Estudios de Cortocircuito y Verificacio n de Capacidad de ... · de Interruptores por conexio n de...
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Estudios de Cortocircuito y Verificacio n de Capacidad de Ruptura de Interruptores por conexio n de
Subestacio n Tambores
Informe Técnico preparado para
Santiago, septiembre de 2014
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INDICE
1. INTRODUCCIÓN. .................................................................................................................................. 3
2. ANTECEDENTES GENERALES. ............................................................................................................... 4
3. ANTECEDENTES TÉCNICOS. .................................................................................................................. 5
3.1. TRANSFORMADOR SE LOS TAMBORES. ...................................................................................................... 5
3.2. TRANSFORMADOR SE PICHIRROPULLI T-1. .................................................................................................. 5
3.3. TRANSFORMADOR SE PICHIRROPULLI T-2. .................................................................................................. 5
3.4. TRANSFORMADOR SE PAILLACO. .............................................................................................................. 5
3.5. LÍNEA 66KV PILAUCO - LA UNIÓN, TRAMO LA UNIÓN – TAMBORES. ............................................................... 6
3.6. LÍNEA 66KV PILAUCO - LA UNIÓN, TRAMO PILAUCO – TAMBORES. ................................................................. 6
3.7. LÍNEA LA UNIÓN – OSORNO 66KV. ........................................................................................................... 6
3.8. LÍNEA 66KV LA UNIÓN – LOS LAGOS, TRAMO LA UNIÓN - PICHIRROPULLI. ....................................................... 6
3.9. LÍNEA 66KV LA UNIÓN – LOS LAGOS, TRAMO PICHIRROPULLI – PAILLACO. ....................................................... 6
3.10. LÍNEA 66KV LA UNIÓN – LOS LAGOS, TRAMO PAILLACO – LOS LAGOS. ............................................................ 7
4. DIAGRAMA UNILINEAL DEL SISTEMA EN ESTUDIO ............................................................................... 8
5. CÁLCULO DE CORTOCIRCUITO ............................................................................................................. 9
5.1. CRITERIOS Y ALCANCES DEL ESTUDIO ......................................................................................................... 9
5.2. CÁLCULO DE CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO, APORTE SIC SEGÚN NORMA IEC 60909 ..................................... 9
5.2.1. Corrientes de cortocircuito antes de la incorporación de la subestación Los Tambores ........ 10
5.2.2. Corrientes de cortocircuito con la incorporación de la subestación Los Tambores ................ 10
5.3. ANÁLISIS CAPACIDAD DE RUPTURA DE INTERRUPTORES ................................................................................ 11
5.3.1. Interruptores 52B1, 52B2, 52B3, 52B4, 52BT1, 52BT2, 52BT3 y 52BT5 de SE La Unión ......... 11
5.3.2. Interruptores 52B1, 52B2, 52B3, 52B4, 52B5 y 52BT1 de SE Pilauco ..................................... 12
5.3.3. Interruptores 52B1, 52B2, 52B3, 52B4, 52BT1, 52BT2 y 52BT3 de SE Osorno ....................... 12
5.3.4. Interruptores 52BT1 de SE Purranque .................................................................................... 12
5.3.5. Interruptor 52BT1, 52ET1, 52E1 y 52E2 de SE Los Tambores ................................................. 13
6. CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 14
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1. Introducción.
STS se encuentra desarrollando la construcción de una nueva subestación primaria de 16MVA
66/23kV denominada Subestación Los Tambores 66/23 kV, 16 MVA. Con el objeto de atender la
demanda energética que significa la entrada en servicio de la nueva planta lechera de COLUN.
Además de mejorar la calidad de servicio de los clientes de las comunas de Rio Bueno y San Pablo.
La subestación se conectará en tap-off al circuito N° 1 de la actual Línea de transmisión de 66kV
Pilauco – La Unión, seccionándola en un punto ubicado aproximadamente a 30,2 km al norte de la
SE Pilauco. Se dispondrá de desconectadores, en ambos lados del tap-off, para seccionar la línea
antes mencionada.
Dispondrá de dos paños en 23 kV, uno para conexión de las líneas correspondientes al alimentador
Río Bueno y un segundo alimentador exclusivo para la carga de la nueva planta COLUN.
El estudio de cortocircuito y verificación de capacidad de ruptura se ha realizado utilizando el
procedimiento de las DO del CDEC-SIC “Términos y condiciones del cálculo de corrientes de
cortocircuito para la verificación del dimensionamiento de interruptores en el SIC”, el cual se
sustenta en la Norma IEC 60909-0 (2001): “Short-Circuit current in three-phase a.c. system”. Este
estudio tiene como objetivo principal verificar que las capacidades de cortocircuito de los
interruptores y demás elementos de corte no sean sobrepasadas bajo las nuevas condiciones de
operación.
Las simulaciones se han realizado empleando los parámetros eléctricos de las nuevas
instalaciones, de acuerdo a lo establecido en las bases de datos DigSilent que ha entregado STS
para la reaslización del presente estudio, a la que se ha agregado la información respectiva a la SE
Los Tambores.
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2. Antecedentes Generales.
Para la realización del informe se utilizó la siguiente información:
a) Procedimiento DO “Calculo de Nivel Máximo de Cortocircuito”, versión junio de 2011.
b) “Términos y condiciones del cálculo de corrientes de cortocircuito para la verificación del
dimensionamiento de interruptores en el SIC”
c) Plano SE00XT003-P-EE-00-001 Diagrama Unilineal - SE Los Tambores, Rev.A.
d) Archivo xls, resumen capacidad de ruptura SE Primarias.
e) Reporte de ensayos 14.3111 del transformador de poder 16MVA de la SE Los Tambores.
f) Modelo Digsilent con características eléctricas de:
Parámetros de impedancias de secuencia y máxima capacidad de transporte de las líneas de transmisión.
Información de los transformadores de poder de las subestaciones en estudio.
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3. Antecedentes Técnicos.
3.1. Transformador SE Los Tambores.
Potencia Nominal AT/MT : 12/16MVA
Tensión AT : 69kV
Tensión MT : 24kV
Zps(+) base 12.0MVA : 5.99%
Zps(0) base 12.0MVA : 5.97%
CDBC : 69 8x+1.25%; 8x-1.25%
Tipo de Conexión : Dyn1
3.2. Transformador SE Pichirropulli T-1.
Potencia Nominal AT/MT : 4/5MVA
Tensión AT : 66kV
Tensión MT : 13.8kV
Zps(+) base 4.0MVA : 7.7%
Zps(0) base 4.0MVA : 7.7%
CDBC : --
Tipo de Conexión : Yzn1
3.3. Transformador SE Pichirropulli T-2.
Potencia Nominal AT/MT : 4/5MVA
Tensión AT : 69kV
Tensión MT : 24kV
Zps(+) base 12.0MVA : 6.8%
Zps(0) base 12.0MVA : 6.75%
CDBC : --
Tipo de Conexión : Dyn1
3.4. Transformador SE Paillaco.
Potencia Nominal AT/MT : 4/5MVA
Tensión AT : 66kV
Tensión MT : 13.8kV
Zps(+) base 12.0MVA : 7.0%
Zps(0) base 12.0MVA : 7.0%
CDBC : --
Tipo de Conexión : Dyn1
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3.5. Línea 66kV Pilauco - La Unión, Tramo La Unión – Tambores.
Longitud : 10,09km
Resistencia de secuencia positiva : 3,4159Ω
Reactancia de secuencia positiva : 3,6669Ω
Resistencia de secuencia cero : 4,8778Ω
Reactancia de secuencia cero : 16,1451Ω
3.6. Línea 66kV Pilauco - La Unión, Tramo Pilauco – Tambores.
Longitud : 30,2km
Resistencia de secuencia positiva : 9,6354Ω
Reactancia de secuencia positiva : 11,0901Ω
Resistencia de secuencia cero : 14,0025Ω
Reactancia de secuencia cero : 47,6109Ω
3.7. Línea La Unión – Osorno 66kV.
Longitud : 36,75km
Resistencia de secuencia positiva : 19,2313 Ω
Reactancia de secuencia positiva : 15,3211 Ω
Resistencia de secuencia cero : 24,5527 Ω
Reactancia de secuencia cero : 57,7967 Ω
3.8. Línea 66kV La Unión – Los Lagos, Tramo La Unión - Pichirropulli.
Longitud : 21,3km
Resistencia de secuencia positiva : 8,1153 Ω
Reactancia de secuencia positiva : 8,7607 Ω
Resistencia de secuencia cero : 11,2698 Ω
Reactancia de secuencia cero : 32,7551 Ω
3.9. Línea 66kV La Unión – Los Lagos, Tramo Pichirropulli – Paillaco.
Longitud : 10.2km
Resistencia de secuencia positiva : 3,8862 Ω
Reactancia de secuencia positiva : 4,1952 Ω
Resistencia de secuencia cero : 5,3968 Ω
Reactancia de secuencia cero : 15,6856 Ω
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3.10. Línea 66kV La Unión – Los Lagos, Tramo Paillaco – Los Lagos.
Longitud : 24,7km
Resistencia de secuencia positiva : 9,4107 Ω
Reactancia de secuencia positiva : 10,1591 Ω
Resistencia de secuencia cero : 13,0687 Ω
Reactancia de secuencia cero : 37,9836 Ω
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4. Diagrama unilineal del sistema en estudio
CIRCUITO 2
BARRA 66 kVSE OSORNO
52B152B6
52B252B5
SE BARRO BLANCO
E1
CIRCUITO 1
52BG
HACIA SE PURRANQUE52B2
52B5
52EG2
T24-5 MVA66 / 24 kV
Dyn1
G2
52EG1
T18-10 MVA66 / 24 kV
Ynd1
G1
52EG3
T34-5 MVA66 / 24 kV
Dyn1
G3
CENTRAL CHUYACA
52BT1
220 kV
ATR1120 MVA
220 / 66 kV
SISTEMA EQUIVALENTE
SE LA UNIÓN 66 kV
BARRA 220 kVSE RAHUE
E1
SE PILAUCO
52JT1 52J6
52B3
220 kV
66 kV
66 kV
CIRCUITO 3
52B552B1
52B4
CIRCUITO 1
52B3
52B1 PILAUCO - LOS TAMBORESL=30,2 km
PILAUCO - OSORNOL=3,65 km
PILAUCO - OSORNOL=3,65 km
PILAUCO - OSORNOL=9,78 km
52BT1
52ET1
52E1 52E2
T112-16 MVA66 / 24 kV
Dyn1
SE LOS TAMBORES
CIRCUITO 1
LOS TAMBORES - LA UNIÓNL=10,09 km
CIRCUITO 2
52B252B2 OSORNO - LA UNIÓNL=36,75 km
52CT1
T14-5 MVA
66 / 13,8 kVDyn1
T14-5 MVA
66 / 13,8 kVDyn1
52ET2
52CT1
T14-5 MVA
66 / 13,8 kVDyn1
PICHIRROPULLI - LA UNIÓNL=21,30 km
SE PICHIRROPULLI
PICHIRROPULLI - PAILLACOL=10,2 km
52B4
BARRA 66 kVSE LOS LAGOS
E1
PAILLACO - LOS LAGOSL=24,7 km
SE PAILLACO
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5. Cálculo de cortocircuito
5.1. Criterios y Alcances del Estudio
El presente estudio se realiza según los criterios establecidos en el “Procedimiento DO Cálculo de
Nivel Máximo de Cortocircuito”, junio de 2010 y el “Procedimiento DO Términos y condiciones del
cálculo de corrientes de cortocircuito para la verificación del dimensionamiento de interruptores
en el SIC”, los cuales se sustentan en la Norma IEC 60909-0 (2001): “Short-Circuit current in three-
phase a.c. system”.
Los cálculos de niveles de cortocircuito máximos se efectúan utilizando como escenario base el de
operación en demanda alta en día laboral. Adicionalmente se ha considerado que todas las
unidades de generación están en servicio, y la condición de máximo enmallamiento del sistema.
Consideraciones Normativas
En referencia a la Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio, específicamente el
Procedimiento de la Dirección de Operaciones DO TÍTULO II, Art. 5 señala que se debe realizar:
“Estudio de cortocircuitos, cuyo objetivo es verificar la suficiente capacidad de ruptura de los interruptores, en todas las nuevas instalaciones y en aquellas existentes en el entorno que pudiesen verse afectadas por la incorporación de las nuevas instalaciones, el cual debe ser realizado de acuerdo con el procedimiento DO "Términos y condiciones del cálculo de corrientes de cortocircuito para la verificación del dimensionamiento de interruptores en el SIC", publicado en el sitio Web del CDEC-SIC.”.
5.2. Cálculo de Corrientes de Cortocircuito, Aporte SIC según Norma IEC
60909
En los apartados 5.2.1 y 5.2.2, se muestran las corrientes de cortocircuitos máximas en las barras
del sistema analizado, de acuerdo a lo indicado en el Procedimiento DO "Términos y condiciones
del cálculo de corrientes de cortocircuito para la verificación del dimensionamiento de
interruptores en el SIC", para distintos tipos de fallas. Los Cálculos se realizaron considerando el
escenario actual y proyectado que incluye la Subestación Los Tambores.
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5.2.1. Corrientes de cortocircuito antes de la incorporación de la subestación Los Tambores
5.2.2. Corrientes de cortocircuito con la incorporación de la subestación Los Tambores
La incorporación de la subestación Los Tambores no implica aumentos de las corrientes de cortocircuito del entorno, respecto de la
condición actual, ya que según lo informó STS no existen centrales ni proyectos de generación que se conecten en dicha subestación.
Ib Iasy ip Ib Iasy ip Ib Iasy ip Ib Iasy ip
Barra Interruptor asociado [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA]
SE Los Lagos 66kV B4 3,728 5,272 10,068 3,237 4,578 8,740 3,571 5,050 9,642 2,663 3,766 7,190
SE La Unión 66kV -- 3,399 4,807 9,177 2,960 4,186 7,992 3,263 4,615 8,810 2,179 3,082 5,883
SE Osorno 66kV -- 7,448 10,533 20,323 6,501 9,194 17,553 7,326 10,361 19,780 6,763 9,564 18,260
SE Pilauco 66 kVB1, B2, B3, B4, B5 y
BT18,039 11,369 21,954 7,016 9,922 18,943 8,422 11,911 22,739 8,285 11,717 22,370
SE Purranque 66kVB1, B2, B3, B4, BT1,
BT2, BT3 y BT53,350 4,738 9,045 2,914 4,121 7,868 3,362 4,755 9,077 2,691 3,806 7,266
SE Barro Blanco 66kV BT1 7,844 11,093 21,419 6,855 9,694 18,509 8,068 11,410 21,784 7,815 11,052 21,101
Pto.Conex. Los Tambores BT1 3,406 4,817 9,196 2,972 4,203 8,024 3,266 4,619 8,818 2,205 3,118 5,954
Falla 3F Falla 2F Falla 2FT Falla 1FT
Ib Iasy ip Ib Iasy ip Ib Iasy ip Ib Iasy ip
Barra Interruptor asociado [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA]
SE Los Lagos 66kV B4 3,728 5,272 10,068 3,237 4,578 8,740 3,571 5,050 9,642 2,663 3,766 7,190
SE La Unión 66kV -- 3,399 4,807 9,177 2,960 4,186 7,992 3,263 4,615 8,810 2,179 3,082 5,883
SE Osorno 66kV -- 7,448 10,533 20,323 6,501 9,194 17,553 7,326 10,361 19,780 6,763 9,564 18,260
SE Pilauco 66 kVB1, B2, B3, B4, B5 y
BT18,039 11,369 21,954 7,016 9,922 18,943 8,422 11,911 22,739 8,285 11,717 22,370
SE Purranque 66kVB1, B2, B3, B4, BT1,
BT2, BT3 y BT53,350 4,738 9,045 2,914 4,121 7,868 3,362 4,755 9,077 2,691 3,806 7,266
SE Barro Blanco 66kV BT1 7,844 11,093 21,419 6,855 9,694 18,509 8,068 11,410 21,784 7,815 11,052 21,101
SE Los Tambores 66kV BT1 3,406 4,817 9,196 2,972 4,203 8,024 3,266 4,619 8,818 2,205 3,118 5,954
SE Tambores 23kV ET1, E1 y E2 3,486 4,930 9,412 3,049 4,312 8,232 3,978 5,626 10,741 3,886 5,496 10,492
Falla 3F Falla 2F Falla 2FT Falla 1FT
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5.3. Análisis capacidad de ruptura de interruptores
Como se puede ver en la tabla de resultados del apartado 5.2, la ubicación de las fallas y el tipo de
falla simulada determinan las corrientes de cortocircuito totales a considerar para fines de
evaluación de las capacidades de ruptura de los interruptores existentes y de la subestación Los
Tambores. Aunque no se registran aumentos de las corrientes de cortocircuito se verificará la
capacidad de ruptura de los principales interruptores del entorno a modo de actualización.
Las condiciones para la verificación de la capacidad de los interruptores corresponden a las que se
indican en el Procedimiento DO "Términos y condiciones del cálculo de corrientes de cortocircuito
para la verificación del dimensionamiento de interruptores en el SIC", específicamente en el
Artículo 12.
El análisis, para cada interruptor involucrado, considera las siguientes verificaciones:
La capacidad de ruptura simétrica nominal del interruptor, deberá ser mayor que la
corriente de cortocircuito simétrica de interrupción (Ib).
La capacidad de ruptura asimétrica del interruptor, deberá ser mayor que la corriente de
cortocircuito de interrupción asimétrica (Iasy).
La capacidad de cierre contra cortocircuito nominal del interruptor, deberá ser mayor que
la corriente de cortocircuito máxima instantánea (Ip).
A continuación se verifica la capacidad de los interruptores por barra y subestación.
5.3.1. Interruptores 52B1, 52B2, 52B3, 52B4, 52BT1, 52BT2, 52BT3 y 52BT5 de SE La
Unión
Tensión
Nominal
Corriente
Nominal
Capacidad
Cierre Contra
COCI
kV A Simétrica Asimétrica kA Ib Iasy Ip
kA kA kA kA kA
52B1 72,5 2000 25 -- -- 3,399 4,807 9,177
52B2 72,5 2000 25 -- -- 3,399 4,807 9,177
52B3 72,5 2000 25 -- -- 3,399 4,807 9,177
52B4 72,5 600 16 -- -- 3,399 4,807 9,177
52BT1 72,5 600 16 -- -- 3,399 4,807 9,177
52BT2 72,5 600 16 -- -- 3,399 4,807 9,177
52BT3 72,5 2000 31.5 -- -- 3,399 4,807 9,177
52BT5 72,5 2000 20 -- -- 3,399 4,807 9,177
Interruptor
Capacidad Ruptura Corrientes de cortocircuito calculadas
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5.3.2. Interruptores 52B1, 52B2, 52B3, 52B4, 52B5 y 52BT1 de SE Pilauco
5.3.3. Interruptores 52B1, 52B2, 52B3, 52B4, 52BT1, 52BT2 y 52BT3 de SE Osorno
5.3.4. Interruptores 52BT1 de SE Purranque
Aunque no se precisa la capacidad de ruptura asimétrica ni la capacidad de cierre contra
cortocircuito, se puede establecer que para los interruptores del entorno, detallados en los
apartados 5.3.1 a 5.3.4, las corrientes de cortocircuito máximas calculadas no superan la
capacidad de ruptura de estos.
Lo anterior debido a que las corrientes de cortocircuito asimétrica y peak son incluso inferiores a la
capacidad de ruptura simétrica, la que en cualquier caso será menor que la capacidad de ruptura
asimétrica y la capacidad de cierre contra cortocircuito.
Tensión
Nominal
Corriente
Nominal
Capacidad
Cierre Contra
COCI
kV A Simétrica Asimétrica kA Ib Iasy Ip
kA kA kA kA kA
52B1 72,5 1250 31,5 -- -- 8,422 11,911 22,739
52B2 72,5 1250 31,5 -- -- 8,422 11,911 22,739
52B3 72,5 1250 31,5 -- -- 8,422 11,911 22,739
52B4 72,5 1250 31,5 -- -- 8,422 11,911 22,739
52B5 72,5 1250 31,5 -- -- 8,422 11,911 22,739
52BT1 72,5 1250 31,5 -- -- 8,422 11,911 22,739
Interruptor
Capacidad Ruptura Corrientes de cortocircuito calculadas
Tensión
Nominal
Corriente
Nominal
Capacidad
Cierre Contra
COCI
kV A Simétrica Asimétrica kA Ib Iasy Ip
kA kA kA kA kA
52B1 72,5 2000 25 -- 63 7,448 10,533 20,323
52B2 72,5 2000 25 -- 63 7,448 10,533 20,323
52B3 72,5 2000 25 -- 63 7,448 10,533 20,323
52B4 72,5 2000 25 -- 63 7,448 10,533 20,323
52BT1 72,5 2000 25 -- 63 7,448 10,533 20,323
52BT2 72,5 2000 25 -- 63 7,448 10,533 20,323
52BT3 72,5 2000 25 -- 63 7,448 10,533 20,323
Interruptor
Capacidad Ruptura Corrientes de cortocircuito calculadas
Tensión
Nominal
Corriente
Nominal
Capacidad
Cierre Contra
COCI
kV A Simétrica Asimétrica kA Ib Iasy Ip
kA kA kA kA kA
52BT1 72,5 2000 31,5 -- -- 3,350 4,738 9,045
Interruptor
Capacidad Ruptura Corrientes de cortocircuito calculadas
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5.3.5. Interruptor 52BT1, 52ET1, 52E1 y 52E2 de SE Los Tambores
Las capacidades de ruptura simétrica de los interruptores de los paños de 66kV y de 23kV, definido
por la ingeniería de detalle del proyecto SE Los Tambores, son superiores a las corrientes de
cortocircuito simétrica, asimétrica y peak. En consecuencia, a pesar de no conocer las capacidades
de ruptura asimétricas y la de cierre contra cortocircuito, se puede establecer que estas no serán
sobrepasadas.
Tensión
Nominal
Corriente
Nominal
Capacidad
Cierre Contra
COCI
kV A Simétrica Asimétrica kA Ib Iasy Ip
kA kA kA kA kA
52BT1 72,5 1250 31,5 -- -- 3,406 4,817 9,196
52ET1 72,5 1250 31,5 -- -- 3,978 5,626 10,741
52E.1 72,5 1250 31,5 -- -- 3,978 5,626 10,741
52E.2 72,5 1250 31,5 -- -- 3,978 5,626 10,741
Interruptor
Capacidad Ruptura Corrientes de cortocircuito calculadas
Revisión B 14
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6. Conclusiones
La evaluación de las capacidades de ruptura fue realizada de manera conservadora utilizando los
niveles de cortocircuito en barras de las subestaciones y los criterios definidos en el artículo 13-a)
del Procedimiento DO "Términos y condiciones del cálculo de corrientes de cortocircuito para la
verificación del dimensionamiento de interruptores en el SIC".
De acuerdo a los criterios señalados, las características de los interruptores de la nueva subestación Los Tambores y los de su entorno satisfacen los requerimientos de capacidad de ruptura.