Diagnóstico del equipamiento del Sistema Nacional de Transmisión al exceder sus valores nominales

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL. FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA. DIAGNÓSTICO DEL EQUIPAMIENTO DEL SISTEMA NACIONAL DE TRANSMISIÓN AL EXCEDER SUS VALORES NOMINALES. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO ELÉCTRICO. PAOLA LIZET ANDRADE CADENA [email protected]. JAVIER ARMANDO ARIAS INCA [email protected]. DIRECTOR: ING. LUIS RUALES CORRALES [email protected]. Quito, septiembre 2010.

(2) i. DECLARACIÓN. Nosotros, Paola Lizet Andrade Cadena, Javier Armando Arias Inca, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.. A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. Paola Lizet Andrade Cadena. Javier Armando Arias Inca.

(3) ii. CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Paola Lizet Andrade Cadena y Javier Armando Arias Inca, bajo mi supervisión.. Ing. Luis Ruales Corrales DIRECTOR DE PROYECTO.

(4) iii. AGRADECIMIENTOS. A mis papis, Aleji, Francisco, Meitner y Paul. Paola.

(5) iv. A mis padres, hermanos y amigos, quienes conformaron una parte muy importante para la culminación de esta etapa de mi vida.. Agradezco al Ing. Luís Ruales por la confianza depositada para la finalización de este proyecto.. Javier Arias Inca.

(6) v. DEDICATORIA. A mis papis, Aleji y Francisco. Paola.

(7) vi. Dedico este proyecto de tesis a Viviana la persona por la que comencé en este sueño.. Javier Arias Inca.

(8) vii. CONTENIDO DECLARACIÓN .......................................................................................................I CERTIFICACIÓN ....................................................................................................II AGRADECIMIENTOS ............................................................................................ III DEDICATORIA ...................................................................................................... V CONTENIDO ........................................................................................................ VII RESUMEN ........................................................................................................... XV PRESENTACIÓN ................................................................................................ XVI. CAPÍTULO I GENERALIDADES .................................................................................................1 1.1 JUSTIFICACIÓN ............................................................................................1 1.2 OBJETIVOS...................................................................................................1 1.2.1 GENERAL ...............................................................................................1 1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................1 1.3 ALCANCE......................................................................................................1. CAPÍTULO II RAZONES PARA ESCOGER LOS EQUIPOS QUE SE REEMPLAZARÁN ..........3 2.1 DESCRIPCIÓN ..............................................................................................3 2.2 SELECCIÓN DE EQUIPOS ...........................................................................5 2.3 NORMAS DE LOS EQUIPOS........................................................................5 2.3.1 NORMAS IEC [5] ....................................................................................5 2.3.2 NORMAS ANSI/IEEE [6] .........................................................................6 2.4 NORMAS DE DISYUNTORES ......................................................................6 2.4.1 NORMA IEC [5] .......................................................................................6 2.4.2 NORMA ANSI [6] ....................................................................................7 2.5 NORMAS DE SECCIONADORES .................................................................7 2.5.1 NORMA IEC [9] .......................................................................................7 2.5.2 NORMA ANSI [10] ..................................................................................8 2.6 NORMAS DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE ..............................8 2.6.1 NORMA IEC [11] .....................................................................................8 2.6.2 NORMA ANSI [12] ..................................................................................9.

(9) viii. 2.7 NORMAS DE BARRAS ENCAPSULADAS EN SF6 .....................................9 2.7.1 NORMA IEC [13] .....................................................................................9 2.7.2 NORMA ANSI [14] ..................................................................................9 2.8 RESPUESTA TRANSITORIA EN UN CIRCUITO RL ALIMENTADO POR UNA FUENTE ALTERNA SENOIDAL...........................................................9. CAPÍTULO III ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL EQUIPO SELECCIONADO ............. 12 3.1 DESCRIPCIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE EQUIPOS CONFORME NORMAS IEC Y ANSI/IEEE ........................................................................ 12 3.1.1 DISYUNTORES ..................................................................................... 12 3.1.1.1 Especificaciones de disyuntores según norma IEC [5]............. 12 3.1.1.1.1 Voltaje nominal (Vr) [7] ...................................................... 12 3.1.1.1.2 Nivel de aislamiento nominal [7] ........................................ 13 3.1.1.1.3 Frecuencia nominal (fr) ...................................................... 13 3.1.1.1.4 Corriente nominal normal (Ir) [7] ........................................ 14 3.1.1.1.5 Incremento de temperatura [7] .......................................... 14 3.1.1.1.6 Corriente nominal de corta duración soportable (Ik) [7] ..... 15 3.1.1.1.7 Corriente nominal pico soportable (Ip) [7] .......................... 16 3.1.1.1.8 Duración del cortocircuito nominal (tk) [7] .......................... 16 3.1.1.1.9 Corriente nominal de interrupción de cortocircuito (Isc) ..... 16 3.1.1.1.10 Voltaje transitorio de recuperación (TRV)........................ 17 3.1.1.1.11 Secuencia nominal de operación .................................... 23 3.1.1.1.12 Corrientes nominales de cierre y ruptura fuera de fase ... 23 3.1.1.2 Especificaciones de disyuntores según norma ANSI [6] .......... 24 3.1.1.2.1 Voltaje nominal máximo .................................................... 25 3.1.1.2.2 Frecuencia nominal ........................................................... 25 3.1.1.2.3 Corriente nominal .............................................................. 25 3.1.1.2.4 Límites de temperatura ..................................................... 24 3.1.1.2.5 Nivel de aislamiento nominal ............................................. 27 3.1.1.2.6 Secuencia nominal de operación ...................................... 28 3.1.1.2.7 Tiempo nominal de interrupción ........................................ 28 3.1.1.2.8 Corriente nominal de cortocircuito ..................................... 28.

(10) ix. 3.1.1.2.9 Capacidad de interrupción de corriente simétrica ............. 29 3.1.1.2.10 Capacidad de interrupción de corriente asimétrica ......... 29 3.1.1.2.11 Capacidad de cierre de cortocircuito ............................... 30 3.1.1.2.12 Voltaje transitorio de recuperación nominal (TRV) .......... 30 3.1.1.2.13 Capacidad de interrupción de corriente fuera de fase ..... 33 3.1.2 SECCIONADORES ............................................................................... 33 3.1.2.1 Especificaciones de seccionadores según norma IEC [9] ........ 33 3.1.2.1.1 Voltaje nominal (Vr) [7] ...................................................... 34 3.1.2.1.2 Nivel de aislamiento nominal [7] ........................................ 34 3.1.2.1.3 Frecuencia nominal (fr) ...................................................... 35 3.1.2.1.4 Corriente nominal normal (Ir) [7] ........................................ 35 3.1.2.1.5 Incremento de temperatura [7] .......................................... 35 3.1.2.1.6 Corriente nominal de corta duración soportable (Ik) [7] ..... 37 3.1.2.1.7 Corriente nominal pico soportable (Ip) [7] .......................... 37 3.1.2.1.8 Duración del cortocircuito nominal (tk) [7] .......................... 38 3.1.2.2 Especificaciones de disyuntores según norma ANSI [10] ........ 38 3.1.2.2.1 Voltaje nominal máximo .................................................... 38 3.1.2.2.2 Corriente nominal .............................................................. 38 3.1.2.2.3 Corriente momenténea asimétrica .................................... 38 3.1.2.2.4 Nivel de aislamiento nominal ............................................. 39 3.1.2.2.5 Tiempo de operación nominal ........................................... 39 3.1.3 TRANSFORMADORES DE CORRIENTE............................................. 39 3.1.3.1 Especificaciones de transformadores de corriente según norma IEC [11]................................................................................ 39 3.1.3.1.1 Voltaje nominal [7] ............................................................. 40 3.1.3.1.2 Corriente nominal primaria ................................................ 40 3.1.3.1.3 Corriente nominal secundaria............................................ 40 3.1.3.1.4 Corriente nominal térmica (Icth) .......................................... 41 3.1.3.1.5 Potencia ............................................................................ 41 3.1.3.1.6 Corriente nominal de corta duración (Ith) ........................... 41 3.1.3.1.7 Corriente nominal dinámica (Idyn)....................................... 41 3.1.3.1.8 Límite de incremento de temperatura ................................ 42 3.1.3.1.9 Nivel de aislamiento nominal ............................................. 43.

(11) x. 3.1.3.2 Especificaciones de transformadores de corriente según norma ANSI [12] ............................................................................. 44 3.1.3.2.1 Límite de incremento de temperatura ................................ 45 3.1.3.2.2 Nivel de aislamiento nominal ............................................. 45 3.1.3.2.3 Voltaje máximo del sistema ............................................... 45 3.1.3.2.4 Corrientes nominales primaria y secundaria ..................... 45 3.1.3.2.5 Carga nominal ................................................................... 47 3.1.3.2.6 Corriente nominal mecánica de corto tiempo .................... 47 3.1.3.2.7 Corriente nominal térmica de corto tiempo ........................ 47 3.1.4 BARRAS ENCAPSULADAS EN SF6 ................................................... 47 3.1.4.1 Especificaciones de barras encapsuladas en SF6 según norma IEC [13] .......................................................................................... 47 3.1.4.1.1 Voltaje nominal [7] ............................................................. 48 3.1.4.1.2 Nivel de aislamiento nominal [7] ........................................ 48 3.1.4.1.3 Frecuencia nominal ........................................................... 49 3.1.4.1.4 Corriente nominal normal [7] ............................................. 49 3.1.4.1.5 Incremento de temperatura ............................................... 49 3.1.4.1.6 Corriente nominal de corta duración soportable ................ 51 3.1.4.1.7 Corriente nominal pico soportable ..................................... 52 3.1.4.1.8 Duración del cortocircuito nominal .................................... 52 3.1.4.2 Especificaciones de barras encapsuladas en SF6 según norma ANSI [14] ........................................................................................ 52 3.1.4.2.1 Frecuencia nominal ........................................................... 53 3.1.4.2.2 Temperatura ...................................................................... 53 3.1.4.2.3 Voltaje nominal .................................................................. 53 3.1.4.2.4 Nivel de aislamiento .......................................................... 53 3.1.4.2.5 Corriente nominal continua................................................ 53 3.1.4.2.6 Corriente nominal de cierre y apertura .............................. 54 3.1.4.2.7 Corriente nominal de corto tiempo .................................... 54. CAPÍTULO IV CRITERIOS PARA EL ANÁLISIS DE SUPERACIÓN DE EQUIPOS .................. 55 4.1 CRITERIOS PARA LA SUPERACIÓN DE LOS EQUIPOS [15] ................. 55.

(12) xi. 4.1.1 CRITERIO DE CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO ............................ 55 4.1.2 CRITERIO DE CORRIENTE PICO DE CORTOCIRCUITO ................... 56 4.1.3 CRITERIO DE CORRIENTE NOMINAL ................................................ 56 4.1.4 CRITERIO DE CONSTANTE DE TIEMPO ()....................................... 56 4.1.5 CRITERIO DE VOLTAJE TRANSITORIO DE RECUPERACIÓN......... 57 4.2 Aplicación de los criterios para la superación de los equipos de las subestaciones ubicadas en la zona de Guayaquil .................................. 57 4.2.1 SUBESTACIÓN SALITRAL 138 kV ...................................................... 58 4.2.1.1 Análisis por criterio de corriente de cortocircuito para la subestación Salitral 138 kV .......................................................... 61 4.2.1.2 Análisis por criterio de corriente pico de cortocircuito para la subestación Salitral 138 kV .......................................................... 64 4.2.1.3 Análisis por criterio de corriente nominal para la subestación Salitral 138 kV................................................................................ 67 4.2.1.4 Análisis por criterio de constante de tiempo para la subestación Salitral 138 kV .......................................................... 70 4.2.1.5 Análisis por criterio de voltaje transitorio de recuperación para la subestación Salitral 138 kV ...................................................... 72 4.2.2 SUBESTACIÓN PASCUALES 138 kV ................................................. 73 4.2.2.1 Análisis por criterio de corriente de cortocircuito para la subestación Pascuales 138 kV .................................................... 76 4.2.2.2 Análisis por criterio de corriente pico de cortocircuito para la subestación Pascuales 138 kV .................................................... 78 4.2.2.3 Análisis por criterio de corriente nominal para la subestación Pascuales 138 kV .......................................................................... 81 4.2.2.4 Análisis por criterio de constante de tiempo para la subestación Pascuales 138 kV..................................................... 84 4.2.2.5 Análisis por criterio de voltaje transitorio de recuperación para la subestación Pascuales 138 kV ................................................. 85 4.2.3 SUBESTACIÓN PASCUALES 230 kV ................................................. 88 4.2.3.1 Análisis por criterio de corriente de cortocircuito para la subestación Pascuales 230 kV .................................................... 91 4.2.3.2 Análisis por criterio de corriente pico de cortocircuito para la.

(13) xii. subestación Pascuales 230 kV .................................................... 94 4.2.3.3 Análisis por criterio de corriente nominal para la subestación Pascuales 230 kV .......................................................................... 97 4.2.3.4 Análisis por criterio de constante de tiempo para la subestación Pascuales 230 kV................................................... 101 4.2.3.5 Análisis por criterio de voltaje transitorio de recuperación para la subestación Pascuales 230 kV ............................................... 103 4.2.4 SUBESTACIÓN TRINITARIA 138 kV ................................................. 105 4.2.4.1 Análisis por criterio de corriente de cortocircuito para la subestación Trinitaria 138 kV .................................................... 107 4.2.4.2 Análisis por criterio de corriente pico de cortocircuito para la subestación Trinitaria 138 kV .................................................... 110 4.2.4.3 Análisis por criterio de corriente nominal para la subestación Trinitaria 138 kV .......................................................................... 112 4.2.4.4 Análisis por criterio de constante de tiempo para la subestación Trinitaria 138 kV ..................................................... 115 4.2.4.5 Análisis por criterio de voltaje transitorio de recuperación para la subestación Trinitaria 138 kV ................................................. 117 4.2.5 SUBESTACIÓN TRINITARIA 230 kV ................................................. 118 4.2.5.1 Análisis por criterio de corriente de cortocircuito para la subestación Trinitaria 230 kV .................................................... 120 4.2.5.2 Análisis por criterio de corriente pico de cortocircuito para la subestación Trinitaria 230 kV .................................................... 122 4.2.5.3 Análisis por criterio de corriente nominal para la subestación Trinitaria 230 kV .......................................................................... 124 4.2.5.4 Análisis por criterio de constante de tiempo para la subestación de Trinitaria 230 kV................................................ 126 4.2.5.5 Análisis por criterio de voltaje transitorio de recuperación para la subestación Trinitaria 230 kV ................................................. 128 4.2.6 SUBESTACIÓN POLICENTRO 138 kV .............................................. 129 4.2.6.1 Análisis por criterio de corriente de cortocircuito para la subestación Policentro 138 kV .................................................. 131 4.2.6.2 Análisis por criterio de corriente pico de cortocircuito para la.

(14) xiii. subestación Policentro 138 kV .................................................. 133 4.2.6.3 Análisis por criterio de corriente nominal para la subestación Policentro 138 kV.................................................. 135 4.2.6.4 Análisis por criterio de constante de tiempo para la subestación Policentro 138 kV................................................... 137 4.2.6.5 Análisis por criterio de voltaje transitorio de recuperación para la subestación Policentro 138 kV ............................................... 139. CAPÍTULO V PRINCIPALES MEDIDAS CONTRA LA SUPERACIÓN EN EQUIPOS ............. 141 5.1 MEDIDAS EN EL SISTEMA DE TRANSMISIÓN [15] ............................... 141 5.1.1 INCREMENTO DE LA IMPEDANCIA DEL TRANSFORMADOR DE POTENCIA [17] ................................................................................... 141 5.1.2 SECCIONAMIENTO DE BARRA ........................................................ 142 5.1.3 REACTORES LIMITADORES DE CORRIENTE EN LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN.................................................................................... 143 5.2 EQUIPO SUPERADO ................................................................................ 143 5.2.1 EQUIPOS QUE PUEDEN ESTAR SUPERADOS [16] ........................ 143 5.2.1.1 Disyuntores ................................................................................. 143 5.2.1.2 Seccionadores ............................................................................ 143 5.2.1.3 Transformadores de corriente ................................................... 144 5.2.2 MEDIDAS QUE SE APLICAN A LOS EQUIPOS SUPERADOS [15]. 144 5.2.2.1 Aumento de la capacidad........................................................... 144 5.2.2.2 Mejora .......................................................................................... 144 5.2.2.3 Revisión ....................................................................................... 144 5.2.2.4 Adaptación .................................................................................. 144. CAPÍTULO VI ALTERNATIVAS PARA EVITAR REEMPLAZO DE EQUIPOS ......................... 145 6.1 INCREMENTO DE LA IMPEDANCIA DEL TRANSFORMADOR DE POTENCIA DE LA SUBESTACIÓN YAGUACHI 500 kV.......................... 148 6.2 SECCIONAMIENTO DE LA BARRA YAGUACHI 230 kV ........................ 155 6.3 REACTORES LIMITADORES DE CORRIENTE EN LA LÍNEA DE.

(15) xiv. TRANSMISIÓN .......................................................................................... 156 6.3.1 CÁLCULO DE LOS REACTORES LIMITADORES DE CORRIENTE EN LA SUBESTACIÓN YAGUACHI EN LA BARRA DE 230 kV ............. 157 6.3.1.1 Selección de los reactores limitadores de corriente ............... 157 6.3.1.2 Resultados obtenidos de la implementación de los reactores limitadores de corriente en las líneas de transmisión............. 159 6.4 SECCIONAMIENTO DE BARRA CON REACTOR LIMITADOR DE CORRIENTE .............................................................................................. 161 6.4.1 RESULTADOS OBTENIDOS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LOS REACTORES LIMITADORES DE CORRIENTE EN LA SUBESTACIÓN YAGUACHI EN LA BARRA DE 230 kV .............................................. 161. CAPÍTULO VII CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................... 163 7.1 CONCLUSIONES ...................................................................................... 163 7.2 RECOMENDACIONES .............................................................................. 164. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 166. ANEXOS ............................................................................................................. 168.

(16) xv. RESUMEN En el presente proyecto de titulación se realiza un análisis para evaluar el estado de operación en el que se encuentran los equipos de las subestaciones de la zona de Guayaquil que pertenecen a CELEC-EP TRANSELECTRIC debido a la creciente demanda de energía y por lo tanto la necesidad de instalar proyectos de generación.. Para efectuar dicho análisis se aplica los criterios de corriente de cortocircuito nominal, pico de corriente de cortocircuito, corriente nominal, constante de tiempo y voltaje transitorio de recuperación a los disyuntores, seccionadores y transformadores de corriente.. Se utiliza el programa Power Factory de DigSILENT para el cálculo de corrientes de cortocircuito con la norma IEC y con la topología del sistema de transmisión según el plan de expansión de transmisión 2008 – 2017 de CELEC-EP TRANSELECTRIC tanto para el año 2010 como 2016 el cual incluye el sistema de 500 kV.. Se establecen las medidas y las alternativas contra la superación de los equipos para evitar su reemplazo.. Al. final. del. proyecto. recomendaciones.. de. titulación. se. exponen. sus. conclusiones. y.

(17) xvi. PRESENTACIÓN El proyecto de titulación “Diagnóstico del equipamiento del sistema nacional de transmisión al exceder sus valores nominales” consta de siete capítulos descritos a continuación:. En el primer capítulo se describe el motivo por el cual se realiza este proyecto de titulación, se establecen objetivos generales y específicos.. En el segundo capítulo se realiza una breve descripción de la razón por la cual se seleccionan los equipos que serán analizados para determinar su estado de operación y se nombran las normas IEC y ANSI/IEEE en las cuales se basan dichos equipos.. En el tercer capítulo se reseña el comportamiento de los disyuntores, seccionadores, transformadores de corriente y barras encapsuladas en SF6 según las normas IEC y ANSI/IEEE.. En el cuarto capítulo se explican los criterios que se utilizan para determinar si los equipos están superados o no. Se aplica los criterios a los equipos de las subestaciones de la zona de Guayaquil que pertenecen a CELEC-EP TRANSELECTRIC y con la topología del sistema de trasmisión de los años 2010 y 2016, conforme con el plan de expansión de transmisión 2008 – 2017 de CELEC-EP TRANSELECTRIC.. En el quinto capítulo se plantea las medidas contra la superación en los equipos.. En el sexto capítulo se simula en el programa Power Factory de DigSILENT las alternativas para evitar la superación de las características operativas de los equipos de las subestaciones de Guayaquil con la topología del sistema de trasmisión del año 2016 en el cual se implementa el sistema de 500 kV, según figura en el plan de expansión de transmisión 2008 – 2017 de CELEC-EP TRANSELECTRIC..

(18) xvii. En el séptimo capítulo se presentan las conclusiones y recomendaciones elaboradas al finalizar el presente proyecto de titulación..

(19) 1. CAPÍTULO I GENERALIDADES 1.1 JUSTIFICACIÓN Debido a que la mayoría de disyuntores, seccionadores, barras encapsuladas en SF6 y transformadores de corriente fueron instalados en la red de transmisión hace más 25 años y dada la creciente demanda tanto de energía como de potencia, no se tiene la certeza de que dichos equipos instalados se encuentren operando dentro de sus capacidades nominales en los años 2010 y 2016.. Particularmente en el año 2016 con la entrada en operación de grandes centrales de generación y su sistema de transmisión asociado de 500 kV.. 1.2 OBJETIVOS 1.2.1 GENERAL Definir las condiciones operativas actuales en las que se encuentran los equipos técnicamente seleccionados de la red de transmisión y los requerimientos necesarios para su posible sustitución de acuerdo a normas tanto para los años 2010 como 2016.. 1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS -. Establecer los criterios para determinar los equipos que serán objeto de estudio.. -. Determinar las principales razones por las cuales se reemplazarían lo equipos.. -. Aplicar normas y/o criterios a los equipos previamente seleccionados y de esta manera saber si deben ser reemplazados o no.. 1.3 ALCANCE Se establecerá los motivos por los cuales se realizará el estudio para el reemplazo de los equipos: disyuntores, seccionadores, transformadores de corriente y barras encapsuladas en SF6 de la red de transmisión, en las.

(20) 2. condiciones actúales y tomando. en cuenta el impacto que tendrá la. implementación del sistema de transmisión de 500 kV con la topología que consta en el plan de expansión de transmisión 2008 - 2017.. Se fijará el estado de operación en el que se encuentran los equipos en las subestaciones de la zona de Guayaquil, misma que presenta el 25.92 % del consumo de energía del país, con un análisis por corrientes de corto circuito, corriente nominal, constante de tiempo, pico de corriente de corto circuito y voltaje de restablecimiento transitorio..

(21) 3. CAPÍTULO II RAZONES PARA ESCOGER LOS EQUIPOS QUE SE REEMPLAZARÁN 2.1 DESCRIPCIÓN Debido al crecimiento de la demanda de energía eléctrica se necesitan desarrollar proyectos de generación hidroeléctrica en el país como Coca Codo Sinclair de 1500 MW, Sopladora de 487 MW, Minas de 273 MW, La Unión de 80,5 MW, Chespi de 167 MW y Toachi Pilatón conformada por la central Sarapullo de 50 MW y la central Alluriquin de 178 [1], [1], para aprovechar estas potencias se necesita de un sistema de transmisión de gran capacidad como el que se incluye en el plan de expansión de transmisión 2008 – 2017.. E.E. COTOPAXI 1.65% E.E. ESMERALDAS 2.52% E.E. LOS RIOS 1.86% E.E. MANABÍ 7.36% E.E. MILAGRO 2.61%. E.E.BOLIVAR E.E. AZOGUES CONSUMOS 0.38% 0.56% E.E. AMBATO PROPIOS GRANDES 2.66% 1.27% CONSUMIDORES 6.28% EXPORTACIÓN 0.24% E.E. SUCUMBIOS 0.86% E.E. REG. NORTE 2.65% EMELGUR 6.64%. E.E. QUITO 20.82%. CATEG-D 25.92%. E.E. CENTRO SUR 4.44% E.E. REG. SUR 1.48% E.E. EL ORO 3.81%. E.E. RIOBAMBA 1.42%. E.E. SANTA ELENA 2.25%. E.E. SANTO DOMINGO 2.32%. Figura 2.1 Estructura del consumo de energía con participación de las empresas distribuidoras, d grandes consumidores, auto a productores y exportaciones [2] [.

(22) 4. EVOLUCIÓN DEL CONSUMO DE ENERGÍA EN EL S.N.I. 8000 7000 6000 GWh. 5000 4000. Residencial. 3000. Comercial. 2000. Industrial. 1000. Alumbrado público y otros. 0. AÑO. Figura 2.2 Evolución del consumo de energía en el Sistema Nacional Interconectado [3]. Figura 2.3 Sistema de Transmisión de 500kV [4].

(23) 5. Con la implementación de estos proyectos, se producirá un cambio en la topología del Sistema Nacional de Transmisión y un incremento de la corriente de cortocircuito en las subestaciones, motivos por los cuales es necesario verificar el estado de operación en el que se encuentran los equipos de las subestaciones.. En el presente proyecto de titulación se plantean los criterios para el análisis de los equipos en las subestaciones del sector Guayaquil, ya que al realizar el cálculo de las corrientes de cortocircuito con la norma IEC en el programa Power Factory de DigSILENT presentan las corrientes de cortocircuito más altas del Sistema Nacional de Transmisión y se encuentran en el anexo 1.. 2.2 SELECCIÓN DE EQUIPOS Los equipos en los que se verificará que sus parámetros nominales no sean excedidos por el cambio de topología de la red de transmisión al incrementar la capacidad instalada de generación son los siguientes: -. Disyuntores. -. Seccionadores. -. Transformadores de corriente. Se considera a estos equipos por cuanto se ven afectados directamente por la corriente que circula a través de ellos tanto en operación nominal como en condiciones de cortocircuito.. 2.3 NORMAS DE LOS EQUIPOS Las especificaciones técnicas de los equipos mencionados se basan en las normas IEC y ANSI/IEEE. En consecuencia la verificación del estado de operación de los equipos indicados se realizará de acuerdo con las exigencias de estas normas.. 2.3.1 NORMAS IEC [5] La IEC (Comisión Electrotécnica Internacional) es una organización internacional de normalización que comprende todos los comités nacionales (IEC comités nacionales)..

(24) 6. El objetivo de la IEC es promover la cooperación internacional en todo lo relacionado con la normalización de los temas eléctricos y electrónicos.. Para este fin y como complemento de otras actividades, la IEC publica normas internacionales, cuya preparación es encomendada a los comités técnicos, donde cualquier Comité Nacional IEC interesado en el tema tratado puede participar en esta labor preparatoria.. La IEC colabora estrechamente con el Organismo Internacional de Organización Internacional de Normalización (ISO), de conformidad con las condiciones determinadas por acuerdo entre las dos organizaciones.. Los documentos producidos tienen la forma de recomendaciones para el uso internacional y se publican en forma de normas, especificaciones técnicas, informes técnicos o guías.. 2.3.2 NORMAS ANSI/IEEE [6] Las normas ANSI/IEEE (Instituto Nacional Americano de Normalización/Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) se desarrollan dentro de las sociedades IEEE y los Comités de Coordinación de Normas de la Asociación de Normas IEEE (IEEE-SA), representando un consenso de la amplia experiencia en el tema y están sujetas a cambios producidos por la evolución de la técnica y los comentarios recibidos de los usuarios de las mismas.. Cada norma IEEE es sometida a revisión al menos cada cinco años, ya sea para su revisión o reafirmación. Cuando un documento tiene más de cinco años y no ha sido confirmado se asume que su contenido aun está vigente.. 2.4 NORMAS DE DISYUNTORES 2.4.1 NORMA IEC [5] IEC 60694 “Common specifications for high-voltage switchgear and controlgear standards” establece los requerimientos comunes para los equipos del patio de.

(25) 7. maniobras de las subestaciones y guarda concordancia con las normas específicas correspondientes a cada equipo [7].. IEC 62271-100 “High-voltage switchgear and controlgear – Part 100: High-voltage alternating-current circuit-breakers” anula y sustituye a la cuarta edición de la norma IEC 60056, publicado en 1987, se emplea en disyuntores de alto voltaje en corriente alterna diseñados para ser instalados a la intemperie o interior.. A fin de simplificar la aplicación de los requisitos correspondientes, la misma numeración de las cláusulas y subcláusulas se utiliza como en la IEC 60694 “Common specifications for high-voltage switchgear and controlgear standards”.. Las modificaciones de estas cláusulas y subcláusulas se dan bajo las mismas referencias, mientras los incisos adicionales están numerados desde 101.. 2.4.2 NORMA ANSI [6] ANSI C37.04-1999 “Rating Structure for AC High-Voltage Circuit Breakers” revisión de la norma ANSI C37.04-1979, cubre todos los disyuntores de tipo interior e intemperie con voltajes nominales mayores a 1kV y constituye la base para todas las características nominales asignadas, incluyendo el voltaje máximo, nivel de aislamiento, corriente continua, corriente de cortocircuito y voltaje transitorio de recuperación.. 2.5 NORMAS DE SECCIONADORES 2.5.1 NORMA IEC [9] IEC 62271-102 “High-voltage switchgear and controlgear – Part 102: Alternating current disconnectors and earthing switches” anula y sustituye a la norma IEC 60129 “Alternating current disconnectors and earthing switches”, publicado en 1984, la corrección 1 (1992) y la corrección 2 (1996) constituyen una revisión técnica. Además, reemplaza IEC 61128 “Alternating current disconnectors-bustransfer current switching”, IEC 61129 “Alternating current earthing switchesinduced current switches” e IEC 61259 “Gas insulated metal enclosed switchgear.

(26) 8. for rated voltages of 72,5 kV and above. Requirements for switching of bus charging currents by disconnectors”, las cuales quedan retiradas y canceladas.. Esta norma cubre los seccionadores diseñados para su instalación a la intemperie o interior en sistemas con voltajes superiores a 1 kV.. IEC 62271-102 ““High-voltage switchgear and controlgear – Part 102: Alternating current disconnectors and earthing switches”” debe leerse en conjunto con IEC 60694 “Common specifications for high-voltage switchgear and controlgear standards”, a lo que se refiere y es aplicable, a menos que se especifique lo contrario.. Con el fin de simplificar la indicación de los requisitos correspondientes, la misma numeración de las cláusulas y subcláusulas se utiliza como en la IEC 60694 “Common specifications for high-voltage switchgear and controlgear standards”.. 2.5.2 NORMAS ANSI [10] ANSI C37.32-1990 “High-Voltage Air Switches, Bus Supports, and Switch Accessories-Schedules of Preferred Ratings, Manufacturing Specifications, and Application Guide”, fija las características nominales, la especificación de fabricación y aplicación de la información para los seccionadores de alto voltaje siendo su montaje a la intemperie o interior.. 2.6 NORMAS DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE 2.6.1 NORMA IEC [11] IEC 60044-1 “Instrument transformers-Part 1: Current transformers” se aplica a los transformadores de corriente tanto de medición como protección a frecuencias entre 15 y 100 Hz y establece definiciones, condiciones de servicio normales y especiales, parámetros eléctricos, clasificación de pruebas, pruebas de rutina, pruebas especiales, pruebas tipo, requisitos de diseño y requerimientos adicionales..

(27) 9. 2.6.2 NORMA ANSI [12] IEEE C57.13-1993 “Requirements for Instrument Transformers”, es una revisión de la norma ANSI C57.13-1978, se utiliza en los transformadores de corriente para. medida. y. protección,. especificando. las. características. eléctricas,. dimensionales y mecánicas, tomando en consideración ciertas características de seguridad.. 2.7 NORMAS DE BARRAS ENCAPSULADAS EN SF6 2.7.1 NORMA IEC [13] IEC 60517 “Gas-Insulated metal-enclosed switchgear for rated voltages of 72,5 kV and above”, es aplicable para barras encapsuladas con aislamiento de gas y de instalación a la intemperie o interna.. Esta norma deberá leerse en conjunto con IEC 60694 “Common specifications for high-voltage switchgear and controlgear standards”, a lo que se refiere y es aplicable, a menos que se especifique lo contrario.. Con el fin de simplificar la indicación de los requerimientos correspondientes, se emplea la misma numeración de las cláusulas y subcláusulas como en la IEC 60694 “Common specifications for high-voltage switchgear and controlgear standards”.. 2.7.2 NORMA ANSI [14] ANSI C37.122-1993 “For Gas-Insulated Substations” establece los requisitos técnicos para el diseño, fabricación, pruebas e instalación de una barra encapsulada de corriente alterna y voltajes de 72,5 a 800 kV.. 2.8 ECUACIÓN DE RESPUESTA TRANSITORIA EN UN CIRCUITO RL ALIMENTADO POR UNA FUENTE ALTERNA SENOIDAL La ecuación de respuesta transitoria en un circuito RL alimentado por una fuente alterna senoidal respalda los conceptos de la componente continua de la corriente.

(28) 10. de cortocircuito que se presentan en el capítulo III.. Figura 2.4 Circuito RL alimentado por una fuente alterna senoidal. Al establecer un voltaje alterno siguiente ecuación:. . al circuito RL se tiene la. . . (2.1). La solución total a la ecuación 2.1, se obtiene resolviendo: . . 0 (2.2). . (2.3). Las soluciones a las ecuaciones 2.2 y 2.3 corresponden a las respuestas transitoria y forzada respectivamente.. Solución total a la ecuación (2.1): . . . . !/# . . (2.4). La ecuación 2.4 esta formada por dos términos: − El primero es la componente de corriente alterna. − El segundo es la componente de corriente continua, misma que decae exponencialmente con la constante de tiempo $ ($ /) y cuya amplitud. depende del . , así si la falla se produce cuando el valor del. voltaje instantáneo es cero la componente continua será máxima, mientras.

(29) 11. que si el valor instantáneo del voltaje es máximo la componente continua será nula..

(30) 12. CAPÍT ULO III ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL EQUIPO SELECCIONADO. 3.1 DESCRIPCIÓN DEL COMPORTAMIENTO CONFORME NORMAS IEC Y ANSI/IEEE. DE. EQUIPOS. 3.1.1 DISYUNTORES. 3.1.1.1 Especificaciones de disyuntores según norma IEC [5] La norma IEC 62271-100 “High-voltage switchgear and controlgear – Part 100: High-voltage alternating-current circuit-breakers” se aplica a disyuntores de alto voltaje en corriente alterna, diseñados para instalarse en el exterior y operar a frecuencias de 50 y 60 Hz en los sistemas que tienen voltajes sobre 1 kV.. Para definir las características nominales de los disyuntores se toma en cuenta: a) Voltaje nominal (Vr) b) Nivel de aislamiento nominal c) Frecuencia nominal (fr) d) Corriente nominal normal (Ir) e) Incremento de temperatura f) Corriente nominal de corta duración soportable (Ik) g) Corriente nominal pico soportable (Ip) h) Duración nominal de cortocircuito (tk) i) Corriente nominal de interrupción de cortocircuito (Isc) j) Voltaje transitorio de recuperación (TRV) k) Secuencia nominal de operación l) Corrientes nominales de cierre y ruptura fuera de fase. 3.1.1.1.1. Voltaje nominal (Vr) [7]. Indica el límite de voltaje máximo del sistema para el que se destina el disyuntor..

(31) 13. Los valores normalizados son: -. Rango 1 para voltajes nominales menores o iguales a 245 kV: Serie I: 3,6 - 7,2 - 12 - 17,5 - 24 - 36 - 52 - 72,5 - 100 - 123 - 145 - 170 - 245 kV Serie II: 25,8 - 38 - 48,3 - 72,5 kV. -. Rango 2 para voltajes nominales mayores a 245 kV: 300 - 362 - 420 - 550 - 800 kV. 3.1.1.1.2. Nivel de aislamiento nominal [7]. El nivel de aislamiento se escoge según el voltaje nominal que se encuentra en las tablas de la norma IEC 60694 “Common specifications for high-voltage switchgear and controlgear standards”: − Tabla 1a (Rated insulation levels for rated voltages of range I, series I) para voltajes nominales del rango 1, serie 1. − Tabla 1b (Rated insulation levels for rated voltages of range I, series II) para voltajes nominales del rango 1, serie 2. − Tabla 2a (Rated insulation levels for rated voltages of range II) y 2b (Additional rated insulation levels in North America for range II) para voltajes nominales del rango 2. Tabla 3.1 Nivel de aislamiento para disyuntores de voltajes nominales de 245 kV y menores [7]. Voltaje nominal % kV (valor r.m.s). 123 145 170 245. 3.1.1.1.3. Voltaje asignado de corta duración a frecuencia industrial kV (valor r.m.s) A través de la Valor distancia de común aislamiento 185 210 230 265 230 265 275 315 275 315 325 375 360 415 395 460 460 530. Frecuencia nominal (fr). Los valores normalizados son: 50 y 60 Hz. Voltaje asignado a impulso tipo rayo & kV (valor pico) A través de la Valor distancia de común aislamiento 450 520 550 630 550 630 650 750 650 750 750 860 850 950 950 1050 1050 1200.

(32) 14. 3.1.1.1.4. Corriente nominal normal (Ir) [7]. Es el valor de corriente r.m.s. que el disyuntor puede llevar continuamente bajo condiciones específicas de uso y funcionamiento.. El valor normalizado de corriente nominal normal será seleccionado desde la serie R10 especificada en la norma IEC 60059 “IEC standard current ratings”.. La serie R 10 comprende los números: 1 - 1,25 - 1,6 - 2 - 2,5 - 3,15 - 4 - 5 - 6,3 8 y aquellos formados por el producto entre estos número por 10n.. 3.1.1.1.5. Incremento de temperatura [7]. El incremento de temperatura de cualquier parte del disyuntor a temperatura ambiente menor a 40 ºC, no deberá sobrepasar el valor fijado en la tabla 3.2. Tabla 3.2 Límite e incremento de temperatura en las partes, materiales y aislantes del disyuntor [7]. Partes. 1. Contactos (a) Cobre desnudo o aleación de cobre desnudo - En aire - En SF6 - En aceite Recubierto de plata o níquel - En aire - En SF6 - En aceite Recubierto de estaño - En aire - En SF6 - En aceite 2. Conexión atornillada o equivalente (a) Cobre desnudo, aleación de cobre desnudo o aleación de aluminio desnudo - En aire - En SF6 - En aceite Recubierto de plata o níquel - En aire - En SF6 - En aceite Recubierto de estaño - En aire - En SF6 - En aceite. Valor máximo Incremento de temperatura Temperatura a temperatura ambiente ºC menor a 40ºC K. 75 105 80. 35 65 40. 105 105 90. 65 65 50. 90 90 90. 50 50 50. 90 115 100. 50 75 60. 115 115 100. 75 75 60. 105 105 100. 65 65 60.

(33) 15. Partes. Valor máximo Incremento de temperatura Temperatura a temperatura ambiente ºC menor a 40ºC K. 3. Todos los contactos o conexiones de metales al (b) (b) descubierto o recubrimiento con otros materiales 4. Terminales para la conexión a conductores externos por medio de tornillos o pernos (c) - Desnudo 90 50 - Plata, níquel o recubiertos con estaño 105 65 - Otros recubrimientos (b) (b) 5. Materiales utilizados como aislantes y partes metálicas en contacto con el aislamiento de las siguientes clases: 90 50 - Y 65 - A 105 - E 120 80 - B 130 90 - F 155 115 - Esmalte: base de aceite 100 60 120 80 sintéticos 140 - H 180 - C otros materiales aislantes (d) (d) (d) 6. Cualquier parte de metal o de material aislante en contacto con aceite, a excepción de los 100 60 contactos 7. Partes cercanas - Espera ser tocadas en operación normal. 70 30 - No necesitan ser tocadas en operación 80 40 normal Notas: a. Cuando las piezas en contacto tienen capas diferentes o una parte es de material desnudo, la temperatura e incremento admisible - Para los contactos, son las del material de la superficie con el valor más bajo permitido en el punto 1. - Para las conexiones, son las del material de superficie con el valor más alto permitido en el punto 2. b. Cuando los materiales son distintos de los indicados en la tabla, se consideran sus propiedades con el fin de determinar el máximo incremento de temperatura. c. Los valores e incrementos de temperatura son válidos incluso si el conductor conectado a los terminales está desnudo. d. Limitado sólo por la acción de no causar ningún daño a las partes adyacentes.. 3.1.1.1.6. Corriente nominal de corta duración soportable (Ik) [7]. Es el valor de corriente r.m.s. que el disyuntor puede soportar por un corto tiempo cuando está cerrado.. El valor normalizado de corriente nominal de corta duración soportable, se seleccionará desde la serie R10 especificada en la norma IEC 60059 “IEC standard current ratings”, y este valor debe ser compatible con cualquier otra característica de cortocircuito asignada específicamente para el disyuntor..

(34) 16. La serie R 10 comprende los números: 1 - 1,25 - 1,6 - 2 - 2,5 - 3,15 - 4 - 5 - 6,3 -8 y aquellos formados por el producto entre estos número por 10n.. 3.1.1.1.7. Corriente nominal pico soportable (Ip) [7]. Es la máxima corriente de cortocircuito que soporta el disyuntor durante el primer ciclo de la corriente de cortocircuito eficaz.. La corriente pico nominal a una frecuencia nominal de 50 Hz y por debajo de ella, es igual a 2,5 veces la corriente de cortocircuito eficaz, mientras que a una frecuencia nominal de 60 Hz es igual a 2,6 veces la corriente de cortocircuito eficaz.. 3.1.1.1.8. Duración del cortocircuito nominal (tk) [7]. Intervalo de tiempo durante el cual en posición cerrada el disyuntor soporta la corriente de cortocircuito eficaz.. El valor normalizado de dicho intervalo es de 1 s.. Si es necesario, un valor superior o inferior a 1 s pueden ser: 0,5 - 2 - 3 s.. 3.1.1.1.9. Corriente nominal de interrupción de cortocircuito (Isc). Es la corriente de cortocircuito más alta que el disyuntor deberá ser capaz de interrumpir en las condiciones de operación.. La corriente nominal de interrupción de cortocircuito esta caracterizada por dos valores: − Valor r.m.s. de su componente a.c. cuyo valor normalizado será seleccionado desde la serie R 10 especificada en la norma IEC 60059 “IEC standard current ratings”. La serie R 10 comprende los números: 1 - 1,25 - 1,6 - 2 - 2,5 - 3,15 - 4 - 5 6,3 - 8 y aquellos formados por el producto entre estos número por 10n. − Porcentaje de su componente d.c. que se calcula con la siguiente fórmula: %dc = 100 . Top Tr. +.

(35) 17. Donde: Top: Tiempo del relé Tr: Tiempo del disyuntor. $: Constante de tiempo. Figura 3.1 Porcentaje de componente d.c. en función del intervalo de tiempo (Top + Tr) para la constante tiempo normalizada τ1 y para constantes de tiempo τ2, τ3, y τ4 [5]. 3.1.1.1.10. Voltaje transitorio de recuperación (TRV). Voltaje transitorio de recuperación relacionado con Isc es el voltaje de referencia que constituye el límite de una futura recuperación de voltaje en los contactos del disyuntor y deberá soportar en condiciones de falla.. Para la representación de las ondas del TRV se utilizan los siguientes parámetros: 1. Representación de referencia a cuatro parámetros: a. -. : Primer voltaje de referencia, en kV Donde:. -. /2/3 2&& %. % : Voltaje nominal. 2&& : Factor de primer polo b.. .:. 23 : Factor de amplitud. Tiempo para llegar -. , en 4.

(36) 18. .. se deriva de -. y el valor de la tasa crecimiento. 56 6. c. -7 : Segundo voltaje de referencia (valor pico de TRV), en kV -7 23 -.. Donde:. 23 es igual a 1,4 para fallas próxima y alejada al disyuntor,. d.. 8:. 1,25 para falla fuera de fase. Tiempo para llegar -7 , en 4. 8. 3. .. Figura 3.2 Representación del TRV para referencia a cuatro parámetros y línea de retardo [5]. 2. Representación de referencia a dos parámetros:. a. -7 : Voltaje de referencia (valor pico de TRV), en kV Donde:. -. /2/3 2&& 23 %. 23 es igual a 1,4 para fallas próxima y alejada al disyuntor,. b.. 9: 9. 1,25 para falla fuera de fase. Tiempo para llegar -7 , en 4. 5. se deriva de -7 y el valor de la tasa crecimiento : ;.

(37) 19. Figura 3.3 Representación del TRV para referencia a dos parámetros y línea de retardo [5]. 3. Línea de retardo de TRV: :. Tiempo de retardo, en 4. - < : Voltaje de referencia, en kV <. : Tiempo para llegar - < , en 4. La línea de retardo inicia en el eje tiempo de retardo y corre paralela a la primera sección de la línea de referencia del TRV y termina en el voltaje - < . − Para voltajes nominales menores a 52 kV: . = 0,15 9 , (para 48,3 kV,. -′ 5: =;. y. 5: 9. . y. <. se deriva de - <. . = 0,05 9 ). conforme la figura 3.3. − Para voltajes nominales entre 52 y 72,5 kV: . = 0,05. -′ 5: =;. y. 5: 9. . y. 9. <. para fallas próxima y alejada del disyuntor. se deriva de - <. conforme la figura 3.3. − Para voltajes nominales mayores a 72,5 kV:.

(38) 20. . = 0,21. -′ 56 =6. 56. y. 8. . y. .. <. o 2 4 para fallas próxima y alejada del disyuntor. se deriva de - <. conforme la figura 3.2. 4. TRV inicial:. - : Primer voltaje de referencia (TRV inicial pico), en kV :. Tiempo para llegar - , en 4. Figura 3.4 Representación del ITRV en relación con TRV [5]. Los valores normalizados del TRV se encuentran en las tablas 1a, 1b y 1c de la norma IEC 62271-100 “High-voltage switchgear and controlgear – Part 100: Highvoltage alternating-current circuit-breakers”.. Para la representación del TRV se utilizan: − Dos parámetros para voltajes nominales menores a 100 kV − Cuatro parámetros para voltajes nominales de 100 a 170 kV − Cuatro parámetros para voltajes nominales de 245 kV y mayores.

(39) Tabla 3.3 Valores normalizados de TRV para voltajes de 100 a 170 kV [5] Voltaje nominal % kV. 123. Factor de amplitud. Primer voltaje de referencia. Falla próxima. 1,3 1,5. p.u. 1,4 1,4. kV 131 151. Falla alejada. 1. 1,4. 2 2,5 1,3 1,5. Tipo de prueba. Falla fuera de fase Falla próxima 145. Falla alejada Falla fuera de fase Falla próxima. 170. Falla alejada Falla fuera de fase. Factor de primer polo 2&& p.u.. 23. -.. Tiempo .. 4s. Valor pico TRV. -7. Tiempo 8. 4s. Tiempo de retardo . Voltaje -< kV. Tiempo. 65 75. 35 40. <. 4s. RRRV -. >. kV> 4s. 65 75. kV 183 211. 195 225. 4s 2 2. 100. 50. 141. 150. 2. 50. 27. 2. 1,25 1,25 1,4 4,4. 163 251 154 178. 106 150 77 89. 204 314 215 249. 318 450 231 267. 20 28 2 2. 82 126 77 89. 73 103 41 47. 1.54 1.67 2 2. 1. 1,4. 118. 59. 166. 177. 2. 59. 32. 2. 2 1,5 1,3 1,5 1 2 2,5. 1,25 1,25 1,4 1,4 1,4 1,25 1,25. 237 296 180 208 139 278 347. 154 177 90 104 69 181 208. 296 370 253 291 194 347 434. 462 531 270 312 207 543 624. 29 33 2 2 2 34 39. 119 148 90 104 69 139 174. 106 122 47 54 37 124 413. 1.54 1.67 2 2 2 1.54 1.67. 2 2. 21.

(40) Tabla 3.4 Valores normalizados de TRV para voltajes de 245 kV y mayores [5] Voltaje nominal B% kV. Tipo de prueba. 245. Falla próxima Falla alejada Falla fuera de fase. Factor de primer polo. Factor de amplitud. p.u.. 23. Primer voltaje de referencia. p.u.. -.. Tiempo. kV. 1,3. 1,4. 260. 1. 1,4. 2. 1,25. 2&&. Valor pico TRV. Tiempo de retardo. RRRV -. >. kV> 4s. -7. Tiempo. 130. 364. 390. 200. 100. 280. 300. 2. 100. 52. 2. 400. 260. 500. 780. 49. 200. 179. 1,54. .. 4s. kV. 8. 4s. Voltaje -< kV. Tiempo. 2. 130. 67. . 4s. <. 4s. 2. 22.

(41) 23. 3.1.1.1.11. Secuencia nominal de operación. Existen dos alternativas de secuencia nominal de operación: a) O– t – CO – t’ – CO A menos que se especifique lo contrario: t = 3 min para disyuntores sin auto recierre t = 0.3 s para disyuntores con auto recierre t’ = 3 min Nota: También se utiliza t’ igual a 15 s y 1 min para los disyuntores con auto recierre.. b) CO – t” = CO t” = 15 s para disyuntores sin auto recierre Donde: O: representa la operación de apertura CO: representa la operación de cerrado seguida inmediatamente después de la operación de apertura t, t’ y t”: son intervalos de tiempo entre las operaciones sucesivas t y t’: se expresa en minutos o segundos t”: se expresa en segundos. 3.1.1.1.12. Corrientes nominales de cierre y ruptura fuera de fase. La corriente nominal de ruptura fuera de fase es la máxima corriente fuera de fase que el disyuntor será capaz de romper en las condiciones de uso y funcionamiento establecidas con un voltaje de recuperación como se define a continuación.. Las especificaciones de las corrientes nominales de ruptura y cierre fuera de fase no son necesarias, si dichas corrientes son asignadas, se aplica lo siguiente: a. El voltaje de recuperación a frecuencia industrial será 2/√3 veces el voltaje nominal para sistemas con neutro sólidamente puesto a tierra y 2,5/√3 veces el voltaje nominal para otros sistemas. b. El TRV será de acuerdo a los valores de: − Tabla 1a de la norma IEC 62271-100 “High-voltage switchgear and.

(42) 24. controlgear – Part 100: High-voltage alternating-current circuitbreakers” para disyuntores con voltajes nominales menores a 100 kV. − Tabla 1b de la norma IEC 62271-100 “High-voltage switchgear and controlgear – Part 100: High-voltage alternating-current circuitbreakers” para disyuntores con voltajes nominales entre 100 y 170 kV. − Tabla 1c de la norma IEC 62271-100 “High-voltage switchgear and controlgear – Part 100: High-voltage alternating-current circuitbreakers” para disyuntores con voltajes nominales de 245 kV y mayores. c. La corriente nominal de ruptura fuera de fase será el 25% de la corriente nominal de interrupción de cortocircuito y la corriente nominal de cierre fuera de fase será el valor pico de la corriente nominal de ruptura fuera de fase, a menos que se indique lo contrario. Las condiciones normalizadas de uso con respecto a las corrientes nominales de ruptura y cierre fuera de fase son: − Las operaciones de apertura y cierre se realizan con las instrucciones dadas por el fabricante para el funcionamiento y el uso adecuado del disyuntor y sus equipos auxiliares. − La condición de puesta a tierra del neutro para el sistema de potencia corresponde a aquella para la que el disyuntor se ha probado. − Ausencia de falla en uno y otro lado del disyuntor. 3.1.1.2 Especificaciones de disyuntores según norma ANSI [6] La norma ANSI C37.04-1999 “Rating Structure for AC High-Voltage Circuit Breakers” se emplea en los disyuntores de alto voltaje en corriente alterna, para ser instalados a la intemperie, a frecuencias de 50 y 60 Hz. y en voltajes. superiores a 1 kV.. Las características nominales de un disyuntor incluyen los siguientes parámetros: a) Voltaje nominal máximo.

(43) 25. b) Frecuencia nominal c) Corriente nominal d) Límites de temperatura e) Nivel de aislamiento nominal f) Secuencia nominal de operación g) Tiempo nominal de interrupción h) Corriente nominal de cortocircuito i) Capacidad de interrupción de corriente simétrica j) Capacidad de interrupción de corriente asimétrica k) Capacidad de cierre de cortocircuito l) Voltaje transitorio de recuperación nominal m) Capacidad de interrupción de corriente fuera de fase. 3.1.1.2.1. Voltaje nominal máximo. Es el voltaje fase – fase r.m.s. más alto con el cual se diseña el disyuntor y es el límite superior para su operación.. Los valores normalizados del voltaje nominal máximo son: 121, 145, 169, 242, 362, 550 y 800 kV r.m.s.. 3.1.1.2.2. Frecuencia nominal. Frecuencia a la cual está diseñado el disyuntor para operar.. Las frecuencias normalizadas son: 50 y 60 Hz. 3.1.1.2.3. Corriente nominal. Es el límite establecido de corriente r.m.s. en amperios a la frecuencia nominal.. Los valores normalizados de corriente nominal son: 1200, 1600, 2000 y 3000 A r.m.s.. En la tabla 3.5 se presentan los valores normalizados de corriente nominal para.

(44) 26. disyuntores del voltajes de 121 k V y mayores. Tabla 3.5 Valores normalizados de corriente nominal para disyuntores de voltajes de 121 kV y mayores [8] Voltaje nominal máximo kV r.m.s. 121 145 169 242. 3.1.1.2.4. Corriente nominal A r.m.s. 1200, 1600, 2000, 3000 1200, 1600, 2000, 3000 1200, 1600, 2000 1600, 2000, 3000. Límites de temperatura. La temperatura de las partes y materiales de un disyuntor será limitada por los valores que se encuentran en la tabla 3.6 Tabla 3.6 Límite e incremento de temperatura en las partes y materiales del disyuntor [6]. O A B F H C. Temperatura total ºC 90 105 130 155 180 220. Incremento de temperatura a temperatura ambiente (40ºC) 50 65 90 115 140 180. Aceite. 90. 50. 75 105 80. 35 65 40. 105 105 90. 65 65 50. 105 105 90. 65 65 50. Partes y materiales 1. Material utilizado como aislante y partes metálicas en contacto con el aislamiento de estas clases 2. Contactos. Cobre desnudo y de aleaciones de cobre desnudo − En aire − En SF6 − En aceite Recubierto de plata o níquel con recubrimiento − En aire − En SF6 − En aceite Recubiertos de estaño − En aire − En SF6 − En aceite.

(45) 27. Partes y materiales 3. Conexiones, atornillados o su equivalente. 4. Conexiones, atornillados o su equivalente. Temperatura total ºC. Incremento de temperatura a temperatura ambiente (40ºC). 90 115 100. 50 75 60. 115 115 100. 75 75 60. 105 105 100. 65 65 60. Cobre desnudo, aleaciones de cobre desnudo, aluminio desnudo o aleación de aluminio desnudo − En aire − En SF6 − En aceite Recubierto de plata o níquel con recubrimiento − En aire − En SF6 − En aceite Recubiertos de estaño − En aire − En SF6 − En aceite. 5. Todos los contactos o conexiones de metales Nota Nota desnudos o revestidos de otros materiales Cobre desnudo y 6. Terminales 90 50 para la aleaciones de cobre conexión a desnudo conductores Recubierto de plata, 105 65 exteriores niquel o estaño mediante tornillos o Otros recubrimientos Nota Nota pernos Nota: Cuando los materiales sean distintos de los indicados en tabla se tomará en cuenta sus propiedades para determinar el incremento de temperatura permisible.. 3.1.1.2.5. Nivel de aislamiento nominal. Es la capacidad del disyuntor de soportar un voltaje aplicado con magnitudes y formas de onda en condiciones especiales.. Los valores normalizados del nivel de aislamiento para disyuntores se presentan en la tabla 3.7.

(46) 28. Tabla 3.7 Valores normalizados del nivel de aislamiento para disyuntores [8]. Voltaje nominal máximo kV r.m.s. 121 145 169 242. 3.1.1.2.6. Baja frecuencia En seco En húmedo durante durante 1 min 10 s r.m.s. r.m.s. kV kV 260 230 310 275 365 315 425 350. Voltajes de ensayos Onda de impulso 1,2*50 4 Onda de choque Onda Onda kV completa reducida pico kV kV pico pico 2 4 3 4 550 650 750 900. 412 488 552 675. 710 838 968 1160. 632 748 862 1040. Secuencia nominal de operación. La secuencia de operación del disyuntor normalizada es: O – t – CO – t’ – CO Donde: O: Abrir CO: Cerrar - Abrir t’: 3 min t: 15 s para disyuntores no normalizados con recierre y 0,3 s para disyuntores normalizados con recierre. 3.1.1.2.7. Tiempo nominal de interrupción. Es el máximo intervalo de tiempo en el que se interrumpe la corriente en todos los polos del disyuntor.. El tiempo de interrupción para la operación de cierre – apertura no excederá por más de 1 ciclo al tiempo de interrupción nominal en el caso de 5 ciclos o más, y ½ ciclo si son 3 ciclos o menos. (Los ciclos se basan en la frecuencia nominal).. 3.1.1.2.8. Corriente nominal de cortocircuito. Es el valor más alto de la componente simétrica de la corriente r.m.s. de cortocircuito en amperios de las tres fases, medida en el instante en el que se separa el primer contacto debido al arco eléctrico.. Los valores normalizados de corriente nominal de cortocircuito son: 16 - 20 - 31,5 - 40 - 50 - 63 - 80 kA r.m.s..

(47) 29. En la tabla 3.8 se presentan los valores normalizados de corriente nominal de cortocircuito para disyuntores de voltajes de 121 kV y mayores. Tabla 3.8 Valores normalizados de corriente nominal de cortocircuito para disyuntores de voltajes de 121 kV y mayores [8] Voltaje nominal máximo kV r.m.s. 121 145 169 242. 3.1.1.2.9. Corriente nominal de cortocircuito kA r.m.s. 20, 40, 63 20, 40, 63, 80 16, 31.5, 40, 50, 63 31.5, 40, 50, 63. Capacidad de interrupción de corriente simétrica. Es el valor de la componente simétrica de la corriente r.m.s. de cortocircuito (Isym) en amperios en el instante de la separación del contacto, que el disyuntor está obligado a interrumpir a un voltaje de operación específico, en la secuencia de operación y componente de corriente continua, de menos 20 % del valor de la componente simétrica.. 3.1.1.2.10. Capacidad de interrupción de corriente asimétrica. Es el valor total de corriente de cortocircuito r.m.s. (It) en el instante de la separación del contacto, que el disyuntor debe interrumpir a un voltaje de operación y en secuencia nominal de operación especificados.. La capacidad de interrupción de corriente asimétrica se determina a partir del valor nominal de corriente simétrica y la componente de corriente continua, expresado como el porcentaje del valor máximo de la corriente simétrica. 8. %dc It = Isym D1+2 E F 100. El valor del porcentaje de componente d.c. esta basada en la constante de tiempo normalizada de 45 ms. %dc =100 e-t/45.

(48) 30. Donde: t: Tiempo de separación del contacto. Figura 3.5 Porcentaje de componente d.c. de corriente asimétrica en función del tiempo de separación del contacto [6].. 3.1.1.2.11. Capacidad de cierre de cortocircuito. La capacidad de cierre de cortocircuito es igual a 2,6 para una frecuencia nominal de 60 Hz y 2,5 para 50 Hz veces la corriente de nominal de cortocircuito.. 3.1.1.2.12. Voltaje transitorio de recuperación nominal (TRV). Es el voltaje que se produce en los contactos del disyuntor después de producirse la corriente nominal de cortocircuito.. Los valores normalizados de TRV se encuentran en la tabla 3.9 Tabla 3.9 Valores normalizados de TRV para voltajes nominales de 121 kV y mayores [8] Voltaje nominal máximo kV r.m.s. 121. 145. Tiempo nominal en el punto P G8 4 275 260 260 330 310 310 310. Tasa de crecimiento R 2 4 1,7 1,8 1,8 1,7 1,8 1,8 1,8. Tiempo nominal de retardo G. 4 2,9 2,9 2,9 3,2 3,2 3,2 3,2.

(49) 31. Voltaje nominal máximo kV r.m.s.. Tiempo nominal en el punto P G8 4 395 360 360 360 360 520 520 520 520. 169. 242. Tasa de crecimiento R 2 4 1,7 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8. Tiempo nominal de retardo G. 4 3,4 3,4 3,4 3,4 3,4 4,1 4,1 4,1 4,1. El TRV se representa por: 1. Una forma de onda 1 – coseno, para voltajes nominales menores a 100 kV.. Figura 3.6 Forma de onda del TRV 1 – coseno [6].. La magnitud de la onda, E2, es:. E2 . Donde:. √8 √9. H H3 . H : Factor de amplitud transitoria = 1,54 H3 : Factor de primer polo = 1,5.

(50) 32. : Voltaje nominal máximo Entonces:. E2 = 1,88 . El tiempo nominal del pico de la onda 1 – coseno, E2, varía con el voltaje nominal del disyuntor.. 2. Una forma de onda exponencial y una forma de onda 1 – coseno, para voltajes nominales de 100 kV y mayores.. Figura 3.7 Forma de onda del TRV exponencial y 1 – coseno [6].. La magnitud de la componente exponencial, E1, es igual a: E1 . Donde:. H3 : Factor de primer polo = 1.3 : Voltaje nominal máximo. √8 √9. H3 .

(51) 33. Entonces:. E1 = 1,06 . La tasa de crecimiento, R, de la componente exponencial se establece en 2 kV/4.. La magnitud de la componente 1 – coseno, E2, es: E2 . Donde:. √8 √9. H H3 . H : Factor de amplitud transitoria = 1,4 H3 : Factor de primer polo = 1,3 : Voltaje nominal máximo. Entonces:. E2 = 1,49 . El tiempo nominal del pico de la componente 1 – coseno, T2, varía con el voltaje nominal del disyuntor.. 3.1.1.2.13. Capacidad de interrupción de corriente fuera de fase. Es el máximo valor de corriente fuera de fase que el disyuntor será capaz de romper a frecuencia nominal y voltaje de recuperación igual a 2 veces el voltaje. nominal máximo dividido para √3 en el caso de sistemas conectados a tierra y 2,5 veces el voltaje nominal máximo dividido para √3 en sistemas sin puesta tierra.. Si el disyuntor tiene asignada la capacidad de interrupción de corriente fuera de fase, el valor preferido será el 25% de la corriente nominal de cortocircuito expresada en kA, a menos que se especifique lo contrario.. 3.1.2 SECCIONADORES. 3.1.2.1 Especificaciones de seccionadores según norma IEC [9] IEC 62271-102 “High-voltage switchgear and controlgear – Part 102: Alternating.

(52) 34. current disconnectors and earthing switches” se aplica a seccionadores diseñados para ser instalados en exteriores y para operar a frecuencias de hasta 60 Hz en los sistemas con voltajes superiores a 1 kV.. Los seccionadores deben tener las siguientes características nominales: a) Voltaje nominal (Vr) b) Nivel de aislamiento nominal c) Frecuencia nominal (fr) d) Corriente nominal normal (Ir) e) Incremento de temperatura f) Corriente nominal soportable de corta duración (Ik) g) Corriente nominal pico soportable (Ip) h) Duración nominal de cortocircuito (tk) 3.1.2.1.1. Voltaje nominal (Vr) [7]. Indica el límite de voltaje máximo del sistema para el que se destina el seccionador.. Los valores normalizados son: − Categoría I para voltajes de 245 kV e inferiores. Serie I: 3,6 - 7,2 - 12 - 17,5 - 24 - 36 - 52 - 72,5 - 100 - 123 - 145 - 170 - 245 kV Serie II: 25,8 - 38 - 48,3 - 72,5 kV − Categoría II para voltajes superiores a 245 kV: 300 - 362 - 420 - 550 - 800 kV. 3.1.2.1.2. Nivel de aislamiento nominal [7]. El nivel de aislamiento se escoge según el voltaje nominal que se encuentra en las tablas de la norma IEC 60694 “Common specifications for high-voltage switchgear and controlgear standards”: − Tabla 1a para voltajes nominales de la categoría1 (Rated insulation levels for rated voltajes of range I, series I), serie 1. − Tabla 1b (Rated insulation levels for rated voltages of range I, series II) para voltajes nominales de la categoría 1, serie 2..

(53) 35. − Tabla 2a (Rated insulation levels for rated voltages of range II) para voltajes nominales de la categoría 2. Tabla 3.10 Nivel de aislamiento para seccionadores de voltajes nominales de 245 kV y menores [7]. Voltaje nominal % kV (valor r.m.s.). 123 145 170 245. 3.1.2.1.3. Voltaje asignado de corta duración a frecuencia industrial kV (valor r.m.s.) A través de la Valor distancia de común aislamiento 185 210 230 265 230 265 275 315 275 315 325 375 360 415 395 460 460 530. Voltaje asignado a impulso tipo rayo & kV (valor pico) Valor común 450 550 550 650 650 750 850 950 1050. A través de la distancia de aislamiento 520 630 630 750 750 860 950 1050 1200. Frecuencia nominal (fr) [7]. Valores nominales normalizados son: 16 2/3, 25, 50, 60 Hz. 3.1.2.1.4. Corriente nominal normal (Ir) [7]. Valor de corriente r.m.s. que el seccionador es capaz de llevar continuamente bajo condiciones de uso.. El valor normalizado de corriente nominal normal será seleccionado desde la serie R10 especificada en la norma IEC 60059 “IEC standard current ratings”. La serie R 10 comprende los números: 1 - 1,25 - 1,6 - 2 - 2,5 - 3,15 - 4 - 5 - 6,3 8 y aquellos formados por el producto entre estos número por 10n.. 3.1.2.1.5. Incremento de temperatura [7]. El incremento de temperatura de cualquier parte del seccionador a temperatura ambiente menor a 40 ºC, no deberá sobrepasar el valor fijado en la tabla 3.11.

(54) 36. Tabla 3.11 Límite e incremento de temperatura en las partes, materiales y aislantes del seccionador [7].. Partes. 1. Contactos (a) Cobre desnudo o aleación de cobre desnudo - En aire - En SF6 - En aceite Recubierto de plata o níquel - En aire - En SF6 - En aceite Recubierto de estaño - En aire - En SF6 - En aceite 2. Conexión atornillada o equivalente (a) Cobre desnudo, aleación de cobre desnudo o aleación de aluminio desnudo - En aire - En SF6 - En aceite Recubierto de plata o níquel - En aire - En SF6 - En aceite Recubierto de estaño - En aire - En SF6 - En aceite 3. Todos los contactos o conexiones de metales al descubierto o recubrimiento con otros materiales 4. Terminales para la conexión a conductores externos por medio de tornillos o pernos (c) - Desnudo - Plata, níquel o recubiertos con estaño - Otros recubrimientos 5. Materiales utilizados como aislantes y partes metálicas en contacto con el aislamiento de las siguientes clases - Y - A - E - B - F - Esmalte: base de aceite sintéticos - H - C otros materiales aislantes (d). Valor máximo Incremento de temperatura Temperatura a temperatura ambiente ºC menor a 40ºC K. 75 105 80. 35 65 40. 105 105 90. 65 65 50. 90 90 90. 50 50 50. 90 115 100. 50 75 60. 115 115 100. 75 75 60. 105 105 100. 65 65 60. (b). (b). 90 105 (b). 50 65 (b). 90 105 120 130 155 100 120 180 (d). 50 65 80 90 115 60 80 140 (d).

(55) 37. Partes. Valor máximo Incremento de temperatura Temperatura a temperatura ambiente ºC menor a 40ºC K. 6. Cualquier parte de metal o de material aislante en contacto con aceite, a 100 60 excepción de los contactos 7. Partes cercanas - Espera ser tocadas en operación 70 30 normal. 80 40 - No necesitan ser tocadas en operación normal. Notas: a. Cuando las piezas en contacto tienen capas diferentes o una parte es de material desnudo, la temperatura e incremento admisible - Para los contactos, son las del material de la superficie con el valor más bajo permitido en el punto 1. - Para las conexiones, son las del material de superficie con el valor más alto permitido en el punto 2. b. Cuando los materiales son distintos de los indicados en la tabla, se consideran sus propiedades con el fin de determinar el máximo incremento de temperatura. c. Los valores e incrementos de temperatura son válidos incluso si el conductor conectado a los terminales está desnudo. d. Limitado sólo por la acción de no causar ningún daño a las partes adyacentes.. 3.1.2.1.6. Corriente nominal soportable de corta duración (Ik) [7]. Valor de corriente r.m.s. que el seccionador pueda llevar cerrado durante un corto período de tiempo especificado en las condiciones uso.. El valor normalizado de la corriente nominal soportable de corta duración se seleccionará desde la serie R10 especificada en la norma IEC 60059 “IEC standard current ratings”, y este valor debe ser compatible con cualquier otra característica de cortocircuito asignada específicamente para el seccionador.. La serie R 10 comprende los números: 1 - 1,25 - 1,6 - 2 - 2,5 - 3,15 - 4 - 5 - 6,3 8 y aquellos formados por el producto entre estos número por 10n.. 3.1.2.1.7. Corriente nominal pico soportable (Ip) [7]. Valor máximo de la primera corriente nominal soportable de corta duración que el seccionador puede llevar cerrado en condiciones de uso.. Para una frecuencia nominal de 50 Hz y por debajo de ella, es igual a 2,5 veces la corriente nominal soportable de corta duración, para una frecuencia nominal de 60.