CON 256 MC 001_Apantallamiento CB 115 KV

7/27/2019 CON 256 MC 001_Apantallamiento CB 115 KV

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Fecha: 18-Agos-2011Versin: 01MEMORIAS DE CALCULOPgina :1 de 29

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MEMORIA DE CLCULO APANTALLAMIENTOSUBESTACION CAMPOBONITO 115 KV

REVISIN FECHA DESCRIPCIN ELABORAPROB LASALIDA ALCLIENTE

APROBCLIENTE

A 31/08/2011 Primera revisin CAO LES

B 20/09/2011

FIRMAS

Nombre del documento: MEMORIAS DE CALCULO DE APANTALLAMIENTO SUBESTACION CAMPOBONITO115 kV.Consecutivo del documento: LE-FR-CON-256-MC-001


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CONTENIDO

1 OBJETO_________________________________________________________________ 3

2 ALCANCE _______________________________________________________________ 3

3 DESARROLLO ___________________________________________________________ 3

4 ANEXOS ________________________________________________________________ 6

4.1 ANEXO 1 __________________________________________________________________ 6

4.2 ANEXO 2 _________________________________________________________________ 10

4.3 ANEXO 3 _________________________________________________________________ 10

4.4 ANEXO 4 _________________________________________________________________ 10

4.5 ANEXO 5 _________________________________________________________________ 10

5 CONCLUSIONES ________________________________________________________ 10

6 REFERENCIAS _________________________________________________________ 10


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1 OBJETO

El objeto de este informe es presentar los resultados de la evaluacin del nivel de riesgo y deldiseo del sistema de proteccin contra descargas elctricas atmosfricas para la SubestacinCampobonito 115 kV, propiedad de la Electrificadora del Meta EMSA E.S.P.

2 ALCANCE

Se realiz la evaluacin del nivel de riesgo por rayos para la Subestacin Campobonito 115 kV,basados en la norma IEC 62305-2 y con base a los resultados se realiz el diseo de laproteccin externa contra rayos mediante la metodologa de la norma IEC 62305-3 e IEEE 998,

finalmente se realiz el diseo del sistema de puesta a tierra basados en la norma IEEE 80.Todas estas normas estn avaladas por el RETIE para estudios de sistemas deapantallamiento.

3 DESARROLLO

Evaluacin del nivel de riesgo

Se realiz la evaluacin del nivel de riesgo siguiendo la metodologa expuesta en la norma IEC62305-2Risk Management.

Para obtener resultados ms precisos en la evaluacin del nivel de riesgo en la SubestacinCampobonito 115 kV, se tom en cuenta el rea de la subestacin de 89X78 m.

Caseta de control y patio de conexiones Subestacin Campobonito 115 kV.

Para esta zona se evalu el riesgo por prdida de la vida humana y/o lesiones personales, y elriesgo por prdidas econmicas representadas por quema de equipos elctricos y electrnicosdebidos a las sobretensiones transitorias que pueden ingresar por el sistema elctrico o detelecomunicaciones.

Despus de tener el riesgo de dicha zona se obtuvo el riesgo total de prdidas de la vidahumana y prdida econmica.

Para reducir el riesgo por prdida de la vida humana y lesiones personales se plante lautilizacin de un sistema de captacin de rayos nivel I.


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Igualmente en el anlisis del nivel de riesgo, se evidenci la necesidad de implementar unsistema de proteccin interna contra sobretensiones transitorias para evitar el dao permanentede los equipos electrnicos.

Aplicacin del modelo electro geomtrico

Para reducir el riesgo por prdidas de la vida humana o lesiones personales debidas a daosfsicos, debidos a impactos directos del rayo a la estructura, se plantea la utilizacin de un nivelI de proteccin externa en las instalaciones de la nueva caseta de control.

Para la ubicacin de los elementos de captacin se utiliz el mtodo de la esfera rodante y elmtodo del ngulo, expuestos en la norma IEC 62305-3.

El radio de impacto, de acuerdo con la norma IEC 62305-1 :rsc=10(Imin)^0,65 m.Imin=Magnitud de corriente mnima en KA, que producira un radio de impacto en metros.

Imin =3,0 KA

Rsc=10(3,0)^0,65=20,42 m

Para el nivel de proteccin I se utiliz un radio de la esfera de 20 m y un ngulo de proteccinde =23. Los detalles de aplicacin del modelo y los resultados obtenidos se pueden observaren la Fig. No 1.

Patio Subestacion

115 KV

Poste de

Alumbrado

CASETA DE CONTROL

FIG No 1. MODELO ELECTROGEOMETRICO ESFERA RODANTE 20 m


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El conductor de cable de guarda utilizado en las estructuras de la S/E y los sistemas de

bajantes empleado debe ser cable de acero 3/8 en el patio de conexiones.

Configuracin de la malla de puesta a tierra de la Subestacin Campobonito.

La configuracin de la malla es de 89X78 metros con cable 500 MCM.

Para esta configuracin de la malla y con la resistividad aparente encontrada en el sitio, secalcul un valor de resistencia de puesta a tierra as (ver Tabla No 1):

TABLA No 1

EQUIPO RESISTIVIDAD RESISTENCIA CALCULADARg

Patio de conexiones y caseta decontrol

1.195 -M 6,36

-Sistema de Equipotencializacin.

La malla de puesta a tierra de la Subestacin Campobonito 115 Kv, se debe unir con el sistemade puesta a tierra general de la subestacin de Bioenergy.

Sistema de proteccin interna contra sobretensiones transitorias

De acuerdo a los resultados obtenidos en la evaluacin del nivel de riesgo se encontr lanecesidad de implementar un sistema de proteccin interna para los equipos electrnicos contrasobretensiones transitorias.

De acuerdo a la norma IEC 62305-4 se utilizar un nivel de proteccin nivel II.

Los resultados muestran la necesidad de utilizar DPSs en el punto de conexin del tablero decontrol del sistema de auxiliares de baja tensin, adems de utilizar DPSs tipo C 208/120V enel tablero control de transferencia automtica y los tableros que alimenten cargas sensiblescomo lo son equipos electrnicos de control y comunicaciones.


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4 ANEXOS

Anexo 1 Evaluacin del nivel de riesgo.

Anexo 2 Aplicacin del modelo electro geomtrico.

Anexo 3 Estudio Geo elctrico del terreno.

Anexo 4 Recomendaciones para la proteccin de equipos contra sobretensiones

Anexo 5 Gua de seguridad para las personas durante tormentas elctricas.

Anexo 6. Mapa nivel isoceraunico Villavicencio-Colombia

4.1 ANEXO 1

Evaluacin del nivel de riesgo.

La evaluacin del nivel de riesgo para la Subestacin Campobonito 115 Kv, se realiz deacuerdo a la metodologa consignada en la norma IEC 62305-2 Risk management. Losresultados se resumen a continuacin.

Para las instalaciones de la Subestacin Campobonito 115 Kv, se calcul el riesgo por prdidasde la vida humana o lesiones personales R1 y el riesgo por prdidas econmicas R4 (Daodel sistema interno). Estos riesgos se comparan con los riesgos tolerables.

La evaluacin del nivel de riesgo se hace considerando que la Subestacin Campobonito 115Kv, no posee ningn sistema de proteccin contra descargas elctricas atmosfricas, los

resultados indican, que medidas son necesarias implementar para reducir los riesgos a nivelestolerables. Despus de plantear las alternativas de proteccin se vuelve a evaluar el riesgo paramostrar que se reduce a un valor tolerable; los detalles de la evaluacin del nivel de riesgo semuestran a continuacin:

Informacin de la estructura a proteger:

En la Tabla 1 se puede observar las caractersticas generales de las instalaciones de la nuevacaseta de control:

Parmetro Comentario Smbolo Valor

Dimensiones (m) Subestacin

Campobonito 115 Kv

L*W*H 89*78*4,3

Factor de localizacin Estructura rodeada deotros objetos de lamisma altura o mspequeos

Cd 0,5

Proteccin contra rayos Sin proteccin PB 1


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Blindaje de la estructura No hay KS1 1

Blindaje interno de la estructura No hay KS2 1

Numero de Descargas a tierra. Vereda La Bonga(Municipio de PuertoLpez)

Nc 40

Densidad de descargas a tierra

DDT=0,0017*Nc^1,56Colombia =0,53

Nc= 40 /(km2*ao)

Siendo conservativosDDT=2

DDT 2

Personas presentes en laestructura

Al interior de laestructura

Nt 1

Tabla 1 Caractersticas de la estructura a proteger.

En la Tabla 2 se puede observar las caractersticas de las instalaciones elctricas internasconectadas al sistema de potencia externo.


Longitud (m) LC 450

Altura(m) Area HC 14

HV/LV transformador S Ct 0,2

Factor de localizacin de la lnea

Rodeado por estructurasde la misma altura o

menores Cd 0,5

Factor de medio ambiente de la lnea Urbana Ce 0,1

PLD 1Apantallamiento de la lnea Apantallado sinequipotencializar

PLl 0,5

Precaucin del cableado interno Con apantallamiento KS3 0,2

Tensin de resistencia de los equiposUW

UW= 1,5kV. KS4 1

Coordinacin de DPS Sin proteccin PSPD 1

Final a dimensiones de la lnea La*Wa*Ha 18x10x4,5

Tabla 2 Caractersticas de las instalaciones elctricas internas conectadas al sistema de potencia externo.


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En la Tabla 3, se puede observar las caractersticas del sistema interno de comunicaciones que

est conectado con las lneas externas de comunicaciones.Parmetro Comentario Smbolo Valor

Nueva caseta de control -m a 1.195,0

Longitud(m) - LC 450

Altura (m) ConductoresSubterrneos

- -

Factor de localizacin de la lnea

Rodeado porestructuras de la

misma altura omenores Cd 0,5

Factor de medio ambiente de la lnea Urbana Ce 0,1

PLD 1

Apantallamiento de la lnea con apantallar PLl 0,5

Precaucin del cableado interno con apantallar KS3 1

Tensin de resistencia de los equiposUW

1,5kV. KS4 1

Coordinacin de DPS No hay PSPD 1

Final a dimensiones de la lnea La*Wa*Ha 18x10x4,3

Tabla 3 Caractersticas del sistema interno de telecomunicaciones conectado a las lneas externas

Definicin de la zona y sus caractersticas.

Se definieron dos zonas, para evaluar de una forma ms precisa el nivel de riesgo pordescargas elctricas atmosfricas. En la Figura N 2 se puede observar la definicin de las

zonas.

Se evaluar el nivel riesgo en cada zona, y dependiendo de los resultados se tomarn medidaspara disminuir el riesgo hasta un nivel tolerable.


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Fig. No 2.LOCALIZACION DE ZONAS SUBESTACION CAMPOBONITO 115 KV.


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Tabla 4 : Se muestran las caractersticas a tener en cuenta en el anlisis del riesgo para la zonade la subestacin Campobonito 115 kV:


Dimensiones de la zona Subestacin 34,5 Kv existente L*W*H 18*10*4,3

Factor de localizacinEstructura rodeada por otrosobjetos de la misma altura o

ms pequeosCd 0,5

Proteccin contra rayos Sin proteccin PB 1

Blindaje interno de lasestructuras de la zona 1.

Sin proteccin KS1 1

Tipo de superficie del piso Cermica ra 1x10-3

Riesgo de fuego Bajo rf 1x10-3

Peligros especiales Estructura con medio nivel depnico

hZ 5

Proteccin contra fuego No hay rP 1

Blindaje especial No hay KS2 1

Sistema de potencia interna Conectado a las lneas

externas

- -

Sistema de comunicacionesinternas

Conectado a las lneasexternas

Riesgo de prdidas de la vidahumana por tensiones de pasoy/o de toque

Si Lt-R1 1x10-4

Riesgo de prdida de la vidapor daos fsicos

Si Lf-R1 5x10-2

Riesgo de prdidas de la vida

humana por falla del sistemainterno No L0-R1 -

Riesgo de prdidas en lacontinuidad del servicio pordaos fsicos

Si Lf-R2 1x10-2

Riesgo de prdidas en lacontinuidad del servicio porfalla en el sistema interno.

Si L0-R2 1x10-3


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Riesgo de prdida de animalespor tensiones de paso y/o detoque. No - -

Riesgo de prdidaseconmicas por daos fsicos.

S Lf-R4 0,2

Riesgo de prdidaseconmicas por falla delsistema interno.

S L0-R4 1x10-3

Personas promedio presentesen la zona

- - 10

Tabla 4 Caractersticas de la zona de subestacin 115 kV

Zona (Caseta de control subestacin 115 kV):

Zona de Caseta de Control.

En la Tabla 5, se muestra las caractersticas de la zona:

Parmetro Comentario Smbolo

Valor

Dimensiones de la zona Nueva caseta de control L*W*H 18*10*4,3

Factor de localizacin Objeto rodeado de objetos msaltos

Cd 0,25

Tipo de superficie del suelo Pavimento- concreto ra 1x10-2

Proteccin contra choqueselctricos

No existen medidas deproteccin.

PA 1

Prdidas de la vida humanapor tensiones de paso o detoque

Personas al exterior de laestructura Lt-R1 1x10-2

Tabla 5 Caractersticas de la zona.


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RESULTADOS OBTENIDOS

1. Nmero anual de eventos peligrosos esperados

En la Tabla 6 se puede observar el nmero de eventos peligrosos que se pueden presentar enla estructura, cerca de ella, o en las lneas de potencia que ingresan o salen de la S/E, duranteun ao.

EVALUACION PATIO DE CONEXIONES

Nc=Frecuencia tolerable de rayos =1,5*10-3/C 0,000025 0,006

Area equivalente=L*W+6H*(L+W)+9*H^2 19596 m2

DDT= 2 rayos/km2-ao

Frecuencia annual de impactos de rayos a la estructura Sin Apantallamiento Con Apantallamiento

Nd=Ae*DDT*C1*10-6 0,019596 0,009798 rayos/ao

Nd=Ae*DDT*C1*10-6 1,9596 0,9798 rayos/100 aos

C=C2*C3*C4*C5 60 0,25

Nd>Nc Si Nd es mayor que Nc , se debe insta lar proteccion

contra rayos

Tabla 6 Nmero anual esperado de eventos peligrosos para cada zona.

Como se puede observar el mayor nmero de eventos peligrosos al ao se pueden presentarpor eventos sobre la estructura de la zona de la S/E 115 kV.

2. Riesgo de prdida de la vida humana (R1)

En la Tabla 7 se muestran los componentes del riesgo para cada zona y el riesgo R1 total de la

Tabla 7 Componentes del riesgo R1 para cada zona

COMPONENTES Y VALORES DE RIESGO SERVICIOS PUB. S/E 115 kv CASETA DE CONTROL

Ra(Zona 1)= Nd1*Pa*La 0,19596 0,01568

Rb(Zona 1)= Nd1*Pb*Lb 0,97980000 0,97980 0,07840

Rc(Zona 1)= Nd1*Pc*Lc 0,00098 0,00008

Rm(Zona 1)= Nd1*Pm*Lm 0,00010 0,00001

Ru(Zona 1)= Nd1*Pu*Lu 0,00097980 0,19596 0,01568

Rv(Zona 1)= Nd1*Pv*Lv 0,195960000 0,19596 0,01568R 1,176739800 1,568757780 0,125529442

Rt 2,871027022

Rtotal 2,87103 x 10-5

Componente RS RF Ro TOTAL

R1= 0,423280800 2,445602400 0,001164022 2,870047222

R4= 0,211640400 2,445602400 0,001164022 2,658406822

Rt= 2,87 x 10-5

Rt > RT 2,87 > 0,00001


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Como se puede observar en la Tabla 7 el riesgo R1 por lesiones y prdidas de la vida humanapresenta un valor de 5

11087,2

=R que es mayor al riesgo tolerable, siendo este de5

101

=T

R

, por esta razn en las instalaciones de la Subestacin Campobonito 115 kV, sedebe instalar un sistema de proteccin contra descargas elctricas atmosfricas, los detalles semuestran ms adelante.

Medidas de proteccin a adoptar para reducir R1

La composicin de los elementos del riesgo por la fuente del dao (RD y Rl) y por el tipo dedao (RS, RF y R0) se muestra en la Tabla 8

Tabla 8 Contribuciones al riesgo R1.

Componentes S/E 115 Kv Caseta de control Lineas de M.T

RD % 75,0 75,0 83,3

Rl % 25,0 25,0 16,7

Rs % 25,0 25,0 0,1

Rf % 74,9 74,9 99,9

Ro % 0,1 0,1 0

Con:

CBADRRRR ++=

VUMlRRRR ++=

UASRRR +=

VBFRRR +=

CMRRR +=

0

Donde:

RD Es el riesgo de impactos directos a la estructura.Rl Es el riesgo por impactos indirectos a la estructura (cerca de ella)

RS Es el riesgo por lesiones y prdida de la vida humana.

RF Es el riesgo por daos fsicos.

R0 Es el riesgo por falla de los sistemas internos.


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En la Tabla 8, se puede observar las contribuciones al riesgo por lesiones y prdidas de la vidahumana, agrupndolos, segn la fuente del dao y el tipo de dao.

Se puede concluir que el mayor aporte del riesgo por prdida de la vida humana o lesionespersonales se deben a impactos directos del rayo lo que aumenta la probabilidad de dao fsicoen ambas zonas definidas.

Por esta razn para reducir el riesgo por prdida de la vida humana y lesiones personales, sedeben implementar los siguientes sistemas de proteccin en la nueva caseta de control de lasplantas de emergencia:

1) Un sistema de captacin de rayos tipo punta franklin, nivel I, de acuerdo a la IEC 62305-

3.

2) Un sistema contra incendio manual o automtico e implementar planes de evacuacin y

rutas de escape.

3) Garantizar una efectiva equipotencializacin del sistema de puesta a tierra de la

Subestacin Campobonito 115 kV y la malla de puesta a tierra de Bioenergy.

4) Implementar un sistema de proteccin interna contra sobretensiones transitorias para las

lneas elctricas y de comunicaciones que ingresan a la caseta de control.5) Difundir las recomendaciones al personal que permanezca en la nueva caseta de

control, de cmo actuar cuando se presentan tormentas elctricas, tal y como se indica

en el anexo N5.

Los resultados obtenidos en la evaluacin del nivel de riesgo por prdida de la vida humana(R1) luego de implementar las medidas de proteccin propuestas en el prrafo anterior, semuestran en la Tabla 9 .


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Tabla No 9- COMPONENTES Y VALORES DE RIESGO PARA LA SOLUCION (X 10-5)

COMPONENTES Y VALORES DE RIESGO SERVICIOS PUB. S/E 115 Kv Nueva caseta

Ra(Zona1)= Nd1*Pa*La 0,00000098 0,00000008

Rb(Zona1)= Nd1*Pb*Lb 0,00000003 0,00000003 0,00000000

Rc(Zona 1)= Nd1*Pc*Lc 0,00000705 0,00000003 0,00000000

Rm(Zona 1)= Nd1*Pm*Lm 0,00000000 0,00000000

Ru(Zona 1)= Nd1*Pu*Lu 0,00000000 0,00000000

Rv(Zona 1)= Nd1*Pv*Lv 0,000000001 0,00000000 0,00000000

Rt 0,000007085 0,00000104 0,00000008

Rtotal 0,00000821

Componente RS RF Ro TOTAL

R1= 0,000001059 0,000000063 0,000007089 0,000008212

R4= 0,000001058 0,000000063 0,000007089 0,000008211

Rt= 0,82119189 x 10-5

Rt < RT 0,8211919 < 0,00001 Tabla 9 Resultados de la evaluacin del nivel de riesgo, despus de aplicar las medidas de proteccin.

Como se puede observar, al utilizar un buen sistema de proteccin contra descargas elctricasatmosfricas (Nivel I) en la subestacin 115 Kv y en la caseta de control , con las medidas deproteccin mencionadas anteriormente, se logra disminuir el riesgo por prdida de la vidahumana o lesiones personales a un valor de, 50,8219 x10=R1 , este valor es menor al riesgotolerable, R1T=1*10-5, y con ello se est reduciendo notablemente la probabilidad de que unadescarga elctrica atmosfrica pueda afectar la integridad de las personas.

Los detalles para implementar el sistema de proteccin externa nivel I contra descargaselctricas atmosfricas se puede observar en anexo N2.

3. Riesgos por prdidas econmicas (R4).

Las prdidas econmicas que se pueden presentar en la caseta de control, a causa dedescargas elctricas atmosfricas, son principalmente por la quema de equipos electrnicos y

/o de comunicaciones.Por esta razn se realiz la evaluacin del nivel de riesgo por prdidas econmicas, para lasdos zonas definidas, tal y como se muestra a continuacin.

En la Tabla 10 se puede observar los resultados del riesgo (R4) para cada zona y la instalacinen general, mientras que en la Tabla 11, se pueden observar los componentes del riesgo porprdidas econmicas, segn el tipo de dao y las fuentes que causan el dao, expresada enporcentaje.


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TABLA 10 Perdidas economicas

COMPONENTES Y VALORES D SERVICIOS S/E 115 Kv Caseta de Control

Ra(Zona 1)= Nd1*Pa*La 0,00000 0,00000

Rb(Zona 1)= Nd1*Pb*Lb 0,00023515 0,00024 0,00002

Rc(Zona 1)= Nd1*Pc*Lc 0,00098 0,00008

Rm(Zona 1)= Nd1*Pm*Lm 0,00000 0,00000

Ru(Zona 1)= Nd1*Pu*Lu 0,00000000 0,00000 0,00000

Rv(Zona 1)= Nd1*Pv*Lv 0,000235152 0,00024 0,00002

R 0,000470304 0,001450128 0,000116037

Rt 0,002036468

Rtotal 0,00204 Tabla 10 Componentes del riesgo por prdidas econmicas

TABLA 11

Componentes Zona 1 Zona 2 LINEA MTRD % 83,78 83,8 50,0

Rl % 16,2 16,2 50,0

Rs % 0,0 0,0 0,0

Rf % 32,4 32,4 0,0Ro % 67,6 67,6 0

Tabla 11 Componentes del riesgo por prdidas econmicas segn el tipo y fuentes de dao

Los resultados encontrados muestran que el riesgo por prdidas econmicas debido a lasdescargas elctricas atmosfricas presenta un valor de, 31004,2 =R4 , que es mayor alriesgo tolerable por prdidas econmicas, propuesto por la norma IEC 62305-2, siendo estede, R4T=1*10-3.

Los aportes al riesgo por prdidas econmicas se presentan principalmente por impactosdirectos e indirectos del rayo en la zona de la subestacin 115 Kv y zona de la caseta decontrol , lo cual puede producir daos fsicos y dao de los equipos electrnicos y elementossensibles del sistema interno.


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Por este motivo es necesario implementar las medidas de proteccin necesarias para disminuirel riesgo por prdidas econmicas a un nivel tolerable.

La quema de equipos debido a descargas elctricas atmosfricas se puede presentar a causade que la instalacin no presente un sistema de equipotencialidad adecuado ni dispositivos deproteccin contra sobretensiones transitorias (DPS's).

Medidas de proteccin para reducir el riesgo por prdidas econmicas R4

Para reducir el riesgo por prdidas econmicas se deben implementar los siguientes sistemasde proteccin:

1) Realizar una correcta coordinacin de dispositivos de proteccin contra sobretensiones,desde la red de alta/media tensin hasta el sistema de baja tensin, identificandoprincipalmente los equipos electrnicos sensibles a proteger.

2) Garantizar una efectiva equipotencializacin entre los diferentes sistemas de puesta atierra y las estructuras metlicas de la instalacin.

A continuacin se muestra los clculos de los riesgos antes y despus de realizar lasinversiones necesarias para disminuir los riesgos por sobretensiones en cada una de las zonas,tanto en la subestacin 115 kV, como en la nueva caseta de control .

La proteccion es conveniente si S>0

i=Interes 0,12 a= 0,01 m= 0,02

Medidas de proteccion Cp

SPCR clase I $ 500.000

Sistema proteccion contra incendios $ 350.000

Apantallamiento Subestacion 115 kv Existente $ 500.000

Apantallamiento nueva caseta de Control $ 450.000

DPS en sistemas de potencia $ 350.000

DPS sistemas de telefonia $ 150.000

DPS en sistemas de comunicaciones $ 150.000

Costo total $ 2.450.000

CA=Costo de los animale s $ 0 $ 0

Cs=Sistema de estructura $ 1.200.000.000 $ 180.000.000

Cb=Costo del edificio $ 880.000.000 $ 132.000.000

Cc=Costo del contenido $ 1.200.000.000 $ 180.000.000

TOTAL $ 3.280.000.000


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Tabla 12 Componentes del riesgo por prdidas econmicas sin medidas de proteccin.

Cl=(Ra+Ru)*Ca+(Rb+Rv)*(Ca+Cb+Cs+Cc)+(Rc+Rm+Rz)*Cs

COMPONENTES Y VALORES DE RIESGO SERVICIOS PUB. ATIO CONEXIONES CASA DE CONTROL

Ra(Zona 1)= Nd1*Pa*La 0,00000 0,00000

Rb(Zona 1)= Nd1*Pb*Lb 771298,56000000 771298,56000 61718,05440

Rc(Zona 1)= Nd1*Pc*Lc 1175760,00000 94082,40000

Rm(Zona 1)= Nd1*Pm*Lm 28,21824 2,25798

Ru(Zona 1)= Nd1*Pu*Lu 0,00000000 0,00000 0,00000

Rv(Zona 1)= Nd1*Pv*Lv 771298,560000000 771298,56000 61718,05440

R 1542597,120000000 2718385,338240000 217520,766777600

Rt 4478503,225017600

Rtotal 4478503,2

TABLA 13 Componente del riesgo por prdidas econmicas con medidas de proteccin.

Crl= (Ra'+Ru')* Ca+(Rb'+Rv')*(Ca+Cb+Cs+Cc)+(Rc'+Rm'+Rz')*Cs

COMPONENTES Y VALORES DE RIESGO SERVICIOS PUB. ATIO CONEXIONES CASA DE CONTROL

Ra(Zona 1)= Nd1*Pa*La 0,00000 0,00000

Rb(Zona 1)= Nd1*Pb*Lb 38564,92800000 38564,92800 3085,90272

Rc(Zona 1)= Nd1*Pc*Lc 1413733,82400 115382,65536

Rm(Zona 1)= Nd1*Pm*Lm 28,21824 2,25798

Ru(Zona 1)= Nd1*Pu*Lu 0,00000000 0,00000 0,00000

Rv(Zona 1)= Nd1*Pv*Lv 38564,928000000 38564,92800 3085,90272

R 77129,856000000 1490891,898240000 121556,718777600

Rt 1689578,47

Rtotal 1689578,47

S=Cl-(Cpm+CrL)= $ 2.421.424,75

LA PROTECCION ES CONVENIENTE SI S>0

En la Tabla No 12 se pueden observar los componentes del riesgo por prdidas econmicaspara cada zona, antes de utilizar dispositivos de proteccin, y en la tabla No 13 se puedenobservar las componentes del riesgo utilizando dispositivos de proteccin contra sobretensiones(DPS) en las redes de alta/media y baja tensin y una efectiva equipotencializacin del sistemade puesta a tierra.

4.2 ANEXO 2

Aplicacin del modelo electro geomtrico

De acuerdo a la evaluacin del nivel de riesgo mostrado en el anexo 1, se encontr lanecesidad de utilizar proteccin contra descargas atmosfricas nivel I en la zona de lasubestacin Campobonito 115 kV, a continuacin se muestra como se realiz la proteccinexterna de las instalaciones siguiendo la metodologa consignada en la norma IEC 62305-3.


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Para el modelo electro geomtrico se utiliz una esfera de radio de 20 m, el cual corresponde aun nivel I de proteccin y representa el ltimo paso del rayo cuando se vence la rigidezdielctrica del aire. El nivel I de proteccin en relacin al radio de 20 m, se muestra en la Tabla2

de la IEC 62305-3.

El apantallamiento que se utiliz, consiste en utilizar cable de acero de 3/8 en las estructurasdel patio de conexiones, cable de cobre 1/0 AWG en los permetros del techo de la caseta decontrol y utilizar puntas captadoras de 60cm. Los detalles se pueden observar en el plano dediseo del apantallamiento.

Fig. No 3. APANTALLAMIENTO SUBESTACION CAMPOBONITO

APANTALLAMIENTO SUBESTACION CAMPO BONITO 115 KVESFERA RODANTE DE 20 M DE RADIO

Patio Subestacion

115 KV

Poste de

Alumbrado

CASETA DE CONTROL

4.3 ANEXO 3

Estudio geoelctrico del terrenoPara realizar la medicin de la resistividad del terreno se utiliz el mtodo de Wenner, el cualest referenciado por el RETIE, se expone la disposicin del montaje utilizado para sumedicin.


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Figura 4.- Esquema de medicin de resistividad Aparente.

La ecuacin exacta para el clculo es:

( ) ( )2222 42

1

4

ba

a

ba

a

Ra

+

+

+

=

Donde:

: Resistividad aparente en *m

a : Distancia entre electrodos en metros

b : Profundidad del electrodo en metros

R: Valor de resistencia obtenido en la medicin con el telurmetro

Si a > 20b la expresin anterior se puede aproximar a:

Ra 2= (Con a en m)

Resultados de la Prueba Wenner.

En la tabla 15, se analizan los datos tomados en terreno, para determinar el tipo desuelo y poder calcular la resistividad aparente (a), con la cual se calcula la malla depuesta a tierra.Se muestra el resumen de los resultados de los datos de resistividad entregados por la

empresa Lyansa Elctrica Ltda.


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Tabla No 14Tabla No 14Tabla No 14Tabla No 14----

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 2 4 6 8 10

Resistivida

dAparente[.m

]

Separacin entre electrodos a [m]

Resistividad Aparente para la SE CAMPO

BONITO

Series1

Series2

En la tabla 15, se analizan los datos tomados en terreno, para determinar el tipo de suelo y podercalcular la resistividad aparente (a), con la cual se calcula la malla de puesta a tierra.

Tabla No 1Tabla No 1Tabla No 1Tabla No 15555----


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SEPARACION

Medida

Direccin 1

[.m]

Medida

Direccin 2

[.m]

Medida

Direccin 3

[.m]

PROMEDIO

DESVIACION

50%

MUESTRA 1

DESVIACION

50%

MUESTRA 2

DESVIACION

DEL 30% DEL

VALOR MAS

ALTO 1

DESVIACION

DEL 30% DEL

VALOR MAS

ALTO 2

1 3050 3210 2086,67 52,25 60,23 46,17 53,83

2 2150 2560 1570,00 7,32 27,79 3,04 22,68

3 1940 1990 1310,00 -3,16 -0,67 -7,03 -4,63

4 1310 1590 966,67 -34,61 -20,63 -37,22 -23,80

6 1500 1300 933,33 -25,12 -35,11 -28,12 -37,70

8 1890 1550 1146,67 -5,66 -22,63 -9,42 -25,72

PROMEDIO 1973,33 2033,33 0,00 2003,33

NOTA:De las desviaciones columnas E y F , hay valores con una desviacion mayor al 50% los cuales se deben descartarpara cualquier analisis e stadistico. Igualmente hay valores mayores al 30% en las columnas G y H, por tal razon el suelo no es homogeneo.

Es necesario un analisis de suelo de dos capas.

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

RESISTIVIDAD APARENTE

PROMEDIO

Modelo de las dos capas.

Con la informacin, se utiliz el modelo de las dos capas para determinar el valor de resistividada utilizar en el clculo de la resistencia de la malla de puesta a tierra.

En la Figura N 5 se ilustra el modelo de las dos capas.


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Para encontrar el valor de la resistividad aparente y la profundidad de la primera capa, se utilizael mtodo grfico que aparece en la norma IEEE 80 del 2000, el cual se muestra acontinuacin.

El mtodo grafico de la IEEE 80 propone tomar dos datos de resistividad del tabulados y conbase a ellos construir la curva caracterstica para de ella determinar el valor de resistividadaparente y la profundidad de la capa. Los valores se tomaron de la tabla No 16 y son lossiguientes:

SEPARACION

Medida

Direccin 1

[.m]

Medida

Direccin 2

[.m]

Medida

Direccin 3

[.m]

PROMEDIO

1 3050 3210 2086,67

2 2150 2560 1570,00

3 1940 1990 1310,00

4 1310 1590 966,67

6 1500 1300 933,33

8 1890 1550 1146,67

PROMEDIO 1973,33 2033,33 987,78

Tabla 16-Valor de 1 y 2

Figura N 5: Ilustracin del mtodo de las dos capas


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De acuerdo con la norma IEEE 80-2000 , para suelos de dos capas se deben seleccionar las resistividades R1 y R2 , como la maxima y la minima

respectivamente . Para nuestro caso se selecciona : R1= 2086,67 R2= 933,33

la grafica.

Se determina el valor de R2/R1 y se selecciona de la curva de la fig No 21 de la norma , el valor de Ra/R1 .

Entonces: R2/R1= 0,44728435

DE la fig No 21 de la norma , para un valor de R2/R1=0,55 se obtiene : Ra/R1= 0,572679576

De donde se deduce que Ra= R1* I21 Ra= 1195,0

FIG. N 6. CURVAS PATRON PARA EL CLCULO DE 1 y 2


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Figura No 7Figura No 7Figura No 7Figura No 7----ResiResiResiResistividad Promediostividad Promediostividad Promediostividad Promedio

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

1 2 3 4 5 6

RESISTIVIDAD

DISTANCIA EN METROS

PROMEDIO

4.4 ANEXO 4

Sistema de proteccin interna contra sobretensiones transitorias

De acuerdo a los resultados obtenidos en la evaluacin del nivel de riesgo, se encontr que elriesgo de prdidas econmicas por dao de equipos electrnicos debidas a sobretensionestransitorias es alto, por esta razn es necesario implementar un sistema de proteccin internacontra sobretensiones transitorias, consistente en un coordinacin de dispositivos deproteccin contra sobretensiones (DPS) desde la S/E hasta los tableros principales de lasoficinas y dems instalaciones.

La metodologa utilizada para el diseo de la proteccin de los equipos electrnicos contra lassobretensiones de origen atmosfrico es tomada de la norma IEC 62305-4.

Para lograr obtener una adecuada coordinacin de dispositivos de proteccin contra

sobretensiones transitorias y teniendo en cuenta los resultados de la evaluacin del nivel deriesgo por prdidas econmicas en el Anexo N1, se recomienda instalar un sistema deproteccin interna contra sobretensiones transitorias NIVEL II, el cual consiste en instalar ungrupo de DPS's (uno por fase) en bornes primarios del transformador (DPS en media tensin),;luego en el tablero principal de baja tensin instalar un grupo de DPS's de baja tensin tipo C yfinalmente en los tableros de distribucin que alimenten cargas sensibles como equipos decomputo y comunicacin instalar DPS's tipo B y llevarlos de forma adecuada al sistema depuesta a tierra general de la instalacin.


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4.5 ANEXO 5

Gua de seguridad personal durante tormentas elctricas

Durante una tormenta elctrica son evidentes los peligros a los que se exponen, no slo lasedificaciones y los sistemas elctricos y electrnicos, sino las personas. Es por ello que sedeben conocer algunas recomendaciones para tener en cuenta durante una tormenta, evitandoriesgos para las personas.

El riesgo de ser alcanzado por un rayo es mayor entre las personas que trabajan, juegan,caminan o permanecen al aire libre durante una tormenta elctrica.

En la zona central colombiana (Cundinamarca, Antioquia, Boyac, Santander, Caldas, Quindo,

Risaralda, Valle del Cauca y los llanos) la actividad de descargas elctricas atmosfricas esms intensa durante los meses de abril, mayo, octubre y noviembre; en la zona Caribecolombiana (Atlntico, Magdalena, Sucre, Crdoba, Guajira) durante los meses de julio y agostoy en la zona sur (Amazonas, Cauca y Putumayo) durante los meses de diciembre y enero.

La actividad de descargas elctricas atmosfricas se presenta generalmente en las tres zonasdescritas entre las 2 y las 6 de la tarde y en algunas zonas especiales como el MagdalenaMedio en horas de la noche y en la madrugada.

Cuando se tenga indicios de tormenta elctrica es recomendable, como medida de proteccin,tener en cuenta las siguientes instrucciones:

Desconecte equipos elctricos o electrnicos, evitando la utilizacin de ellos y de aparatostelefnicos.

Busque refugio en el interior de vehculos, edificaciones y estructuras que ofrezcanproteccin contra descargas elctricas atmosfricas.

A menos que sea absolutamente necesario, no salga al exterior ni permanezca a la intemperiedurante una tormenta elctrica.

Permanezca en el interior del vehculo, edificacin o estructura hasta que hayadesaparecido la tormenta.

Protjase de las descargas elctricas atmosfricas en:

Contenedores totalmente metlicos. Refugios subterrneos. Automviles y otros vehculos cerrados con carrocera metlica. Viviendas y edificaciones con un sistema adecuado de proteccin contra descargas

elctricas atmosfricas.


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Estos sitios ofrecen poca o ninguna proteccin contra descargas elctricasatmosfricas:

Edificaciones no protegidas alejadas de otras viviendas. Tiendas de campaa y refugios temporales en zonas despobladas. Vehculos descubiertos o no metlicos.

Aljese de estos sitios en caso de tormenta elctrica:

Terrenos deportivos y campo abierto. Piscinas, playas y lagos. Cercana a lneas de transmisin elctrica, cables areos, vas de ferrocarril, tendederos

de ropa, cercas ganaderas, mallas eslabonadas y vallas metlicas. rboles solitarios. Torres metlicas: de comunicaciones, de lnea de alta tensin, de perforacin, etc.

Si debe permanecer en una zona de tormenta:

Busque zonas bajas. Evite edificaciones sin proteccin adecuada y refugios elevados. Prefiera zonas pobladas de rboles, evitando rboles solitarios. Busque edificaciones y refugios en zonas bajas.

Si se encuentra aislado en una zona donde se est presentando una tormenta:

No se acueste sobre el suelo. Junte los pies. No escampe bajo un rbol solitario. No coloque las manos sobre el suelo, colquelas sobre las rodillas. Adopte la posicin de cuclillas.

5 CONCLUSIONES

Despus de evaluar el nivel de riesgo por prdida de la vida humana o lesionespersonales, se encontr que es mayor al riesgo tolerable, por esta razn es necesarioimplementar un sistema de proteccin externo e interno contra descargas elctricasatmosfricas. Al utilizar un nivel de proteccin externo nivel I e interno Nivel II, se logradisminuir el riesgo por prdida de la vida humana por debajo del nivel tolerable.

Se encontr un riesgo por daos de equipos electrnicos a causa de las sobretensionestransitorias de origen atmosfrico, as se recomienda utilizar un sistema de proteccininterno contra sobretensiones, consistente en una adecuada coordinacin dedispositivos de proteccin contra sobretensiones, tal y como se indica en el anexo N4.


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Para el diseo del sistema de apantallamiento se tuvo principal cuidado en proteger alas personas que se encuentren cerca en el momento de una descarga elctrica

atmosfrica, calculando la energa y tensiones peligrosas a la que pueden estarsometidas, y comprobando que se encuentran por debajo de los valores tolerablesexigidos en la normativa.

El diseo del sistema de apantallamiento pretende adems proteger la estructura contraun impacto directo del rayo, debe quedar claro que un sistema de apantallamiento nopresenta un 100% de efectividad, pero con la implementacin del diseo se reduce elriesgo notablemente.

Es importante que todo el personal que permanece normalmente en la instalacinconozca la gua de seguridad contra descargas elctricas atmosfricas, para que sepancmo actuar durante una tormenta elctrica. Esta gua se puede observar en el anexoN5 y debe ser difundida en carteleras o copias par a el personal que permanezca en lasinstalaciones.

Para la construccin del sistema de apantallamiento es importante que se coordine conla obra civil, para llevar adecuadamente los bajantes dentro de las columnas y no afectarla parte esttica al llevar bajantes por la pared.

El sistema de puesta a tierra se debe construir antes de la construccin de la nuevacaseta de control de la Subestacin.


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Anexo No8-Mapa nivel isoceraunico Villavicencio-Colombia

6 REFERENCIAS

R.E.T.I.E.

NTC 4552-2, NTC4552-3.

IEC 62305-2, IEC62305-3.

IEEE 998.

CON 256 MC 001_Apantallamiento CB 115 KV

Documents

Transcript of CON 256 MC 001_Apantallamiento CB 115 KV