El significado de BIL es: Basic Isulation Level, en español, nivel básico de aislamiento, y cuando tu quieres aislar algún elemento eléctrico, este aislameinto dependerá del voltaje, es por e so que viene dado en voltios, ahora lo que el fabricante hace es someter al aislador a voltaje de impulso tipo rayo, esto de acuerdo a normas IEEE, y el valor de voltaje que soporta el aislador antes de que exista disrupción por el, es el voltaje que está en la placa de datos del equipo, osea el KV BIL, es importante tomar en cuenta que el BIL se modifica de acuerdo a la altura (msnm) a la que será usado el equipo.
Este parámetro es un nivel de aislamiento de voltaje de referencia expresado como el e l voltaje de cresta de una forma impulso estandarte no mayor de 1½ x 40 µseg. Introducción a BIL Niveles de aislamiento están diseñados para soportar sobretensiones, en lugar de sólo tensiones normales de funcionamiento. Dado que las líneas y equipos de aislamiento está protegido por pararrayos que drenan las oleadas rápidamente antes de que el aislamiento está dañado, el descargador debe operar por debajo de bajo del nivel de aislamiento mínimo que debe soportar las sobretensiones. Un ejemplo se muestra en la Figura 1a a continuación. El nivel mínimo es conocido como el aislamiento básico Nivel (BIL) que debe ser la de todos los componentes de un sistema.
Los valores de aislamiento por encima de este nivel para las líneas y equipos en el sistema deberán estar coordinados que los dispositivos de protección específicos operan satisfactoriamente por debajo de ese nivel mínimo. En el diseño de líneas y equipos teniendo en cuenta el nivel mínimo de aislamiento requerido, es necesario definir de picos de tensión en términos de su valor máximo y volver a los valores más bajos en términos de tiempo o duración. Aunque la tensión de pico puede ser considerablemente más alto que el voltaje normal, la tensión en el aislamiento puede existir sólo durante un período muy corto de tiempo. Para los fines de diseño, el aumento de tensión se define como uno que alcanza el máximo en 1,5 microsegundos y cae a la mitad de ese valor en 40 microsegundos (milésimas de segundo). Se conoce como una onda 1,5 / 40, la porción ascendente e mpinada se llama el frente de onda y la parte entrante de la cola de onda, la Figura 2.
Los niveles de aislamiento recomendados para un número de c lases de tensión se enumeran en la Tabla 1. Como los voltajes de funcionamiento se vuelven más altos, e l efecto de un pico de tensión se vuelve menos; Por lo tanto, la relación de la BIL a la clase de tensión disminuye a medida que ésta aumenta. Tabla 1 - Niveles típicos aislamiento básico Nivel de aislamiento de base, kV (onda de 1,5 × 40-mu s estándar) Clase Tensión
clase de distribución
clase de alimentación
kV
(estación las líneas de transmisión)
1.2 2.5 5.0
30 45 60
45 60 75
8.7 15 23 34.5 46 69
75 95 110 150 200 250
95 110 150 200 250 350
Clase Distribución BIL es menor que para las líneas de la subestación clase de potencia y transmisión, así como equipos de los consumidores, por lo que debe resultado aumento en el fracaso, que será en el sistema de distribución de servicios, donde las interrupciones a los consumidores son limitados y la utilidad mejor equipados para manejar tales fracasos. Las líneas y equipos de características de aislamiento deben estar a un nivel de tensión más alta que aquella en la que el descargador de protección comienza a despertar a tierra, y una diferencia de voltaje suficiente entre los dos deben existir.
CÁLCULOS ELÉCTRICOS Para el cálculo de cargas y conductores presiona aqui para descargar el PDF. Para el cálculo de la subestación, sistema de para rayos y demás sistemas se mencionan a continuación: Selección de Pararrayos Consideraciones:
Sistema sólidamente aterrizado. Pararrayos de Oxido de Zinc (ZnO). Tensión máxima de 245 kV.
La tensión nominal de los pararrayos de ZnO, R , se encuentra teniendo en cuenta los siguientes parámetros:
Tensión Continua de Operación (COV):
Sobretensión Temporal (TOV):
Como es un sistema sólidamente aterrizado, Ke=1.4
La tensión nominal del pararrayos R, se elige seleccionando el mayor valor entre Ro y Re.
donde Ko es el factor de diseño según el fabricante el cual debe ser especificado por este. Un valor de Ko normalmente encontrado es 0.8.
donde Kt es la capacidad del pararrayos contra sobretensiones temporales el cual depende del tiempo de duración de la sobretensión. Kt = 1.15 para 1 segundo. Kt = 1.10 para 10 segundos. Kt = 0.95 para 2 horas. El mayor entre Ro y Re, es Re por lo consiguiente R es igual a:
NIVEL DE PROTECCIÓN PARA IMPULSO TIPO ATMOSFERICO (NPR o LIPL) El NPR de un pararrayos ZnO es considerado, en términos generales y para efectos de coordinación de aislamiento como el mayor entre los siguientes valores:
Tensión máxima residual para impulsos escarpados (1/(2-20) m s) de corriente dividido en 1.15. Para efectos prácticos es igual a 1.1*Tensión máxima residual 8/20m s. Tensión máxima residual para impulsos atmosféricos a la corriente nominal de descarga 8/20m s. 10 kA (Um£ 420kV) 15 kA (420kV550kV)
NIVEL DE PROTECCIÓN PARA IMPULSO DE MANIOBRA (NPM o SIPL)
El NPM para un pararrayos de ZnO se obtiene así:
Sistema con tensión máxima menor de 145kV, máximo voltaje residual con impulso de corriente de maniobra (30/60m s) de 0.5 kA. Sistema con tensiones entre 145kV y 362kV el impulso de corriente de maniobra debe ser de 1kA. Sistemas con tensiones superiores, el impulso de corriente de maniobra debe ser de 2kA.
De acuerdo a la tabla 4, la tensión nominal del pararrayo R, queda normalizada así: Valor Normalizado R = 192 kV. NPM (SIPL) = 374 kV. NPR (LIPL) = 442 kV. click aqui para ver la Tabla 1 Debido a que las características de altura de la subestación no son de importancia como se menciono en la etapa de planeación, entonces no se harán correcciones por altura al nivel de protección para impulso tipo atmosférico (NPR). De igual manera se considero que el nivel ceraunico no era representativo, por lo cual se decidirá que la corriente de choque que soportara los pararrayos será de 10kA, debido al nivel de tensión a manejar (>30kV). Cálculo de corrientes CORRIENTE NOMINAL La corriente nominal nos fija los esfuerzos térmicos que debe soportar una instalación eléctrica en las condiciones de operación normal mas desfavorables. Con base en su valor se determinan la sección de las barras colectoras y las características de conducción de corriente de los equipos (interruptores, seccionadores, transformadores de medida, etc.). Debido a las condiciones de capacidad de las cargas a alimentar, que en nuestra subestación va a ser de 400 MVA a un nivel de tensión de 220 kV, la corriente nominal de la subestación es aproximadamente de 2 kA. Como el diseño de la Subestación Paez es de configuración interruptor y medio, esta consta de 2 diámetros, de esta manera la corriente a manejar por los equipos son:
TRANSFORMADOR DE CORRIENTE: Transformadores de corriente de relación 500/5 A y de relación 1000/5 A.
SECCIONADORES
Corriente nominal de 1 kA.
INTERRUPTORES
Corriente nominal de 1 kA. Sobretensiones Las sobretensiones son voltajes transitorios mayores al los máximos voltajes de operación del sistema. De acuerdo al tipo de sobretensión estos pueden ser limitados por distintos medios de protección. La amplitud de las sobretensiones se puede limitar mediante pararrayos u otros medios de protección. Existen tres tipos de sobretensiones: las temporales, las de maniobra y las atmosféricas. Las sobretensiones temporales y las de maniobra son consideradas de origen interno del sistema, como resultado de un fenómeno transitorio, mientras que las atmosféricas se consideran de origen externo. SOBRETENSIONES TEMPORALES Se caracterizan por presentarse a una frecuencia muy cercana a la industrial (o a la misma frecuencia industrial), y por no ser amortiguadas ni suavemente amortiguadas. Se asocian principalmente con perdidas de carga, fallas a tierra y resonancias de diferentes tipos. En un sistema bien diseñado, las amplitudes de las sobretensiones temporales no deben exceder de 1.5 p.u. y su duración debe ser menor de 1 segundo. Para el diseño de la Subestación Paez, la sobretensión temporal debe ser menor a 330kV (220kV*1.5=330kV). Este valor será menor si los transformadores de tensión del sistema son sólidamente aterrizados. SOBRETENSIÓN DE MANIOBRA Las sobretensiones de maniobra están asociadas a todas las operaciones de maniobra y fallas en un sistema. Sus altas amplitudes están generalmente en el rango de 2 a 4 p.u., dependiendo mucho de los valores reales del diseño del sistema y de los medios para limitarlos. Para el nivel de tensión de la Subestación Paez de 220kV, se pueden presentar sobretensiones de maniobra entre 440kV y 880kV. SOBRETENSIONES ATMOSFÉRICAS Las sobretensiones atmosféricas de amplitudes grandes pueden entrar a una subestación como resultado de descargas atmosféricas directas sobre una línea o como flameos inversos en una torre. La subestación debe estar protegida contra descargas directas mediante un apantallamiento eficiente. Para tensiones de 220kV su valor esta entre 4 y 6 p.u. es decir, entre 880kV y 1520kV. De acuerdo con la IEC 60-2, la tensión de prueba normalizada para sobretensiones atmosféricas tienen un tiempo de frente de 1.2m s y un tiempo de cola medio de 50m s.
En la siguiente Figura , se observa la representación esquemática de los diferentes tipos de sobretensiones.
Coordinación de Aislamiento Para entender la selección del aislamiento de este diseño, se definirá primero algunos conceptos: COORDINACION DE AISLAMIENTO: Comprende la selección de la soportabilidad o resistencia eléctrica de un equipo y su aplicación en relación con las tensiones que pueden aparecer en el sistema en el cual el equipo será utilizado, teniendo en cuenta las características de los dispositivos de protección disponibles, de tal manera que se reduzca a niveles económicos y operacionalmente aceptables la probabilidad de que los esfuerzos de tensión resultantes impuestos en el equipo causen daño al aislamiento o afecten la continuidad del servicio. Los tres niveles de sobretensión considerados en la coordinación de aislamiento son:
Nivel: También llamado nivel alto. Se utiliza en los aislamientos internos, no autorecuperables (sin contacto con el aire), de aparatos como transformadores, cables o interruptores. Nivel : También llamado medio o de seguridad. Esta constituido por el nivel de aislamiento autorecuperable de las partes vivas de los diferentes equipos, que están en contacto con el aire. Este nivel se adecua de acuerdo con la altura sobre el nivel del mar de la instalación y se utiliza en todos los aisladores de aparatos, barrajes y pasamuros de la subestación que están en contacto con el aire. Nivel 3: También llamado bajo o de protección. Esta constituido por el nivel de operación de los explosores de los pararrayos de protección.
TENSIÓN SOPORTADA AL IMPULSO TIPO ATMOSFÉRICO (BIL o LIWL) Es el valor pico de tensión soportada al impulso atmosférico el cual caracteriza el aislamiento del equipo en lo
que se refiere a pruebas. Esta tensión se especifica solamente en seco, ya que la soportabilidad de los equipos a estos impulsos, de manera muy general, se afecta poco por la lluvia. TENSIÓN SOPORTADA AL IMPULSO TIPO MANIOBRA (BSL o SIWL) Es el valor pico de tensión soportada al impulso tipo maniobra, el cual caracteriza el aislamiento del equipo en lo que se refiere a pruebas. Esta tensión se debe especificar en seco y/o bajo lluvia, ya que la soportabilidad de los equipos de maniobra tiende a reducir bajo una lluvia de elevada precipitación. Normalmente la condición en seco se prueba para impulsos de polaridad positiva y la condición bajo lluvia para impulsos de polaridad negativa. FACTOR DE SEGURIDAD Son las relaciones entre las tensiones soportadas con impulsos tipo maniobra o atmosféricos y las tensiones máximas encontradas. CALCULO DE NIVELES DE AISLAMIENTO Hay dos métodos para el calculo del nivel de aislamiento: Un método convencional que es utilizado para tensiones menores a 300kV y un método estadístico que es utilizado para tensiones mayores a 300kV. Como la subestación Paez tiene un nivel de tensión de 220kV, se utilizara el método convencional. Se aplica un factor de seguridad (KI) para relacionar el NPR y el BIL. Este factor tiene un rango entre 1.2 y 1.4 siendo 1.25 un valor normalmente aplicado. Para niveles de tensión inferiores a 52kV, el valor KI más utilizado es 1.4. Se aplica un factor de seguridad KM para relacionar el NPM y el BSL. Donde KM = 1.15. Existe un factor de seguridad que relaciona el BSL y el BIL y que depende del medio aislante así: Equipos sumergidos en aceite, K=0.83 Equipos aislados al aire, K=0.6 a 0.75. A continuación se escribe el procedimiento general para determinar el BIL de un equipo. Este procedimiento es valido para alturas inferiores a 1000 metros sobre el nivel del mar. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Obtener el NPR y el NPM del pararrayos. Determinar el KI y el KM deseados. Obtener el nivel mínimo de aislamiento al impulso atmosférico : BIL= KI*NPR. Elegir el valor normalizado por encima del BIL encontrado, obteniéndose así el BIL normalizado del equipo en consideración (BILN). Obtener el nivel mínimo de aislamiento al impulso de maniobra: BSL=K*BILN. Obtener la relación entre BSL y NPM: KF=BSL/NPM. El valor determinado en el paso anterior debe ser mayor o igual a KM: KF³ KM. Si no se cumple la anterior relación se debe incrementar el BIL encontrado en el paso 4 en un nivel
superior y repetir, con este nuevo valor, los pasos 5 y 6. Este incremento del BIL se debe efectuar de modo iterativo hasta obtener el KF³ KM. 9. Es suficiente con especificar el BIL del equipo ya que el BSL esta directamente relacionado. Este procedimiento se puede resumir en el diagrama mostrado en la siguiente figura.
Para el diseño de la Subestación Paez, se determinara el BIL con el procedimiento anterior así: NPM del pararrayos: 374kV
NPR del pararrayos: 442kV Factor de Seguridad (KI): 1.25 Para sistemas mayores a 52kV. Factor de Seguridad (KM): 1.15 Factor de Seguridad (K): 0.65 BIL=KI*NPR=1.25*442kV= 552.5kV BIL Normalizado 1050kV BSL=K*BILN=0.65*1050kV= 682.5kV KF=BSL/NPM=682.5kV/374kV= 1.82 KF³ KM 1.82 ³ 1.15 El BIL seleccionado será de 1050kV Cuando se expresa mas de un nivel de aislamiento, el nivel mas alto debe seleccionarse para factores de falla a tierra mayores a 1.4 Según la Tabla 5, niveles de aislamiento normalizados por la IEC, se obtendrán los siguientes valores: Voltaje Nominal: 220kV Voltaje Máximo: 245kV Um*Ö 2/Ö 3=Un (Valor pico) 200kV V.Impulso (Valor pico) 1050kV Aislamiento pleno al impulso 900kV Aislamiento reducido al impulso V.rms (Valor pico) 460kV Aislamiento pleno a baja frecuencia 390kV Aislamiento reducido a baja frecuencia
