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Ingeniería Básica Capítulos 1, 2, 3 y 4 FICHTNERSubestaciones - Obras Electromecánicas Noviembre 2010

CENTRAL HIDROELECTRICA CERRO DEL AGUILASUBESTACIONES OBRAS ELECTROMECANICAS

KALLPA GENERACION S.A.

SUBESTACIONES OBRAS ELECTROMECANICAS

INGENIERIA BASICA

CAPITULO 1 : CRITERIO DE DISEÑO

CAPITULO 2 : CALCULOS JUSTIFICATIVOS

CAPITULO 3 : DIAGRAMAS Y PLANOS

CAPITULO 4 : ANALISIS DEL CAMBIO DE CONDUCTOR DE LASBARRAS EN SECA

FICHTNER

NOVIEMBRE – 2010

SUBESTACIONES OBRAS ELECTROMECANICAS1




INGENIERIA BASICA

Índice

PLANTEAMIENTO DE EQUIPAMIENTO ELECTROMECANICO Y CRITERIOS DE DISEÑO .......3

ELECTRICO .....................................................................................................................................32.- Criterios Básicos de Diseño.....................................................................................................42.2.- Niveles de Tensión.................................................................................................................42.3.- Coordinación del Aislamiento...............................................................................................42.5.- Características de los pararrayos en 220 kV........................................................................62.6 Características del Aislamiento de los equipos.....................................................................72.7 Corriente de cortocircuito trifásico.........................................................................................82.8 Corriente nominal de los equipos de 245 kV..........................................................................82.9.- Servicios Auxiliares................................................................................................................82.10.- Características del Equipamiento para las Ampliaciones de las Subestaciones...........9

2.10.1.- Interruptores de Potencia..................................................................................................92.10.2 Seccionador de Puesta a Tierra..........................................................................................92.10.3 Seccionadores de barras y de línea .................................................................................92.10.4 Transformadores de Corriente..........................................................................................102.10.5 Transformadores de Tensión tipo inductivo...................................................................102.10.6 Aisladores pasatapas .......................................................................................................102.11 Pararrayos.............................................................................................................................102.12 Barras y Conexiones............................................................................................................102.13 Cadenas y Columnas de Aisladores portabarras...............................................................112.14 Red de tierra profunda y superficial....................................................................................112.15 Estructuras Metálicas...........................................................................................................11

2.16 Sistema de protección eléctrica..........................................................................................122.17 Sistema de medición eléctrica.............................................................................................122.18 Sistema de alarmas...............................................................................................................132.19 Circuito de desbloqueo de seccionadores de barras por celda de acoplamiento..........132.20 Sistema de Control...............................................................................................................136.- Extensión del Área de las Subestaciones.............................................................................187.- Iluminación perimetral y en el interior de la subestación y fuerza......................................18

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SUBESTACIONES OBRAS ELECTROMECANICAS

INGENIERIA BASICA

CAPITULO 1

PLANTEAMIENTO DE EQUIPAMIENTO ELECTROMECANICO Y CRITERIOS DE DISEÑO

ELECTRICO

1.- OBJETO

El presente documento define los principales criterios en los cuales se basarán los diseñosde las siguientes subestaciones asociadas a las dos líneas de transmisión de 220 kV delproyecto de la Central Hidroeléctrica “Cerro del Aguila” de propiedad de KALLPAGeneración :

Ampliación de la S.E Campo Armiño, en dirección Norte magnético, al lado delos dos circuitos de 220 kV hacia la subestación de Pomacocha.

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Nueva S.E Campo Armiño del proyecto de la C.H Cerro del Aguila ubicada a unadistancia aproximada de 480m con respecto al pórtico del extremo norte de la

S.E Campo Armiño EXISTENTE de propiedad de ELECTROPERU.

Patio de enlace cable seco - línea aérea, ubicado cerca del ingreso a la cavernade la casa de máquinas

Cada una de las dos líneas de transmisión redundantes, antes referidas está formadapor los siguientes tramos :

S.E Campo Armiño existente – Nueva Subestación Campo Armiño, cuyalongitud aproximada es de 0.48 km de pórtico a pórtico.

Nueva Subestación Campo Armiño – Patio de enlace cable seco y línea aérea,cuya longitud aproximada es de 15.2 km de pórtico a pórtico.

La Central Hidroeléctrica Cerro del Aguila, cuya capacidad y tensión de generación son de 402

MW, 3 x 134 MW, 13.8 kV, respectivamente estará ubicada en el departamento de Huancavelica,provincia de Pampas, distrito de Salcabamba, entre las cotas 1,550 y 1,290 msnm. Aprovecha el

potencial hidroenergético existente en el río Mantaro en el tramo ubicado inmediatamente aguasabajo del Complejo Hidroenergético Mantaro, de propiedad de ELECTROPERU conformado por

las Centrales Hidroeléctricas Santiago Antúnez de Mayolo-SAM, Restitución RON y subestación

Campo Armiño 220 kV con equipamiento electromecánico instalado el exterior, doble sistema de

barras; la cual forma parte del Sistema Interconectado Nacional del Perú.

2.- Criterios Básicos de Diseño

2.1.- GeneralidadesLos criterios básicos de diseño que serán aplicados tanto en la ampliación y así como en la nuevaSubestación Campo Armiño se regirán principalmente por la Norma de la Comisión ElectrotécnicaInternacional (IEC), últimas ediciones, la cual establece definiciones, principios y requerimientosque deben ser considerados en el desarrollo de la Ingeniería del equipamiento electromecánico dealta, media y baja tensión de las subestaciones del Proyecto de la C.H Cerro del Aguila.

2.2.- Niveles de Tensión

La tensión nominal del sistema de transmisión y de la subestación Campo Armiño es de 220 kV.

2.3.- Coordinación del Aislamiento

Para la coordinación del aislamiento en las subestaciones se considerarán las recomendaciones

de la Norma IEC 60071, “Coordinación del aislamiento” Parte 1, Octava Edición de fecha Enero2006: Definiciones, principios y reglamentaciones, término que comprende a la altitud sobre el

nivel del mar de las instalaciones, el nivel de protección de los pararrayos, el grado de puesta atierra del sistema eléctrico, el nivel isoceráunico de la zona y, en general a toda la gama de

aislamientos internos y externos de los equipos electromecánicos que forman parte de una

subestación ya sea del tipo interior o exterior.Entendiéndose por nivel isoceráunico a la cantidad de descargas nube-tierra en una extensión de

un kilómetro cuadrado, en un período de un año.

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2.4.- Nivel de aislamiento de los equipos existentes en la Subestación Campo Armiño

Tensión máxima de servicio : 245 kV

Tensión de resistencia a la

Frecuencia industrial : 395 kV

Tensión de resistencia a

La onda de impulso, BIL : 1050 kV pico

Puesta a tierra del Sistema Eléctrico: En 220 kV, neutro rígidamente conectado a

tierra.

Debido a que es tensión máxima, Um, es la que define los costos de los equiposelectromecánicos, a continuación se transcribirán las tensiones normalizadas por la IECcorrespondientes al Rango I esto es : 1 kV < Um > 245 kV, rango que corresponde alequipamiento de alta tensión de las instalaciones de este proyecto :

Máxima tensión para elequipamiento (Um)

Tensión soportada de cortaduración a 60 Hz

Tensión soportada alimpulso de rayos (BIL)

kV r.m.s. kV r.m.s. kV pico

245 (275) (550)

245 (325) (750)

245 360 650

245 395 950245 460 1050

( ) En caso que estas tensiones soportadas no sean suficientes se deberá considerar losvalores inmediatos mas altos.

Según esta norma, para 245 kV de máxima tensión, Um, cabe la posibilidad deseleccionar valores de BIL desde 550 kV hasta 1050 kV.

Bajo esta consideración, y en el caso particular de este proyecto para los aislamientosinternos que no tendrán ningún contacto con el medio ambiente, de los equipos aisladosen aceite, gas, vacío u otro medio aislante para el equipamiento de alta tensión de este

proyecto, se aplicarán las siguientes tensiones :

245 kV, 395 kV y 950 kVpico (BIL)5




Par los aislamientos exterrnos que estarán en contacto directo con el medio ambiente,como los aisladores pasatapas de los transformadores de potencia y medida, GIS,híbridos, terminales de cables secos, pararrayos y transformadores de tensión para lasincronización, cadenas de aisladores, etc, se aplicarán las siguientes tensiones :

245 kV, 460 kV y 1050 kVpico (BIL)

En este caso, al valor 950 kVpico de BIL se le ha aplicado el factor de corrección por altitud de instalación, que es de 1.13 para una altitud de 2050 msnm (950 kV x 1.13 =1073 kV); con lo cual se justifica el BIL de 1050 kVpico.

Para confirmar estas tensiones de impulso a continuación se comprobarán los márgenesde protección definidos en el ítem 2.6 de este documento :

Para las sobretensiones de origen atmosférico, se tiene :BIL del equipo – Np del pararrayos

% Margen de protección = ------------------------------------------------ x 100

BIL del equipo

950 kVpico – 436 kVpico

% margen = ----------------------------------- x 100 = 54.10 % > 20% según la norma ANSI

950 kVpico

Para las sobretensiones de maniobra, se tiene :

BIL del equipo – Np del pararrayos

% Margen de protección = ------------------------------------------------ x 100

BIL del equipo

950 kVpico – 379 kVpico

% margen = ----------------------------------- x 100 = 60 % > 15% según la norma ANSI

950 kVpico

Con BIL de 1050 kVpico para los aislamiento externos estos márgenes de protecciónresultarán mucho mayores. Por lo tanto, mediante estos cálculos se confirma que lastensiones de impulso seleccionadas para los equipos de las subestaciones CampoArmiño, existente y nueva, son apropiados.

Para el equipamiento de media tensión, 33 kV, que será utilizado en los serviciosauxiliares de la Nueva Subestación Campo Armiño, se tendrán las siguientes tensiones :

36 kV, 70 kV, 145 kVpico, para el aislamiento interno

36 kV, 70 kV, 170 kVpico para el aislamiento externo

2.5.- Características de los pararrayos en 220 kV

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La instalación de pararrayos en las subestaciones, determina el grado de protección de los

equipos contra los efectos de las sobretensiones de maniobra y de origen atmosféricos. Para laampliación nueva subestación Campo Armiño y Patio de enlace Cable-línea se utilizaránpararrayos de óxido de zinc de las siguientes características referenciales :

Tensión nominal de los pararrayos: 198 kV

Máxima tensión contínua soportada 152 kV

Corriente de descarga: 10 kA

Máxima tensión de descarga a sobretensiones de maniobra: 379 kV pico

Máxima tensión de descarga a sobretensiones atmosféricas,Con onda de impulso 8/20 microsegundos , nivel de protección

Np 436 kV pico

Con estas tensiones seleccionadas, y los BIL de los equipos entes definidos la zona o radio deprotección de un pararrayos de 198 kV de tensión nominal instalado en una línea aérea es de 77my 92m para el BIL de 950 kVpico y 1050 kVpico, respectivamente.

2.6 Características del Aislamiento de los equipos

En la selección del nivel de los aislamientos definidos en el ítem 2.4 anterior, para los equipos de

alta tensión de las subestaciones de este proyecto los cuales ante la ocurrencia de descargas

atmosféricas serán protegidos por pararrayos, apantallamientos mediante cables de guarda, etc,se han considerado los siguientes criterios generales:

Mantener el margen de protección definido por la norma ANSI C62.2 que establece

20% de margen para las sobretensiones de origen atmosférico y 15% para lassobretensiones de maniobra o de origen interno de los equipos los cuales estarán

sometidos; a esfuerzos dieléctricos; manteniendo además las tensiones nominales y

de descarga de los pararrayos las más bajas posibles.

Mantener un suficiente margen de seguridad para los pararrayos frente a las

sobretensiones temporales que se produzcan en el sistema y que puedan ocasionar

su colapso tales como sobretensiones por fallas de cortocircuito, rechazo de carga,

ferroresonancia, etc., manteniendo las tensiones nominales y de descarga de lospararrayos las más altas posibles.

En cuanto a los pararrayos, se han seleccionado sus característicascompatibilizándolos con los pararrayos actualmente instalados.

Asimismo, debido al mediano grado de contaminación de la zona, Nivel II, según la norma IEC se

ha considerado que las columnas aislantes de los equipos y cadenas de aisladores tengan unalongitud de línea de fuga específica mínima de 20 mm/kV, de acuerdo con la Norma IEC 60815 y

DIN VDE 0111 aptas para lavado en caliente con agua tratada.

En este caso, la tensión a ser considerada corresponde a la máxima tensión Um; 245 kV.

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La instalación de los pararrayos será tal que, la ventana del dispositivo de alivio de la presión anteuna falla interna de estos equipos, esté ubicada opuesta a los aisladores de los equipos a los

cuales protege.

2.7 Corriente de cortocircuito trifásico

De acuerdo con lo definido en el ítem 2.3 del Acta de acuerdos de fecha 09.8.2010, que se indica

en el ítem 1 del Capítulo 4 de este documento, “ La corriente de cortocircuito con la incorporación

de la nueva central Cerro del Aguila, en el año 2015, resulta 19.4 kA ( 16.2 kA sin proyecto) que

no compromete el nivel máximo de cortocircuito de diseño (31.5 kA) del sistema de barras de 220

kV de la subestación Campo Armiño” valor que es el resultado de los cálculos de cortocircuito

realizados en el Estudio de Pre Operatividad de la C.H Cerro el Aguila por lo que, este valor decorriente será considerado en los equipos de maniobra de las subestaciones de este proyecto la

cual forma parte del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN). Con la finalidad deuniformizar los equipos y prever variaciones futuras en la topología del SEIN se ha considerado un

nivel de 31.5 kA trifásico simétrico, como la capacidad de cortocircuito de los equipos

particularmente, la capacidad de interrupción de los interruptores de potencia.

2.8 Corriente nominal de los equipos de 245 kV

En el Diagrama Unifilar del anexo 2.5, correspondiente el Capítulo 4 del análisis del cambio de los

conductores de barras en la S.E Campo Armiño se ha definido que la máxima corriente degeneración de la C.H Cerro del águila serán de, 1,660 A. Se sabe que, el valor normalizado de

corrientes nominales por los fabricantes de equipos de alta tensión, Um = 245 kV, es

generalmente 2,000 A, intensidad de corriente que será considerada en las especificacionestécnicas de los equipos de seccionamiento y maniobra, transformadores de corriente, barras, etc

En este caso, los 2,000 A consideran un margen del +20% con respecto a la máxima corriente degeneración de la C.H Cerro del Aguila.

2.9.- Servicios Auxiliares

Tanto para la ampliación así como para la nueva S.E Campo Armiño la alimentación a lossistemas de protección, control y mando de los equipos y telecomunicaciones, se utilizaránnuevos tableros de servicios auxiliares que serán instalados en la caseta de control de la NuevaSubestación Campo Armiño. Para estos servicios, se tienen las siguientes tensiones auxiliares

idénticas a las existentes en la S.E Campo Armiño existente :

380/220 VCA, 60 Hz (trifásica/monofásica), 220 VCC , para protección y control, y 48

Vcc para telecomunicaciones y otros servicios similares.

Para los servicios auxiliares de 220 VCC y 48 VCC se instalarán baterías de plomo ácido con susrespectivos rectificadores cargadores. Asimismo se ha considerado la instalación de una UPS, de

1KW aproximadamente, 220 VCC/220VCA, para la alimentación a PC´s, impresoras, etc

En el caso de los servicios auxiliares en 380-220VCA, 60 hz, para la Subestación Nueva CampoArmiño se instalará un transformador para los servicios auxiliares de 50 kVA, 33/0.400-230 kV,instalación exterior. La alimentación del arrollamiento primario de este transformador será desde laactual línea de subtransmisión que se deriva de las barras de 33kV da le CH SAM y que alimenta

a los dos transformadores de la SECA. Las características de esta línea, cuyo trazo es colindantea la nueva SECA son :

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- Material : Aluminio

- Sección : 122mm2

- Longitud : 0.74 km

Carga máxima a la fecha : 0.25 MW .

El referido transformador será protegido mediante seccionadores portafusibles unipolares tipo cut-out

2.10.- Características del Equipamiento para las Ampliaciones de las Subestaciones

En general, el equipamiento electromecánico de las ampliaciones de las subestaciones seráapropiado para soportar las condiciones ambientales del área del proyecto, cumplirá con las

recomendaciones de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), con los requerimientos del

Código Nacional de Electricidad y de las Normas nacionales.Es de anotar que, las características eléctricas definitivas y marcas de cada equipo serán el

resultado de la Ingeniería de Detalle que estará a cargo del Contratista de esta Sección de Obras,correspondiente a “Subestaciones de Alta Tensión “ una vez recibida la buena pro de la

construcción de este proyecto.

Tal como se definirá a continuación, tanto en la Ampliación así como en la Nueva S.E CampoArmiño, los siguientes equipos a excepción de los pararrayos y transformadores de tensión

inductivos para fines de sincronización o verificación del sincronismo de la función de autorecierre,serán encapsulados y aislados en gas exafluoruro de azufre, SF6; definidos como “equipos

compactos híbridos” los cuales requieren de espacios reducidos para su instalación en ambientes

exteriores.

2.10.1.- Interruptores de Potencia

Los interruptores de potencia de 220 kV, 950 kVpico, serán tripolares y con cámara de extinciónen hexafluoruro de azufre (SF6). Estarán previstos para efectuar operaciones unipolares o

tripolares, para lo cual cada polo deberá tener su propio mecanismo de operación.La corriente nominal del interruptor será de 2000 A y tendrán un poder de interrupción simétrica de

31.5 kA, 1s.El sistema de mando será del tipo eléctrico-mecánico, con resortes accionamiento accionadosmediante motores eléctricos de 220 VCC..

2.10.2 Seccionador de Puesta a Tierra

En el compartimiento del seccionador de línea que será instalado al ingreso de la línea aérea ocable seco se instalará un seccionador de puesta a tierra 220 kV, 950 kVpico, 2000 A, que será

operado mediante un motor de 220 VCC

2.10.3 Seccionadores de barras y de línea

Los seccionadores de 220 kV, 950 kVpico, serán tripolares, corriente nominal de 2000 A, 31.5 kA.

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El sistema de mando de las cuchillas principales será motorizado, 220 VCC, pero permitirátambién el accionamiento manual en caso de falla del sistema motorizado.

.Los seccionadores de líneas y de puesta a tierra estarán equipados con dispositivos deinterbloqueo eléctrico para evitar operaciones incorrectas de los mismos.

2.10.4 Transformadores de Corriente

Los transformadores de corriente de 220 kV, 950 kVpico, serán del tipo anillo, doble relación en elprimario 1000-2000 /1 / 1 /1 / 1 /1 A.

Los transformadores de corriente serán de cinco arrollamientos secundarios, uno para medición y

cuatro de protección.La corriente secundaria será de 1 A, con clase de precisión de 0.2 para medición y de 5P20 para

protección.Estos transformadores estarán provistos, en la caja de conexiones secundarias de borneras del

tipo seccionables y cortocircuitables así como también resistencia de calefacción controlada por

un termostato, lámpara de luz fría controlada por un interruptor de puerta.

2.10.5 Transformadores de Tensión tipo inductivo

Los transformadores de tensión de 220 kV, 950 kVpico, serán del tipo inductivo para conexiónentre fase y tierra. Tendrán tres arrollamientos secundarios, dos para protección y uno para

medición. La tensión secundaria secundaria de cada arrollamiento será de 100/1.73 V., la clase de

precisión será 0.2 para el arrollamiento de medición y 3P para el arrollamiento de protección.Estos transformadores estarán provistos, en la caja de las conexiones secundarias de borneras

tipo normal, mini interruptores para los circuitos de protección y medida con contacto auxiliar N/C,así como también resistencia de calefacción controlada por un termostato, lámpara de luz fría

controlada por un interruptor de puerta.

2.10.6 Aisladores pasatapas

Los aisladores pasatapas de los equipos compactos híbridos, de 220 kV, 1050 kVpico, 2000 A,

serán de goma silicona

2.11 Pararrayos

En todas las celdas de línea de 220 kV, 1050 kVpico, se ha previsto la instalación de pararrayos

del tipo óxido de zinc de tensión nominal de 198 kV y 10 kA de corriente de descarga. Cadapararrayos tendrá su respectivo contador de descargas.

2.12 Barras y Conexiones

Las barras y conexiones entre equipos de alta tensión de las subestaciones serán con

conductores de aleación de aluminio cuya sección será 1,192 MCM, capacidad de conducción decorriente de 1,683 A a 150 ºC de temperatura en la superficie del conductor, calibre apropiado

para los requerimientos del proyecto.10




En el caso de la Nueva Subestación Campo Armiño, debido al arreglo de la conexión híbrida dedoble barra será necesario instalar tubos de Aluminio apoyados sobre aisladores portabarras.

2.13 Cadenas y Columnas de Aisladores portabarras

Las características eléctricas de los aisladores y pasatapas del equipamiento híbrido estarán de

acuerdo con el nivel de aislamiento definido anteriormente para los equipos de las subestacionesde esta proyecto Los aisladores no deberán ser afectados por los cambios de temperatura ni otros

fenómenos atmosféricos.

Las cadenas de aisladores de suspensión y anclaje serán similares a las existentes en SECA,cuyo material será de vidrio templado.

Las columnas de aisladores que sirven de soporte a las barras de conexión cuyo material seráAluminio, serán de porcelana, suficientemente robustas para la aplicación que reciban.

2.14 Red de tierra profunda y superficial

En la nueva subestación Campo Armiño y en al patio del enlace cable seco – línea de transmisiónse instalarán mallas reticuladas mediante cable de cobre desnudo blando de 120mm2. . La red de

tierra superficial será también mediante cable de cobre desnudo blando de 70mm2. En cambio enla S.E Campo Armiño existente se utilizará la malla de tierra profunda también existente.

En el diseño de la malla de tierra profunda, serán consideradas las recomendaciones de la Norma

ANSI/IEEE Std. 80-1986: "IEEE GUIDE FOR SAFETY IN AC SUBSTATION GROUNDING".Tratándose en este caso de una instalación de distribución eléctrica de alta tenión, el sistema depuesta a tierra será diseñado bajo las siguientes premisas:

Proporcionar una vía de baja impedancia de falla para la operación rápida y segura

de los elementos de protección que detecten fallas a tierra. Para esto, se deberáverificar que la resistencia, de todo el sistema de puesta a tierra, sea del orden de 2.0

a 1.0 Ohm.

Evitar sobretensiones peligrosas entre estructuras, equipos y el terreno, en casos defallas que involucren flujos de corriente de cortocircuito monofásico a tierra, y que

representan un riesgo para la vida de los operadores. Para esta premisa se considerará

una sobretensión permisible no mayor a 250 V y para una permanencia de falla de 200mseg.

Limitar la sobre elevación del potencial natural del sistema de puesta a tierra (EPR), a

fin de no exceder los niveles de aislamiento de los equipos de control y computación.Para esta premisa, el límite será de 5.0 kV, pudiendo llegar a 10.0 kV en casos

especiales.

2.15 Estructuras Metálicas

Los pórticos, vigas y soportes de lo pararrayos, transformadores de tensión y aisladores soporte

de barras que sean necesarios serán de perfiles de fierro galvanizado en caliente, reticuladassimilares a las estructuras existentes.

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2.16 Sistema de protección eléctricaSe instalará un sistema SCADA de modo de operar el sistema desde la subestación de Cerro del

Águila. Cada una de las subestaciones estará equipada con un autómata CDS o RTU(Controlador de datos o unidades terminal remota), encargado, además de las funciones de

mandos y bloqueos, de la recepción y transmisión de datos hasta la estación central de Cerro del

Águila, como señales de los instrumentos de medida, relés de protección y registradores de falla,para su procesamiento y análisis.

La protección de cada uno de los dos tramos de línea definidos en el ítem 1 anterior, estaráconstituida básicamente por dos dispositivos de protección principal, conformada por un relé de

sobrecorriente diferenciales de línea 87L1 y, por una protección de respaldo formada por un relé

también de sobrecorriente diferencial de línea 87L2. El sistema de protección operará bajo elesquema de teleprotección, vía la red de fibra óptica; cable OPGW esto es cable de fibra óptica

embutido en el cable de guarda de protección contra descargas atmosféricas anclado a losmástiles de los pórticos de las subestaciones y a las estructuras soporte de las líneas de

transmisión.

La protección principal y de respaldo ambos de características multifunción deberá incluir básicamente, las siguientes funciones de protección:

Protección diferencial de línea principal y respaldo ( 87L1 y 87L2 )

Autorecierre monofásico (79) Verificación de sincronismo (25)

Protección de falla de interruptor (50BF)

Protección de máxima y mínima tensión (59 y 27)

Protección direccional de sobrecorriente (67 y 67N)

Registrador de fallas y oscilografía

Localizador de fallas.

En consideración que las protecciones diferenciales están incluídas en el circuito de las barras dela S.E Nueva Campo Armiño, no habrá necesidad de instalar protección diferencial de barras enesta subestación. Sin embargo las dos celdas de la nueva SECA si serán incluídas en la

protección diferencia de la doble barra de la S.E Campo Armiño existente, para lo cual habrá

necesidad de instalar dos nuevos módulo de protección diferencial en los paneles existentesmarca SIEMENS.

2.17 Sistema de medición eléctrica

En cada circuito de 220 kV se considerará la instalación de medidores de energía, del tipo digital,

multifunción, clase 0.2, adecuados para el registro bidireccional y de múltiple tarifa. Los medidorestendrán un puerto del tipo óptico para la conexión a la red local de la central , con protocolo IEC

61850 Ethernet, para conexión con fibra óptica.

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2.18 Sistema de alarmas

Las siguientes alarmas serán configuradas en cada uno de los relés diferenciales que protegen a

un determinado circuito :

De la operación del relé propiamente dicho

Del interruptor de potencia uni-tripolar

De las órdenes de disparo, incluyendo la protección de barra “A” y “B” de SECA

existente

De la falta de tensión de los circuitos alimentadores en tensión alterna

De la falta de tensión de los circuitos alimentadores en tensión contínua

2.19 Circuito de desbloqueo de seccionadores de barras por celda de acoplamiento

Debido a que las dos celdas de 220 kV de la Nueva S.E Campo Armiño, serán integradas al

conjunto de celdas de la SECA existente, la operación de los seccionadores de barras de estasdos celdas deberá ser desbloqueada mediante el circuito de desbloque derivado de los

seccionadores e interruptor de la celda de acoplamiento de barras de SECA : “ Circuito positivo

de desbloqueo de seccionadores de barras”

2.20 Sistema de Control

Para el sistema de control de la ampliación y nueva subestaciones. Ver Volumen II, ítem. 4.2

Ingeniería Básica del Sistema de Telecomunicaciones y Control

El sistema de control estará basado en un Sistema SAS (Sistema de Automatización de

Subestaciones) el cual consistirá en un CDS (Concentrador de Datos de Subestaciones) o una

RTU ( Unidad Terminal Remota) y equipo periférico con switch industrial, etc

Por lo anteriormente indicado, para el control de la subestación nueva SECA se instalará un SASnuevo completo incluyendo controladores de las nuevas celdas y utilizando protocolos

normalizados. Además para los Servicios Auxiliares se instalará un Controlador de Bahía.

El SAS recolectará datos de todos los Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED) y enviará alCentro de Control de Nacional los datos que requiera. A través del SAS también será posible

recibir órdenes provenientes de dicho Centro de Control.Como soporte de comunicación para la integración se empleará cable de fibra óptica.

3.- DESCRIPCION DE LAS SUBESTACIONES Y PATIO DE ENLACE DE 220 kV

Conforme se podrá observar en el plano de Vista en Planta, ANEXO 6, del capítulo 4 de estedocumento, la subestación Campo Armiño existente, SECA, no cuenta con espacio disponiblepara la ampliación de las dos celdas requeridas en este proyecto con equipos convencionalessimilares a los existentes, es por esta razón que se ha visto por conveniente que, con la finalidadde seguir manteniendo el mismo sistema de barras, DOBLE BARRA PARALELA CON CELDA DEACOPLAMIENTO TRANSVERSAL ampliar esta subestación de forma tal que, para cumplir con elconcepto de la doble barra, se ha previsto las siguientes instalaciones

3.1 AMPLIACION DE LA SUBESTACIÓN CAMPO ARMIÑO EXISTENTE DE ELECTROEPRU

13




En los dos extremos de los dos sistemas barras “A” y “B” de 220 kV en dirección al patio deenlace cable-línea de la C.H Cerro del Aguila y en el interior de las instalaciones de la Subestación

Campo Armiño, SECA, se realizará la extensión de estas barras a través de dos módulos deequipos compactos y aislados en SF6, definidos como equipamiento híbrido compacto trifásicopara simple barra para su conexión a cada uno de estos dos sistemas de barras aéreas deSECA.

Cada uno de estos módulos compactos de 245 kV estará compuesto por los siguientes equipos :

Tres (03) seccionadores de barras unipolares, con cuchilla de puesta a tierra, mandoeléctrico 220 VCC, 245 kV, 950 kVpico, 2,000 A, 31.5 kA,

Tres (03) interruptores de potencia unipolares, mando eléctrico 220 VCC, 245 kV, 950

kVpico, 2,000 A, 31.5 kA, 1s; ciclo de operación : O - 0.3s – CO - 1min – CO.

Tres (03) seccionadores de línea unipolares con cuchilla de puesta a tierra, ambosequipos con mando eléctrico, 220 VCC, 245 kV, 950 kVpico, 2,000 A, 31.5 kA, 1s

Tres (03) Transformadores de corriente tipo anillo, de 5 arrollamientos secundarios

1000-2000/1/1/1/1/1 A, 10VA, cl 5P20 ( 4 para protección) 10VA, cl 0.2 (1 para

medida ), 245 kV, 950 kVpico,

Tres (03) transformadores de tensión tipo inductivo de tres (03) arrollamientos

secundarios 220 :1.73 / 0.1 : 1.73/ 0.1 :1.73/ 0.1 : 1.73 kV, 10VA cl. 3P (2 para

protección), cl 0.2 (1 para medida) 245 kV, 950 kVpico,

Tres (06) aisladores pasatapas de goma silicona, aire/gas, 245 kV, 1050 kVpico,

Tres (03) controladores de la densidad del gas

Además se instalará el siguiente equipo convencional para instalación exterior

Seis (06) pararrayos de óxido de Zinc, ZnO, 198 kV, 1050 kVpico, incluyendo seis (6)contadores de descargas y seis (6) estructuras soporte

3.2.-NUEVA SUBESTACION CAMPO ARMIÑO

Desde el punto de conexión antes indicado, mediante dos líneas aéreas redundantes de 480maproximadamente, se realizará la conexión a esta nueva subestación la cual se integrará a lasubestación Campo Armiño existente, cuyos dos sistema de barras “A” y “B” también serán aéreosen la cual, por el mismo inconveniente de la falta de espacio será necesario instalar dos módulosde equipos compactos y aislados en SF6, definidos como equipamiento híbrido compactotrifásico para doble barra, para su conexión a cada uno de estos dos sistemas de barras aéreasde la nueva SECA.

Cada uno de estos módulos compactos de 245 kV estará compuesto por los siguientes equipos :

Tres (03) seccionadores de barras unipolares, con cuchilla de puesta a tierra, mandoeléctrico 220 VCC, 245 kV, 950 kVpico, 2,000 A, 31.5 kA, 1s

Tres (03) interruptores de potencia unipolares, mando eléctrico 220 VCC, 245 kV, 950

kVpico, 2,000 A, 31.5 kA, 1s; ciclo de operación : O - 0.3s – CO - 1min – CO.

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Tres (03) seccionadores de línea unipolares con cuchilla de puesta a tierra ambosequipos con mando eléctrico, 220 VCC, 245 kV, 950 kVpico, 2,000 A, 31.5 kA, 1s

Tres (03) Transformadores de corriente tipo anillo, de 5 arrollamientos secundarios

1000-2000/1/1/1/1/1 A, 10VA, cl 5P20 ( 4 para protección) 10VA, cl 0.2 (1 paramedida ) 245 kV, 950 kVpico,

Tres (03) transformadores de tensión tipo inductivo de tres (03) arrollamientos

secundarios 220 :1.73 / 0.1 : 1.73/ 0.1 :1.73/ 0.1 : 1.73 kV, 10VA cl. 3P (2 paraprotección), cl 0.2 (1 para medida) 245 kV, 950 kVpico,

Nueve (09) aisladores pasatapas de goma silicona, aire/gas, 245 kV, 1050 kVpico,

Seis (06) controladores de la densidad del gas

Además se instalarán los siguientes equipos convencionales para instalación exterior

Dos (02) transformadores de tensión tipo inductivo de dos arrollamientos secundarios

220 :1.73 / 0.1 : 1.73/ 0.1 :1.73 kV, 10VA cl. 3P (para protección), cl 0.2 (para medida)

245 kV, 1050 kVpico, incluye estructura soporte metálica.

Estos equipos serán instalados uno en cada sistema de barras y serán utilizados parafines de sincronización entre SECA existente y nueva SECA.

Doce (12) pararrayos de óxido de Zinc, ZnO, 198 kV, 1050 kVpico, incluyendo doce

(12) contadores de descargas y doce (12) estructura soporte.

Ocho (08) aisladores portabarras de cerámica 245 kV, 1050 kVpico

Conforme se podrá observar en el Diagrama Unifilar General DG-EM-01 del Capítulo 3 de esteVolumen I, solamente los pararrayos y los transformadores de tensión para efectos desincronización los cuales serán instalados en los extremos del tramo de línea que enlaza a SECAexistente con SECA Nueva, serán del tipo convencional al exterior

En este caso, por razones de seguridad de este equipamiento híbrido el criterio adoptado para laubicación de esta nueva subestación es que se encuentre dentro del ámbito de las instalacionesdel Complejo Hidroenergético del Mantaro.

Esta subestación contará con su propia caseta de tableros de protección, medida, y serviciosauxiliares en CA y CC; la cual tendrá los siguientes ambientes :

Sala de tableros tanto para SECA existente así como para la Nueva SECA,incluyendo los de la telecomunicaciones.

Sala de baterías 220 VCC y 48 VCC

Ambiente exterior para el transformador de servicios auxiliares 33/0.380-0.230 kV;

triángulo-estrella con neutro conectado a tierra

Oficina

Dormitorio

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Comedor

Servicios Higiénicos

3.3.- Patio de enlace cable seco – línea de transmisión 220 kV al Exterior

El equipo convencional previsto instalar en este patio está compuesto por terminales de cables,pararrayos y pórticos para anclar a las dos línea de transmisión que se derivan desde la Nueva

SECA, cuya longitud aproximada es de 15.2 km.

En este ambiente, está prevista la edificación para la instalación de los tableros de protección,medida, control y servicios auxiliares en CA y CC de los circuitos del equipamiento GIS que será

instalado en el interior de la caverna de la C.H Cerro del Aguila

4.- Condiciones de Operación

Características S.E. Campo ArmiñoExistente y Nueva

Patio de Enlace

Altitud 2,050 m.s.n.m. 1,410 m.s.n.m.

Temperatura máxima 30.8 ºC30 ºC

Temperatura mínima 1.5 ºC 1.5 ºC

Humedad relativa máxima 98 % 60 %

Humedad relativa mínima 80 % 80 %

Grado de contaminación(según IEC)

Bajo Bajo

Tipo de instalación Híbrida en SF6 Intemperie

Condiciones Sísmicas 0.5 0.5

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- Aceleración Horizontal- Aceleración Vertical- Frecuencia

0 g 0.30g 10 Hz

0 g 0.30g 10 Hz

5.- Distancias de Seguridad

Para establecer las distancias de seguridad en el aire, a ser consideradas en el diseño de las

subestaciones del proyecto, se adoptarán los valores mínimos especificados en la Norma IEC 71-

1, 71-2 y 71-3, así como las prácticas normales en el país para el diseño de subestaciones.

Para que las distancias de separación entre los diferentes elementos conductores de corriente sea

la apropiada desde el punto de vista de aislamiento eléctrico, se debe asegurar que la tensiónresistente en el aire entre las diferentes partes vivas y entre estas y tierra, debe ser al menos igual

al nivel de asilamiento de los equipos de la subestación. Según esta definición, de la tabla A-1 de

la norma IEC 60071-1 Octava Edición Año 2006, correspondiente a la “Correlación Aproximadaentre el Nivel de Aislamiento y Distancias Mínimas en el Aire”, se establecen las siguientes

distancias:

5.1. Distancias mínimas de aislamiento en el aire 1050 kV BIL

Conductor – estructura 1900 mm

Cuchilla abierta de seccionador – estructura 2100 mm

En base a estas distancias mínimas y a otros criterios de diseño (viento, disposición de barras,factores de seguridad, etc.) se establecerán todas las distancias de seguridad que sean

requeridas en las subestaciones. A modo de referencia, se listan a continuación las distancias deseguridad adecuadas para los equipos híbridos antes definidos :

5.2 Distancias mínima de seguridad 1050 kVp BIL

Clase de aislamiento 245 kV

Mínima distancia conductor /conductor 2200 mm

Altura del borde superior del aislador de un equipo al terreno 4600 mm

Altura del borde inferior del aislador de un equipo al terreno 2300 mm

Altura de partes activas por encima de áreas de tránsito peatonal 4500 mm

Las distancias entre fases es corroborada por los fabricantes de los equipos híbridos que define

que la distancia de separación entre los bornes de los pasatapas es de 2,565mm y la altura deeste borne con respecto al piso, incluyendo la estructura soporte es de 5,135mm, para 245 kV,

Um, y 1050 kVpico BIL.

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6.- Extensión del Área de las Subestaciones

6.1.- Ampliación S.E Campo Armiño

El área requerida para esta ampliación será de 496m2 ( 8m x 62m ). Cabe indicar que, con la

finalidad que el equipamiento híbrido de la ampliación para la extensión de los dos sistemas debarras se encuentre dentro de las instalaciones de la Subestación Campo Armiño existente, el

cerco actual compuesto por un sobrecimiento de 0.80m de altura y un cerco de malla metálica de

1.80m de altura aproximada, deberá ser demolido y reconstruído uno nuevo similar al existenteseparado a una distancia de 2.8m con respecto al cerco existente

6.2.- Nueva subestación Campo Armiño

El área requerida para esta subestación que será ubicada en el espacio disponible de uno de losex campamentos del Complejo Mantaro, la cual incluye una caseta de control, vías de acceso en

el interior y espacio para parqueo vehicular es de 1,620m2 ( 45m x 36m ).Esta subestación estará provista de un cerco similar a la S.E Campo Armiño; malla metálica

apoyada en un sobrecimiento.

6.3.- Patio de enlace cable seco – líneas aéreas

El área necesaria para esta instalación que incluye a la sala de control y servicios auxiliares delequipamiento GIS en el interior de la caverna de la casa de máquinas y zona de parqueo es de

1,425m2 ( 28.5m x 50 m ) aproximadamente.

Este patio estará provista de un cerco similar a la S.E Campo Armiño; malla metálica apoyada enun sobrecimiento.

7.- Iluminación perimetral y en el interior de la subestación y fuerza

La nueva subestación Campo Armiño tendrá iluminación tanto perimetral con postes metálicos y

lámparas de vapor de sodio así como también iluminación en el interior mediante reflectoresprovistos de lámparas de vapor de sodio fijadas en las columnas de las estructuras de los pórticos

de barras. Sobre estas columnas se fijarán también lámparas de 220VCC para la iluminación deemergencia además de tomacorrientes trifásicos y monofásicos del tipo intemperie y a prueba de

agua.

En el caso del patio de enlace cable seco – Línea, se aplicará este mismo concepto de iluminación

y fuerza a excepción de la iluminación de emergencia.

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cerro+del+aguila+ingenieria+basica+-+subestaciones+31++octubre+2010+final

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