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DISTANCIAS DE SEGURIDAD EN 115 kV

TABLA DE CONTENIDO 1.  ALCANCE..........................................................................................................................................................4  2.  NORMAS CONSIDERADAS .............................................................................................................................4  3.  TERMINOS UTILIZADOS .................................................................................................................................4  4.  CALCULOS .......................................................................................................................................................5  4.1  DISTANCIAS ELÉCTRICAS DE DISEÑO .....................................................................................................5  4.1.1  Generalidades ................................................................................................................................................5  4.1.2  Cálculos Distancias Mínimas de Aislamiento.................................................................................................5  4.1.3  Distancia Normales entre Fases ....................................................................................................................9  4.1.4  Alturas Mínimas de las Barras Sobre el Nivel del Suelo – Hb - (Acceso Vehicular) ....................................10  4.1.5  Alturas Mínimas de los Equipos – He - (Entre puntos en tensión y el suelo) ...............................................10  4.2  DISTANCIAS DE SEGURIDAD ...................................................................................................................11  4.2.1  Generalidades ..............................................................................................................................................11  4.2.2  Premisas.......................................................................................................................................................11  4.2.3  Maniobras de los operadores o personal en cualquier punto de la subestación .........................................11  4.2.4  Circulación Personal y Vehicular por la Subestación...................................................................................12  5.  CONCLUSIONES ............................................................................................................................................13  6.  ANEXOS..........................................................................................................................................................13  6.1  Anexo 1: Tabla 2 – Niveles de Aislamiento Normalizados – IEC 71-1 ........................................................14  6.2  Anexo 2: Tabla A.1 – Distancias Mínimas Fase-Tierra – (Annex A - IEC 71-2) ..........................................15  6.3  Anexo 3: Figura 4 - Factores “m” y “w” – (IEC 60-1) ...................................................................................16  6.4  Anexo 4: Figura 3 – Relación “h/” – (IEC 60-1) ..........................................................................................17  6.5  Anexo 5: Factores GAP (K1/K2), Según Configuración ..............................................................................18  6.6  Anexo 6: Constantes Humanas de Diseño ..................................................................................................19  6.7  Anexo 7: Tipología de los Vehículos de Carga – COVENIN 2402:1997 .....................................................20  6.8  Anexo 8: Circulación de Vehículos y Zonas de Trabajo en la Subestación ................................................21 

1.

ALCANCE El presente documento tiene por finalidad establecer las bases de diseño; así como mostrar los cálculos para el establecimiento de las distancias mínimas y de seguridad eléctricas en una subestación en 115 kV.

2.

NORMAS CONSIDERADAS Las siguientes normas serán consultadas para el desarrollo del diseño de las distancias eléctricas y de seguridad:

3.

ANSI C37.32-2002

American National Standard for Switchgear—High- Voltage Air Switches, Bus Supports, and Switch Accessories— Schedules of Preferred Ratings, Manufacturing Specifications, and Application Guide.

IEEE Std 1313.1-1996

IEEE Standard for Insulation Coordination—Definitions, Principles, and Rules.

IEEE Std 1313.2-1999

Guide for the Application of Insulation Coordination.

IEC 60060-1 (2010)

High-voltage test techniques, Part 1: General definitions and test requirements

IEC 60071-1 (2006)

Insulation coordination, Part 1: Definitions, principles and rules.

IEC 60071-2 (1996)

Insulation coordination, Part 2: Application guide.

TERMINOS UTILIZADOS a. Tensión Soportada al Impulso Tipo Atmosférico (BIL) (Impulso Tipo Rayo) Es una tensión de impulso que tiene un tiempo de frente de 1,2 s y un tiempo hasta la mitad del valor de 50 s (IEC 60071-1-Cláusula 3.18(c)). Corresponde al valor de cresta de la onda de sobretensión máximo que puede soportar el elemento aislante sin que se produzca carga disruptiva, a través del aislante. b. Sobretensión por Maniobra Es una tensión de impulso que tenga un tiempo hasta la cresta de 250 s y un tiempo hasta la mitad del valor de 2.500 s (IEC 60071-1-Cláusula 3.18(b)). Esta sobretensión, de fase a tierra o de fase a fase, en un punto dado del sistema, es debido a una operación específica de maniobra de interruptores. Estas sobretensiones tienen por lo general un alto amortiguamiento y corta duración. c. Distancia Mínima entre Fases Es la distancia más corta entre parte “vivas”, de polos o fases adyacentes diferentes (ANSI C37.100 – Cláusula 4 - Definitions). d. Distancia Mínima a Masa Es la distancia más corta, entre partes vivas (energizadas) y cualquier elemento que se encuentra a potencial tierra (ANSI C37.100 – Cláusula 4 - Definitions). e. Altura Mínima a Tierra (suelo) Entre partes vivas (energizadas) y el piso sobre el cual se encuentra construida la subestación. f. Distancia de Mantenimiento Distancia en línea recta entre partes vivas (energizadas) y la posición de una persona en los límites de las zonas de mantenimiento (zonas de trabajo). Los límites de las zonas de mantenimiento pueden ser tierra o una plataforma sobre la cual trabajen los operarios. Si se considera que en una

subestación eléctrica los hombres deben caminar libremente bajo las zonas con equipo energizado, es necesario dar una distancia adecuada entre el punto más bajo sobre cada aislador (donde se conectan a tierra las partes metálicas) y tierra, para asegurar que una persona no sufrirá los efectos del campo eléctrico. g. Aislamiento de Fase a Tierra Se refiere al aislamiento de una fase cualquiera con relación a los puntos conectados a tierra. Esta caracterizado por una tensión relacionada con una distancia a tierra, que se verifica por medio de procedimientos convencionales y reproducibles en laboratorios, que se expresa en las normas como distancia de aislamiento en el aire. h. Aislamiento de Fase a Fase El aislamiento entre fases debe garantizar un comportamiento dieléctrico que relacione la tensión con la distancia en aire, sin considerar ningún elemento a tierra entre los conductores de fase. i. Tensión Critica de Descarga o Flameo (U50 - IEC 71-2) – CFO (ANSI 1313.2) Valor tensión del 50% de descarga del aislamiento auto-regenerable (IEC 71-2-Cláusula 1.3). Es decir, que corresponde el valor de voltaje en el cual se tiene una probabilidad del 50 % de producir una de descarga disruptiva. Los valores usados para diseño corresponden a los niveles básicos de aislamiento: Por Impulso de Rayo o de Impulso de Maniobra. CFO: Critical Flashover Voltage 4.

CALCULOS

4.1

DISTANCIAS ELÉCTRICAS DE DISEÑO

4.1.1 Generalidades Las distancias en aire de fase a tierra y de fase a fase deben garantizar estadísticamente una probabilidad de descarga tal que, resulte tan baja desde el punto de vista de los criterios de diseño adoptados. Esto conduce al establecimiento de distancias mínimas de no descarga entre fase y tierra o entre fases, que se determina principalmente para los impulsos por rayo y por maniobra, según los niveles de aislamiento. Para niveles de tensión nominal, menores a 300 kV, se considerarán las sobretensiones debidas al impulso por rayo. De acuerdo a la cláusula 3.1.4, de IEC 60071-1. La desviación convencional o estándar (Z), recomendada es: 

Para Impulso por Rayo (BIL)

Z = 0,03 U50 (kV)

(Ec. 1) – Pag. 65, IEC 71-2



Para Impulso por Maniobra

Z = 0,06 U50 (kV)

(Ec. 1a) – Pag. 65, IEC 71-2

4.1.2 Cálculos Distancias Mínimas de Aislamiento a.

Cálculo de la Tensión Crítica de Descarga (U50) por Impulso al Rayo (U10=BIL) Para una probabilidad de falla del 10%, la relación entre U50 y el sobre voltaje por impulso al rayo o por maniobra, se define como

U10  U 50  1,3  Z

(7), cláusula 3.1.4, de IEC 71-2

(Ec. 2) con U10 = BIL

BIL = Nivel Básico de Impulso por Rayo Reemplazando Ec. 1 (Z), en la Ec. 2, por ser el parámetro que es más crítico, en niveles de voltaje menores a 300 kV, y desarrollando, obtendremos la siguiente expresión:

BIL  U 50  0 .961

U 50 

BIL 0.961

(Ec. 3)

Dónde: BIL = 550 kV, en 115 kV (Ver Anexo 1 – Tabla 3, IEC71-1) Sustituyendo en Ec. 3, tenemos: TABLA #1 IDENTIFICACION VARIABLE

DESCRIPCION

Tensión al Impulso Tipo  Rayo Tensión Critica de  Descarga o Flameo 

ECUACIÓN

U 10  (BIL) U 50

U 50 

BIL 0 . 961

VALOR CALCULADO

UNIDAD

OBSERV

550,00 kV

De Tabla 2, IEC 71‐1

572,32 kV

Condiciones ambientales  normalizadas

U50 = 572,32 kV La tensión critica de descarga, por impulso de maniobras, debe ser corregida, de acuerdo a las condiciones atmosféricas presentes en el sitio. El procedimiento para determinar los factores de corrección se detalla a continuación: 

Condiciones Atmosféricas Normalizadas

Las condiciones atmosféricas normalizadas o estándar de referencia son, de acuerdo a IEC 71.1, cláusula 3.26 son: Temperatura t0 = 20 ºC b0 = 101.3 kPa (1013 mbar) Presión hao = 11 g/m3 Humedad Absoluta 

Condiciones atmosféricas del sitio t = 28 ºC Temperatura b = 101.0 kPa (1010 mbar) Presión h = 22.3 g/m3, para una humedad relativa promedio del 74.5 % Humedad Absoluta



Factor de Corrección Atmosférico (Kt )

K t  k1  k 2 

(Ec. 4)

Factor de Corrección por densidad del aire (k1 )

k1   m 

(Según IEC 60060-1. Cláusula 11.2)

(Según IEC 60060-1. Cláusula 11.2.1)

(Ec. 5)

Factor de Corrección por humedad (k2 )

k2  k w

(Según IEC 60060-1. Cláusula 11.2.2)

El cálculo de k1 y k2, se detalla en la siguiente tabla: TABLA #2

(Ec. 6)

CALCULO DE FACTORES DE CORRECCIÓN ATMOSFERICOS k 1 y k 2 ‐ SEGÚN IEC 60060‐1 DESCRIPCION

IDENTIFICACION VARIABLE

Densidad del Aire  Corregida por Temp. Y  Presión



Distancia mínima de  descarga 

L

ECUACIÓN



b



b0

273  t 0 273  t

VALOR CALCULADO

a 28 ºC /