Proyecto de Subestacion Electrica Elt - 921

8/19/2019 Proyecto de Subestacion Electrica Elt - 921

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PROYECTO DE SUBESTACION ELECTRICA

Introducción.-Se da el nombre de subestación eléctrica al conjunto de elementos que sirven paraalimentar el servicio eléctrico de alta tensión a un local con una demanda grande de energía paraobtener luz, fuerza, calefacción, y otros servicios

Motivo de l con!trucción de l !u"e!tción.- Por el montaje e instalación de nuevas industrias y

el agrandamiento de la fábrica de cemento fancesa que abarcara sus servicios al Departamento del!uquisaca y la nación entera de "olivia, vemos la necesidad de reforzar el sistema de potenciapara esta zona ya que el actual no cumple con la capacidad de suministro# $a subestacióntransmitirá y distribuirá energía eléctrica por una línea de %&' (v a dos líneas de )* (v#,respectivamente# Por lo anterior la subestación a dise+ar es a %&' (v#

Locli#ción de l u"icción.- $a subestación estará ubicada a -m de la ciudad de !uquisacaal lado de la subestación de la .apatera# $a subestación ocupa un área total de /%'' m0 1&'m23'm4con cerco perimétrico de material noble 1vigas, columnas y paredes de ladrillos4

DIA$RAMA UNI%ILAR

DIAGRAMA UNIFILAR

230 KV

TRAMPAZ DE ONDA

CT`S

PT`S

TRANSFORMADOR 230/69 KV

PARARAYOS

PARARAYOS

INTERRUPTORES

INTERRUPTORES

SECCIONADOR

BARRA DE 69 KV

Dto! del di!e&o.- $a tensión en alta será de %&' -v y la de baja a )* -5

- Ten!ión No'inl.-la tensión nominal será de )* -5#


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- Ti(o de cone)ión de lo! "nco! de trn!*or'dore!.-- Secuenci de rotción de l! *!e!.-

Trn!*or'dore!.-

- Cntidd de unidde!.- solo será una unidad- C(cidd (or unidd.- será de de %&'6)* -5

- Ten!ione! de trn!*or'ción.- %&'6)* -5- Cone)ione! en lt+ ", ten!ión un tercirio !i e)i!te


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TRANS%ORMADORES DE POTENCIAL DE / 01

7l montaje incluirá las siguientes actividades8

• 9ransporte !asta el sitio de la obra y descarga• :ontaje con ayuda de una gr;a telescópica, nivelación, aplomada y anclaje


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• one2ión a la malla de tierra principal• one2ión de cables de alta tensión, cables de control• Pruebas de acuerdo a la norma ?S< similares# 7ntre otras8• Prueba de resistencia de aislamiento tanto en el primario como en el secundario• Prueba de factor de potencia del aislamiento de la porcelana• Prueba de polaridad

Se pagará por el montaje completo de cada transformador de potencial, incluyendo las actividadesdetalladas anteriormente, recibidas a satisfacción de la @iscalización, siendo de cuenta delontratista materiales menores como conectores, perfiles de sujeción, pernos, cable desnudo, etc#

L2ne! de trn!'i!ión

- N3'ero! de circuito!.- será % circuitos- Cli"re del conductor nu'ero de conductor (or *!e

Arre4lo! de l !u"e!tción en cd un de l! 5re! de lt ", ten!ión !e de"e indicr eln3'ero o ti(o de "rr! con !u! e!6ue'! di4r'!

C(cidd de cortocircuito tri*5!ico 'ono*5!ico tierr

- En el ldo de lt ten!ión- En el ldo de ", ten!ión

Tie'(o! de li"r'iento! en ciclo! 6ue !e (er'iten un *ll en el ldo de lt ten!ión


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Re!i!tividd del terreno

7sta es la magnitud característica de toda materia, que e2presa su aptitud para la conducción decorrientes eléctricas#A representa la resistencia de una materia considerada, cuyas dimensiones sonla unidad, por ejemplo un cubo de un metro de lado la resistividad será e2presada en 1B!mCm4#$as medidas de resistividad de la tierra tienen un triple propósito8

/# 7ste tipo de datos es usado para realizar reconocimientos geofísicos debajo de la superficie comoayuda para identificar zonas de mineral, profundidades de roca y otros fenómenos geológicos#%# $a resistividad posee un impacto directo sobre el grado de corrosión en tuberías bajo tierra# nabaja resistividad, tiene relación con un aumento en actividad corrosiva y así dicta el tratamientoprotectivo a usar# $a resistividad de la tierra afecta directamente el dise+o de un sistema de toma de tierra y a este;ltimo propósito es el que será e2plicado en el presente trabajo#

>l dise+ar un SP>9 e2tenso, es recomendable localizar el área de menor resistividad de la tierrapara conseguir la instalación de puesta a tierra más económica#

$a resistividad del terreno varía ampliamente y afectada por varios aspectos8 ?aturaleza del terreno,!umedad, temperatura, salinidad, estratigrafía, variaciones estacionales, factores de naturalezaeléctrica, compactación#

7 M8todo! Trdicionle! (r l Medición de Re!i!tividd de Tierr

$a resistividad del terreno se mide fundamentalmente para encontrar la profundidad de la roca, asícomo para encontrar los puntos óptimos para localizar el conjunto de electrodos que conformaran elSP>9#

9:7 M8todo de lo! cutro electrodo! o '8todo de ;enner

7ste método fue desarrollado por @ran( Eenner del #S# "ureau Bf Standards en /*/, @# Eenner,> :et!od of :easuring 7art! FesistivityG "ull, ?ational "ureau of Standards, "ull#7ste método consiste en introducir cuatro electrodos de prueba en línea recta y separados adistancias iguales 1a4, enterrados a una profundidad 1b4 que es igual a la vigésima parte de laseparación de los electrodos de prueba 1bH a6%'4 y van conectados al equipo de medición, el cualintroduce una intensidad de corriente entre los electrodos / y %, generando una diferencia depotencial entre los electrodos P/ y P% 15P/ ,P%4, que será medida por el equipo, a su vez en lapantalla tendremos el resultado de la relación 156


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$a separación entre los electrodos dará la medida de resistencia a un estrato de espesor de terrenoque es igual a8 ! H a, con este valor de resistencia se calculará la resistividad aparente del terrenomediante la ecuación8

1/4

9


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1%4

>l igual que en el método de los cuatro electrodos, se irán separando los electrodos de corriente, ypor lo tanto aumentando la distancia $ y así se conocerá el valor de la resistividad a una profundidad! mayor#7l valor de la resistividad aparente se obtiene por medio de la siguiente ecuación8

1&4

7l valor de F se obtiene igual que en el método de los cuatro electrodos#

"7 M8todo! de C5lculo de Re!i!tividd en Terreno! Bi- E!trti*icdo!

no de los usos más importantes de las medidas de resistividad en suelos biCestratificados, es quemediante ellas se pueden determinar la profundidad de la superficie de la primera capa, su densidadreal, y su factor de refle2ión, así como también características de la capa siguiente, de esta forma esposible modelar los suelos de acuerdo a sus características eléctricas# omo resultado, se !aprestado una atención considerable a la interpretación de lo que es conocido como las curvas deprofundidad#Si es usada la configuración de Eenner, cuatro electrodos igualmente espaciados, y mediante estas

se realizan diferentes medidas variando la separación de los electrodos para cada caso, es posiblegraficar las resistividades resultantes vs la separación de los electrodos, teniendo comoconsecuencia una curva de profundidad#Desde la primera aparición de la inspección de la resistividad la interpretación de tales curvas !asido una cuestión de gran preocupación y controversia para algunos investigadores, lo que !aceeste estudio un problema de gran envergadura#$os métodos de interpretación que !an sido desarrollados pueden ser apro2imadamente divididos endos clases# 7l primero de estos es netamente empírico y basado en la e2periencia# 7l segundoconsiste en un n;mero de métodos que son basados en las teorías y cálculos de varios autores#

9:7M8todoE'(2rico

Debido a que el estudio de los suelos puede tornarse bastante complejo, representando una meta degran envergadura para los profesionales del campo, muc!os e2pertos prefieren basarse en lae2perienciaG por tanto !an desarrollado técnicas no muy precisas, con la salvedad de que en muc!oscasos sobredimensionan dic!os SP>9 y por ende llegan a resultados favorables, que se vencontrarrestados por la inversión económica que se debe realizar# $a e2periencia de campo tienemuc!os métodos, que se basan en las medidas de resistividad del terreno donde se va a ubicar el


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sistema#7l primero de los métodos a mencionar consiste en tomar las medidas de campo del terreno enestudio, y llevarlas a una grafica, la cual se denomina curva de resistividad aparente o curva deprofundidad# Dado a que el método de medida de resistividad com;nmente usado es el método deEenner, se requiere graficar las medidas de resistividad obtenidas vs la separación de los electrodosa la cual corresponde cada una ver figura ?I J#

@ig /# urva 7jemplo de Fesistividad >parente

7l primer criterio que se tiene es evaluar la variación entre las medidas adyacentes# Si se cumple

que la variación entre medidas es mayor o igual al /'K, se tiene asume que el suelo es!eterogéneo, y que puede estar compuesto por varios estratos, en donde el valor de resistividad alprimer estrato corresponde a la medida patrón, es decir la medida con la cual se esta comparando#>simismo se menciona otro método de cálculo un poco más radical, el método aplicado consiste enobservar la curva punto a punto de manera que se pueda leer el primer punto de infle2iónpresentado, en este caso casualmente corresponde al mismo valor arrojado por el primer método#7l método que mayormente se usa en la práctica, es el de realizar un promedio de las medidastomadas en el terreno, y asumir que el suelo es !omogéneo, aunque los resultados generalmente


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sean favorables, no conllevan a la mejor solución económica ya que cuando se aplica este método,el dise+ador se ve obligado a sobredimensionar el sistema de manera tal de que se cumpla con losobjetivos propuestos#uando los estudios del suelo, arrojan valores altamente críticos, es decir valores de resistividadmayores a &''' LCm la práctica conlleva a introducir barras a libre albedrío !asta que se tenga unaresistencia de puesta a tierra favorable para el cliente#

9


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> partir de 14 realiza un estudio para la aplicación de la misma, utilizando el método de Eenner#$a @igura & muestra la configuración de Eenner, la corriente < entra por el punto > y sale por el punto", produciendo un potencial en " y # $a fuente de corriente > esta a una distancia a de "#

@ig# onfiguración de Eenner y el Problema de las dos apas#

Si se sustituye en 134, 1r H a4 el resultado es el siguiente8

13#/4

>simismo, la corriente que sale en D a una distancia %a de ", refleja un potencial en " como semuestra a continuación#

13#%4

onsecuentemente el potencial en " es el siguiente8


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13#&4

Por simetría el 5 H C 5", entonces se puede deducir que8

13#34

Dic!a e2presión se puede escribir de la siguiente manera8

13#4

Si se verifica que la separación entre los electrodos mediante el método de Eenner es muc!o mayorque la profundidad de los mismos, se cumple la 1%4 y la e2presión anterior se puede representar dela siguiente manera


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1#)4

$a cual puede ser rescrita como8

1414 es conocida como la ecuación de 9>MM, mediante ésta, 9>MM determinó unas curvas maestrasque consisten simplemente en darle valores a las variables (, !, y a, obteniendo unos valores deNa6N/ para cada caso#$a variable - representa el coeficiente de refle2ión de la primera capa, es preciso recordar que -,varía entre C/ y /, es decir que para valores de - entre C/ y ' se obtienen resultados de Na6N/mayores que ' y menores que /, analíticamente el caso corresponde a que la primera capa poseeuna resistividad mayor que la segunda# >simismo para valores de - entre ' y /, los valores de Na6N/serán mayores a /, ya que la resistividad de la segunda capa es mayor que la de la primera, en estecaso es viable trabajar con la relación de conductividad, obligando a la relación O/6 Oa, a variar entre

' y /#


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@ig# 3# urvas :aestras para ( ?egativa# Suelo "iestratificado


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@ig# urvas :aestras para ( Positiva# Suelo "iestratificado

Condicione! 4eo4r5*ic!

- Te'(ertur! '5)i'! '2ni'!- 1iento- =ielo- Lluvi

- Nieve Nivel cer5'ico del lu4r

Altur !o"re el nivel del 'r Inten!idd !2!'ic Cont'inción

SELECCI>N DE PARA RAYOS

onsideraciones8

•

Sistema sólidamente aterrizado#

• Pararrayos de B2ido de .inc 1.nB4#

• 9ensión má2ima de %3 (5#

$a tensión nominal de los pararrayos de .nB, R, se encuentra teniendo en cuenta los siguientesparámetros8


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9ensión ontinua de Bperación 1B548

• Sobretensión 9emporal 19B548

omo es un sistema sólidamente aterrizado, -eH/#3

$a tensión nominal del pararrayos R+ se elige seleccionando el mayor valor entre Ro y Re.

donde -o es el factor de dise+o seg;n el fabricante el cual debe ser especificado por este# n valorde -o normalmente encontrado es '#=#

donde -t es la capacidad del pararrayos contra sobretensiones temporales el cual depende del

tiempo de duración de la sobretensión#

-t H /#/ para / segundo#

-t H /#/' para /' segundos#

-t H '#* para % !oras#

7l mayor entre Ro y Re, es Re por lo consiguiente R es igual a8

PARARRAYOS

7l montaje incluirá las siguientes actividades8

• 9ransporte !asta el sitio de la obra y descarga• :ontaje con ayuda de una gr;a telescópica, nivelación, aplomada y anclaje


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•


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Se pagará por el montaje completo de cada pararrayos, incluyendo las actividades detalladasanteriormente, recibidas a satisfacción de la @iscalización, siendo de cuenta del ontratistamateriales menores como conectores, perfiles de sujeción, pernos, cable desnudo, etc#

SISTEMAS DE PROTECCI>N

Crcter2!tic! $enerle!

$as unidades de protección se equiparán con unidades de control y protección digital integradaque incluyen funciones de protección, automatización, medida, conteo, supervisión, diagnóstico ycomunicación#

$as funciones adicionales pueden ser proporcionadas, sin embargo, por dispositivoscomplementarios#

Dado que la unidad de Protección y control es integrada y se instala tan cerca como sea posibledel interruptor, debe cumplir con los requisitos mas severos en lo referente a condicionesambientales, en particular,8

$as normas


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omprende el conjunto de equipamiento y accesorios necesarios y suficientes para la eliminación delos siguientes tipos de fallas 1internas !acia tierra o entre fases, entre espiras, limitar la duración decorriente de corto circuito presente para fallas e2ternas4 y la presencia de temperaturas elevadas enel aceite y6o en los bobinados, ruptura del tanque, etc#, en transformadores de dos y tres bobinados#

$a protección debe tener las siguientes funciones y características8

Q Diferencial porcentual trifásica o tres unidades monofásicas, para dos o tres bobinados, seg;n seael caso, con bloqueo para restricción de %da y ta armónicas, unidad diferencial instantáneacalibrable 1=J4

Q Felé au2iliar de bloqueo y desbloqueo 1=)4

Q @unciones de oscilografía, autodiagnóstico continuo de todos los circuitos, interfase !ombreCmáquina mediante display, teclado y $7Ds de indicación, puertos de comunicación serial8 frontal,posterior para red 17t!ernet4#

Q $a función diferencial debe ser inmune a componentes de corriente continua y a saturación de 9s,con alta estabilidad para fallas e2ternas, compensación de desfasamiento angular del transformadory de secuencia cero#

Q 7l tiempo total para la eliminación de fallas internas por las protecciones diferenciales, no debee2ceder a /'' milisegundos, incluido el tiempo de operación de los relés de protección, de los relésau2iliares y el tiempo de apertura de los interruptores#

Q Sobrecorriente instantánea y temporizada de fase, neutro y tierra 1'6/, '6/?4 para protecciónde respaldo para fallas internas y e2ternas, compuestas por elementos de protección vinculados acada uno de los bobinados del transformador# $a protección /? utilizará la corriente residual de los

9s de fase#

Q Protección de sobrecorriente 1'6/4#

Si!te' de (rotección (r celd! de li'entdor.

7l esquema requerido es de protección principal ;nicamente, con las siguientes características8

C @unción de sobre corriente instantánea y temporizada para fallas monofásicas, bifásicas, bifásicasa tierra o trifásicas#

C Deben ajustarse de acuerdo a curvas >?S< o


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SISTEMA DE ALARMAS

7l sistema de alarmas deberá funcionar en base a cuadros luminosos y cuatro 134 pulsadores8 unpulsador para RsilenciarR, un pulsador para RreconocimientoR, un pulsador para RreposiciónR, y unpulsador para RpruebaR, cuyas características funcionales y6o constructivas serán las siguientes8

a4 >l producirse la falla se encenderá una luz parpadeante en el respectivo cuadro luminoso del

tablero# Simultáneamente sonará una se+al ac;stica, que debe desaparecer mediante el botón paraRsilenciarR#

>l silenciarse la se+al ac;stica no deberá perderse ninguna se+al de alarma#

b4 >l tomarse conocimiento de la falla, mediante el pulsador de RreconocimientoR, la luz parpadeantecambiará a permanente si la falla persiste#

c4 >l desaparecer la falla, una vez que se !a tomado conocimiento de ella, la luz permanentecambiará a luz parpadeante de una frecuencia inferior a la que inicialmente indicaba falla# 7sta se+alpodrá cancelarse mediante el pulsador de RreposiciónR#

d4 Si al tomar conocimiento de una falla, ésta !a desaparecido, la luz parpadeante mencionada ena4# cambiará automáticamente a la indicada en c4# sin pasar por el estado de luz permanente#

e4 on el pulsador RpruebaR, e2istente en cada posición de tablero, se podrán probar toda lasventanillas de los cuadros luminosos e2istentes en la misma#

f4 7l sistema de alarma deberá estar dimensionado para se+alizar en forma independiente, todas lasoperaciones, fallas o situaciones anormales que puedan ocurrir#

g4 $os pulsadores y cuadro luminoso de se+alización se ubicarán en la posición correspondiente del

tablero de control#

!4 $os anunciadores serán de estado sólido#

i4 $as leyendas para los anunciadores serán elaboradas por el ontratista y remitidas para laaprobación de 7:7$BFB#

j4 9odo punto de alarma tendrá un contacto ResclavoR normalmente abierto#

(4 $os anunciadores se instalarán en cajas !erméticas semiempotradas tipo tablero# 7l cambio delámparas se !ará por delante# $a cubierta de la ventana será de material trasl;cido blanco#

l4 $a se+al sonora provendrá de un timbre instalado en la parte alta del tablero, funcionará con /%5 y producirá una se+al de =' db a & metros de distancia#

m4 7l anunciador funcionará sea por cierre o apertura de un contacto de alarma debiendo ser factibleel cambio de normalmente abierto a normalmente cerrado o viceversa#

n4 7l anunciador se alimentará con corriente continua de /% 5 con una variación entre =' y /3' 5,la fuente de poder deberá trabajar satisfactoriamente dentro del rango de voltaje aquí especificado#


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7l panel de alarmas a tendrá como mínimo las siguientes indicadores8

/4 @alla alimentación 5##D# )* -v

%4 "aja presión de gas 1transformador de potencia4

&4 Sobre temperatura trafo

34 @alla enfriamiento trafo

4 "ajo nivel de aceite trafo

)4 @alla alimentación 5##D# /= -v

J4 @alla sobrecorriente /= -v

=4 @alla cargador de batería

*4 Disparo protección diferencial

/'4 Disparo bajo voltaje

//4 Feserva /

/%4 Feserva %

/&4 Feserva &

/34 Feserva 3

/4 Feserva

/)4 Feserva )

CELDA DE SER1ICIOS AU?ILIARES

ontendrá un transformador trifásico de /' -5> adecuado para conectarse al voltaje nominal debarra de las celdas de media tensión# Deberá

NI1EL DE PROTECCI>N PARA IMPULSO TIPO ATMOS%ERICO 9NPR o LIPL7

7l ?PF de un pararrayos .nB es considerado, en términos generales y para efectos de coordinación

de aislamiento como el mayor entre los siguientes valores8

• 9ensión má2ima residual para impulsos escarpados 1/61%C%'4 m s4 de corriente dividido en/#/# Para efectos prácticos es igual a /#/9ensión má2ima residual =6%'m s#

• 9ensión má2ima residual para impulsos atmosféricos a la corriente nominal de descarga=6%'m s#

/' (> 1mT 3%'(54


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/ (> 13%'(5UmT '(54

%' (> 1mV'(54

NI1EL DE PROTECCI>N PARA IMPULSO DE MANIOBRA 9NPM o SIPL7

7l ?P: para un pararrayos de .nB se obtiene así8

• Sistema con tensión má2ima menor de /3(5, má2imo voltaje residual con impulso decorriente de maniobra 1&'6)'m s4 de '# (>#

• Sistema con tensiones entre /3(5 y &)%(5 el impulso de corriente de maniobra debe serde /(>#

• Sistemas con tensiones superiores, el impulso de corriente de maniobra debe ser de %(>#

la tensión nominal del pararrayo R, queda normalizada así8

1lor Nor'li#do R @ :/< 01.

?P: 1S a un nivel de tensión de %&' (5, la corriente nominal de la subestación esapro2imadamente de % (>#


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omo el dise+o de la Subestación es de configuración interruptor y medio, esta consta de %diámetros, de esta manera la corriente a manejar por los equipos son8

• 9F>?S@BF:>DBF D7 BFF y de relación /'''6 >#

a4 $os transformadores de corriente deben ser capaces de soportar, sin efectos da+inos, losesfuerzos mecánicos y térmicos impuestos por las corrientes de corta duración de cortocircuito,durante / seg# con sus terminales secundarios cortocircuitados#

7n caso de que se especifiquen relaciones m;ltiples, éstas deben obtenerse mediante cone2ionesen serie y6o en paralelo de los devanados primarios, mediante derivaciones 1taps4 en el secundario omediante una combinación de los dos métodos#

$os terminales primarios que se requieran para este propósito deben ser fácilmente accesiblesmediante una caja a prueba de intemperie con cubierta removible, y las cone2iones deberán

realizarse mediante barras de cobre sin necesidad de abrir cualquier otra parte del transformador#

c4$os transformadores de corriente se suministrarán con una derivación 1tap4 capacitiva de voltajeque saldrá al e2terior a través de una boquilla, puesta a tierra en fábrica, que permitirá el c!equeodel aislamiento primario 1tangente delta4#

d4 Para todos los transformadores de corriente y para cada tap se suministrará la curva desaturación correspondiente# Sobre el mismo diagrama se indicará la resistencia para cada toma#


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SECCIONADORES

orriente nominal de / (>#

:. ALCANCE

7stas 7specificaciones 9écnicas establecen los requisitos técnicos para el dise+o, fabricación,

pruebas en fábrica y pruebas en sitio de seccionadores y seccionadores con cuc!illas de puesta atierra, para voltajes de operación comprendidos entre )* (5 y %&' (5#

7stas especificaciones comprenden a los seccionadores de tres columnas de aisladores, dobleapertura lateral 19ipo " seg;n >?S< &J#&%4, con cuc!illas de puesta a tierra para operaciónindependiente, o conjuntamente con el tipo de seccionador antes indicado#

Se e2cluyen e2presamente de estas especificaciones los seccionadores en S@) que forman parte deun sistema encapsulado integral 1Mas


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de protección# 72isten tres tipos de sobretensiones8 las temporales, las de maniobra y lasatmosféricas#

$as 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 origene2terno#

SOBRETENSIONES TEMPORALES

Se caracterizan por presentarse a una frecuencia muy cercana a la industrial 1o a la mismafrecuencia industrial4, y por no ser amortiguadas ni suavemente amortiguadas# Se asocianprincipalmente con pérdidas de carga, fallas a tierra y resonancias de diferentes tipos# 7n un sistemabien dise+ado, las amplitudes de las sobretensiones temporales no deben e2ceder de /# p#u# y suduración debe ser menor de / segundo#

Para el dise+o de la Subestación, la sobretensión temporal debe ser menor a &3(5

1%&'(5/#H&3(54# 7ste valor será menor si los transformadores de tensión del sistema sonsólidamente aterrizados#

SOBRETENSI>N DE MANIOBRA

$as sobretensiones de maniobra están asociadas a todas las operaciones de maniobra y fallas en unsistema# Sus altas amplitudes están generalmente en el rango de % a 3 p#u#, dependiendo muc!o delos valores reales del dise+o del sistema y de los medios para limitarlos#

Para el nivel de tensión de la Subestación de %&'(5, se pueden presentar sobretensiones demaniobra entre 33'(5 y =='(5#

SOBRETENSIONES ATMOS%RICAS

$as sobretensiones atmosféricas de amplitudes grandes pueden entrar a una subestación comoresultado de descargas atmosféricas directas sobre una línea o como flámeos inversos en una torre#$a subestación debe estar protegida contra descargas directas mediante un apantallamientoeficiente#

Para tensiones de %&'(5 su valor está entre 3 y ) p#u# es decir, entre =='(5 y /%'(5#

De acuerdo con la


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COORDINACION DE AISLAMIENTO

Para entender la selección del aislamiento de este dise+o, se definirá primero algunos conceptos8

COORDINACION DE AISLAMIENTO8 omprende la selección de la so portabilidad o resistenciaeléctrica de un equipo y su aplicación en relación con las tensiones que pueden aparecer en elsistema en el cual el equipo será utilizado, teniendo en cuenta las características de los dispositivosde protección disponibles, de tal manera que se reduzca a niveles económicos y operacionalmenteaceptables la probabilidad de que los esfuerzos de tensión resultantes impuestos en el equipocausen da+o al aislamiento o afecten la continuidad del servicio#

$os tres niveles de sobretensión considerados en la coordinación de aislamiento son8

• Nivel 18 9ambién llamado nivel alto# Se utiliza en los aislamientos internos, noautorecuperables 1sin contacto con el aire4, de aparatos como transformadores, cables ointerruptores#

• Nivel 28 9ambién llamado medio o de seguridad# 7stá constituido por el nivel de aislamientoautorecuperable de las partes vivas de los diferentes equipos, que están en contacto con elaire# 7ste 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 queestán en contacto con el aire#

• Nivel 38 9ambién llamado bajo o de protección# 7stá constituido por el nivel de operación delos e2plosores de los pararrayos de protección#

TENSI>N SOPORTADA AL IMPULSO TIPO ATMOS%RICO 9BIL o LI;L7


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7s el valor pico de tensión soportada al impulso atmosférico el cual caracteriza el aislamiento delequipo en lo que se refiere a pruebas# 7sta tensión se especifica solamente en seco, ya que lasoportabilidad de los equipos a estos impulsos, de manera muy general, se afecta poco por la lluvia#

TENSI>N SOPORTADA AL IMPULSO TIPO MANIOBRA 9BSL o SI;L7

7s el valor pico de tensión soportada al impulso tipo maniobra, el cual caracteriza el aislamiento delequipo en lo que se refiere a pruebas# 7sta tensión se debe especificar en seco y6o bajo lluvia, yaque la soportabilidad de los equipos de maniobra tiende a reducir bajo una lluvia de elevadaprecipitación# ?ormalmente la condición en seco se prueba para impulsos de polaridad positiva y lacondición bajo lluvia para impulsos de polaridad negativa#

%ACTOR DE SE$URIDAD

Son las relaciones entre las tensiones soportadas con impulsos tipo maniobra o atmosféricos y lastensiones má2imas encontradas#

CALCULO DE AISLAMIENTO

Way dos métodos para el cálculo del nivel de aislamiento8 n método convencional que es utilizadopara tensiones menores a &''(5 y un método estadístico que es utilizado para tensiones mayores a&''(5#

omo la subestación tiene un nivel de tensión de %&'(5, se utilizara el método convencional#

Se aplica un factor de seguridad 1-


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3# 7legir el valor normalizado por encima del "


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@actor de Seguridad 1-islamiento reducido al impulso

5#rms 15alor pico4 3)'(5 >islamiento pleno a baja frecuencia

&*'(5 >islamiento reducido a baja frecuencia


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DIMENSIONAMIENTO DE LA SUBESTACION

7l dimensionamiento de una subestación es una de las actividades principales dentro de la etapa dedise+o, puesto que incide prácticamente en todas las demás actividades y por lo tanto afecta elcosto global de una subestación#

$os niveles de tensión determinan las necesidades de aislamiento que garantizan la operación

confiable y segura para el personal y el equipo instalado en una subestación# Dic!o aislamientoimpone la especificación de materiales aislantes y fde distancias entre los diferentes elementos depatio, de tal forma que los gradientes de tensión a los cuales están sometidos no rompan la rigidezdieléctrica del material aislante# Dic!o de otro modo, los niveles de tensión y el material aislantedeterminan las distancias entre los diferentes elementos de patio de una subestación# > su vez,dic!as distancias en conjunto con la potencia de trabajo determinan el tama+o de los equipos autilizar#

7n tal sentido, los principales factores a considerar en el dimensionamiento de una subestación sonlas distancias criticas fase C fase y fase C tierra que deben e2istir en la subestación para garantizar un

nivel de aislamiento adecuado y las distancias de seguridad requeridas para las labores de revisión ymantenimiento sin peligro alguno para el personal#

DETERMINACION DE DISTANCIAS DIELECTRICAS EN SUBESTACIONES

Para obtener la adecuada coordinación de aislamiento en una subestación es necesario fijar lasdistancias a través del aire entre partes vivas de fases diferentes y entre partes vivas de fase y tierra#Para ello vamos a definir ciertos conceptos que se utilizan para comprender el problema#


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• Tensión critica de flameo (TCF): 7s la tensión obtenida en forma e2perimental que presentauna probabilidad de flameo del 'K#

7n las normas se calcula el valor de 9@ a partir del nivel básico de impulso, "


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Para el dise+o de la subestación, la distancia mínima fase Z fase será

• Distancias criticas para conductores flexiles (m): 7n la determinación de la distanciadieléctrica para conductores fle2ibles se debe tener en cuenta, además del "


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D, es la distancia !orizontal en metros que se debe respetar en todas las zonas de circulación#

W, es la distancia vertical en metros que debe respetarse en todas las zonas de circulación# ?uncadebe ser menor de & metros#

D, es la distancia mínima de fase a tierra correspondiente al "# 5éase la @igura W/%3&C/# ?inguna parte del cercoperimetral puede ser utilizado para tales enrejados# Se requiere que este enrejado sea un recinto deprotección separado# 7ste tipo de cerco bajo o de enrejado es a menudo utilizado para separarestantes de bancos condensadores del resto del área de una estación de suministro, tal como semuestra en la @igura /%3&C%# >unque no se especifica ninguna altura de enrejado, el BWS>S/=''/, generalmente utiliza /,'J m como altura deseada para tales enrejados#7l propósito es que una persona deberá sea capaz de caer contra el enrejado sin que un brazo opierna se e2tienda dentro de la zona de guarda# De modo práctico, la mayoría de empresas deservicio p;blico utilizan un cerco en forma de eslabón de /,'J m de alto o /,% m para cumplir esterequerimiento, debido a que al cerco en forma de eslabón es más fácil de instalar que un sistema

apropiado de enrejado fijo# ?ótese que ninguna especificación es dada para el n;mero de enrejadosrequeridos para cumplir con estos requerimientos, usando el cerco de eslabón de cadena se quita lanecesidad de considerar el n;mero de enrejados para evitar que alguien caiga dentro de la zonaprotegida# Sin embargo, para propósitos estructurales, para evitar que la caída de una personaderribe el cerco, en general se requiere un tope en la parte superior de la rejilla C una malla sola esraramente suficientemente fuerte, a menos que su longitud sea muy corta# 7n esencia, las reglasestán dise+adas para requerir que alguien en la estación, ya sea autorizado o no, tenga que trepar!asta o dentro del área donde las partes energizadas están ubicadas# >lguien que este simplementecaminando alrededor de una estación está seguro#


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DISTANCIA DE DISEJO

7ste punto se refiere al dimensionamiento de las distancias entre partes vivas que se requieren en

instalaciones convencionales 1ya sea interiores e intemperie4# ?o se tiene en cuenta lasinstalaciones encapsuladas o aisladas en gas# $a determinación de estas dimensiones se efect;amediante el cálculo de las distancias dieléctricas entre las partes vivas del equipo y entre estas y lasestructuras, muros, rejas y el suelo, de acuerdo con el siguiente orden#

/# Distancia entre fases#

%# Distancia entre fase y tierra#


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Distancia de seguridad#

3# >ltura de los equipos sobre el nivel del suelo#

# >ltura de las barras colectoras sobre el suelo#

)# >ltura de remate de las líneas de transmisión que llegan a la subestación#

$os tres primeros numerales ya !an sido tratados y veremos los tres restantes#

>$9F> D7 $BS 7[FF>S B$79BF>S SB"F7 7$ ?$9F> D7 F7:>97 D7 $>S $\?7>S D7 9F>?S:


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DISTANCIA CRKTICAS CONSIDERANDO EL BALANCEO DE LA CADENA DE AISLADORES

Debido a que la cadena de aisladores suspendidos verticalmente es susceptible de movimiento, sedebe considerar una separación adicional en las distancias críticas eléctricas de tal forma que setenga en cuenta el acercamiento producido por este efecto# 7l cálculo de esta separación se !ace deacuerdo a la siguiente e2presión8

S H $( sen]

Donde8

S, es la separación producida por el balanceo de la cadena de aisladores, e2presada en metros#

$(, es igual a la longitud de la cadena de aisladores, e2presada en metros#

] , es el ángulo de balanceo má2imo que puede llegar a ser de /'^

$( H /3#) 1?C/4 -f

Donde8

? H /#/ 1Df6df4

Df H -f 1m-d4

Df H %'mm6(51%&'(5/#'4 H 3)''mm H 3#)m

? H /#/13)''mm6%*%mm4 H /=#% /= aisladores por cadena

$( H /3#) 1/=C/4 %' H %)=%mm H %#)=%m

S H $( sen ] H %#)=% sen /'^ H '#3))m

>$$B D7 $>S D S"7S9>


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DETERMINACION DEL ANC=O DE CAMPO DE LAS SUBESTACIONES

7l anc!o de campo de una subestación es la distancia entre los ejes de las columnas que forman elpórtico de entrada de línea y está determinado por la configuración, las dimensiones de los equiposy los tipos de barraje utilizados#

!eccionadores Centrados con respecto al e"e de los pórticos : 7sta ubicación corresponde a losseccionadores de línea, y se calculan el anc!o de la subestación de la siguiente manera8

$/ H %3'mm

$/6% H /%J'mm

d@C@ H %333mm

d@C9 H /*mm

>c H /3''mm

Distancias entre seccionadores8

dss H $/6% d@C@ H /%J' %333 H &J/3mm ` 3'''mm

Distancia entre columna y seccionador de fase e2terior 8

dcCsH dcCe H $/6% >c6% H /%J' /=J' J'' H &=3'mm ` 3'''mm

dcCsH dcCe H Distancia entre columna y seccionador de fase e2terior#

DETERMINACION DE LA ALTURA DEL CAMPO


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$a altura de los pórticos de un campo está determinada principalmente por el tipo de conductoresque se utilicen, así como el n;mero de niveles de cone2ión que requiere la configuración de lasubestación#

7l primer nivel de cone2ión que se encuentra en una subestación está conformado por la cone2iónentre equipos cuya altura se determina por las distancias de seguridad descritas anteriormente#

>sí, la altura mínima para la cone2ión de equipos será8

?ivel de 9ensión %&'(5

9ensión :á2ima 1m4 %3(5

!s H d@C9 %#% 3#%m

!s H %#&' '#'/'m 3#=Jm

>ltura del


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Para calcular las alturas del segundo nivel podemos utilizar nuevamente las e2presiones conocidas8



Ws% H d@C9 %#% Ws *#* ` /'#'m

Ws% H #'' '#'/%m =#')m

>ltura de "arras /'m

7l tercer nivel de cone2iones generalmente está conformado por templas superiores, cuya alturadebe ser superior a la de los barrajes en por lo menos la distancia mínima fase Z fase, cable Z cable,

mas la flec!a má2ima de la templa#



Ws& H Ws% d@C@ _o /* ` /3#'m


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Ws& H Ws% d@C@ _o %#% /)#/ ` /Jm

DETERMINACION DE LA LON$ITUD DEL CAMPO

$a longitud de campo está determinada por la configuración de la subestación y por las distanciasentre los diferentes equipos# Dic!a longitud no se determina por las distancias mínimas o de

seguridad, sino más bien por razones de mantenimiento, montaje y estética# Para el montaje ymantenimiento se recomienda que los terminales de los equipos sean accesibles por el personaldesde cualquier punto# Se considera como una distancia aceptable entre los terminales de equipo/#m# Partiendo de esta base y considerando las dimensiones de los diferentes equipos, se puededeterminar la distancia entre equipos de un mismo campo# uando se tienen equipos de aspectoe2terior similar, por ejemplo transformadores de instrumentación y pararrayos, pero de dimensionesligeramente distintas, es posible por razones estéticas adoptar distancias iguales entre estosequipos#

APANTALLAMIENTO O BLINDAE DE SUBESTACIONES ELCTRICAS.

7n nuestro estudio de coordinación de aislamiento incluimos la descripción de las sobretensionesque pueden afectar al sistema de potencia# 7llas son8

• Descargas atmosféricas 1Sobretensiones atmosféricas4


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• :aniobra de cone2ión y descone2ión de sistema 1Sobretensiones por maniobra4

• Perturbaciones ocurridas durante la operación normal 1Sobretensiones a frecuenciaindustrial4

7l objetivo del pararrayos es el de atrapar las ondas entrantes producidas por una descargaatmosférica o por una operación de sic!eo, transmitidas por los conductores y enviarlas a tierrapara impedir que da+en el aislamiento de los equipos# Pero el pararrayos no protege el equipo deuna descarga directa# 7l objetivo del blindaje es proporcionar la protección adecuada a los equiposcontra las descargas directas creando un nivel de potencial cero por encima de estos 1lo mismoaplica para líneas de transmisión4#

Cale de #uarda: Son cables desnudos ubicados sobre el equipo a proteger y conectados a tierra através de los pórticos de la subestación, formando una red que act;a como blindaje para protegerlas partes vivas de la subestación de las descargas atmosféricas directas, reduciendo la probabilidadde la caida de un rayo sobre los conductores de fase# $a red de cables de guarda actua como

contraparte del sistema de tierra#

$as características más importantes de los cables de guarda son8

• Protegen a lo largo de todo el cable#

• Su costo es bajo8 son conductores livianos con tensiones de templas bajas, por lo que norequieren estructuras muy fuertes#

• >provec!an los pórticos como estructuras de soporte y sólo requieren de un castilleteadicional#

• $as estructuras para templas se pueden ubicar relativamente alejadas unas de otras 1)'m omás4#

• $a corriente del rayo se divide en dos direcciones con lo cual la corriente que debe disiparcada estructura se reduce apro2imadamente a la mitad#

• $a impedancia característica presentada al rayo es notablemente inferior 1cerca de la mitadde la que presentaría una sola estructura4, reduciendo así la inductancia de la estructura y,en consecuencia, el riesgo de flameo inverso en los dos aisladores en suspensión,

fenómeno que se puede producir cuando !ay descargas repetidas a través del mismo canalionizado por el rayo#

• $a presentación de los cables de guarda no contrasta con las líneas por lo que nodesmejora la estética de la subestación#

• Para proteger áreas peque+as y aisladas de la subestación, el cable de guarda puede noresultar más económico que las puntas#


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• :ejora las condiciones de la malla a tierra al disipar parte de la corriente de secuencia ceroen casos de cortocircuito a tierra#

Proyecto de Subestacion Electrica Elt - 921

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