Colegio De Ingeniera Mecnica y ElctricaCoordinacin de aislamientoS.E Jorobas.Prof.: Ing. Carlos Morn Ramrez

Alumno: David Hernndez De Jess

Abril 2014

ContenidoUbicacin..2 Introduccin.....3 Antecedentes9Actividades Realizadas.11Coordinacin de aislamiento..14Anlisis16Conclusiones..17Recomendaciones.17

Ubicacin: La subestacin elctrica Jorobas se encuentra localizada en la siguiente direccin: Sn, Unidad Econmica Fuera de Localidad, Parque 1ndustrial TepejiCP:42850.Tepeji del Ro de Ocampo,HidalgoA un costado de la empresa Praxair, como se muestran en la figura 1 y 2 respectivamente.

I. Antecedentes.

IntroduccinUna subestacin Elctrica: es un conjunto de elementos o Dispositivos que nos permite cambiar las caractersticas de energa (Tensin, corriente, Frecuencia) Tipo C.A. a C.C., o bien, conservarle dentro de ciertas caractersticas.

Clasificacin de subestaciones. Por su servicio. o Elevadoras. o De maniobra o Reductoras o De distribucin o Inversoras Rectificadoras.Por su operacin.

Corriente alterna Corriente Continua

Por su construccin

Tipo intemperie Tipo interior Tipo blindado

Elementos Constitutivos De Una Subestacin Elctrica.

ELEMENTOS PRINCIPALES

1. Transformador de Potencia 2. Interruptores de potencia 3. Cuchillas desconectadoras 4. Transformador de de Potencial (TPs) y de Corriente (TCs) 5. Protecciones por Relevadores

ELEMENTOS SECUNDARIOS

1. Cables de potencia2. Cables de control3. Alumbrado4. Estructura 5. Herrajes

Algunos elementos antes enunciados pueden verse en la figura 3

Figura 3

Apartarrayos

El apartarrayos es un dispositivo que nos permite proteger las instalaciones contra sobretensiones de origen atmosfrico, o sobretensiones por maniobra.Las ondas que se presentan durante una descarga atmosfrica viajan a la velocidad de la luz y daan al equipo si no se le tiene protegido correctamente.Dichas descargas atmosfricas se ilustran a continuacin en las figuras 4 y 5

Figura 4 Figura 5

Las sobretensiones por descargas atmosfricas directas, como se han descrito brevemente en los prrafos anteriores, y en ciertos pases como Mxico, son las que representan la mayor probabilidad de riesgo de falla en las instalaciones. En la figura 6 se puede ver el comportamiento de dicha fenmeno.

Figura 6Como se dijo anteriormente la proteccin para estos fenmenos, son los apartarrayos, a continuacin se muestran sus elementos constitutivos en la figura 7:

Figura 7

Y para estos son 2 los que normalmente se utilizan

Apartarrayos convencional con Gap (autovalvular). Apartarrayos de xido metlico (Zn0).

Los cuales se ilustran a continuacin en las figura 8:

Figura 8Ubicacin de pararrayosLa ubicacin correcta de un pararrayos debe ser cono se hace a continuacin figura 9.

Figura 9

En las siguientes figuras (9 y 10) se muestra de que manera se deben conectar los apartarrayos:

Figura 9

Figura 10

AntecedentesLa subestacin Jorobas forma parte de la zona de transmisin metropolitana, su nivel de tensin es de 230 kV, es la encargada de suministrar de energa elctrica a la zona industrial que se encuentra en la periferia de dicha subestacin; la misma cuenta con 6 lneas en este nivel de tensin la siguiente figura muestra la disposicin de las lneas.

De acuerdo a informacin del personal de la ZTM a las 18:07 del da 9 de septiembre de 2013 se registr una falla en la lnea de transmisin JRB-93480-TUL la cual ocasiona el disparo de la proteccin 87L (proteccin diferencia de lnea) fase C. En la inspeccin se detecta aislador flameado correspondiente a la cuchilla 93489 fase C de la subestacin Jorobas, se considera correcto el libramiento de la falla por la proteccin y la misma se normaliza a las 18:32. Los registros de la falla muestran que en el momento de la falla en la fase C se origina una sobretensin (ver figura 2). Personal de la subestacin concluye que la falla de la cuchilla se debe a que la lnea de 230 kV est aislada en 400 kV desde la SE Tula a la SE Jorobas por lo que el aislamiento de 400 kV soport la descarga atmosfrica excepto la cuchilla que est aislada en 230 kV lo anterior aunado a que la lnea no cuenta con apartarrayos en la baha de la subestacin contribuyeron a que se presentara la falla en la cuchilla 93489.

Actividades realizadas.En base a la informacin proporcionada a la GIE (Gerencia de Ingeniera Especializada), se program una visita tcnica el 26 de septiembre de 2013 a la S.E. Jorobas, en dicha visita se recopil informacin de la subestacin y de la falla ocurrida, as como evidencia fotogrfica y fsica. Dentro de las primeras actividades que se realizaron en la visita tcnica fue la inspeccin del aislador fallado del cual se muestra la siguiente fotografa, al mismo se le tomaron dimensiones y datos de placa.

Datos de placa de cuchilla 93489 fallada:Cuchilla desconectadora doble apertura lateral (Figura 5)Marca ALSTOM Modelo sg3c-245Ao 2000Cliente Luz y fuerzaContrato 0010410 aa1Partida 2Nmero de serie 022 0115 cTensin nominal 230 kV Tensin de aguante al impulso por rayo 1050 kV Altitud de operacin 2300 msnm Frecuencia nominal 60 hz Corriente nominal 2000 a Resistencia hmicas del circuito principal 102 m Corriente pico nominal 100 kA Corriente de aguante de corta duracin 40 ka 3 segTipo modelo accionamiento motriz neumtico Tensin nominal de auxiliares 220 vca control 125 vdc Masa por polo 0.80 kgDistancia de fuga 565 cmFuerza mecnica nominal sobre las terminales 100 kg

Figura 5Es importante mencionar que la altitud de la instalacin con respecto al nivel del mar es de 2307 mts, la entrada a la baha de la LT 93480 no cuenta con apartarrayos (figura 6).

Figura 6

Coordinacin de aislamiento.

Recabados los datos necesarios para el estudio, se procedi al anlisis correspondiente de la informacin y el clculo de la coordinacin de aislamiento correspondiente.Clculo de la distancia dielctrica en 230 kV, S.E. Jorobas.Caractersticas de la instalacin. Nivel de tensin: 230 kV.NBI= 1050 kV.Vmax= 245 kV.

Altura de la instalacin: 2307 msnmU50%: = 530d y 0.961 (denominador de la frmula) ------- frmula dada por las normas de coordinacin de aislamiento IEC 71-1 e IEC 70-2,Realizando las operaciones correspondientes:

Distancia a una altitud menor a 1000 msnm:

Considerando que la instalacin opera a una altitud por arriba de los 1000 msnm, se debe considerar un factor de correccin basado en la dependencia de la presin atmosfrica con la siguiente expresin:

Donde:

H = altura de operacin (m).m= 1 para tensiones de aguante de coordinacin por impulso de rayo. Considerando una altura H= 2307 m

Corrigiendo (U50%CORREGIDO) la tensin crtica de flameo por impulso de rayo tenemos:

Distancia mnima de fase a tierra para el aislador en 230 kV deber ser mayor o igual a 2.736 mts. (En el caso de las cuchillas son dos secciones)

Clculo de apartarrayos de lnea de 230 kV

De acuerdo a norma NRF-003-CFE-2000 el valor de Uc (MCOV) el valor prximo superior que corresponde al Uc calculado es de 152 kV que a su vez le corresponde una tensin nominal del apartarrayos Un de 192 kV en clase III. Con las especificaciones anteriores el apartarrayos tendremos un margen de proteccin MP de:

Anlisis

Al analizar las dimensiones del aislamiento de la cuchilla fallada se puede observar que la distancia dielctrica de fase a tierra en aire de acuerdo a las medidas tomadas por personal de la GIE es de 2.115 m considerando aislamiento y parte metlica media, comparando esta dimensin con la calculada la cual es de 2.736 m se puede observar que la distancia actual en aire es ms corta en 0.621 m que la necesaria para la altitud a la cual se ubica la instalacin, cabe hacer mencin que en los datos de placa de dicha cuchilla se especifica una altitud de operacin de 2300 MSN sin embargo la distancia en aire no corresponde a lo calculado para esta altitud, incluso se acerca mucho a la distancia en aire estndar para una altitud por debajo de los 1000 msnm.

Debido a que no se cuenta con apartarrayos en la lnea 93480-TUL, la descarga atmosfrica que se present en la fase C de la lnea de trasmisin no fue limitada a la entrada de la subestacin y la misma incidi en el equipo de la baha de la lnea. La descarga no afect el aislamiento en la lnea de trasmisin y en los aislamientos de la subestacin en esta rea (TC, TP, interruptor, etc.) debido a que cuentan con una distancia suficiente en aire (lo cual fue verificado por personal de la GIE), y a que la descarga origin una sobretensin por debajo del NBI de dicho aislamiento, por sus caractersticas existe la posibilidad de que dicha descarga fuera inducida del hilo de guarda al conductor de fase.En el momento que se present la descarga en la baha de la lnea de trasmisin (fase C) y al tener la cuchilla 93489 un distancia en aire deficiente, la misma arque en aire ocasionando la operacin del 87L y mandando el disparo correspondiente. Es decir el arqueo se present en el aislamiento ms deficiente.

Conclusiones.

La cuchilla 93489 presenta un arqueo en el aislador soporte de la fase C de fase a tierra el cual se debi a que su aislamiento presenta una distancia en aire de fase a tierra deficiente para la altura al nivel del mar a la cual est instalada. El origen del arqueo de la cuchilla se debi a la presencia de una descarga atmosfrica en la lnea de transmisin 93480 la cual incidi directamente en la cuchilla. La descarga se presenta en la fase C debido a falla de blindaje o sobretensin inducida por cercana al hilo de guarda con un valor cercano al NBI de 1050 kV el cual es el lmite de aguante de aislamiento del equipo, dicha sobretensin fue correctamente soportada debido a la suficiente distancia en aire para las condiciones de altitud del aislamiento de la lnea y de la subestacin con excepcin de las cuchillas. La descarga no es mitigada o limitada a la entrada de la subestacin debido a que en este punto no se cuenta con apartarrayos. La proteccin 87L libr correctamente la falla que se present.

VI. Recomendaciones.Se recomienda los apartarrayos de xido de zinc tienen las caractersticas de estar conectados continuamente a la fase de la lneas, es decir a diferencia de los otros apartarrayos, estos no se conectan a travs de explosores. Sino directamente. Esto lo permite el hecho de que el apartarrayos tenga una mayor precisin, y que puede con un 10% por arriba de la tensin nominal. Por otra parte so el apartarrayos esta continuamente sometido a esfuerzos elctricos, seguramente que tendr que sufrir envejecimiento que actualmente aun no ha sido debidamente estudiado, aunque se presume que su vida til ser de por lo menos 50 aosEl apartarrayos de xido de zinc, tendr que cubrir las siguientes caractersticas: Tipo pedestal de envolvente de porcelana o hule silicn con las siguientes caractersticas a la entrada de la baha de la lnea 93480:Uc = 154 kV (MCOV) Un = 192 kVClase IIINivel de contaminacin mediaAltitud de operacin: 2300 msnmDistancia de fuga: 495 cm (contaminacin media)Se recomienda una revisin del blindaje y sistemas de tierras de la lnea de transmisin para evitar salidas por falla de blindaje o impacto directo.Se recomienda la eventual homologacin del aislamiento de las cuchillas a las condiciones de altitud a las cual estn instaladas considerando una distancia dielctrica mnima de fase a tierra de 2.736 m.Se recomienda la instalacin de apartarrayos con las mismas caractersticas a las mencionadas anteriormente en las bahas de 230 kV que no cuenten con los mismos.

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