• Author / Uploaded
• Alberto Delgado

Citation preview

MEMORIA DE DISTANCIAS ELÉCTRICAS Y DE SEGURIDAD SUBESTACIÓN ZAPALLAL 220 kV Revisión 01 . t n o e m r a tp ea l e O T C E Y O R L P A E R A O P I S V U L C X O E N R E T O I S N E U

ENERGY, TRANSMISSION AND DISTRIBUTION E T HS

D t d n e r e e l e

Proyecto:

AMPLIACIÓN 7 “ADECUACION INTEGRAL DE LAS SUBESTACIONES DE CHAVARRIA, SAN JUAN, SANTA ROSA, VENTANILLA Y ZAPALLAL”

G / d o ty c o e y r o l e rP t c o d i rl e nD d i c ó a r itu zo ia n o s i c d u d r p o

Cliente: ISA - REP CONTRATO: PE-AMP7-GT-110-2010

O D T N E M U C O r D o o e d i p a o r e c se d e u

Modificación

Reemplaza a: Documento

Pág./ítem

Comentarios Cliente

De Fecha:

PE-AMP7-GT110-ZAP-D033

o p N

Ene -2011

COPIA CONTROLADA Nº ………………………

DISTRIBUCIÓN Distribución electrónica para todo el personal de la división a través de la Intranet SIEMENS PTD-H: Javier Lecca, Alex Zapata, Oscar Sánchez, Juan Sánchez, Marco Camacho ISA -REP: Luis Marañon, Alvarado Saravia, Ricardo Arias, Miguel Benites

DISTRIBUCIÓN 1.

NOMBRE/SIGLA ISA - REP

FIRMA

FECHA 2.

NOMBRE/SIGLA SIEMENS E T HS

Energy ET HS Elaboró

IEB

Revisó

Alex Zapata

Aprobó

Javier Lecca

Formato base: F4206001.001

Memoria De Distancias Eléctricas Y De Seguridad Subestación Zapallal

FIRMA

FECHA Mar -2011

Fecha emisión:

ENERO - 2011 Código Documento:

PE-AMP7-GT110-ZAP-D033

Página 1 de 18

TABLA DE CONTENIDO 1. 2. 3. 4. 5. 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.2.1 5.1.2.2 5.1.2.3 5.1.2.4 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.2.1 5.2.2.2 5.2.2.3 5.2.3 5.2.3.1 5.2.3.2 5.2.3.3 5.2.4 6. 7. 8.

ANTECEDENTES .................................................................................................................................3 OBJETO ..............................................................................................................................................3 UBICACION GEOGRAFICA ..................................................................................................................3 DESCRIPCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA Y DEL SITIO ..................................................3 CÁLCULO DE DISTANCIAS ELÉCTRICAS...............................................................................................5 DISTANCIAS DE SEGURIDAD ..............................................................................................................5 VALOR BÁSICO ...................................................................................................................................5 ZONAS DE SEGURIDAD ......................................................................................................................6 CIRCULACIÓN DE PERSONAL ..........................................................................................................6 MOVIMIENTO DE VEHÍCULOS ........................................................................................................7 CERCO PERIMETRAL .......................................................................................................................8 TRABAJO SOBRE EQUIPOS O CONDUCTORES EN AUSENCIA DE MAQUINARIA PESADA ...............8 DISTANCIAS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LA SUBESTACIÓN....................................................9 ANCHO DE BARRAS............................................................................................................................9 ANCHO DE CAMPO ..........................................................................................................................11 TEMPLAS SUPERIORES A LO LARGO DEL CAMPO.........................................................................11 ESTRUCTURA ADYACENTE A TRAMPA DE ONDA .........................................................................12 ESTRUCTURA ADYACENTE A SECCIONADOR DE LÍNEA ................................................................13 ALTURA DE CONEXIONES.................................................................................................................14 PRIMER NIVEL...............................................................................................................................14 SEGUNDO NIVEL...........................................................................................................................14 TERCER NIVEL...............................................................................................................................14 LONGITUD DEL CAMPO ...................................................................................................................15 CUADRO COMPARATIVO DE DISTANCIAS DE SEGURIDAD ..............................................................15 CONCLUSIONES ...............................................................................................................................17 REFERENCIAS ...................................................................................................................................18

SIEMENS SAC Archivo: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033-1

Documento: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033 Página 2 de 18

1.

ANTECEDENTES

RED DE ENERGIA DEL PERU (REP), es una empresa privada dedicada al rubro de transmisión de energía que opera dentro del área de influencia del Sistema Interconectado Norte, Centro y Sur del Perú, Conforme a Ley Nº 25844 de Concesiones Eléctricas del Perú y su Reglamento y de acuerdo a lo estipulado en el contrato de Concesión de los sistemas de Transmisión Eléctrica ETECEN – ETESUR. REP, ha decidido ejecutar el Proyecto “Ampliación 7”, el cual consiste en la “ADECUACION INTEGRAL DE LAS SUBESTACIONES DE CHAVARRIA, SAN JUAN, SANTA ROSA, VENTANILLA Y ZAPALLAL”. Mediante Concurso Público Nº SPU-004-2009”, REP ha encargado a SIEMENS S.A.C. (SIEMENS) la ejecución de las obras necesarias Adecuación Integral de las Subestaciones de Chavarría, San Juan, Santa Rosa, Ventanilla y Zapallal”; el cual consiste básicamente en el reforzamiento de sus instalaciones de barras, equipos de patio de 220 kV, adecuación de las estructuras y fundaciones, y obras complementarias. Con el fin de soportar las nuevas condiciones de crecimiento del nivel de cortocircuito derivadas de la ampliación del sistema de transmisión 220 y 500 kV, y de los nuevos proyectos de generación eléctrica.

2.

OBJETO

El propósito de este documento es presentar la selección de las diferentes distancias eléctricas incluyendo el ancho, la altura y la longitud de los campos a partir de las distancias mínimas fase a fase y fase a tierra.

3.

UBICACION GEOGRAFICA

La subestación Zapallal se encuentra ubicada en Lomas de Carabayllo Mz 1, LT1 – Distrito de Carabayllo, Provincia y Departamento de Lima. Está en la costa centro de Perú aproximadamente a 281 m.s.n.m., tiene coordenadas UTM 18L 8691697 Sur y 276861 Este, es de tipo intemperie y fue puesta en operación en 1991.

4. DESCRIPCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA Y DEL SITIO En las Tabla 1 y Tabla 2 se presentan los parámetros generales para la subestación Zapallal 220 kV, los cuales se presentan en el documento de criterios de diseño. Tabla 1. Parámetros del sistema PARÁMETRO

220 kV 60

a) Frecuencia asignada, (Hz)

Sólido

b) Puesta a tierra

3

c) Número de fases

245

d) Tensión asignada del equipo, (kV)

220

e) Tensión de operación del sistema (kV)

1050

f) Tensión asignada soportada al impulso tipo rayo, (kV) g) Tensión asignada soportada a la frecuencia industrial, (kV) h) Corriente de cortocircuito prevista, (kA)

SIEMENS SAC Archivo: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033-1

460 40

Documento: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033 Página 3 de 18

PARÁMETRO

220 kV 1

i) Máxima duración admisible del cortocircuito, (s) j) Distancia de fuga mínima, (mm/kV)

31

Zona con contaminación pesada

100

k) Tiempo normal de aclaración de la falla, (ms)

300

l) Tiempo de aclaración de la falla en respaldo, (ms) m) Tiempo muerto del reenganche automático

500

Reenganche monopolar, (ms)

500

Reenganche tripolar, (ms)

R, S, T

n) Identificación de fases

Las características ambientales son las siguientes: Tabla 2. Parámetros Ambientales DESCRIPCIÓN

S/E ZAPALLAL

Altura (msnm)

280

Temperatura Mínima (°C)

17,6

Temperatura Media Anual (°C)

20,2

Temperatura Máxima (°C)

32

Humedad Relativa (%)

99

Nivel Ceráunico (Descargas/km

2

0-5 /año)

Velocidad Viento Máximo (km/h)

SIEMENS SAC Archivo: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033-1

90

Documento: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033 Página 4 de 18

5.

CÁLCULO DE DISTANCIAS ELÉCTRICAS

La metodología a seguir comprende el cálculo de las distancias mínimas y de seguridad que deben tenerse en cuenta en el diseño de una subestación para garantizar la seguridad de las personas y su adecuado dimensionamiento. La metodología adoptada cumple con los lineamientos de la norma IEC 60071-2.

5.1

DISTANCIAS DE SEGURIDAD

Corresponden a las separaciones mínimas que deben mantenerse en el aire entre partes energizadas de equipos y tierra, o en equipos sobre los cuales es necesario realizar un trabajo. Las distancias de seguridad son el resultado de sumar los siguientes valores: Un valor básico relacionado con el nivel de aislamiento, el cual determina una “zona de guarda” alrededor de las partes energizadas. Un valor que es función de movimientos del personal de mantenimiento así como del tipo de trabajo y la maquinaria usada. Esto determina una zona de seguridad dentro de la cual queda eliminado cualquier peligro relacionado con acercamientos eléctricos.

5.1.1 VALOR BÁSICO El valor base corresponde a la distancia mínima fase-tierra en el aire, adoptada para el diseño de la subestación de acuerdo con lo establecido en las publicaciones IEC 600711 [1] y IEC 60071-2 [2], para garantizar el espaciamiento adecuado que prevenga el riesgo de flameo aún bajo las condiciones más desfavorables. De acuerdo al nivel de aislamiento seleccionado en el estudio de coordinación de aislamiento para los equipos de la subestación Zapallal a 220 kV, se obtienen las distancias adoptadas para este proyecto, en la Tabla 3 se muestran estas distancias. Tabla 3. Distancias mínimas en el aire 220 kV Localización

Equipo a la entrada de la línea

Otros equipos

BIL (kV)

Fase – fase

1050

Fase – tierra Varilla – Estructura Conductor – Estructura

1050

Fase – fase

1050

Fase – tierra Varilla – Estructura Conductor – Estructura

1050

Distancia mínima (mm) 2100 2100 1900 2100 2100 1900

Para los equipos conectados al interior de la subestación a 220 kV se bebe de tener una distancia mínima de 2100 mm correspondiente a un BIL de 1050 kV. El valor básico se calcula incrementando el valor de la distancia mínima fase-tierra en un porcentaje comprendido entre el 5% y el 10 % como factor de seguridad. VB = 1,05* dmin SIEMENS SAC Archivo: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033-1

Documento: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033 Página 5 de 18

Dónde: VB : Valor básico [mm] [mm ]

dmin : Distancia mínima fase-tierra VB

220

= 1,05* dmin = 1,05*2100 mm = 2205 mm

Figura 1. Valor básico

5.1.2 ZONAS DE SEGURIDAD Las dimensiones de esta zona de seguridad se definen adicionando al valor básico, VB, un valor promedio de la altura del personal de mantenimiento y la naturaleza del trabajo a realizar sobre los equipos, incluyendo los requerimientos de movimiento y acceso al lugar. Estas distancias están basadas en las dimensiones medias de una persona en condiciones de trabajo tal como se muestra en la Figura 1, Figura 2 y Figura 3.

5.1.2.1 CIRCULACIÓN DE PERSONAL Cuando no existen barreras o mallas protectoras en la subestación, es necesario definir una distancia mínima de seguridad para la circulación libre del personal. En general la zona de circulación del personal se determina adicionando al valor básico calculado, VB, un valor de 2300 mm, que es la altura promedio de un operador con los brazos estirados verticalmente; ver Figura 2. De esta manera la distancia entre la parte inferior de la porcelana del equipo y tierra no debe ser menor de 2300 mm. El aislador o porcelana del equipo se considera como un componente energizado que va reduciendo la tensión de modo que solamente la parte inferior metálica está al mismo potencial de tierra. La distancia para circulación de personas está dada por: Distancia circulación de personal = 2300 mm + VB mm Donde: VB : Valor básico [mm] Distancia circulación de personal

220

= 2300 mm + 2205 mm = 4505 mm

Para la verificación de la subestación, la distancia mínima para la circulación de personas será de 4600 mm para 220 kV. En la Figura 3 se muestra la composición de la distancia básica con una zona de seguridad que tiene en cuenta la libre circulación de las personas.

SIEMENS SAC Archivo: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033-1

Documento: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033 Página 6 de 18

Figura 2. Distancias medias para un operador

Figura 3. Ejemplo de la franja de circulación de personal

5.1.2.2 MOVIMIENTO DE VEHÍCULOS Para el montaje y mantenimiento de equipos es necesario utilizar grúas o vehículos similares y por lo tanto se debe prever una zona de seguridad para estos casos. Para la vía de mantenimiento al interior de la subestación, ubicada al lado del interruptor, esta zona de seguridad está delimitada por el perfil del vehículo, más 700 mm de ancho para permitir imprevisiones en la conducción, garantizándose entre la parte superior del vehículo y las conexiones, el valor básico (VB). En la subestación Zapallal a 220 kV se ha considerado un vehículo con un perfil de 3000 mm x 3500 mm (ancho x alto), por lo tanto el ancho de la vía será: SIEMENS SAC Archivo: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033-1

Documento: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033 Página 7 de 18

Ancho de vía = 3000 mm + 700 mm = 3700 mm Las vías existentes tienen un ancho para la vía interna de 3000 mm y para las vías perimetrales de 6000 mm, cumpliendo así con el ancho de vía requerido. Para la verificación a un punto energizado adyacente a la vía se debe cumplir la distancia de VB de 2300 mm. Para la circulación de vehículos en las vías se ha considerado una altura de 3.500 mm, verificando que no se produzcan acercamientos con los equipos adyacentes a la vía.

5.1.2.3 CERCO PERIMETRAL Los cercos o paredes que son instalados como barreras para el personal no autorizado, deben colocarse de tal manera que las partes expuestas energizadas queden por fuera de la zona de distancia de seguridad. De acuerdo a la norma IEEE std 1119, la distancias A y B (ver Figura 4) del cerco perimetral hacia los equipos de la subestación deben ser respectivamente de 5,8 m y 4,9 m para una subestación a 220 kV. En los planos de vista en planta y secciones se observa que la distancia desde cualquier equipo al cerco perimetral es superior a este valor. . Teniendo una distancia existente de la malla perimetral de 9000 mm en la subestación, podemos concluir que este valor cumple con lo requerido.

Figura 4. Distancias cerco perimetral

5.1.2.4 TRABAJO SOBRE EQUIPOS O CONDUCTORES EN AUSENCIA DE MAQUINARIA PESADA Se considera que el trabajo sobre los equipos o conductores se realiza con la subestación energizada parcial o totalmente. Para estos cálculos se tiene en cuenta los valores previstos en la Figura 2. Horizontalmente se toman 1750 mm que tiene en promedio una persona con los brazos abiertos, y verticalmente se toman 1250 mm que tiene en promedio una persona con una mano alzada sobre el plano de trabajo. Luego estas distancias están determinadas de la siguiente manera: SIEMENS SAC Archivo: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033-1

Documento: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033 Página 8 de 18

Distancia Horizontal = 1750 mm + VB Distancia Vertical = 1250 mm + VB Donde: VB : Valor básico [mm] 220

Distancia horizontal Distancia Vertical

220

= 1750 mm + 2205 mm = 3955 mm

= 1250 mm + 2205 mm = 3455 mm

Figura 5. Franja de circulación usada para servicios de mantenimiento con herramientas livianas

5.2

DISTANCIAS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LA SUBESTACIÓN

El dimensionamiento de la subestación está condicionado básicamente por las siguientes distancias: Ancho de barras Ancho de campo Altura de campo Longitud de campo Estos aspectos son una aplicación directa de las distancias mínimas y de seguridad, además de la facilidad para mantenimientos.

5.2.1 ANCHO DE BARRAS El ancho de barras se determina por la separación entre las fases y el movimiento que tendrían los conductores debido a cortocircuitos, ver Figura 6. La separación entre fases existente de las barras es de 4000 mm en el patio de 220 kV. Se verificó que no se produjeran acercamientos entre las fases siguiendo la metodología que se incluye en la guía de obras civiles, basado en el documento “The Mechanical SIEMENS SAC Archivo: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033-1

Documento: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033 Página 9 de 18

Effects of Short-Circuit Currents in Open Substations” del comité No. 23 del Cigre y lo establecido en las publicaciones IEC 60071-1 [1] y IEC 60071-2 [2].

Yo a

1.2 Yo 40°

Yo

d min

Yk

Figura 6. Rango del movimiento de conductores flexibles durante cortocircuitos El cálculo de la separación mínima entre fases se basa en la trayectoria de un conductor sometido a un cortocircuito indicada en la Figura 6, de donde se tiene:

Y k = 1,2Yo * sen 40 ° a = d min + 2*Y k

?

Y k = 0 ,7713*Y o ?

a = d min + 1,543*Y o

Dónde: Yk:

Rango del movimiento del conductor

Yo:

Flecha estática máxima

[ mm ]

a:

Separación entre fases

[mm ]

dmín: Distancia mínima fase-fase, cable-cable

[mm ]

[ mm ]

Figura 7. Ancho de Barras En la práctica, Yo 0,03*S, siendo S el vano del barraje o templa flexible más larga que para este caso se tomó de 36000 mm.

SIEMENS SAC Archivo: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033-1

Documento: PE-AMP7-GT110-ZAP-D033 Página 10 de 18