Diseño_de_Lineas_de_Transmision_500KV

8/2/2019 Diseo_de_Lineas_de_Transmision_500KV

1/52

DISEO DE LNEAS DE

TRANSMISIN 500kV


2/52

El sistema generador de Brasil es basado

fundamentalmente en energa hidrulica.Brasil originalmente desarroll sistemas detransmisin asociados a las zonas

generadoras determinadas por las cuencas degrandes ros.

El sistema interconectado nacional sedesarroll para permitir intercmbio de energaentre los grandes sistemas.

La interconexin nacional es toda basada enlneas 500kV.


3/52

El SINde

Brasilal ao2007


4/52

NIVEL DE TENSIN NMERO DE SE

S KM DE LT

S

345 73 9.360

440 27 6.830

500 110 29.650

525 42 5.230

En Brasil conviven sistemas de EHV en345kV, 440kV, 500kV y 525kV


5/52

ELSINAL

2009


6/52

Las lneas de transmisin 500kV songeneralmente sistemas troncalesy deinterconexin, para transmisin de

grandes bloques de energa a largas

distancias. La transmisin a largasdistancias en CA tiene limitaciones

operativas que obligan la inclusin de

subestaciones intermediarias de maneraque los tramos de lnea tengantipicamente entre 250 y 350km.


7/52

En 500kV, debido a los altos costosinvolucrados, no se utilizan soluciones

estndar, pero s para cada caso esdesarrollado un estudio de optimizacin en

funcin de las caractersticas especficasdel proyecto.Basicamente, se tiene en cuenta:

LONGITUD, POTENCIA, CLIMA,TOPOGRAFA y CONFIABILIDAD.


8/52

La longitud de los tramos de lnea depende del

flujo de reactivos en el sistema. La generacinde reactivos capacitivos depende solamente de

la tensin de la lnea y la generacin de reactivosinductivos es variable con la corriente

transportada. Cuando existe un equilibrio entrereactivos capacitivos e inductivos se dice que la

lnea est transportando su POTENCIA

CARACTERSTICA o POTENCIA NATURAL (eningls, SIL = surge impedance loading).Para lneas convencionales tpicas de 500kV, ese

valor es del orden de los 1000MVA.


9/52

Las variaciones en el equilibrio de reactivosson compensadas por el uso de sistemas decompensacin reactiva (reactores o

capacitores). Para aumentar la distancia entre

subestaciones y reducir el uso decompensacin, fue desarrollado el conceptode

Lneas de Potencia Natural Elevada(LPNE).


10/52

Las LPNE son lneas de impedancia reducida,lo que permite aumentar la potencia natural de20 a 25%.

Existen dos formas de obtener impedanciareducida:

-aproximando las fases, con el concepto delneas compactas, o

-aumentar el dimetro del haz de conductores,con el concepto de haz expandido.


11/52

Las dos tecnologas conviven hoy en Brasil yson igualmente eficaces en su objetivo dereducir las impedancias.

En la interconexin N-S, por ejemplo, con unalongitud de 1280km, existen lneas de 500kVparalelas utilizando las dos tecnologas.


12/52


13/52


14/52


15/52


16/52


17/52


18/52


19/52

Hay solucciones que emplean un mix delos dos conceptos, o sea, reduccin parcial

de distancia entre fases con hazparcialmente expandido.

CONCEPTO DISTANCIA ENTREFASES

DISTANCIA DEL HAZ

Convencional 10,5m 0,457m

Compacta 5,5m 0,457mHaz Expandido 10,5m 1,200m

Mix 9,0m 0,950m


20/52


21/52


22/52

Teniendo en cuenta la importancia de los sistemas 500kVcomo sistemas troncales y los altos costos deimplantacin, es fundamental la definicin lo ms precisaposible de modelos climticos que permitan una

zonificacin de la traza bajo dos puntos de vista: Mecnica(viento y hielo) y Elctrica (temperaturas, descargas yaltitud). La Zonificacin Mecnica corresponde a la confiabilidad

mecnica de la lnea, directamente relacionada a ladefinicin de estructuras, y la Zonificacin Elctricacorresponde a la confiabilidad elctrica de la lnea,directamente relacionada a la definicin de los cablesconductores.

CONFIABILIDAD Y MODELOS CLIMTICOS


23/52

Existen dos modelos de confiabilidad en uso: eldeterminsticoy el estadstico. El modelodeterminstico es lo ms tradicional y es utilizadocuando no se dispone de informacin meteorolgica

en detalle o cantidad adecuados. Es basado en elconcepto de velocidad mxima de vientosobre elcual se aplican coeficientes de seguridad, que enverdad reflejan nuestra inseguridad cuanto a la

naturaleza de las cargas actuantes. Cuanto msinseguros estamos, ms altos son los coeficientes deseguridadEs el modelo en que se basa la NESC y

las normas de varios pases.


24/52

El modelo estadstico trabajo con el concepto de perodo

de retorno del vientoasociado a la confiabilidad. Ese esel modelo adoptado por la IEC, que sugiere tres clases deconfiabilidad (I, II y III) asociadas a vientos con distintosperiodos de retorno (50, 150 y 500 aos), siendo que lavelocidad de diseo aumenta con el periodo de retorno.

Sobre las cargas de esa velocidad de viento no se aplicancoeficientes de seguridad, o sea, la lnea es diseada parala rotura bajo un riesgo conocido.

En Brasil se utilizan clases distintas en funcin de laimportancia de las lneas. De una manera general setrabaja con 50 aos para 138kV, 150 aos para 230kV y250 aos para 500kV.


25/52

Desde un punto de vista ms general, el modelo estadstico

nos permite ms control sobre los riesgos que son asumidospara el proyecto, pues al fin tratase siempre de asumir uncierto riesgo. Por otro lado, en el modelo determinstico no sesabe el riesgo que corremos: si es muy pequeo, puede ser

que se est botando plata fuera, si es muy alto, sabemos elpeligro.Pero, para que el modelo estadstico pueda ser utilizado esnecesario que exista una red de coleta de informacionesmeteorolgicas con mediciones hechas por lo menos durante5 a 10 aos con una metodologa bien determinada. Todo es una cuestin de que se ajuste las curvas dedistribucin de solicitacin y de resistencia.


26/52

EJEMPLO DE ZONIFICACIN MECNICA

Perodo deRetorno (anos)

Tempo deMdia

Zona A(km/h)

Zona B(km/h)

Zona C(km/h)

250 10 min 100/95 115/105 125/125


27/52


28/52

SELECCIN DEL CONDUCTORLa seleccin del conductor resulta de un

estudio de optimizacin tcnico-econmicoque comprende tres aspectos: AMPACIDAD,EFECTOS DE CAMPO y PRDIDAS JOULE. Yhay un cuarto que es el COSTO, que puede

ser dividido en dos tipos: COSTO INICIAL (de

instalacin o inversin) y COSTODISTRIBUDO, que corresponde al costo delas prdidas Joule a lo largo de la vida til de

la lnea.


29/52

El criterio de AMPACIDAD define la seccinmnima de conductor para transmitir una ciertapotencia a una temperatura mxima aceptable

(normal < 75C y emergencia < 90C).La ampacidad es calculada por el equilibrio

trmico entre calor que entra y calor que sale delconductor (QJ + QS = QC + QR).

El clculo bajo ciertas variables (temperatura

ambiente, viento, sol, altitud, etc) resulta en unacierta temperatura de diseo, pero durante laoperacin se pueden adoptar metodologas de

ampacidad dinmica.


30/52

EFECTOS DE CAMPO: CORONA, CE Y CM

El EFECTO CORONA es resultante del campoelctrico en la superficie de los conductores,

conocido como gradiente. El fenmeno ocurresiempre que el gradiente del conductor supere el

valor crtico de rigidez dielctrica del aire(tambin llamado gradiente crtico de corona) y

ocurre una migracin de electrones dando

origen a una corriente inica de naturalezarandmica que, adems de causar prdida deenerga, tambin provoca ruido audible einterferencia en transmisin de radio AM.


31/52

EFECTO CORONA

El Corona en 500kV es un de los factores

determinantes en la seleccin del conductor y esrazonablemente bien controlado por el uso deconductores mltiples en un haz que, de unacierta forma simula un aumento virtual del

dimetro del conductor.Los criterios tcnicos aplicados son lossiguientes:

No existir corona visual en 90% del tiempo Limitar el ruido audible a un valor aceptableen el borde de la franja de servidumbre Limitar el nivel de radio-interferencia en el

borde de la franja de servidumbre.


32/52

RADIO-INTERFERENCIA

La radio-interferencia es limitada por un criteriode calidad de audicin, o sea, por un criterio derelacin seal-ruido, pues solamente se debenproteger seales de una cierta magnitud quesean posibles de ser escuchados. Ese valormnimo de la seal es del orden de 66dB y larelacin seal-ruido que produce una buenacalidad de recepcin es del orden de 24dB. Asse admiten valores de interferencia generadospor la lnea de hasta 42dB.


33/52

Es importante en el caso del Corona tener encuenta que el gradiente crtico del aire, queest en la raiz de los problemas, se reducecon la reduccin de la densidad relativa del

aire (RAD), exigiendo conductores dedimetro ms grande conforme se incrementael altitud. Por ejemplo, una lnea que sale del

nivel del mar y cruza una cordillera puede

tener dos o tres distintos conductoressolamente para cumplir con los

requerimientos referentes al corona.


34/52

ALT B TEMP RAD GC(m) (mmHg) (C)

0 760,0 25 0,9832 33,21500 713,7 23 0,9296 31,651000 670,3 21 0,8790 30,161500 629,5 19 0,8311 28,752000 591,2 17 0,7859 27,41

2500 555,2 15 0,7432 26,133000 521,4 13 0,7029 24,923500 489,7 11 0,6648 23,784000 459,9 9 0,6287 22,694500 431,9 7 0,5947 21,655000 405,6 5 0,5625 20,67

Abajo se encuentra el gradiente crtico de

corona para un haz de 4 conductores de26.5mm de dimetro en funcin del altitud.

Es importantepercibir que lo

que cambia conel altitud es el

gradiente crtico,

no el gradientereal delconductor.


35/52

CASO DE LA LT 500kV MANTARO-CARAVELI-MONTALVO

4 x 750MCM

H < 2000m

4 x 1000MCM

H < 4500m


36/52

RADIO-INTERFERENCIA DE UNA CROSS-ROPE

RDIO INTERFERNCIA

LT 500 kV Imperatriz - SamambaiaAltura Mnima condutor / solo

V = 550 kV - f = 1,0 MHz - 4 x CAA 954 MCM "Rail"Resistividade do solo = 1.000 Wm

Estrutura ESL / ESP

Tempo Chuvoso

Tempo Bom

Critrio = 42,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

55,0

60,0

65,0

70,0

75,0

80,0

-55,

0

-50,

0

-45,

0

-40,

0

-35,

0

-30,

0

-25,

0

-20,

0

-15,

0

-10,

0

-5,

0

0,

0

5,

0

10,

0

15,

0

20,

0

25,

0

30,

0

35,

0

40,

0

45,

0

50,

0

55,

0

Distncia perpendicular ao eixo da linha (m)

RdioInterferncia(dBacimade1m

V/m)


37/52

CAMPO ELCTRICO

El campo elctrico al nivel de suelo es resultadodel voltaje de la lnea y de la geometra de losconductores, sin depender de la corriente. En esecaso los criterios adoptados son un valor mximo

que varia de 2 a 5kV/m en el borde de la franja.


38/52

CAMPO MAGNTICO

El campo elctrico al nivel de suelo es resultado dela corriente y de la geometra de los conductores,sin depender del voltaje. En ese caso los criterios

adoptados son un valor mximo de flujo magntico

de 833mG o 67A/m en el borde de la franja.


39/52

PRDIDAS JOULE Y ECONOMICIDAD

Las prdidas Joule son un factor determinante en laseleccin del conductor, especialmente en lneas largas y dealta potencia. Los parmetros que intervienen son: longitud,seccin y resistividad del material y corriente circulante.

Las prdidas Joule est directamente relacionadas a laoptimizacin econmica de la lnea, una vez querepresentan un costo distribudo a lo largo de toda la vida tilde la lnea.

De esa manera, todos los criterios de seleccin deconductor que vimos hasta ahora influyen en el costo inicialde inversin y las prdidas Joule son energa que se pierdetodos los das.


40/52

PRDIDAS JOULE Y ECONOMICIDAD

As, la ecuacin econmica es capitalizar el costo deinversin inicial a lo largo de la vida til y sumarlo al costo delas prdidas para cada seccin del conductor, elegindoentonces la seccin de mnimo costo global.

La forma como ese estudio es hecho tiene estrecha relacincon el modelo de concesin de la lnea. Si el que construyela lnea es el dueo responsable por la transmisin, lapreocupacin con el tema de las prdidas es suya. Pero, siel que construye solamente alquila la infraestructura a unotro ente responsable por la transmisin, ese ente es lo quedebe imponer las reglas para las prdidas.


41/52

MATERIAL DEL CONDUCTOR

El estudio del conductor ptimo debe serdesarrollado para cada tipo de material

disponible en el mercado de conductores.

As, podemos considerar los cables tipoACSR, AAAC, ACAR o AACSR. Otros tipos

existen, pero son muy caros a correspondena solucciones particulares.

Adems de los criterios antreriormentedescriptos, en la comparacin de materiales

interviene las flechas que cada cable permite.


42/52

AISLAMIENTO DE LA LNEA

La definicin del aislamiento de la lnea estdirectamente relacionada al desempeo bajociertos requerimientos en funcin de la

confiabilidad deseada.

Definir el aislamiento es definir la resistenciaque deben tener los gaps de la lnea a cada una

de las solicitaciones posibles: frecuenciaindustrial (50/60Hz), impulso de maniobraeimpulso atmosfrico, adems del tema de lacontaminacin.


43/52

En la definicin del aislamiento es importantetener en cuenta las correcciones por ladensidad relativa del aire, que sonligeramente distintas para cada tipo desolicitacin.

En lneas de 500kV, la solicitacin que menosinterviene en la definicin de la ventana es el

impulso atmosfrico.


44/52

Las distnciasmnimas para cadatipo de solicitacin

son asociadas a

distintas condicionesde viento formandouna envoltoria en lasventanas de la torre.


45/52

COMPORTAMIENTO A IMPULSO

ATMOSFRICOAunque el impulso atmosfrico no determineal aislamiento de la torre, l tiene s un rol

importante en la confiabilidad de la lnea,pues por mejor que se disee la proteccindel conductor contra descargas directas, haysiempre el tema del backflashover, que

depende basicamente de la resistencia depuesta a tierra y de la soportabilidad de lascadenas.


46/52

Para elblindaje de los

conductoresse utiliza elmodelo deWhitehead


47/52

REQUERIMIENTOS DE DESEMPEO

El desempeo a impulso atmosfrico esmensurado por nmero de salidas por 100km

de lnea por ao.

Para lneas de 500kV se espera una nmeromenor a 1,0, siendo ninguna salida por falla

de blindaje.

As, el tema del backflashover es unacuestin de coordinacin entre aisladores y

aterramiento.


48/52

NMERO DE AISLADORES

El nmero de aisladores en 500kV esusualmente determinado por el criterio de

contaminacin, que determina una longitud

de lnea de fuga mnima de acuerdo a la clasede contaminacin.

La norma utilizada es la IEC-815 quedetermina 4 clases de contaminacin y sucorrespondiente lnea de fuga mnima, que

varia desde 16 hasta 31mm/kV.


49/52

CONSIDERACIONES SOBRE FRANJA DE

SERVIDUMBRELa definicin del ancho de la franja de servidumbre eshecha por tres criterios:MECNICO es la verificacin de la oscilacin

mxima de la flecha del conductor manteniendo unadistancia mnima de seguridad.ELCTRICO es la verificacin del cumplimiento delos requerimientos de radio-interferencia, ruido

audible, campo elctrico y campo magntico.IMPLANTACIN en el caso de torres atirantadas, lasfundaciones de los tirantes deben estar dentro de lafranja para cualquier altura de torre.

DEFORESTACIN SELECTIVA EN LA FRANJA


50/52

DEFORESTACIN SELECTIVA EN LA FRANJA


51/52

ESTRUCTURAS

Lo que las estrucuturas en 500kV tienen deespecial son las dimensiones y el peso. As, la

bsqueda de solucciones ms livianas y de

ms fcil montaje es una constante.Por otro lado, la optimizacin de la serie de

estructuras es importante especialmente

cuando tengamos una traza que pasa pordistintas zonas climticas.


52/52

TIPO ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3

CSE1 550 425 315

CSE2 700 550 410

CSE3 900 700 520

CSE4 1200 930 700

EJEMPLO DE UNA SERIE DE TORRES DE

SUSPENSIN OPTIMIZADA PARA UNA LNEALARGA CON 3 DISTINTAS ZONAS CLIMTICAS

Diseño_de_Lineas_de_Transmision_500KV

Documents

Transcript of Diseño_de_Lineas_de_Transmision_500KV