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SUBESTACIÓN OCOA 115/34,5/13,8

MEMORIA DE

DOCUMENTO IEB 939

SUBESTACIÓN OCOA 115/34,5/13,8 kV

MEMORIA DE SELECCIÓN DE AISLADORES

DOCUMENTO IEB 939-12-107

REVISIÓN 0

Medellín, Marzo de 2013

kV

SELECCIÓN DE AISLADORES

SUBESTACIÓN OCOA A 115 kV IEB S.A.

MEMORIA DE SELECCIÓN DE AISLADORES Página ii de iv

Archivo: IEB-939-12-107(0) Memoria de Selección de Aisladores

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Revisión No. Aspecto revisado Fecha

0 Emisión Inicial 20/03/2013

CONTROL DE RESPONSABLES

NÚMERO DE REVISIÓN 0 1 2

Nombre JLO/OSR

Elaboración Firma

Fecha 20/03/2013

Nombre OSR

Revisión Firma

Fecha 20/03/2013

Nombre OSR

Aprobación Firma

Fecha 20/03/2013

Participaron en la elaboración de este informe:

OSR Oscar Alonso Sanchez R.

JLO Jhonatan Londoño Ospina


MEMORIA DE SELECCIÓN DE AISLADORES Página iii de iv


TABLA DE CONTENIDO

1. OBJETO ............................................ ..................................................................... 1

2. INTRODUCCION .................................................................................................... 1

3. CARACTERÍSTICAS DEL SITIO Y DEL SISTEMA ........... .................................... 1

4. SELECCIÓN DE AISLADORES ........................... .................................................. 1

4.1 DISTANCIA DE FUGA MÍNIMA .......................... ................................................................... 2 4.1.1 Determinación de RUSCD ...................................................................................................... 3 4.1.2 Determinación de Ka ............................................................................................................... 4 4.1.3 Determinación de Kad ............................................................................................................. 4 4.2 DISTANCIA DE FUGA FINAL ........................... ..................................................................... 6 4.3 DISTANCIA CRÍTICA ................................. ............................................................................ 6 4.4 AISLADORES SELECCIONADOS .......................... .............................................................. 6 4.4.1 Características eléctricas ........................................................................................................ 6 4.4.2 Tensión de rotura y esfuerzos ................................................................................................. 7

5. CONCLUSIONES ................................................................................................... 8

REFERENCIAS ................................................................................................................. 9


MEMORIA DE SELECCIÓN DE AISLADORES Página iv de iv


TABLAS Tabla 1. Características de los aislador poliméricos preseleccionados ............................................. 2 Tabla 2. Requerimientos de los aisladores ......................................................................................... 6 Tabla 3. Características de los aisladores poliméricos seleccionados ............................................... 6

FIGURAS Figura 1. Aislador de retención polimérico típico ................................................................................ 2 Figura 2. Aislador tipo poste polimérico típico .................................................................................... 2 Figura 3. RUSCD en función de la severidad de polución del sitio SPS ............................................. 3 Figura 4. Kad en función del diámetro del aislador vidrio o porcelana ............................................... 5 Figura 5. Kad en función del diámetro del aislador polimérico ........................................................... 5

ANEXOS Anexo 1 Características de los Aisladores


MEMORIA DE SELECCIÓN DE AISLADORES Página 1 de 9


1. OBJETO

Presentar la metodología, los datos y los resultados de la selección delos aisladores que serán utilizadas en la Subestación Ocoa 115 kV.

Así mismo, se presentarán las características eléctricas de los aisladores que se utilizarán a fin de garantizar un nivel de aislamiento adecuado.

2. INTRODUCCION

En este documento se presenta la metodología y los resultados de la selección de los aisladores que serán utilizados en el proyecto Subestación Ocoa 115 kV.

3. CARACTERÍSTICAS DEL SITIO Y DEL SISTEMA

En el documento IEB-939-12-100 “Informe de visita Subestación Ocoa proyecto ampliación de bahía de línea 115kV” se definen los aspectos relacionados con las características del sitio y del sistema.

4. SELECCIÓN DE AISLADORES

La selección de losaisladores debe ser tal que garantice una rigidez dieléctrica adecuada entre las partes energizadas y tierra, además soportar mecánicamente los conductores en la subestación bajo las posibles circunstancias de viento, contaminación, esfuerzos de cortocircuito y sismos.

El tipo deaisladores a ser utilizados depende de los siguientes aspectos:

• Tensión nominal.

• Tensión máxima del sistema.

• Nivel de aislamiento al impulso tipo rayo.

• Grado de contaminación en la zona de instalación.

• Altura sobre el nivel del mar.

Para el caso de la subestación Ocoa 115 kV se instalarán aisladores de retención y aisladores poste tipo poliméricos (Ver Anexo 1).

El tipo de aislador de retención se indica en la Figura 1 y el tipo de aislador poste en la Figura 2.




Figura 1. Aislador de retención polimérico típico

Las aisladores de retención seleccionados cuentan con acoples terminales, Eye - Ballsegún norma IEC 61466-1

Figura 2. Aislador tipo poste polimérico típico

A continuación se presentan los aisladores preseleccionados (Ver anexo 1).

Tabla 1. Características de los aislador poliméric os preseleccionados

Nivel de tensión [kV]

Tipo Ref (o Similar)

115 Retención Isoelectric

ISI-CAN-A33-70 EB

115 Poste Isoelectric

ISI BIG A20+19-GG

4.1 DISTANCIA DE FUGA MÍNIMA

La distancia de fuga mínima de un aislador situado entre fase y tierra se determina de acuerdo con el nivel de contaminación del sitio, utilizando la siguiente relación:




• Distancia de fuga mínima fase - tierra [mm]

3

UmUSCD × [mm] (1)

• Distancia de fuga mínima fase - fase [mm]

UmUSCD × [mm] (2)

Dónde:

Um: Tensión línea a línea máxima del sistema en [kV]

USCD: Distancia de fuga específica unificada [mm/kV]

KadKaRUSCDUSCD ××= [mm/kV] (3)

Dónde:

RUSCD: Distancia de fuga específica unificada de referencia [mm/kV]

Ka: Factor de corrección por altura

Kad: Factor de corrección debido al diámetro promedio del aislador

4.1.1 Determinación de RUSCD

El RUSCD se puede determinar a partir del nivel de contaminación definido y con la Figura 3de la norma IEC 60815, la cual se presenta a continuación.

Figura 3. RUSCD en función de la severidad de poluc ión del sitio SPS

Cada letra representa un nivel de severidad de polución en el sitio, como se muestra a continuación:




Nivel de contaminación: a. Muy ligero b. Ligero c. Medio d. Pesado e. Muy pesado

Dado que para la subestación se seleccionó un nivel de contaminación medio, y haciendo uso de la Figura 3, se tiene un RUSCD de 34,7 mm/kV.

4.1.2 Determinación de Ka

Según la norma IEC – 60815, el factor Ka se determina cuando la subestación se encuentra ubicada a una altura superior a 1.500 m, de lo contrario se puede asumir Ka=1.

El factor de corrección atmosférico está definido por la siguiente ecuación:

⋅= 8150

Hm

a eK (4)

Dónde:

H Altura sobre el nivel del mar, m

Teniendo en cuenta que la subestación Ocoa 115 kV estar ubicada a una altura de 500 msnm, se toma como factor de corrección por altura Ka=1

4.1.3 Determinación de Kad

El factor Kad puede tomar los siguientes valores dependiendo del diámetro promedio (Da):

• Aisladores de vidrio o porcelana

Kad=1, Cuando Da < 300 mm

Kad= 0,0005 Da + 0,85 Cuando Da ≥ 300 mm

• Aisladores poliméricos

Kad=1, Cuando Da < 300 mm

Kad se toma de la Figura 5 Cuando Da ≥ 300 mm

El diámetro promedio en ambos casos se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula:




( )4

212 DsDsDtDa

++= [mm] (5)

Donde Dt, Ds1 y Ds2 corresponde a los valores presentados en laFigura 4y Figura 5 de acuerdo al aislador utilizado (vidrio y/o porcelana o polimérico).

Figura 4. Kad en función del diámetro del aislador vidrio o porcelana

Figura 5. Kad en función del diámetro del aislador polimérico

En este caso el diámetro promedio para los aisladores preseleccionados es menor de 300 mm, por lo tanto Kad = 1.

De acuerdo a las consideraciones anteriores se tiene que USCD=RUSCD,y el caso de la Subestación Ocoa 115 kV, USCD=34,7 mm/kV.

Con este valor USCD,y haciendo uso de la ecuación (1) la distancia de fuga mínima para la subestación es:

• Distancia de fuga 115 kV

Distancia de fuga mínima fase - tierra = 34,7*3

123*1 = 2464.19 mm




4.2 DISTANCIA DE FUGA FINAL

Una vez el RUSCD ha sido corregido, la distancia de fuga mínima final es determinada por el aislador o grupo de aisladores seleccionados.

Por lo anterior la distancia de fuga para los aisladorespreseleccionados en 115 kV deberá ser igual o mayor a 2464.19 mm.

4.3 DISTANCIA CRÍTICA

La longitud de los aisladoresdebe ser por lo menos igual a la distancia crítica fase - tierra requerida según el estudio de coordinación de aislamiento documento IEB-939-12-101.

Se trata de comprobar entonces si con la distancia de arco que tiene el aislador preseleccionado se obtiene una longitud mayor o igual a la distancia crítica fase - tierra requerida.

De acuerdo con lo anterior, el valor de distancia crítica o de arco del aislador seleccionado debe ser superior a la distancia critica fase - tierra correspondiente a 1100 mm para el nivel de tensión de 115 kV.

En la Tabla 2 se presentan las características mínimas requeridas delos aisladores para la Subestación Ocoa 115 kV, con lo cual se garantiza el cumplimiento de las distancias de fuga mínima y crítica fase - tierra requeridas.

Tabla 2. Requerimientos de los aisladores

Nivel de Tensión Distancia de arco requerida Distan cia de fuga requerida

115 kV >1100 mm >2464.19 mm

4.4 AISLADORES SELECCIONADOS

4.4.1 Características eléctricas

Considerando los datos de la distancia de fuga indicados en el numeral 4.2 y la distancia crítica indicada en el numeral 4.3, se seleccionan los aisladores indicados en la Tabla 3, los cuales cumplen con los requerimientos descritos en la Tabla 2.

Tabla 3. Características de los aisladores polimér icos seleccionados

Nivel de tensión [kV] Tipo Ref

(o Similar) Longitud

[mm]

Distancia de fuga [mm]

Distancia de arco [mm]

115 Retención Isoelectric

ISI-CAN-A33-70 EB 1545 3950 1335

115 Poste Isoelectric

ISI BIG A20+19-GG 1.395 3700 1215




Los detalles de armado de los aisladores de retención y los herrajes requeridos se indican en el plano IEB-939-12-PE.003.

4.4.2 Tensión de rotura y esfuerzos

La tensión máxima de diseño para templas en la Subestación Ocoa 115 kV se indica en el documento IEB-939-12-201“Guía para el diseño y fabricación de estructuras metálicas y diseño de fundaciones”, mientras que para los aisladores poste se indica en documento IEB-939-12-201“Verificación sísmica de equipos”, donde se considera cada una de las cargas a las cuales están sometidos los aisladores de retención y aisladores tipo poste, cargas de conexión, cargas debidas al cambio de condiciones de temperatura, cargas de cortocircuito, cargas de viento y cargas de sismo.

Para garantizar que los aisladores soporten las tensiones aplicadas se considera un factor de seguridad de 2, es decir, la tensión de rotura del aislador debe ser como mínimo el doble de la carga máxima considerada, así, para los aisladores de retención la carga debe ser menor a 35 kN, mientras que para los aisladores tipo poste menor a 4.1 kN.

Por lo tanto, teniendo en cuenta las características de los aisladores propuestos 70 kN para los aisladores de retención y 8.2 kN para los aisladores tipo poste, las cuales son mayores que las máximas tensiones de rotura requeridas, se concluye que los aisladores soportarán de manera segura y confiable las tensiones a las cuales serán sometidos.




5. CONCLUSIONES

• Los aisladores de retención y tipo poste deberán cumplir como mínimo con los siguientes requerimientos:

• Tipo de aislador: Polimérico

• Distancia de fuga total: ≥2464.19 mm

• Distancia de arco total: ≥1100 mm

• Carga de rotura retención: 70 kN

• Carga de rotura apoyo: 8.2 kN

• Los aisladores de retención seleccionados tienen las siguientes características:

Tipo de aislador: Polimérico

Distancia de fuga total: 3950 mm

Distancia de arco total: 1335 mm

Carga de rotura: 70 kN

• Los aisladores tipo poste seleccionados tienen las siguientes características:

Tipo de aislador: Polimérico

Distancia de fuga total: 3700 mm

Distancia de arco total: 1215 mm

Carga de rotura: 8.2 kN

• En el plano IEB-939-12-PE.003 se presentan los detalles de armado para los aisladores de retención y los herrajes requeridos.




REFERENCIAS

[1] IEC STANDARD 60071-1 - 2006, INSULATION CO-ORDINATION: DEFINITION, PRINCIPLES AND RULES

[2] IEC STANDARD 60071-2 - 1996, INSULATION CO-ORDINATION: APPLICATION GUIDE

[3] IEC STANDARD 60815-1 – 2008, SELECTION AND DIMENSIONING OF HIGH-VOLTAGE INSULATORS INTENDED FOR USE IN POLLUTED CONDITIONS – PART 1: DEFINITIONS, INFORMATION AND GENERAL PRINCIPLES

[4] IEC STANDARD 60815-2 - 2008, SELECTION AND DIMENSIONING OF HIGH-VOLTAGE INSULATORS INTENDED FOR USE IN POLLUTED CONDITIONS - PART 2: CERAMIC AND GLASS INSULATORS FOR A.C. SYSTEMS

[5] IEC STANDARD 60815-3 - 2008, SELECTION AND DIMENSIONING OF HIGH-VOLTAGE INSULATORS INTENDED FOR USE IN POLLUTED CONDITIONS - PART 2: POLYMER INSULATORS FOR A.C. SYSTEMS

[6] SUBESTACIONES DE ALTA Y EXTRA ALTA TENSIÓN, SEGUNDA EDICION. Carlos Felipe Ramírez G.

[7] PROCUREMENT AND APLICATION GUIDE FOR NON-CERAMIC COMPOSITE INSULATORS, VOLTAGE CLASS 60 KV AND ABOVE, RUS BULLETIN 1724E-220

[8] CERAMIC VS. POLYMER (NON CERAMIC) INSULATORS, EPRI

ANEXO 1

CARACTERÍSTICAS DE LOS AISLADORES

AISLADOR POLIMÉRICO DE RETENSIÓN

AISLADOR TIPO POSTE

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