = /4 (D2-d2)

Momento de ruptura

104 daN/cm2

–2

(1)

OTEF 550 38 / 45 cm 4 398 cm3 456 cm2 374 daN/cm2


Calculo según norma TRANSELEC STR-1302 CL 3.03.04 (Oct. 2001) 41


41

Comparación entre Diseños UEZ 525 y OTEF 550 Aceleración al centro de gravedad [A/g]

Acg para ZPA = 0.5g

2.0 η =0.5 %

OTEF 550 ( = 2% & f = 5.6Hz) Acg = 1.37g

η=1%

1.5

η= 2 % η=3%

UEZ 525 ( = 16% & f = 2Hz) Acg = 0.68g

η=5%

1.0

η=7% η =10 %

η = 16 % 0.5

η =20 %

5 0 42

I

10 I

15 I

20 I

25 I

30 I

[Hz]

Frecuencia natural


42

Comparación entre Diseños UEZ 525 y OTEF 550 Solicitaciones en los aisladores UEZ 525

Sismo Horizontal

OTEF 550

1

k : Factor de estructura

1

1 934.5 daN

43

Fuerza sísmica

2 634 daN

361 757 daNcm

Momento sísmico

655 076 daNcm

16.8 daN/cm2

Constreñimiento To =Mo / l/v

149 daN/cm2

UEZ 525

Sismo Vertical

OTEF 550

1 160.7 daN

Fuerza sísmica

1 581 daN

0.78 daN/cm2

Constreñimiento

3.47 daN/cm2

F=M x k x Acg x 0.981 Mo = F x hcg

0.6 x acel. Horiz. Tov = F / S


43

Comparación entre Diseños UEZ 525 y OTEF 550 Solicitaciones en los aisladores UEZ 525 2 844.9 daN

M U C

E PL

OTEF 550

Peso

1 923 daN

1.90 daN/cm2

Constreñimiento

4.22 daN/cm2

43 400 daNcm

Tirón en terminales

57 020 daNcm

2.01 daN/cm2

Constreñimiento

12.65 daN/cm2

UEZ 525 21.5 daN/cm2 4.25 44

Otras solicitaciones P = M x 0.981 To =P / S

Mo = Fb x hb To =Mo / l/v

Factor de Seguridad Constreñimiento

Tot = Mot / (I/V) + Tov

Requerido >2

Fs = ( – 2 ) / Tot


M U C

E PL

OTEF 550 166.6 daN/cm2 2.24 44

Comparación entre Diseños UEZ 525 y OTEF 550 Cumplen en todas las situaciones Con amortiguadores ( = 10%) OTEF 550 : Fs = aprox. 3.5 >> 2 requerido Factor de seguridad en los pernos de anclaje de la porcelana:

M U C

45

E PL

UEZ 525 : Fs = 6.27 > 1.25 requerido OTEF 550 : Fs = 1.92 > 1.25 requerido


M U C

E PL

45

Algunas Referencias en Soluciones Sismo-resistentes

46


46

La Calificación Sísmica, Un Proceso Continuo TKX TKX765 765 CTH CTH765 765 CCV CCV800 800 UEZ UEZ525 525 TGX TGX525 525 CTH CTH550 550 UEX UEX220 220 QDR QDR245 245 QDR QDR123 123 UEV UEV70 70 CTH CTH145-550 145-550 CCV CCV245-550 245-550 Etc. Etc. 47

Pruebas Pruebas realizadas realizadas Mesa Mesavibrante vibrante Oscilaciones Oscilaciones libres libres Prueba Pruebade deamortiguadores amortiguadores Rotura Roturade deaisladores aisladores Laboratorios Laboratorios:: UNICAMP UNICAMP[Brasil] [Brasil] NTUA NTUA[Grecia] [Grecia] SOPEMEA SOPEMEA [Francia] [Francia] ISMES ISMES [Italia] [Italia] UNIVERSITY UNIVERSITYof ofLIEGE LIEGE [Bélgica] [Bélgica] ALSTOM ALSTOM[Bélgica-Francia-México-Brasil] [Bélgica-Francia-México-Brasil]


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Teremoto en Antofagasta Chile - 1995

HIPOCENTRO Fecha: UTC: 05:11:21.1 30/07/95 Latitud: 23 °21.72 ' South Longitud: 70 °21.6 ' West Profundidad: 36 km

Magnitud ( Richter ): 8.1 Ms Fuente Información : NEIC

Referencia geografica : 30 km al norte de ANTOFAGASTA.

48


48

Terremoto en Peru Junio 2001

Magnitud (Richter) : 8.4 49


49

Consistentes referencias... en VENEZUELA

Up to 800 kV

Edelca Cadafe Enelven Bariven

50

800> Diseño kV... Sismo-resistente de los TT.MM – 16/11/2007 – CIGRE Venezuela

50

Consistentes referencias... En CHILE

Up to 550 kV

Celulosa del Pacífico Chilectra Va Región Chilectra Generación Chuquicamata Cia Electrica del Litoral Endesa Minera Escondida Minera Mantos de Ouro Minera Lince Petrox Etc.

51


51

Consistentes referencias... en COLOMBIA

Up to 550 kV

EEEB EPM ISA ICEL SIEMENS AEG SCHNEIDER 52


52

Consistentes referencias... en Mexico y Centro-America

Up to 420 kV

Costa Rica ICE Mexico CFE Cia Luz y Fuerza

53


53

Consistentes referencias... en Asia

Up to 525 kV

China Philippines Indonesia Australia New Zealand

54


54

Areva Itr Cigre Chl[1]

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