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PROYECTO AMPLIACIÓN 17
SUBESTACIÓN FRIASPATA 220 kV - GIS
COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO – MEMORIA DE CÁLCULO
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2015-10-09
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2015-07-17
COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO – MEMORIA DE CÁLCULO
TABLA DE CONTENIDO
1.
2.
3.
4.
4.1
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.2.5
4.2.6
4.3
5.
5.1
5.2
OBJETIVO .................................................................................................................. 4
ALCANCE ................................................................................................................... 4
DEFINICIONES ........................................................................................................... 4
CÁLCULO DE COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO .................................................. 6
DEFINICIÓN DE LOS DESCARGADORES DE SOBRETENSIONES ......................... 7
EQUIPOS A 220 kV..................................................................................................... 8
Determinación de las tensiones representativas (Urp) .................................................. 8
Determinación de las tensiones de coordinación (Ucw) .............................................. 10
Determinación de las tensiones de soportabilidad requeridas (Urw) ........................... 11
Conversión a tensiones de soportablidad normalizadas ............................................ 13
Selección de valores de soportablidad ...................................................................... 14
Aislamiento normalizado a seleccionar ...................................................................... 15
CONCLUSIONES ...................................................................................................... 16
DOCUMENTOS DE REFERENCIA ........................................................................... 18
DOCUMENTOS EXTERNOS .................................................................................... 18
DOCUMENTOS INTERNOS ..................................................................................... 18
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Sobretensiones temporales.................................................................................... 10
Tabla 2: Sobretensiones temporales.................................................................................... 10
Tabla 3: Valores de Ka para aislamiento externo.................................................................. 12
Tabla 4: Tensiones de soportabilidad requeridas (Urw)......................................................... 13
Tabla 5: Factores de conversión de soportabilidad de corta duración .................................. 13
Tabla 6: Tensión de soportabilidad de corta duración a frecuencia industrial ....................... 14
Tabla 7: Factores de conversión de soportabilidad al impulso atmosférico .......................... 14
Tabla 8: Tensión de soportabilidad al impulso atmosférico .................................................. 14
Tabla 9: Valores de tensión de soportabilidad normalizados – 220 kV................................. 15
Tabla 10: Niveles normalizados de aislamiento externo....................................................... 16
Tabla 11: Distancias críticas y de seguridad ........................................................................ 17
Archivo: PE-AM17-GP030-HUA-GIS-D002_Rev 0
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1.
OBJETIVO
Determinar los niveles de aislamiento de los equipos e instalaciones correspondientes al
cambio de configuración de la subestación Friaspata 220 Kv, debido a la inclusión de una
subestación GIS en 220 kV.
2.
ALCANCE
Se presenta el procedimiento y los resultados de los cálculos realizados para determinar los
niveles de aislamiento de los equipos que forman parte del cambio de configuración para la
nueva subestación GIS que forma parte de la ampliación de la subestación Friaspata 220 kV.
Las definiciones y metodología de cálculo se toman de las normas de la referencia [1] y [2].
3.
DEFINICIONES
Coordinación de aislamiento: es la selección de la rigidez dieléctrica de un equipo en
relación con las tensiones que pueden aparecer en el sistema en el cual el equipo operará,
considerando las condiciones de servicio y las características de los equipos de protección
contra sobretensiones disponibles.
Aislamiento externo: son las superficies en contacto con aire del aislamiento sólido del
equipo, que están sujetas a los esfuerzos dieléctricos, a los efectos atmosféricos y otras
condiciones externas, tales como contaminación, humedad, etc.
Aislamiento interno: son las partes internas sólidas, líquidas o gaseosas del aislamiento del
equipo, las cuales están protegidas de los efectos atmosféricos y otras condiciones externas.
Configuración de aislamiento: es la configuración geométrica completa consistente del
aislamiento y de todos los terminales. Esto incluye todos los elementos (aislados y
conductores) los cuales tienen influencia en su comportamiento dieléctrico. Se identifican las
siguientes configuraciones de aislamiento:

Trifásicos: consiste en tres terminales de fase, un terminal de neutro y un terminal de
tierra.

Fase-tierra: es una configuración de aislamiento trifásico en la cual dos terminales de
fase no se tienen en cuenta y, excepto en casos particulares, el terminal de neutro es
aterrizado.

Fase-fase: es una configuración de aislamiento trifásica donde un terminal de fase no se
considera. En casos particulares, el terminal de neutro y tierra tampoco se consideran.

Longitudinal: teniendo dos terminales de fase y un terminal de tierra. Los terminales de
fase pertenecen a la misma fase de un sistema trifásico temporalmente separado en dos
partes energizadas independientemente (equipos de maniobra abiertos). Los cuatro
terminales pertenecientes a las otras dos fases no se consideran o se encuentran
aterrizados. En casos particulares uno de los dos terminales de fase es considerado
aterrizado.
Tensión asignada del sistema: un valor adecuado de tensión
identificar un sistema.
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asumido para designar o
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Tensión máxima del sistema (Us): es la máxima tensión de operación que se puede
presentar durante operación normal en cualquier momento y en cualquier punto del sistema.
Tensión más alta para el equipo (Um): el valor r.m.s. más alto de la tensión fase-fase para
la cual el equipo está diseñado con respecto a su aislamiento, así como para otras
características que se relacionan con esta tensión en las especificaciones de los equipos.
Factor de falla a tierra: en un punto dado de un sistema trifásico, y para una configuración
dada, es la relación entre el valor r.m.s más alto de la tensión fase-tierra a frecuencia
industrial en una fase sana durante una falla a tierra que afecta una o más fases en cualquier
punto del sistema y la tensión a frecuencia industrial fase-tierra obtenida en el punto dado en
la ausencia de cualquier falla.
Sobretensión: cualquier tensión entre un conductor de fase y tierra o entre conductores de
fase cuyo valor pico exceda el correspondiente valor pico de la tensión más alta del equipo.
Clasificación de tensiones y sobretensiones: de acuerdo con su forma y duración, las
tensiones y sobretensiones se dividen en las siguientes clases:
Tensión continua (a frecuencia industrial): tensión a frecuencia industrial, que se
considera que tiene un valor r.m.s constante, continuamente aplicado a cualquier par de
terminales de una configuración de aislamiento.
Sobretensión temporal: sobretensión a frecuencia industrial de duración relativamente
larga.
Sobretensión transitoria: sobretensión de corta duración de unos pocos milisegundos o
menos, oscilatoria o no oscilatoria, por lo general altamente amortiguada. Las
sobretensiones transitorias son divididas en:

Sobretensión de frente lento: sobretensión transitoria, usualmente unidireccional, con
tiempo de pico 20 s < Tp  5000 s, y duración de cola T2  20 ms.

Sobretensión de frente rápido: sobretensión transitoria, usualmente unidireccional, con
tiempo de pico 0.1 s < T1  20 s, y duración de cola T2  300 s.
Formas de tensión normalizadas: las siguientes formas de tensión están normalizadas:

Tensión normalizada de corta duración a frecuencia industrial: tensión senoidal con
frecuencia entre 48 Hz y 62 Hz y duración de 60 s.

Impulso de maniobra normalizado: impulso de tensión que tiene un tiempo de pico de
250 s y un tiempo de mitad de onda de 2500 s.

Impulso atmosférico normalizado: impulso de tensión que tiene un tiempo de frente de
1.2 s y un tiempo de mitad de onda de 50 s.
Sobretensiones representativas (Urp): son las sobretensiones asumidas que producen el
mismo efecto dieléctrico en el aislamiento que las sobretensiones de una clase dada
ocurridas en servicio y debidas a diferentes orígenes. Son tensiones con la forma de onda
normalizada para cada clase y pueden ser definidas por un valor o un conjunto de valores o
una distribución de frecuencias de valores que caracteriza las condiciones de servicio.
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Nivel de protección al impulso atmosférico (o maniobra): es el valor pico de la tensión
máxima permisible en los terminales de un equipo de protección sujeto a impulsos
atmosféricos (o de maniobra) bajo condiciones específicas.
Tensión de soportabilidad: es el valor de la tensión de prueba a ser aplicado bajo
condiciones específicas en una prueba de soportabilidad, durante la cual se tolera un
número específico de descargas disruptivas.
Tensión de coordinación soportada (UCW): para cada clase de tensión, es el valor de la
tensión soportada de la configuración de aislamiento que cumple el criterio de desempeño en
condiciones reales de servicio.
Factor de coordinación (KC): es el factor con el cual se deberá multiplicar la sobretensión
representativa para obtener el valor de la tensión de coordinación soportada.
Tensión de soportabilidad requerida (Urw): es la tensión de prueba que el aislamiento
deberá soportar en un ensayo de soportabilidad normalizado para asegurar que el
aislamiento cumplirá el criterio de desempeño cuando está sometido a una clase de
sobretensiones dada en condiciones reales de servicio y para todo el tiempo de servicio. La
tensión requerida de soportabilidad tiene la forma de la tensión de coordinación soportada, y
está especificada con referencia a todas las condiciones del ensayo de soportabilidad
normalizado seleccionado para verificarla.
Factor de corrección atmosférico (Ka): es el factor que debe ser aplicado a la tensión de
coordinación soportada para tener en cuenta la diferencia entre las condiciones atmosféricas
promedio en servicio y las condiciones atmosféricas normalizadas. Éste aplica a aislamiento
externo únicamente.
Factor de seguridad (Ks): es el factor total que debe ser aplicado a la tensión de
coordinación soportada, después de la aplicación del factor de corrección atmosférico (si se
requiere), para obtener la tensión de soportabilidad requerida, para tener en cuenta todas las
otras diferencias entre las condiciones en servicio y las del ensayo de soportabilidad
normalizado.
Tensión de soportabilidad normalizada (Uw): es el valor normalizado de la tensión de
prueba aplicada en un ensayo de soportabilidad normalizado. Este es el valor asignado del
aislamiento y prueba que el aislamiento cumple con una o más tensiones de soportabilidad
requeridas.
4.
CÁLCULO DE COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO
Para el cálculo y los resultados correspondientes a la coordinación del aislamiento se
siguieron las recomendaciones y la metodología de la referencia [2], considerando el nivel de
tensión de utilización de los equipos.
Para la determinación del nivel de aislamiento de los equipos de la subestación se siguió un
método determinístico para seleccionar los aislamientos internos y un método probabilístico
simplificado para determinar los aislamientos externos.
Debe considerarse, además, que se debe definir el aislamiento fase − tierra, fase − fase y
longitudinal para los equipos de maniobra.
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4.1
DEFINICIÓN DE LOS DESCARGADORES DE SOBRETENSIONES
Para calcular los parámetros eléctricos de los descargadores de sobretensiones de ZnO, se
considera el siguiente procedimiento:
 Tensión continúa de operación, COV (conexión fase-tierra).
COV  1,05 *
Um
3
Um corresponde a la máxima tensión del equipo.
 Sobretensión temporal, TOV.
TOV  Ke 
Um
3
Ke es el factor de tierra, el cual, en términos generales, es igual a 1,4 para sistemas
sólidamente puestos a tierra, y 1,73 para sistemas con neutro aislado.
 La tensión nominal del descargador de sobretensiones, Ur, es el mayor valor entre Ur1 y
Ur2.
Ur1 
COV
Ko
Ko es el factor de diseño del descargador de sobretensiones, el cual varía según el
fabricante. Un valor típico es 0,8.
Ur 2 
TOV
Ktov
Ktov es la capacidad del descargador y depende del tiempo de duración de la sobretensión
temporal. Así, para un segundo Ktov = 1,15; para 10 segundos Ktov = 1,06 y para dos horas,
Ktov = 0,95 (valores aproximados).
Se selecciona la tensión nominal del descargador de sobretensiones, Ur, como el máximo de
los valores obtenidos de Ur1 y Ur2.
Aplicando este procedimiento, se obtienen las tensiones nominales y de operación continua
para los descargadores de sobretensiones en la subestación Friaspata 220 kV, el cual serán
datos de entrada para la selección de los parámetros típicos de los descargadores que se
consideran en la coordinación de aislamiento.
 Descargador de sobretensión en la subestación Friaspata 220 kV.
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COV = 1,05  245 kV / 3 = 148,52 kV
TOV = 1,40  245 kV / 3 = 198,03 kV
Ur1 = 148,52 kV / 0,8 = 185,65 kV
Ur2 = 198,03 kV / 1,06 = 186,82 kV
Ur = max{Ur1, Ur2} = 186,82 kV
Para la coordinación de aislamiento se utiliza información típica de un descargador de
sobretensiones con una tensión asignada (Ur) de 198 kV [3].
-
Características de los descargadores de sobretensiones
Para este sistema se toma como base las características de protección de
descargadores de sobretensiones típicos indicados en la referencia [3], el pararrayos
seleccionado posee las siguientes características:
Descargador de sobretensión en 220 kV:
Tensión nominal asignada:
Ur = 198 kV
Tensión continua de operación:
Uc = 158 kV
Nivel de protección al impulso de maniobra:
Ups = 404 kVp
Nivel de protección al impulso atmosférico:
Upl = 475 kVp
Capacidad de absorción de energía:
6,7 kJ/kVUr
4.2
EQUIPOS A 220 kV
Para estos equipos se tiene una tensión máxima de operación Us = 245 kV, lo cual
corresponde a una tensión continua de operación de 141,45 kV fase − tierra (200 kVp).
4.2.1
Determinación de las tensiones representativas (Urp)
4.2.1.1 Sobretensión temporal
Para las sobretensiones por falla de una fase a tierra se consideran valores conservativos,
que cubra los valores más probables que se pueden encontrar en un sistema de transmisión.
Para la sobretensión por rechazo de carga se considera una sobretensión conservativa para
el nivel de tensión. El valor de falla fase –tierra se basa en la referencia [2].
Falla fase tierra:
1,50 p.u. x Us/ 3 =
Urp = 212 kV fase – tierra
Rechazo de carga:
1,40 p.u. x Us
Urp = 343 kV fase – fase
=
4.2.1.2 Sobretensión de frente lento
Según el Anexo D de la referencia [2] se debe estimar el valor de truncamiento de la
distribución de probabilidad a partir del valor de la sobretensión del 98%. Se debe emplear la
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formulación para el método Fase−Pico ó Caso−Pico [2], según haya sido la metodología
usada para determinar las sobretensiones estadísticas.
Uet = 1,25 Ue2 – 0,25 (p.u.)
(Uet: sobretensión de maniobra fase – tierra)
Upt = 1,25 Up2 – 0,43 (p.u.)
(Upt: sobretensión de maniobra fase – fase)
 Sobretensiones que afectan a los equipos en la entrada de línea:
(1)
Fase – tierra
Uet = 700 kV
Fase – fase
Upt = 1039 kV
Valores calculados a partir de Ue2 = 3 p.u. fase - tierra y Up2 = 4,5 p.u. fase – fase, que corresponden a
sobretensiones del 98% obtenidas de simulaciones estadísticas de maniobras. Las sobretensiones se
presentan en p.u con una tensión base igual la máxima tensión fase-tierra, tal como lo recomienda la
referencia [2].
 Sobretensiones que afectan a todos los equipos:
(2)
Fase – tierra
Uet = 425 kV
Fase – fase
Upt = 639 kV
Valores calculados a partir de Ue2 = 1,9 p.u. fase - tierra y Up2 = 2,9 p.u. fase – fase, que corresponden a
sobretensiones del 98% obtenidas de simulaciones estadísticas de maniobras. Las sobretensiones se
presentan en p.u con una tensión base igual la máxima tensión fase-tierra, tal como lo recomienda la
referencia [2].
 Descargadores de sobretensión en la entrada de (energización desde extremo remoto)
Para controlar las sobretensiones severas que puedan proceder de la reenergización en
el otro extremo de la línea, los descargadores de sobretensión se instalan en la entrada
de línea. Sus características de protección son las siguientes:
Nivel de protección al impulso tipo maniobra: 404 kV
Nivel de protección al impulso tipo rayo: 475 kV
Seleccionamos la tensiónes representativas:
Tensión de soportabilidad Fase – tierra:
(= Ups) para cualquier equipo
Tensión de soportabilidad Fase – fase:
(= 2Ups) para equipo de entrada Urp = 808 kV
Tensión de soportabilidad Fase – fase:
(= Upt) para cualquier equipo Urp = 639 kV
excepto en la entrada
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Urp = 404 kV
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4.2.2
Determinación de las tensiones de coordinación (Ucw)
4.2.2.1 Sobretensiones temporales
Tabla 1: Sobretensiones temporales.
Ucw= kc  Urp
Fase – tierra:
Fase – fase:
(3)
Ucw = 212 kV
(3)
Ucw = 343 kV
kc = 1,00
kc = 1,00
(3)
Con el método determinístico la tensión de soportabilidad de coordinación es igual a la sobretensión temporal
representativa, por lo que el factor de coordinación k = 1,0 (cláusula 3.3.1 de la referencia [2]).
4.2.2.2 Sobretensiones de frente lento (originadas por maniobras)
El factor de coordinación determinístico (Kcd) se determina a partir de la Figura 6 de la
referencia [2].
Tabla 2: Sobretensiones temporales.
Relación
Kcd
Equipo de entrada
Fase – tierra
Ups/Ue2
0,67
1,100
Fase – fase
2Ups/Up2
0,90
1,001
Para todos los equipos
Fase – tierra
Ups/Ue2
1,06
1,027
Fase – fase
2Ups/Up2
1,39
1,000
Equipos de entrada:
Fase – tierra
Ucw= Kcd x Urp(4)
Ucw = 444 kVp
Fase – fase
Ucw= Kcd x Urp
Ucw = 808 kVp
Para todos los equipos:
Fase – tierra
Ucw= Kcd x Urp(4)
Ucw = 415 kVp
Fase – fase
Ucw= Kcd x Urp
Ucw = 639 kVp
(4)
Según el numeral 2.3.3.7 de la referencia [2], conduce a resultados conservativos el tomar como tensión
representativa de frente lento fase-tierra, el nivel de protección del descargador de sobretensiones al impulso
tipo maniobra, por lo tanto Urp = Ups.
4.2.2.3 Sobretensiones de frente rápido (de origen atmosférico)
Para obtener resultados conservativos se han considerado los siguientes parámetros:
Nivel de protección al rayo del descargador (Upl)=
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475 kVp
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Factor para líneas de transmisión de un conductor por fase,
según Tabla F.2 de la referencia [2] (A) =
4 500
Cantidad mínima de líneas conectadas a la subestación (n) =
2
Distancia de descargadores al último equipo (L) =
Aislamiento externo:
160 m
Aislamiento interno:
30 m
Vano típico de línea (Lsp) =
300 m
Tasa de fallas aceptable de equipos de subestación (Ra)
1 en 100 años
Índice de falla en el primer kilómetro de la línea (Rkm)
1 fallas por 100 km.año
Longitud equivalente de línea con tasa de falla Ra (La):
1 000 m
Aplicando la formulación recomendada en la referencia [2]:
UCW  Upl 
A
L

n Lsp  La
 Aislamiento externo:
Ucw = 752 kV
 Aislamiento interno:
Ucw = 527 kV
4.2.3 Determinación de las tensiones de soportabilidad requeridas (Urw)
4.2.3.1 Factor de seguridad
Siguiendo la recomendación de la referencia [2], numeral 4.3.4, se considera:
Aislamiento interno: Ks = 1,15.
Aislamiento externo: Ks = 1,05.
4.2.3.2 Factor de corrección por altura (Ka)
La referencia [2], en el numeral 4.2, presenta la siguiente fórmula para la determinación del
factor de corrección por altitud. Esta norma advierte que las curvas que presenta para
determinar el factor m, basadas en la reconmendación de la norma IEC 60060-1 [4], son
obtenidas de medidas experimentales realizadas para alturas hasta de 2000 m.
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Ka


m  H 
8150


e
Las subestaciones tienen una altura sobre el nivel del mar inferior a 1000 m. La corrección es
necesaria para todas las instalaciones, aún para las ubicadas por debajo de 1000 m.s.n.m,
para las cuales la corrección debe hacerse para esta altura de referencia. El valor de m, de
acuerdo con la referencia [2], se calcula de la siguiente manera:
 Para soportabilidad a frecuencia industrial de corta duración: m = 1,00 (Numeral 4.2.2 de
la referencia [2]).
 Para soportabilidad al impulso de maniobra: (Figura 9 de la referencia [2]).
Fase – tierra : Ucw = 405 kV
Fase - fase : Ucw = 639 kV
m = 0,95
m = 1,00
 Para soportabilidad al impulso atmosférico: m = 1,00.
Los valores correspondientes de Ka para aislamiento externo son:
Tabla 3: Valores de Ka para aislamiento externo.
Aislamiento
Soportabilidad a frecuencia industrial Fase–fase
fase–tierra
(Sobretensiones temporales)
3 730 m.s.n.m
y
Soportabilidad
al
impulso
de Fase–tierra
maniobra (Sobretensiones de frente
Fase–fase
lento)
Soportabilidad al impulso atmosférico Fase–fase
fase tierra
(Sobretensiones de frente rápido)
1,58
1,55
1,58
y
1,58
4.2.3.3 Tensiones de soportabilidad requeridas
Los valores de tensiones de soportabilidad obtenidos después de ser considerada la
corrección por altura son:
Aislamiento externo: Urw= Ucw x Ks x Ka.
Aislamiento interno: Urw= Ucw x Ks.
Con Ucw obtenido en 4.2.2.1, 4.2.2.2 y 4.2.2.3
Aplicando los factores de seguridad, se obtienen los siguientes resultados, los cuales se
indican en la Tabla 4.
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Tabla 4: Tensiones de soportabilidad requeridas (Urw)
Ucw (kV)
Aislamiento:
Aislam.
externo
Soportabilidad a frecuencia industrial Fase-tierra
(sobretensiones temporales)
Fase-fase
Fase-tierra
Soportabilidad al impulso de maniobra
(sobretensiones de frente lento)
Fase-fase
Aislam.
interno
Urw (kV)
3 730 m.s.n.m
Aislam.
externo
Aislam.
interno
212
212
352
244
343
343
569
394
Entrada
444
444
721
511
Otros
415
415
674
477
Entrada
808
808
1342
930
Otros
639
639
1061
735
648
527
1248
606
648
527
1248
606
Soportabilidad al impulso atmosférico Fase-tierra
(sobretensiones de frente rápido)
Fase-fase
4.2.4 Conversión a tensiones de soportablidad normalizadas
Para equipos pertenecientes al rango I de tensiones, el nivel de aislamiento es normalmente
especificado por dos valores: la tensión de soportabilidad de corta duración a frecuencia
industrial y la tensión de soportabilidad al impulso atmosférico. La Tabla 2 de la referencia [2]
brinda los factores de conversión para ser aplicada a la tensión de soportabilidad requerida
para impulsos de frente lento para determinar los valores de soportabilidad aplicables al
rango I.
4.2.4.1
Conversión a tensión de soportabilidad de corta duración a frecuencia
industrial (SDW)
A continuación, en la siguiente tabla, se indican los factores de conversión dados por la
referencia [2]:
Tabla 5: Factores de conversión de soportabilidad de corta duración
Aislamiento
SDW
Externo
- Fase-tierra
0,6+Urw / 8 500
- Fase-fase
0,6+Urw / 12 700
Interno
- GIS
0,7
- Aislamiento inmerso en líquido
0,5
- Aislamiento sólido
0,5
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COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO – MEMORIA DE CÁLCULO
Los valores obtenidos son los siguientes:
Tabla 6: Tensión de soportabilidad de corta duración a frecuencia industrial
Aislamiento
Interno
Tensión
Equipo
Fase-tierra
Otros
334
Fase-fase
Otros
514
Entrada
494
Otros
458
Entrada
947
Otros
725
Fase-tierra
Externo
Fase-fase
4.2.4.2
SDW (kV)
Conversión a tensión de soportabilidad al impulso atmosférico (LIW)
Factores de conversión dados por la referencia [2]:
Tabla 7: Factores de conversión de soportabilidad al impulso atmosférico
Aislamiento
Externo
- Fase-tierra
- Fase-fase
Interno
- GIS
- Aislamiento inmerso en líquido
- Aislamiento sólido
LIW
1,05+Urw /6000
1,05+Urw /9000
1,25
1,10
1,00
Los valores obtenidos son los siguientes:
Tabla 8: Tensión de soportabilidad al impulso atmosférico
Aislamiento
Interno
Tensión
Equipo
Fase-tierra
Otros
638
Fase-fase
Otros
597
Entrada
844
Otros
783
Entrada
1609
Otros
1239
Fase-tierra
Externo
Fase-fase
LIW (kV)
4.2.5 Selección de valores de soportablidad
A continuación se presentan los valores de soportabilidad requerida:
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COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO – MEMORIA DE CÁLCULO
Tabla 9: Valores de tensión de soportabilidad normalizados – 220 kV
Aislamiento externo
Subestación
Friaspata 220 kV
H
3 730
m.s.n.m
Entrada de línea
Urw(s)
(kV)
Urw(c)
(kV)
Aislamiento interno
Otros equipos
Urw(s)
(kV)
Urw(c)
(kV)
Urw(s)
(kV)
Urw(c)
(kV)
Soportabilidad a
frecuencia
industrial
(sobretensiones
temporales)
Fase-tierra
352
494
352
458
244
334
Fase-fase
569
947
569
725
394
514
Soportabilidad al
impulso de
maniobra
(sobretensiones
de frente lento)
Fase-tierra
721
-
674
-
477
-
Fase-fase
1342
-
1061
-
735
-
Soportabilidad al
impulso
atmosférico
(sobretensiones
de frente rápido)
Fase-tierra
1248
844
1248
783
606
638
Fase-fase
1248
1609
1248
1239
606
597
(s): Soportabilidad requerida análisis directo.
(c): Soportabilidad requerida convertida.
4.2.6 Aislamiento normalizado a seleccionar
Para los niveles de tensión en el Rango I, los valores que definen el aislamiento fase – tierra
y fase - fase son las soportabilidades requeridas a la onda de corta duración de frecuencia
industrial y al impulso atmosférico.
4.2.6.1
Aislamiento externo
El valor de soportabilidad requerido a frecuencia industrial corresponde 569 kV fase – fase y
la requerida para impulso atmosférico corresponde a 1248 kV fase-tierra y fase-fase.
Este requerimiento exige una soportabilidad al impulso atmosférico de 1300 kVp (Rango II) y
tiene asociado una soportabilidad al impulso de maniobra de 950 kV fase-tierra y 1425 kV
fase – fase (Tabla 3 de la referencia [1]).
Según el nivel de aislamiento seleccionado, se debe cumplir que la distancia mínima fasetierra debe ser de 2900 mm (punta – estructura) y 2400 mm (conductor – estructura). (Tabla
1 de la referencia [5]).
La soportabilidad convertida al impulso tipo rayo fase-fase es de 1609 kV proviene de un
requerimiento de soportabilidad al impulso de maniobra de 1342 kV fase-fase. Este
requerimiento queda cubierto seleccionando una distancia mínima entre fases de 3600 mm
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SUBESTACIÓN FRIASPATA 220 kV
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(conductor – conductor paralelo) y 3100 mm (conductor – estructura) para un nivel de
aislamiento normalizado (Tabla 1 de la referencia [5]).
4.2.6.2
Aislamiento interno
El valor de soportabilidad requerido a frecuencia industrial corresponde a 394 kV fase – fase
y la requerida para impulso atmosférico corresponde a 597 kV fase-tierra y fase-fase.
Un nivel de aislamiento normalizado con soportabilidad a la onda de corta duración de
frecuencia industrial de 395 kV y soportabilidad al impulso atmosférico de 950 kV sería
suficiente para satisfacer los valores requeridos (Tabla 2 referencia [1]).
En el rango I, la soportabilidad a la onda de corta duración a frecuencia industrial o al
impulso atmosférico debe cubrir la soportabilidad requerida al impulso tipo maniobra. Para
verificar esto, se ha calculado la soportabilidad convertida a partir de la soportabilidad
requerida al impulso de maniobra y se ha procedido a realizar la verificación a través de la
soportabilidad al impulso atmosférico. Obsérvese que tanto el requerimiento fase – fase
como el fase – tierra quedan cubiertos por el nivel de aislamiento normalizado antes
seleccionado.
4.3
CONCLUSIONES
Los niveles de aislamiento calculados y seleccionados se han realizado tanto para los
equipos de entrada de línea como para los otros equipos.
En la siguiente tabla se resume el nivel de aislamiento externo mínimo requerido para los
equipos del proyecto.
Tabla 10: Niveles normalizados de aislamiento externo
Subestación
Tensión
asignada
Ur
kV (valor eficaz)
Friaspata
Tensión soportada asignada al
impulso tipo maniobra
Us
kV (valor pico)
Tensión soportada
asignada al impulso tipo
rayo
Up
kV (valor pico)
Entre fase y tierra, y
entre contactos
abiertos
Entre fases
Entre fase y tierra, y entre
fases
950
1425
1300
245
Los niveles de aislamiento anteriormente definidos son válidos para los equipos de
maniobra.
Las distancias críticas y de seguridad definidas con base en los niveles de aislamiento son
las siguientes:
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Tabla 11: Distancias críticas y de seguridad
DISTANCIA MÍNIMA
DISTANCIA MÍNIMA
Tensión
Fase – Fase
Fase – Tierra
SIWL LIWL
asignada
(según IEC)
(según IEC)
Us
Up
mm
mm
Ur
Subestación
[kVf-t] [kV]
[kV]
Conductor
(valor (valor
Punta
Conductor
Punta
(valor
–
pico) pico)
–
–
–
eficaz)
Conductor
Estructura Estructura
Conductor
Paralelo
Friaspata
245
950
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1300
2900
2400
3100
3600
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5.
DOCUMENTOS DE REFERENCIA
5.1
DOCUMENTOS EXTERNOS
[1] IEC 60071–1. Insulation co-ordination. Part 1: Definitions, principles and rules.
[2] IEC 60071–2. Insulation co-ordination. Part 2: Application guide.
[3] TRIDELTA. Metal Oxide Surge Arrester. Type series SB 6/10.3-0 a SB 240/10.3-0.
[4] IEC 60060-1. High-voltage test techniques. Part 1: General definitions and test
requirements.
[5] IEC 61936-1. Power installations exceeding 1 kV a.c. – Part 1: Common Rules
5.2
DOCUMENTOS INTERNOS
[6] PE-AM17-GP030-GEN-D001, “Criterios de diseño - Electromecánica”.
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