DISTANCIAS DE SEGURIDAD EN 115 kV

TABLA DE CONTENIDO

1. ALCANCE .......................................................................................................................................................... 42. NORMAS CONSIDERADAS ............................................................................................................................. 43. TERMINOS UTILIZADOS ................................................................................................................................. 44. CALCULOS ....................................................................................................................................................... 54.1 DISTANCIAS ELCTRICAS DE DISEO ..................................................................................................... 54.1.1 Generalidades ................................................................................................................................................ 54.1.2 Clculos Distancias Mnimas de Aislamiento ................................................................................................. 54.1.3 Distancia Normales entre Fases .................................................................................................................... 94.1.4 Alturas Mnimas de las Barras Sobre el Nivel del Suelo Hb - (Acceso Vehicular) .................................... 104.1.5 Alturas Mnimas de los Equipos He - (Entre puntos en tensin y el suelo) ............................................... 104.2 DISTANCIAS DE SEGURIDAD ................................................................................................................... 114.2.1 Generalidades .............................................................................................................................................. 114.2.2 Premisas ....................................................................................................................................................... 114.2.3 Maniobras de los operadores o personal en cualquier punto de la subestacin ......................................... 114.2.4 Circulacin Personal y Vehicular por la Subestacin................................................................................... 125. CONCLUSIONES ............................................................................................................................................ 136. ANEXOS .......................................................................................................................................................... 136.1 Anexo 1: Tabla 2 Niveles de Aislamiento Normalizados IEC 71-1 ........................................................ 146.2 Anexo 2: Tabla A.1 Distancias Mnimas Fase-Tierra (Annex A - IEC 71-2) .......................................... 156.3 Anexo 3: Figura 4 - Factores m y w (IEC 60-1) ................................................................................... 166.4 Anexo 4: Figura 3 Relacin h/ (IEC 60-1) .......................................................................................... 176.5 Anexo 5: Factores GAP (K1/K2), Segn Configuracin .............................................................................. 186.6 Anexo 6: Constantes Humanas de Diseo .................................................................................................. 196.7 Anexo 7: Tipologa de los Vehculos de Carga COVENIN 2402:1997 ..................................................... 206.8 Anexo 8: Circulacin de Vehculos y Zonas de Trabajo en la Subestacin ................................................ 21

1. ALCANCE El presente documento tiene por finalidad establecer las bases de diseo; as como mostrar los clculos para el establecimiento de las distancias mnimas y de seguridad elctricas en una subestacin en 115 kV.

2. NORMAS CONSIDERADAS

Las siguientes normas sern consultadas para el desarrollo del diseo de las distancias elctricas y de seguridad:

ANSI C37.32-2002 American National Standard for SwitchgearHigh- Voltage Air Switches, Bus Supports, and Switch Accessories Schedules of Preferred Ratings, Manufacturing Specifications, and Application Guide.

IEEE Std 1313.1-1996 IEEE Standard for Insulation CoordinationDefinitions,

Principles, and Rules. IEEE Std 1313.2-1999 Guide for the Application of Insulation Coordination. IEC 60060-1 (2010) High-voltage test techniques, Part 1: General definitions and

test requirements IEC 60071-1 (2006) Insulation coordination, Part 1: Definitions, principles and rules. IEC 60071-2 (1996) Insulation coordination, Part 2: Application guide.

3. TERMINOS UTILIZADOS

a. Tensin Soportada al Impulso Tipo Atmosfrico (BIL) (Impulso Tipo Rayo) Es una tensin de impulso que tiene un tiempo de frente de 1,2 s y un tiempo hasta la mitad del valor de 50 s (IEC 60071-1-Clusula 3.18(c)). Corresponde al valor de cresta de la onda de sobretensin mximo que puede soportar el elemento aislante sin que se produzca carga disruptiva, a travs del aislante.

b. Sobretensin por Maniobra Es una tensin de impulso que tenga un tiempo hasta la cresta de 250 s y un tiempo hasta la mitad del valor de 2.500 s (IEC 60071-1-Clusula 3.18(b)). Esta sobretensin, de fase a tierra o de fase a fase, en un punto dado del sistema, es debido a una operacin especfica de maniobra de interruptores. Estas sobretensiones tienen por lo general un alto amortiguamiento y corta duracin.

c. Distancia Mnima entre Fases Es la distancia ms corta entre parte vivas, de polos o fases adyacentes diferentes (ANSI C37.100 Clusula 4 - Definitions).

d. Distancia Mnima a Masa Es la distancia ms corta, entre partes vivas (energizadas) y cualquier elemento que se encuentra a potencial tierra (ANSI C37.100 Clusula 4 - Definitions).

e. Altura Mnima a Tierra (suelo) Entre partes vivas (energizadas) y el piso sobre el cual se encuentra construida la subestacin.

f. Distancia de Mantenimiento Distancia en lnea recta entre partes vivas (energizadas) y la posicin de una persona en los lmites de las zonas de mantenimiento (zonas de trabajo). Los lmites de las zonas de mantenimiento pueden ser tierra o una plataforma sobre la cual trabajen los operarios. Si se considera que en una

subestacin elctrica los hombres deben caminar libremente bajo las zonas con equipo energizado, es necesario dar una distancia adecuada entre el punto ms bajo sobre cada aislador (donde se conectan a tierra las partes metlicas) y tierra, para asegurar que una persona no sufrir los efectos del campo elctrico.

g. Aislamiento de Fase a Tierra

Se refiere al aislamiento de una fase cualquiera con relacin a los puntos conectados a tierra. Esta caracterizado por una tensin relacionada con una distancia a tierra, que se verifica por medio de procedimientos convencionales y reproducibles en laboratorios, que se expresa en las normas como distancia de aislamiento en el aire.

h. Aislamiento de Fase a Fase

El aislamiento entre fases debe garantizar un comportamiento dielctrico que relacione la tensin con la distancia en aire, sin considerar ningn elemento a tierra entre los conductores de fase.

i. Tensin Critica de Descarga o Flameo (U50 - IEC 71-2) CFO (ANSI 1313.2)

Valor tensin del 50% de descarga del aislamiento auto-regenerable (IEC 71-2-Clusula 1.3). Es decir, que corresponde el valor de voltaje en el cual se tiene una probabilidad del 50 % de producir una de descarga disruptiva. Los valores usados para diseo corresponden a los niveles bsicos de aislamiento: Por Impulso de Rayo o de Impulso de Maniobra. CFO: Critical Flashover Voltage

4. CALCULOS

4.1 DISTANCIAS ELCTRICAS DE DISEO

4.1.1 Generalidades Las distancias en aire de fase a tierra y de fase a fase deben garantizar estadsticamente una probabilidad de descarga tal que, resulte tan baja desde el punto de vista de los criterios de diseo adoptados. Esto conduce al establecimiento de distancias mnimas de no descarga entre fase y tierra o entre fases, que se determina principalmente para los impulsos por rayo y por maniobra, segn los niveles de aislamiento. Para niveles de tensin nominal, menores a 300 kV, se considerarn las sobretensiones debidas al impulso por rayo. De acuerdo a la clusula 3.1.4, de IEC 60071-1. La desviacin convencional o estndar (Z), recomendada es: Para Impulso por Rayo (BIL) Z = 0,03 U50 (kV) (Ec. 1) Pag. 65, IEC 71-2 Para Impulso por Maniobra Z = 0,06 U50 (kV) (Ec. 1a) Pag. 65, IEC 71-2

4.1.2 Clculos Distancias Mnimas de Aislamiento a. Clculo de la Tensin Crtica de Descarga (U50) por Impulso al Rayo (U10=BIL)

Para una probabilidad de falla del 10%, la relacin entre U50 y el sobre voltaje por impulso al rayo o por maniobra, se define como

ZUU 3,15010 (7), clusula 3.1.4, de IEC 71-2 (Ec. 2) con U10 = BIL BIL = Nivel Bsico de Impulso por Rayo Reemplazando Ec. 1 (Z), en la Ec. 2, por ser el parmetro que es ms crtico, en niveles de voltaje menores a 300 kV, y desarrollando, obtendremos la siguiente expresin:

961.050 UBIL 961.050BILU (Ec. 3)

Dnde: BIL = 550 kV, en 115 kV (Ver Anexo 1 Tabla 3, IEC71-1) Sustituyendo en Ec. 3, tenemos:

TABLA #1

DESCRIPCION IDENTIFICACION VARIABLE ECUACINVALOR

CALCULADO UNIDAD OBSERV

TensinalImpulsoTipoRayo

U 10 (BIL) 550,00 kV DeTabla2,IEC711TensinCriticadeDescargaoFlameo U 50 572,32 kV

Condicionesambientalesnormalizadas961.050

BILU U50 = 572,32 kV La tensin critica de descarga, por impulso de maniobras, debe ser corregida, de acuerdo a las condiciones atmosfricas presentes en el sitio. El procedimiento para determinar los factores de correccin se detalla a continuacin: Condiciones Atmosfricas Normalizadas

Las condiciones atmosfricas normalizadas o estndar de referencia son, de acuerdo a IEC 71.1, clusula 3.26 son:

- Temperatura t0 = 20 C - Presin b0 = 101.3 kPa (1013 mbar) - Humedad Absoluta hao = 11 g/m3

Condiciones atmosfricas del sitio

- Temperatura t = 28 C - Presin b = 101.0 kPa (1010 mbar) - Humedad Absoluta h = 22.3 g/m3, para una humedad relativa promedio del 74.5 %

Factor de Correccin Atmosfrico (Kt )

21 kkK t (Segn IEC 60060-1. Clusula 11.2) (Ec. 4)

Factor de Correccin por densidad del aire (k1 ) mk 1 (Segn IEC 60060-1. Clusula 11.2.1) (Ec. 5)

Factor de Correccin por humedad (k2 )

wkk 2 (Segn IEC 60060-1. Clusula 11.2.2) (Ec. 6)

El clculo de k1 y k2, se detalla en la siguiente tabla:

TABLA #2

DESCRIPCION IDENTIFICACION VARIABLE ECUACINVALOR

CALCULADO UNIDAD OBSERV

DensidaddelAireCorregidaporTemp.YPresin

0,97 a28C/

TABLA #3

VoltajeMximoNominal

delSistema(kV)

TensinCrticadeDescargaPorManiobra(Switching)

U50(kV)(DeTabla#1)

FactordeCorreccinpordensidaddelairede

acuerdoconlaaltitudytemp.k 1

(DeTabla#2)

FactordeCorreccinporhumedadk 2

(DeTabla#2)

TensinCrticadeDescargaCorregida

U50C(kV)

123 572,32 0,97 1,120 622,11

215050 kkUU C

b. Distancia Mnima de Aislamiento Fase-Tierra (dmF-T) (Masa)

La distancia dielctrica de fase a tierra, hasta 1.000 m.s.n.m, y en condiciones normales, se calcula por efecto de impulso de rayo y solo se verifican para las sobretensiones por maniobra de interruptores. La ecuacin emprica es la siguiente.

(Ec. 8)

Dnde: K2 = Factor de gap, el cual depende de la configuracin (Conductor-Objeto a tierra; Conductor

Ventana; Conductor estructura - Ver Tabla en Anexo 5). K2 = 1,25 La Tabla N 4, resume el clculo para la distancia mnima de aislamiento fase a tierra.

TABLA N 4

VoltajeMximoNominal

delSistema(kV)

Factor"gap"K2(K),paraImpulsoporManiobra

SegnTablaG1IEC71.2

(VerAnexo6)(Nota1)

TensinCrticadeDescargaCorregidaU50C(kV)

DistanciaMnimaAislamientoFaseaTierra

(m)

TABLA N 5

VoltajeMximoNominal

delSistema(kV)

NivelBsicodeImpulsoBIL(kV)

DistanciaMnimaAislamientoFaseaTierra

(dmF-T )(m)

VoltajeMximoNominal

delSistema(kV)

NivelBsicodeImpulso

BIL(kV)

DistanciaMnimaAislamientoFaseaTierra(dmFT)(m)

4.2 DISTANCIAS DE SEGURIDAD

4.2.1 Generalidades Las normas nacionales e internacionales recomiendan las distancias de seguridad, basndose en los trabajos reportados por el comit de estudio No. 23 de la IEC, en donde se hacen consideraciones relacionadas con la seguridad del personal para la operacin y mantenimiento de una subestacin elctrica, especialmente las partes de alta tensin; partiendo de la base de que las denominadas partes vivas (con tensin o energizadas) deben quedar siempre fuera del alcance del personal, para lo que: Las partes vivas (con tensin), se pueden colocar fuera del alcance del personal, usando distancias

de zonas de trabajo y circulacin suficientemente grandes para evitar contactos elctricos. Las partes vivas (con tensin) se pueden hacer inaccesibles por medio del uso de barreras o cercas

de aislamiento al equipo o partes vivas (con tensin) de la instalacin. El uso de equipo en el que las partes vivas (con tensin) queden encerradas.

4.2.2 Premisas Para calcular las distancias de seguridad, se parte de la base de que estas se constituyen en dos trminos: Distancia de fase a masa (mnima de no descarga) calculada de acuerdo a lo indicado en el punto

4.1. Distancias Elctricas de Diseo, del presente documento. El segundo trmino, se obtiene sumando a la distancia de fase a masa, una distancia que depende

de aspectos fisiolgicos, como la talla de las personas y las caractersticas de los trabajos de mantenimiento y operaciones a realizar.

Se establece como mnimo una distancia de 2,25 m, entre el tope de la fundacin y la parte inferior de los aisladores del equipo de potencia. El Comit de Estudios No. 23 de la IEC, recomienda considerar las alturas y distancias que se indican en el Anexo No. 6, del presente documento, tanto para operadores como mantenedores, en las subestaciones elctricas.

4.2.3 Maniobras de los operadores o personal en cualquier punto de la subestacin Las distancias de seguridad, en las zonas de trabajo debe ser de tres (3) metros como mnimo, a las partes energizadas.

a. Distancia Horizontal (Dh) para Zonas de Trabajo o Mantenimiento con Respecto a Puntos con Tensin. La distancia mnima horizontal, se establecer de acuerdo a la siguiente expresin: Dh = 1750 mm + Distancia mnima fase-masa Dh = 1750 mm + 1500 mm. Dh = 3250 mm. De acuerdo a lo indicado en el plano L00-B010027, la distancia o separacin horizontal de trabajo ser de 3,25 m.

b. Distancia Vertical (Dv) para Zonas de Trabajo o Mantenimiento con Respecto a Puntos con Tensin. La distancia mnima vertical, se establecer de acuerdo a la siguiente expresin: Dv = 1250 mm. + Distancia mnima fase-masa

Dv = 1250 mm. + 1500 mm. Dv = 2750 mm. De acuerdo a lo indicado en el plano L00-B010027, la distancia o separacin horizontal de trabajo ser de 3,0 m

4.2.4 Circulacin Personal y Vehicular por la Subestacin

a. Circulacin de Personal: La altura mnima debe ser igual a la distancia mnima de fase-masa, que es funcin de la clase de aislamiento al impulso y aumentada en 2.25 m.; que es la altura recomendada por el Comit No. 23 de la IEC, para un operador con los brazos en alto, esta altura mnima no deber ser menor, en ningn caso, a 3,00 m.

b. Circulacin de vehculos por la subestacin Debido a la necesidad de maniobras de operacin y labores de mantenimiento, existen zonas de circulacin de vehculos. En el Anexo No. 7, se indican las dimensiones tpicas establecidas para los vehculos de transporte pesado, segn la norma COVENIN 2402:1997.

Adicionalmente, se establecen las siguientes distancias con respectos a partes con tensin (ver Anexo No. 8, del presente documento):

Av = Distancia Mnima Vertical: Punto ms alto del camin hasta punto ms bajo con tensin. Av = 500 mm + Distancia mnima fase-masa Av = 500 mm + 1500 mm = 2000 mm Bh = Ch = Distancia Mnima Horizontal Bh = Ch = 700 mm. + Distancia mnima fase-masa Bh = Ch = 700 mm. + 1500 mm. Bh = Ch = 2200 mm. La Tabla N 8, resume el las distancias mnimas a respetar, en zonas de paso vehicular, para el nivel de tensin de 115 kV Kv

TABLA N 8 Voltaje Mximo Nominal

del Sistema (kV) Distancia Mnima Vertical

(Av) (m)

Distancia Mnima Horizontal (Bh/Ch)

(m)

123 2,0 2,2

SISTEMA REGIONAL GUAYANA

S/E ANGOSTURA 400/115/13.8 kV NOTAS TCNICAS

DISTANCIAS MNIMAS DE SEGURIDAD EN PATIO DE 400 kV

CONSTRUCCIONES S.A. RIF J29837865-4

INCORPORACION COMENTARIOS

CORPOELEC FECHA 18-10-2013 A

EMISION ORIGINAL FECHA 09-05-2013 O NCO-CAP10-0257/2012 HOJA 13 de 20 CALCULADO: M.S REVISADO: J.L APROBADO : D. M. 278-B130011 REVISION : O

5. CONCLUSIONES La Tabla N 9, resume las distancias mnimas a respetar, en el patio de 115 kV:

TABLA N 9 RESUMEN DE DISTANCIAS MINMAS A RESPETAR

PREMISATENSIN

MAX.OPER.(kV)

MINIMASDEAISLAMIENTO NORMALESDETRABAJO

(MANTENIMIENTOYOPERACIN)

FASEATIERRA(m)

ENTREFASES(m)

ENTREFASES PARTESENERGIZADASYELSUELOHORIZONTAL

(m)VERTICAL

(m)

CONDUC.

FLEX.FLEX.(m)

CONDUC.RIG.RG.FLEX.RIG.

(m)

SOLOACCESOPERSONAL

(m)

ACCESOVEHCULOS

(m)

CALCULO123

1,37 1,80 2,47 2,19 3,46 6,44 3,25 2.75VALOR

SELECIONADO 1,50 2,00 2,50 2,50 3,50 6.5 3,25 3,00

6. ANEXOS

6.1 Anexo 1: Anexo 2: Tabla 3 Niveles de Aislamiento Normalizados IEC 71-1 6.2 Anexo 2: Tabla A.2 Distancias Mnimas Fase-Tierra (Annex A - IEC 71-1) 6.3 Anexo 3: Figura 4 - Factores m y w (IEC 60-1) 6.4 Anexo 4: Figura 3 Relacin h/ (IEC 60-1) 6.5 Anexo 5: Factores GAP (K1/K2), Segn Configuracin Factores GAP (K1/K2), Segn Configuracin. 6.6 Anexo 6: Constantes Humanas de Diseo. 6.7 Anexo 7: Tipologa de los Vehculos de Carga COVENIN 2402:1997. 6.8 Anexo 8: Circulacin de vehculos y zonas de trabajo en la subestacin

6.1 Anexo 1: Tabla 2 Niveles de Aislamiento Normalizados IEC 71-1

6.2 Anexo 2: Tabla A.1 Distancias Mnimas Fase-Tierra (Annex A - IEC 71-2)

6.3 Anexo 3: Figura 4 - Factores m y w (IEC 60-1)

6.4 Anexo 4: Figura 3 Relacin h/ (IEC 60-1)

6.5 Anexo 5: Factores GAP (K1/K2), Segn Configuracin

6.6 Anexo 6: Constantes Humanas de Diseo

FiguraNo.1:Dimensionesmediasdeloperador

6.7 Anexo 7: Tipologa de los Vehculos de Carga COVENIN 2402:1997

NOTAS: 1. Para el ancho mximo, se considerar lo indicado en la Nota 2, del plano L00-B010027,

que establece un vehculo de ancho mximo 3,50 m

(Nota 1)

6.8 Anexo 8: Circulacin de Vehculos y Zonas de Trabajo en la Subestacin

FiguraNo.2:Distanciasdevehculosapartes

FiguraNo.3:Distanciasdeseguridadenzonasdetrabajo