rico el c%al caracteriza el aislamiento del eI%i#o en lo I%e se re,iere a #r%e'as. sta tensión se es#eci,ica solamente en seco$ ya I%e la so#orta'ilidad de los eI%i#os a estos im#%lsos$ de manera m%y &eneral$ se a,ecta #oco #or la ll%+ia. .4.2. T6S76 SOPO9T;8; ;" 7
ricos y las tensiones máximas encontradas.
3.'. CALCULO DE NIVELES DE AISLA&IENTO Nay dos m>todos #ara el calc%lo del ni+el de aislamiento: /n m>todo con+encional I%e es %tilizado #ara tensiones menores a 00! y %n m>todo estadFstico I%e es %tilizado #ara tensiones mayores a 00!. Como la s%'estación Paez tiene %n ni+el de tensión de 220!$ se %tilizara el m>todo con+encional. Se a#lica %n ,actor de se&%ridad (7) #ara relacionar el 6P9 y el E7". ste ,actor tiene %n ran&o entre *.2 y *.4 siendo *.25 %n +alor normalmente a#licado. Para ni+eles de tensión in,eriores a 52!$ el +alor 7 más %tilizado es *.4. Se a#lica %n ,actor de se&%ridad < #ara relacionar el 6P< y el ES". 8onde < *.*5. xiste %n ,actor de se&%ridad I%e relaciona el ES" y el E7" y I%e de#ende del medio aislante asF: I%i#os s%mer&idos en aceite$ 0.1 I%i#os aislados al aire$ 0.H a 0.J5. ; contin%ación se escri'e el #rocedimiento &eneral #ara determinar el E7" de %n eI%i#o. ste #rocedimiento es +alido #ara alt%ras in,eriores a *000 metros so're el ni+el del mar. *. 2. . 4.
O'tener el 6P9 y el 6P< del #ararrayos. 8eterminar el 7 y el < deseados. O'tener el ni+el mFnimo de aislamiento al im#%lso atmos,>rico : E7" 7A6P9. le&ir el +alor normalizado #or encima del E7" encontrado$ o'teni>ndose asF el E7" normalizado del eI%i#o en consideración (E7"6). 5. O'tener el ni+el mFnimo de aislamiento al im#%lso de manio'ra: ES"AE7"6.
H. O'tener la relación entre ES" y 6P<: =ES"?6P<. J. l +alor determinado en el #aso anterior de'e ser mayor o i&%al a <: = <. 1. Si no se c%m#le la anterior relación se de'e incrementar el E7" encontrado en el #aso 4 en %n ni+el s%#erior y re#etir$ con este n%e+o +alor$ los #asos 5 y H. ste incremento del E7" se de'e e,ect%ar de modo iterati+o 3asta o'tener el = <. . s s%,iciente con es#eci,icar el E7" del eI%i#o ya I%e el ES" esta directamente relacionado. ste #rocedimiento se #%ede res%mir en el dia&rama mostrado en la =i&%ra .
Para el dise-o de la S%'estación Paez$ se determinara el E7" con el #rocedimiento anterior asF: 6P< del #ararrayos: 3(%$V 6P9 del #ararrayos: %%#$V
=actor de Se&%ridad (7): 1.#' Para sistemas mayores a 52!. =actor de Se&%ridad (<): 1.1' =actor de Se&%ridad (): ).*' E7"7A6P9*.25A442! ''#.'$V E7" 6ormalizado 1)')$V ES"AE7"60.H5A*050! *+#.'$V =ES"?6P<H12.5!?J4! 1.+# = < 1.+# 1.1' l E7" seleccionado será de 1)')$V C%ando se ex#resa mas de %n ni+el de aislamiento$ el ni+el mas alto de'e seleccionarse #ara ,actores de ,alla a tierra mayores a *.4 Se&n la Ta'la 5$ ni+eles de aislamiento normalizados #or la 7C$ se o'tendrán los si&%ientes +alores: !oltaGe 6ominal: 220! !oltaGe <áximo: 245! /mA 2? /n (!alor #ico) 200! !.7m#%lso (!alor #ico) *050! ;islamiento #leno al im#%lso 00! ;islamiento red%cido al im#%lso !.rms (!alor #ico) 4H0! ;islamiento #leno a 'aGa ,rec%encia 0! ;islamiento red%cido a 'aGa ,rec%encia
3.*. DI&ENSIONA&IENTO DE LA SUBESTACIÓN. l dimensionamiento de %na s%'estación es %na de las acti+idades #rinci#ales dentro de la eta#a de dise-o$ #%esto I%e incide #rácticamente en todas las demás acti+idades y #or lo tanto a,ecta el costo &lo'al. "os ni+eles de tensión determinan las necesidades de aislamiento I%e &arantizan la o#eración con,ia'le y se&%ra #ara el #ersonal y el eI%i#o instalado en %na s%'estación. 8ic3o aislamiento im#one la es#eci,icación de materiales aislantes y ,de distancias entre los di,erentes elementos de #atio$ de tal ,orma I%e los &radientes de tensión a los c%ales están sometidos no rom#an la ri&idez diel>ctrica del material aislante. 8ic3o de otro modo$ los ni+eles de tensión y el material aislante determinan las distancias entre los di,erentes elementos de #atio de %na s%'estación. ; s% +ez$ dic3as distancias en conG%nto con la #otencia de tra'aGo determinan el tama-o de los eI%i#os a %tilizar. n tal sentido$ los #rinci#ales ,actores a considerar en el dimensionamiento de %na s%'estación son las distancias criticas ,ase @ ,ase y ,ase @ tierra I%e de'en existir en la s%'estación #ara &arantizar %n ni+el de aislamiento adec%ado y las distancias de se&%ridad reI%eridas #ara las la'ores de re+isión y mantenimiento sin #eli&ro al&%no #ara el #ersonal. .H.*. 8T9<76;C7O6 8 87ST;6C7;S 87"CT97C;S 6 S/EST;C7O6S
Para o'tener la adec%ada coordinación de aislamiento en %na s%'estación es necesario ,iGar las distancias a tra+>s del aire entre #artes +i+as de ,ases di,erentes y entre #artes +i+as de ,ase y tierra. Para ello +amos a de,inir ciertos conce#tos I%e se %tilizan #ara com#render el #ro'lema. •
Tensión critica de flameo (TCF) : s la tensión o'tenida en ,orma ex#erimental I%e
#resenta %na #ro'a'ilidad de ,lameo del 50Q. n las normas se calc%la el +alor de TC= a #artir del ni+el 'ásico de im#%lso$ E7"$ a ni+el del mar ósea:
Como no se reI%ieren ,actores de corrección$ el TC= de dise-o será de *02.H!. •
Distancia de fase – tierra (m) :
TABLA *.
•
Distancia de fase – fase (m) : Para los 'arraGes ,lexi'les 3ay I%e tomar los
des#lazamientos de'idos al +iento o a los sismos. Para ello las distancias mFnimas de dise-o se #%eden ex#resar como el #rod%cto de %n ,actor I%e +aria de *.1 a 2 #or la
distancia mFnima de ,ase a tierra dada de ac%erdo con la alt%ra so're el ni+el del mar del l%&ar de la instalación$ #ara los ni+eles de tensión nominal / 6 B 20!. Para el dise-o de la s%'estación Paez$ la distancia mFnima ,ase R ,ase será
•
Distancias criticas para conductores flexiles (m) : n la determinación de la distancia
diel>ctrica #ara cond%ctores ,lexi'les se de'e tener en c%enta$ además del E7" de la s%'estación$ la ,lec3a máxima del cond%ctor. "a si&%iente ,orm%la em#Frica se a#lica #ara o'tener la se#aración mFnima I%e de'e existir entre dic3os cond%ctores:
donde: J.5 #ara cond%ctores de co're y *0 #ara cond%ctores de acero@al%minio d$ es la distancia 3orizontal entre ,ase #ara cond%ctores rF&idos. ,$ es la ,lec3a máxima del cond%ctor en centFmetros. Para el caso de cond%ctores en acero R al%minio:
Para el caso de cond%ctores de co're:
.H.2. 87ST;6C7;S 8 SK/978;8 Se entiende como distancia mFnima de se&%ridad aI%ellos es#acios I%e se de'en conser+ar en las s%'estaciones #ara I%e el #ersonal #%eda circ%lar y e,ect%ar manio'ras sin I%e exista ries&o #ara s%s +idas. "as distancias de se&%ridad a tra+>s de aire están com#%estas #or dos t>rminos: el #rimero es la distancia mFnima de ,ase a tierra$ corres#ondiente al ni+el de aislamiento al im#%lso de la zona. l se&%ndo termino se s%ma al anterior y de#enden de la talla media de los o#eradores. "as distancias mFnimas de se&%ridad se #%eden ex#resar con las si&%ientes relaciones: 8 d 0. N d 2.25 8$ es la distancia 3orizontal en metros I%e se de'e res#etar en todas las zonas de circ%lación. N$ es la distancia +ertical en metros I%e de'e res#etarse en todas las zonas de circ%lación. 6%nca de'e ser menor de metros. d$ es la distancia mFnima de ,ase a tierra corres#ondiente al E7" de la zona. Para n%estro dise-o:
8 2.2 m 0. .*m N 2.2 m 2.25 4.45m "a distancia mFnima #ara +e3Fc%los será: 8 (d0.J) 0. (2.20.J) 0. .1m N (d0.J) 2.25 (2.20.J) 2.25 5.*5m "a distancia mFnima #ara áreas de tra'aGo será: 8 (d*.J5) 0. (2.2*.J5) 0. 4.15m N (d*.25) 2.25 (2.2 *.25) 2.25 5.J0m
3.(. DISTANCIAS DE DISEÑO ste #%nto se re,iere al dimensionamiento de las distancias entre #artes +i+as I%e se reI%ieren en instalaciones con+encionales (ya sea interiores e intem#erie). 6o se tiene en c%enta las instalaciones enca#s%ladas o aisladas en &as. "a determinación de estas dimensiones se e,ecta mediante el calc%lo de las distancias diel>ctricas entre las #artes +i+as del eI%i#o y entre estas y las estr%ct%ras$ m%ros$ reGas y el s%elo$ de ac%erdo con el si&%iente orden. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
8istancia entre ,ases. 8istancia entre ,ase y tierra. 8istancia de se&%ridad. ;lt%ra de los eI%i#os so're el ni+el del s%elo. ;lt%ra de las 'arras colectoras so're el s%elo. ;lt%ra de remate de las lFneas de transmisión I%e lle&an a la s%'estación.
"os tres #rimeros n%merales ya 3an sido tratados y +eremos los tres restantes. .J.*. ;"T/9; 8 "OS /7POS SOE9 " 67!" 8" S/"O sta alt%ra se considera tam'i>n como el #rimer ni+el de 'arras (3 s). "a alt%ra mFnima 3s$ de las #artes +i+as so're el ni+el del s%elo en nin&n caso de'e ser in,erior a metros$ si no se enc%entran aisladas #or 'arreras de #rotección. "a alt%ra mFnima de la 'ase de los aisladores I%e so#ortan #artes +i+as no de'e ser menor de 2.25 metros. Prescindiendo de las ta'las$ la alt%ra mFnima de las #artes +i+as de c%alI%ier eI%i#o se calc%la de ac%erdo con la si&%iente ex#resión: 3s 2.0 0.0*05A/m donde /m es la máxima tensión de dise-o del eI%i#o en c%estión. 3s 2.0 0.0*05A245! 4.1Jm .J.2. ;"T/9; 8 ";S E;99;S CO"CTO9;S SOE9 " 67!" 8" S/"O "a alt%ra de las 'arras so're el ni+el del s%elo de'e considerar la #osi'ilidad de I%e al #asar %na #ersona #or de'aGo de las 'arras$ esta reci'a la sensación del cam#o el>ctrico. "a
ex#resión I%e #ro#orciona la alt%ra de las 'arras colectoras (3 e)$ considerando la sensación de cam#o el>ctrico es la si&%iente: 3e 5.0 0.0*25A/m 3e 5.0 0.0*25A245! 1.*m .J.. ;"T/9; 8 9<;T 8 ";S "U6;S 8 T9;6S<7S7O6 "os cond%ctores de las lFneas de transmisión I%e lle&an o salen de %na s%'estación no de'en rematar a %na alt%ra 37 in,erior a Hm. 8ic3a alt%ra se #%ede o'tener de la relación: 37 5.0 0.00HA/m 37 5.0 0.00HA245! H.5m
3.+. DISTANCIAS CRITICAS CONSIDERANDO EL BALANCEO DE LA CADENA DE AISLADORES 8e'ido a I%e la cadena de aisladores s%s#endidas +erticalmente son s%sce#ti'les de mo+imiento$ se de'e considerar %na se#aración adicional en las distancias criticas el>ctricas de tal ,orma I%e se ten&a en c%enta el acercamiento #rod%cido #or este e,ecto. l calc%lo de esta se#aración se 3ace de ac%erdo a la si&%iente ex#resión: S " A sen θ 8onde: S$ es la se#aración #rod%cida #or el 'alanceo de la cadena de aisladores$ ex#resada en metros. "$ es i&%al a la lon&it%d de la cadena de aisladores$ ex#resada en metros. θ $
es el án&%lo de 'alanceo máximo I%e #%ede lle&ar a ser de *0V " *4.H (6@*) ,
8onde: 6 *.*5(8, ?d, ) 8, , (/mAd) 8, 20mm?!A(20!A*.0) 4H00mm 4.Hm 6 *.*5A(4H00mm?22mm) *1.2 ≅ *1 aisladores #or cadena " *4.H (*1@*) 20 2H12mm 2.H12m S " A sen θ 2.H12 A sen *0V 0.4HHm
3.". CALCULO DE LAS DI&ENSIONES DE CA&PO DE LAS SUBESTACIONES.
..*. 76T99/PTO9S W SCC7O6;8O9S n las ta'las J y 1 se #resentan las dimensiones mas im#ortantes de interr%#tores y seccionadores ti#o exterior$ tomadas de catálo&os de ,a'ricantes. 8ic3as dimensiones son s%sce#ti'les de +ariación en la medida en I%e se #resentan los a+ances tecnoló&icos$ tanto de los #rinci#ios de o#eración como de los materiales aislantes.
n la ta'la se res%men los datos %tilizados en dimensionamiento de s%'estaciones y #ara el e,ecto se tomaran los +alores máximos dados #or los ,a'ricantes de s%'estaciones de 220! y **5!. TABLA "
..2. 8T9<76;C7O6 8" ;6CNO 8 C;
seccionadores de lFnea$ y se calc%lan el anc3o de la s%'estación de la si&%iente manera:
"* 2540mm "*?2 *2J0mm d=@= 2444mm d=@T *55mm ;c *400mm 8istancias entre seccionadores : dss "*?2 d=@= *2J0 2444 J*4mm X 4000mm 8istancia entre col%mna y seccionador de ,ase exterior : dc@s dc@e "*?2 Y ;c?2 *2J0 *1J0 J00 140mm X 4000mm dc@s dc@e 8istancia entre col%mna y seccionador de ,ase exterior. ... 8T9<76;C7O6 8 "; ;"T/9; 8" C;
Para calc%lar las alt%ras del se&%ndo ni+el #odemos %tilizar n%e+amente las ex#resiones conocidas: 6i+el de Tensión 220! Tensión <áxima (/m) 245! Ns2 d=@T 2.25 Ns .5 X *0.0m Ns2 5.00 0.0*25A/m 1.0Hm ;lt%ra de Earras *0m l tercer ni+el de conexiones &eneralmente esta con,ormado #or tem#las s%#eriores$ c%ya alt%ra de'e ser s%#erior a la de los 'arraGes en #or lo menos la distancia mFnima ,ase R ,ase$ ca'le R ca'le$ mas la ,lec3a máxima de la tem#la. 6i+el de Tensión 220! Tensión <áxima (/m) 245! Ns Ns2 d=@= Wo *. X *4.0m Ns Ns2 d=@= Wo 2.25 *H.*5 X *Jm ..4. 8T9<76;C7O6 8 "; "O6K7T/8 8" C;
"a lon&it%d de cam#o esta determinada #or la con,i&%ración de la s%'estación y #or las distancias entre los di,erentes eI%i#os. 8ic3a lon&it%d no se determina #or las distancias mFnimas o de se&%ridad$ sino mas 'ien #or razones de mantenimiento$ montaGe y est>tica. Para el montaGe y mantenimiento se recomienda I%e los terminales de los eI%i#os sean accesi'les #or el #ersonal desde c%alI%ier #%nto. Se considera como %na distancia ace#ta'le entre los terminales de eI%i#o *.5m. Partiendo de esta 'ase y considerando las dimensiones de los di,erentes eI%i#os$ se #%ede determinar la distancia entre eI%i#os de %n mismo cam#o. C%ando se tienen eI%i#os de as#ecto exterior similar$ #or eGem#lo trans,ormadores de instr%mentación y #ararrayos$ #ero de dimensiones li&eramente distintas$ es #osi'le #or razones est>ticas ado#tar distancias i&%ales entre estos eI%i#os. Ta-la 1).
..5. ;P;6T;"";<76TO O E"768; 8 S/EST;C7O6S "LCT97C;S. n n%estro est%dio de coordinación de aislamiento incl%imos la descri#ción de las so'retensiones I%e #%eden a,ectar al sistema de #otencia. llas son: • • •
8escar&as atmos,>ricas (So'retensiones atmos,>ricas)
l o'Geti+o del #ararrayos es el de atra#ar las ondas entrantes #rod%cidas #or %na descar&a atmos,>rica o #or %na o#eración de s[ic3eo$ transmitidas #or los cond%ctores y en+iarlas a tierra #ara im#edir I%e da-en el aislamiento de los eI%i#os. Pero el #ararrayos no #rote&e el eI%i#o de %na descar&a directa. l o'Geti+o del 'lindaGe es #ro#orcionar la #rotección adec%ada
a los eI%i#os contra las descar&as directas creando %n ni+el de #otencial cero #or encima de estos (lo mismo a#lica #ara lFneas de transmisión). Cale de #uarda : Son ca'les desn%dos %'icados so're el eI%i#o a #rote&er y conectados a
tierra a tra+>s de los #órticos de la s%'estación$ ,ormando %na red I%e acta como 'lindaGe #ara #rote&er las #artes +i+as de la s%'estación de las descar&as atmos,>ricas directas$ red%ciendo la #ro'a'ilidad de la caida de %n rayo so're los cond%ctores de ,ase. "a red de ca'les de &%arda act%a como contra#arte del sistema de tierra. "as caracterFsticas más im#ortantes de los ca'les de &%arda son: • • • • • •
• • •
Prote&en a lo lar&o de todo el ca'le. S% costo es 'aGo: son cond%ctores li+ianos con tensiones de tem#las 'aGas$ #or lo I%e no reI%ieren estr%ct%ras m%y ,%ertes. ;#ro+ec3an los #órticos como estr%ct%ras de so#orte y sólo reI%ieren de %n castillete adicional. "as estr%ct%ras #ara tem#las se #%eden %'icar relati+amente aleGadas %nas de otras (H0m o más). "a corriente del rayo se di+ide en dos direcciones con lo c%al la corriente I%e de'e disi#ar cada estr%ct%ra se red%ce a#roximadamente a la mitad. "a im#edancia caracterFstica #resentada al rayo es nota'lemente in,erior (cerca de la mitad de la I%e #resentarFa %na sóla estr%ct%ra)$ red%ciendo asi la ind%ctancia de la estr%ct%ra y$ en consec%encia$ el ries&o de ,lameo in+erso en los dos aisladoresen s%s#ensión$ ,enómeno I%e se #%ede #rod%cir c%ando 3ay descar&as re#etidas a tra+>s del mismo canal ionizado #or el rayo. "a #resentación de los ca'les de &%arda no contrasta con las lFneas #or lo I%e no desmeGora la estetica de la s%'estacion. Para #rote&er áreas #eI%e-as y aisladas de la s%'estación$ el ca'le de &%arda #%ede no res%ltar mas económico I%e las #%ntas.