Distancias críticas considerando lel balanceo de la cadena de aisladores

Electrónica. Campo de las subestaciones. Dimensiones. Interruptores. Seccionadores. Cables. Sobretensiones

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.8. DISTANCIAS CRITICAS CONSIDERANDO EL BALANCEO DE LA CADENA DE AISLADORES

Debido a que la cadena de aisladores suspendidas verticalmente son susceptibles de movimiento, se debe considerar una separación adicional en las distancias criticas eléctricas de tal forma que se tenga en cuenta el acercamiento producido por este efecto. El calculo de esta separación se hace de acuerdo a la siguiente expresión:

S = Lk * sen 

Donde:

S, es la separación producida por el balanceo de la cadena de aisladores, expresada en metros.

Lk, es igual a la longitud de la cadena de aisladores, expresada en metros.

 , es el ángulo de balanceo máximo que puede llegar a ser de 10°

Lk = 14.6 (N-1) + Kf

Donde:

N = 1.15(Df/df)

Df = Kf (Um*Kd)

Df = 20mm/kV*(230kV*1.0) = 4600mm = 4.6m

N = 1.15*(4600mm/292mm) = 18.2  18 aisladores por cadena

Lk = 14.6 (18-1) + 20 = 2682mm = 2.682m

S = Lk * sen  = 2.682 * sen 10° = 0.466m

3.9. CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE CAMPO DE LAS SUBESTACIONES.

3.9.1. INTERRUPTORES Y SECCIONADORES

En las tablas 7 y 8 se presentan las dimensiones mas importantes de interruptores y seccionadores tipo exterior, tomadas de catálogos de fabricantes. Dichas dimensiones son susceptibles de variación en la medida en que se presentan los avances tecnológicos, tanto de los principios de operación como de los materiales aislantes.

En la tabla 9 se resumen los datos utilizados en dimensionamiento de subestaciones y para el efecto se tomaran los valores máximos dados por los fabricantes de subestaciones de 220kV y 115kV.

TABLA 9

 

3.9.2. DETERMINACION DEL ANCHO DE CAMPO DE LAS SUBESTACIONES

El ancho de campo de una subestación es la distancia entre los ejes de las columnas que forman el pórtico de entrada de línea y esta determinado por la configuración, las dimensiones de los equipos y los tipos de barraje utilizados.

Seccionadores Centrados con respecto al eje de los pórticos : Esta ubicación corresponde a los seccionadores de línea, y se calculan el ancho de la subestación de la siguiente manera:

L1 = 2540mm

L1/2 = 1270mm

dF-F = 2444mm

dF-T = 1955mm

Ac = 1400mm

Distancias entre seccionadores :

dss = L1/2 + dF-F = 1270 + 2444 = 3714mm @ 4000mm

Distancia entre columna y seccionador de fase exterior :

dc-s= dc-e = L1/2 + X + Ac/2 = 1270 + 1870 + 700 = 3840mm @ 4000mm

dc-s= dc-e = Distancia entre columna y seccionador de fase exterior.

3.9.3. DETERMINACION DE LA ALTURA DEL CAMPO

La altura de los pórticos de un campo esta determinada principalmente por el tipo de conductores que se utilicen, así como el numero de niveles de conexión que requiere la configuración de la subestación.

El primer nivel de conexión que se encuentra en una subestación esta conformado por la conexión entre equipos cuya altura se determina por las distancias de seguridad descritas anteriormente.

Así, la altura mínima para la conexión de equipos será:

Nivel de Tensión 220kV

Tensión Máxima (Um) 245kV

hs = dF-T + 2.25 4.2m

hs = 2.30 + 0.0105*Um 4.87m

Altura del Interruptor Seleccionado (H1) 4.9m

El segundo nivel de conexión generalmente esta conformado por los barrajes, cuya altura debe estar sobre el nivel del equipo en una distancia por lo menos igual a la distancia mínima fase – fase, cable – cable, siendo la aplicación mas simple cuando se utilizan barrajes y conexiones a equipos rígidos. Cuando se tienen conductores flexibles es necesario tener en cuenta la flecha de los barrajes, la conexión de los seccionadores de campo a la fase mas apartada del barraje y el acercamiento de estas conexiones a los puentes bajo las estructuras de soporte de barras (en algunos casos se recomienda instalar un aislador de poste en la conexión de seccionador a la fase del barraje mas alejado para evitar estos acercamientos).

Para calcular las alturas del segundo nivel podemos utilizar nuevamente las expresiones conocidas:

Nivel de Tensión 220kV

Tensión Máxima (Um) 245kV

Hs2 = dF-T + 2.25 + Hs 9.59 @ 10.0m

Hs2 = 5.00 + 0.0125*Um 8.06m

Altura de Barras 10m

El tercer nivel de conexiones generalmente esta conformado por templas superiores, cuya altura debe ser superior a la de los barrajes en por lo menos la distancia mínima fase – fase, cable – cable, mas la flecha máxima de la templa.

Nivel de Tensión 220kV

Tensión Máxima (Um) 245kV

Hs3 = Hs2 + dF-F + Yo 13.9 @ 14.0m

Hs3 = Hs2 + dF-F + Yo + 2.25 16.15 @ 17m

3.9.4. DETERMINACION DE LA LONGITUD DEL CAMPO

La longitud de campo esta determinada por la configuración de la subestación y por las distancias entre los diferentes equipos. Dicha longitud no se determina por las distancias mínimas o de seguridad, sino mas bien por razones de mantenimiento, montaje y estética. Para el montaje y mantenimiento se recomienda que los terminales de los equipos sean accesibles por el personal desde cualquier punto. Se considera como una distancia aceptable entre los terminales de equipo 1.5m. Partiendo de esta base y considerando las dimensiones de los diferentes equipos, se puede determinar la distancia entre equipos de un mismo campo. Cuando se tienen equipos de aspecto exterior similar, por ejemplo transformadores de instrumentación y pararrayos, pero de dimensiones ligeramente distintas, es posible por razones estéticas adoptar distancias iguales entre estos equipos.

Tabla 10.

3.9.5. APANTALLAMIENTO O BLINDAJE DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS.

En nuestro estudio de coordinación de aislamiento incluimos la descripción de las sobretensiones que pueden afectar al sistema de potencia. Ellas son:

  • Descargas atmosféricas (Sobretensiones atmosféricas)
  • Maniobra de conexión y desconexión de sistema (Sobretensiones por maniobra)
  • Perturbaciones ocurridas durante la operación normal (Sobretensiones a frecuencia industrial)

El objetivo del pararrayos es el de atrapar las ondas entrantes producidas por una descarga atmosférica o por una operación de swicheo, transmitidas por los conductores y enviarlas a tierra para impedir que dañen el aislamiento de los equipos. Pero el pararrayos no protege el equipo de una descarga directa. El objetivo del blindaje es proporcionar la protección adecuada a los equipos contra las descargas directas creando un nivel de potencial cero por encima de estos (lo mismo aplica para líneas de transmisión).

Cable de Guarda : Son cables desnudos ubicados sobre el equipo a proteger y conectados a tierra a través de los pórticos de la subestación, formando una red que actúa como blindaje para proteger las partes vivas de la subestación de las descargas atmosféricas directas, reduciendo la probabilidad de la caida de un rayo sobre los conductores de fase. La red de cables de guarda actua como contraparte del sistema de tierra.

Las características más importantes de los cables de guarda son:

  • Protegen a lo largo de todo el cable.
  • Su costo es bajo: son conductores livianos con tensiones de templas bajas, por lo que no requieren estructuras muy fuertes.
  • Aprovechan los pórticos como estructuras de soporte y sólo requieren de un castillete adicional.
  • Las estructuras para templas se pueden ubicar relativamente alejadas unas de otras (60m o más).
  • La corriente del rayo se divide en dos direcciones con lo cual la corriente que debe disipar cada estructura se reduce aproximadamente a la mitad.
  • La impedancia característica presentada al rayo es notablemente inferior (cerca de la mitad de la que presentaría una sóla estructura), reduciendo asi la inductancia de la estructura y, en consecuencia, el riesgo de flameo inverso en los dos aisladoresen suspensión, fenómeno que se puede producir cuando hay descargas repetidas a través del mismo canal ionizado por el rayo.
  • La presentación de los cables de guarda no contrasta con las líneas por lo que no desmejora la estetica de la subestacion.
  • Para proteger áreas pequeñas y aisladas de la subestación, el cable de guarda puede no resultar mas económico que las puntas.
  • Mejora las condiciones de la malla a tierra al disipar parte de la corriente de secuencia cero en casos de cortocircuito a tierra.