puestas a tierra linea de subtransmision transelectric

Upload: luis-curipoma

Post on 17-Feb-2018

234 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 7/23/2019 Puestas a Tierra Linea de Subtransmision TRANSELECTRIC

    1/8

    1

    ESTUDIODE

    PUESTAS

    A

    TIERRA

    PARA

    LINEAS

    DE

    230KV

    CASO:L/TPOMASQUIFRONTERAII.SEGUNDAINTERCONEXINECUADORCOLOMBIA230kV

    Resumen:

    Los contrapesos, o antenas de puesta a tierra son

    los elementos que mejor disipan las corrientes

    parsitas en los sistemas elctricos, como se puede

    demostrar por modelaciones algebraicas. Sin

    embargo, en los casos particulares de lneas de

    transmisin que pasan por terrenos usados para el

    cultivo, la instalacin de estos contrapesos ha

    causado molestias a los agricultores quienes

    muchas veces de manera involuntaria cortan estos

    cables para pasar con el rastrillo mecnico del

    arado.

    Para evitar que la torre quede sin su puesta a tierra,

    se realizaron diseos que usen las proximidades de

    la torre y no se extiendan hasta los terrenos

    arables, introduciendo tambin el concepto demejoramientos de tierras.

    El presente trabajo da una introduccin bsica de

    las puestas a tierra para estructuras componentes

    de una lnea de transmisin, a continuacin se

    presenta el clculo de contrapesos y luego se

    realizan las formulaciones algebraicas para la

    sustitucin de las antenas por mallas en la cercana

    de la torre. Para el uso de mejoramientos de puesta

    a tierra con suelos artificiales intensificadores se

    presenta la forma en que fueron instalados en la

    lnea de transmisin.

    Introduccin:

    Los sistemas de puesta a tierra tienen como

    funcin principal la proteccin de las personas que

    conviven cerca de las instalaciones elctricas y el

    cuidado de los equipos que forman parte del

    sistema elctrico con una proteccin efectiva que

    minimice el efecto de las corrientes de

    cortocircuito y descargas elctricas.

    En el caso de lneas de transmisin, los sistemas de

    puesta tierra cumplen efectivamente las dos

    funciones: La proteccin de las personas y

    animales que conviven en la cercana de las

    instalaciones y resguardan a la vez a la lnea de

    transmisin de posibles descargas atmosfricas

    como de corrientes de falla que eventualmente se

    pueden presentar.

    Quito,5dejuniode2009rea:GENERACINYTRANSMISINPuntodelTemario:GT1.2.1

    Autor: ING.MORALESCASTILLORAULALEXANDEREmpresaoEntidad:CELECS.A.TRANSELECTRICCargo:ProfesionalTcnicoIII

    DATOSDEAUTORDireccin: ManuelAnguloE1399Telfonosof: 2234151Celular(es): 098702355Fax: (02)2502825Email: [email protected]:Tierra,rayos,

    contrapesos,intensificador,mallas,

    fallas

    XXIVSEMINARIONACIONALDELSECTORELCTRICOECUACIERCNELSTO.DOMINGO

    SantoDomingo,22,23y24dejuniode2009

  • 7/23/2019 Puestas a Tierra Linea de Subtransmision TRANSELECTRIC

    2/8

    2

    Los diseos de puesta a tierra para lneas de

    transmisin consideran dos parmetros esenciales:

    El nivel bsico de aislamiento de la lnea

    (BIL)

    La resistividad elctrica del suelo en

    donde se monumenta la torre.

    Para niveles de tensin iguales o inferiores a 230

    kV, las descargas atmosfricas son mandatorios

    para el diseo de tierras, puesto que los niveles

    que alcanzan estos fenmenos pueden afectar el

    funcionamiento de las lneas; mientras que para

    sistemas con niveles iguales y superiores a 500kV,

    en la proteccin de tierra se debe considerar los

    fenmenos de maniobra, en donde se pueden darruptura de aislamiento.

    Hay que considerar tambin que las protecciones

    de lneas de transmisin es una ciencia basada en

    la estadstica y las probabilidades, por tanto, para

    la ingeniera de tierras se han considerado franjas y

    campanas de Gauss en donde se garantiza al menos

    que el 97.7% de las fallas ser resistido por el

    aislamiento de las instalaciones evitando la salida

    de las lneas por descargas atmosfricas y

    sobretensiones de maniobra.

    En una lnea de transmisin, con el objeto de

    cumplir con los parmetros esenciales antes

    mencionados, la puesta a tierra se realiza en todas

    y cada una de las estructuras que los conforman, y

    los diseos consideran el lmite superior de

    resistencia de puesta a tierra en 10 , basados en

    la norma del Ex-INCEL.

    Conceptos bsicos a considerar:

    En los sistemas elctricos se considera a la tierra

    como un elemento con infinita capacidad de

    absorcin de energa y con un nivel de tensin de

    0V; lo que representa una excelente referencia

    elctrica.

    El funcionamiento de una puesta a tierra se puede

    entender de manera muy sencilla cuando se la

    relaciona con descargas de tipo atmosfrico, y se

    puede luego relacionar un funcionamiento similar

    para situaciones de sobretensiones de maniobra.

    Para el estudio del funcionamiento de una puesta a

    tierra entonces, primero se revisar las

    caractersticas de una descarga atmosfrica:

    Una descarga atmosfrica, comnmente conocida

    como rayo puede considerarse como una fuente

    de corriente, capaz de hacer fluir una corriente

    permanente a travs de una impedancia. La tensin

    producida por el rayo es el producto de la corriente

    y de la impedancia a travs de la que fluye. El

    rango de las corrientes del rayo se estima desde

    2.000 a 130.000 Amperes y la distribucin de

    valores, en la forma como ocurre frecuentemente

    en la naturaleza, se asume del tipo logartmica

    normal.

    Segn la norma NZS/AS 1768, las corrientes

    mximas son: 1% de 130kA con gradiente de

    asenso di/dt de 70kA/s; 90% de 12kA con di/dt

    de 10kA/s; y 99% de 5kA con di/dt de 6kA/s.

    En el impacto de un rayo se presenta un gran

    impulso de campo electromagntico que viaja con

    gran intensidad hasta por 7 kilmetros, por tanto

    los efectos inducidos y radiados producirn

    acoplamientos en instalaciones elctricas cercanas.

    Las puestas a tierra en torres constituyen la

    solucin ms econmica para el despeje de una

    falla ocasionada en cualquier punto de una lnea de

    transmisin, cumpliendo de esta manera con el

    BIL de la lnea.

  • 7/23/2019 Puestas a Tierra Linea de Subtransmision TRANSELECTRIC

    3/8

    3

    Contrapeso:

    Es conocido que el contrapeso o antena enterrada

    es el mejor disipador de las descargas en una lnea,

    pues los impulsos de corriente se propagan a 1/3

    de la velocidad de la luz (80m/us).

    El comportamiento al impulso es de una

    impedancia alta, pero al propagarse la onda de

    corriente a lo largo de su extensin, v/i, se ve

    reducida en un tiempo dependiente de su longitud.

    Por este motivo, los contrapesos se calculan con un

    tiempo de viaje mayor a 1s, para evitar retorno de

    onda (back flashover) .

    Las formulaciones para determinar la longitud de

    los contrapesos son varias, dependiendo del autor,

    En TRANSELECTRIC se adopt la siguiente:

    Donde:

    = resistividad de terreno

    L = Longitud del contrapeso

    a = Radio del cable

    d = Profundidad de enterramiento.

    R = resistencia de puesta a tierra (8)

    Datos utilizados para el clculo de alternativas al

    contrapeso:

    Resistencia a pie de torre: 10mximo; 8 para

    el clculo.

    Varillas tipo copperweld de un dimetro de 3/4 y

    5/8 con una longitud de 10 pies.

    Conductor de acero recubierto de Cu 3No.8 AWG

    Resistividades de terreno por torre en m.

    Diseo formal:

    Para tipo 1 (dos varillas)

    El lmite de resistividad viene dado por la

    ecuacin:

    A

    L

    LR

    2ln

    2

    Donde:

    = resistividad de terreno

    L = longitud enterrada de la varilla

    A = radio equivalente del arreglo

    R = resistencia de puesta a tierra (8)

    Este tipo se limita hasta 49 m, con una distancia

    de separacin entre varillas de hasta 15 metros.

    Para tipo 2 (cuatro varillas)

    El lmite de resistividad viene dado por la misma

    ecuacin anterior, pero con el cambio en el valor

    del radio equivalente del arreglo.

    Este tipo se limita hasta 80 m, con una distancia

    de separacin entre varillas de hasta 15 metros en

    diagonal.

    Para tipo 3 (cuatro varillas con malla)

    El lmite de resistividad viene dado por laecuacin:

    LA

    R

    11443.0

  • 7/23/2019 Puestas a Tierra Linea de Subtransmision TRANSELECTRIC

    4/8

    4

    Donde:

    = resistividad de terreno

    L = Longitud total del conductor

    A = rea total de la malla

    R = resistencia de puesta a tierra (8)

    Este tipo se limita hasta 184 m, con una distancia

    de separacin entre varillas de hasta 17.7 metros

    en diagonal. Cabe indicar que se consideran en la

    longitud los chicotes que unen a la torre con la

    malla.

    Para tipo 4 (seis varillas con malla)

    El lmite de resistividad viene dado por la

    ecuacin:

    D

    L

    D

    L

    D

    LL

    a

    L

    LR

    3sin

    2

    6sin

    24ln

    12

    Donde:

    = resistividad de terreno

    L = Longitud total de las varillas de

    puesta a tierra

    a = rea de la varilla

    D = Dimetro de la malla

    R = resistencia de puesta a tierra (8)

    Este tipo se limita hasta 310 m, con una distancia

    de dimetro de crculo de hasta 10 metros, y

    varillas dobles, es decir, dos varillas unidas por

    soldadura exotrmica.

    Tipos con mejoramiento de suelo

    El uso de intensificadores de puesta a tierra, ayuda

    en el sentido de disminuir el rea de la malla, por

    lo que se han realizado los clculos tomando un

    promedio de los intensificadores que existen en el

    mercado.

    As, la formula que generaliza el uso de los

    intensificadores, es:

    Para tipo 5 (dos varillas con mejoramiento)

    f

    A

    L

    LR*

    2ln

    2

    Donde:

    = resistividad de terreno

    L = longitud enterrada de la varilla

    A = radio equivalente del arreglo

    R = resistencia de puesta a tierra (8)

    f = factor de mejoramiento (10 en

    caso de 2 varillas)

    Este tipo se limita en 650 m.

    Considerar que este factor no es lineal, y se podra

    requerir del uso del intensificador en lo

    contrapesos de conexin con las torres, o aadir

    pequeos contrapesos con mejoramiento alrededor

    de la torre. En general, se recomienda el uso de

    tipo 6, para resistividades de suelo alta.

    Para tipo 6 (cuatro varillas con malla y

    mejoramiento)

    El lmite de resistividad viene dado por la

    ecuacin:

  • 7/23/2019 Puestas a Tierra Linea de Subtransmision TRANSELECTRIC

    5/8

    5

    f

    LA

    R*

    11443.0

    Donde:

    = resistividad de terreno

    L = Longitud total del conductor

    A = rea total de la malla

    R = resistencia de puesta a tierra (8)

    f = factor de mejoramiento (15 en

    caso de 4 varillas con mejoramiento)

    Este tipo se limita hasta 2700 m, con una

    distancia de separacin entre varillas de hasta 15

    metros en diagonal.

    En caso de encontrar resistividades superiores, se

    puede hacer arreglos adicionales en este tipo, como

    es por ejemplo la inclusin de una cruz de

    contrapesos en el cuadro de la malla, de esta

    manera se aumenta L, y se mejora el valor de

    resistencia final.

    PROCEDIMIENTO QUE SE SIGUI PARA

    COLOCAR EL GEL INTENSIFICADOR PARA

    MEJORAMIENTO DE PUESTA A TIERRA EN

    LA L/T POMASQUI FRONTERA II.

    Pasos a seguir:

    Determinar y catalogar el tipo de suelo en uno de

    los siguientes grupos:

    Suelo blando

    Suelo arenoso

    Suelo rocoso

    De acuerdo al tipo de suelo, el procedimiento es el

    siguiente:

    Suelo blando:

    1. Excavar con la siguiente forma y con las

    siguientes dimensiones:

    Explicacin:

    La excavacin se realiza con un barreno de 20 cm

    de dimetro hasta una profundidad de L/3 m + 20

    cm, lo cual se rellena con el gel conductivo, los 20

    cm de enterramiento de la varilla se hace con suelo

    natural compactado.

    Suelo arenoso:

    2.

    Excavar con la siguiente forma y con lassiguientes dimensiones:

    0.2m

    L/3+0.2m

    0.2m

    Lm

    Espaciocongel

    Varilladepuestaatierra

    Rellenocompactado

  • 7/23/2019 Puestas a Tierra Linea de Subtransmision TRANSELECTRIC

    6/8

    6

    Explicacin:

    La excavacin se realiza con un tipo embudo de

    PVC de 10 cm de dimetro hasta una profundidad

    de L/2 m + 20 cm, esto para que la excavacin no

    se tape. El resto de la varilla se clava en el terreno.

    Se rellena con el gel conductivo, Se retira el tubo

    de PVC para que el gel entre en contacto con el

    suelo. Los 20 cm de enterramiento de la varilla se

    hace con suelo natural.

    Suelo rocoso:

    3.

    Excavar una zanja hasta que se encuentresuelo donde anclar la varilla en su

    totalidad y proceder de la siguiente forma

    y con las dimensiones indicadas:

    Explicacin:

    La excavacin se realiza con un barreno de 20 cmde dimetro hasta una profundidad de L/3 m, lo

    cual se rellena con el gel conductivo, Se excava

    una zanja de 20cm de ancho hasta una profundidad

    de 60 cm para el contrapeso. Esta zanja se rellena

    con Gel en 8 cm alrededor del contrapeso.

    Generalidades para la instalacin de un suelo

    conductivo:

    1.

    No se debe utilizar ms de un dosis de gel(1 saco) por varilla.

    2.

    Una dosis de gel no debe exceder los 7

    metros de contrapeso.

    3.

    La aplicacin es directa, es decir en

    polvo.

    4. Luego de la aplicacin y antes de la

    compactacin, es necesario la hidratacin

    del Gel, lo que se har con agua limpia,

    sin presin.

    RESULTADOS OBTENIDOS APLICANDO

    LOS DISEOS DE PUESTA A TIERRA

    PRESENTADOS EN LA LNEA DE

    TRANSMSIN POMASQUI FRONTERA II

    230KV.

    Contrapeso

    hastalatorre

    0.2m

    L/3 m

    Espaciocongel

    0.2m

    L/2+0.2m

    Lm

    Varillade

    puestaatierra

    Relleno

    compactado

    0.1m

    Espaciocongel

    Rellenocompactado

    0.2m

    Varilladepuesta

    atierra

  • 7/23/2019 Puestas a Tierra Linea de Subtransmision TRANSELECTRIC

    7/8

    7

    La lnea de transmisin Pomasqui Frontera II a

    230kV present diferentes tipos de suelo, a lo

    largo de su recorrido, los valores de resistividad

    variaron entre 12m a 2.670m, como se muestra

    en el perfil de resistividades de la lnea.

    Como se puede observar, en la zona cercana a

    Colombia, en las torres desde E220 a E235, las

    resistividades son sumamente altas, y adems son

    zonas de cultivos de papa muy explotados

    (provincia del Carchi).

    Ahora, si el diseo normal de contrapesos se

    aplicara en estas torres, la longitud de cable a

    utilizar habra sido de al menos 750m, distribuidos

    en sus 4 patas, para una resistividad de 2700m.

    Enterrar 188 m de cable por pata, implica una

    zanja con movimiento de tierra sumamente alto,

    para luego compactarlo, y obviamente,

    atravesando todo el terreno cultivable por ambos

    lados.

    En esta torre se aplic el tipo 6 de puestas a tierra,

    es decir, cuatro varillas en malla con mejoramiento

    de suelo.

    El resultado fue una resistencia de puesta a tierra

    de 9como se esperaba.

    En general, a lo largo de la lnea de transmisin, en

    62 torres se realiz mejoramiento de tierras,

    evitando de esta manera el uso de contrapesos,

    pero manteniendo la resistencia de puesta a tierra

    dentro de los parmetros exigidos en el clculo de

    aislamiento.

    En 91 estructuras se utiliz los arreglos con malla

    en la base de la torre, (correspondientes a los tipos

    3 y 4 del diseo); dando un gran total de 153 torres

    con el diseo alternativo para reemplazo de

    contrapesos.

    Cabe indicar que en todos los sitios en los que

    existe actividad humana o animal, se exigi

    enterrar la malla o las varillas a 1m de

    profundidad, con el objeto de reducir el riesgo de

    tensiones de paso peligrosas, que puedan afectar a

    seres vivos, cumpliendo de esta manera todos los

    objetivos que tienen las puestas a tierra para lneas

    de transmisin.

    En algunos sitios, en donde la caracterstica del

    suelo era de baja resistividad elctrica y con nivel

    fretico considerable, se coloc sellos de suelo

    cemento en los alrededores y dentro del rea de la

    torre, para evitar problemas de tensin de toque.

    Conclusiones:

    1.

    Una buena puesta a tierra en las torres de

    transmisin de alta tensin, reduce

    considerablemente el riesgo de salida de

    la misma por descargas atmosfricas o

    por algn otro tipo sobretensin sobre

    ella.

    2. A pesar de que los contrapesos tienen un

    funcionamiento adecuado para el despeje

    de fallas por tierra, presenta una molestiapara los agricultores, motivo por el cual

    son normalmente mutilados; en este

    sentido se buscan alternativas que

    mantengan la seguridad de la lnea y

    eviten molestias a los campesinos.

  • 7/23/2019 Puestas a Tierra Linea de Subtransmision TRANSELECTRIC

    8/8

    8

    3.

    Las mallas de puesta a tierra son una

    alternativa viable, pues ocupan el espacio

    alrededor de la torre, y mantienen los

    niveles requeridos de resistencia elctrica.

    4.

    El costo de enterrar contrapesos largos es

    elevado, ms an si se considera que los

    sitios en donde las resistividades de

    terreno son altas usualmente se encuentra

    roca; en este caso el mejoramiento de la

    puesta a tierra con elementos qumicos

    brindan facilidad de instalacin con

    buenos resultados.

    5. Los sistemas de mejoramiento de suelos

    para puestas a tierra no se limitan tan solo

    al gel intensificador, tambin se prob en

    la lnea mejoramientos con suelos

    grafitos, y electrodos especiales, los

    mismos que dieron buenos resultados,

    pero su costo fue algo ms elevado, por lo

    que fueron rechazados para esta lnea.

    6.

    El gel intensificador est promocionado

    tambin como componente fundamentalpara concretos conductivos, sta funcin

    se ha dejado de lado por lo pronto hasta

    no realizar pruebas de resistencia

    mecnica y durabilidad de la mezcla.

    Bibliografa:

    1. Casas Favio, Tierras Soporte de la

    seguridad elctrica, segunda edicin,

    junio 2003, Colombia.

    2. Varios autores, Diseos de mallas de

    puesta a tierra, Departamento de

    electrotcnica, Universidad de Buenos

    Aires, Marzo 2004, Argentina.

    3.

    Gonzales Csar, Diseos de mallas y

    mejoramiento de puestas a tierra, folleto

    No.1, Seguridad Industrial Ltda., Bogot

    2006.