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Revisión B 1

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Estudios de Cortocircuito y Verificacio n de Capacidad de Ruptura de Interruptores por conexio n de

Subestacio n Tambores

Informe Técnico preparado para

Santiago, septiembre de 2014

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INDICE

1. INTRODUCCIÓN. .................................................................................................................................. 3

2. ANTECEDENTES GENERALES. ............................................................................................................... 4

3. ANTECEDENTES TÉCNICOS. .................................................................................................................. 5

3.1. TRANSFORMADOR SE LOS TAMBORES. ...................................................................................................... 5

3.2. TRANSFORMADOR SE PICHIRROPULLI T-1. .................................................................................................. 5

3.3. TRANSFORMADOR SE PICHIRROPULLI T-2. .................................................................................................. 5

3.4. TRANSFORMADOR SE PAILLACO. .............................................................................................................. 5

3.5. LÍNEA 66KV PILAUCO - LA UNIÓN, TRAMO LA UNIÓN – TAMBORES. ............................................................... 6

3.6. LÍNEA 66KV PILAUCO - LA UNIÓN, TRAMO PILAUCO – TAMBORES. ................................................................. 6

3.7. LÍNEA LA UNIÓN – OSORNO 66KV. ........................................................................................................... 6

3.8. LÍNEA 66KV LA UNIÓN – LOS LAGOS, TRAMO LA UNIÓN - PICHIRROPULLI. ....................................................... 6

3.9. LÍNEA 66KV LA UNIÓN – LOS LAGOS, TRAMO PICHIRROPULLI – PAILLACO. ....................................................... 6

3.10. LÍNEA 66KV LA UNIÓN – LOS LAGOS, TRAMO PAILLACO – LOS LAGOS. ............................................................ 7

4. DIAGRAMA UNILINEAL DEL SISTEMA EN ESTUDIO ............................................................................... 8

5. CÁLCULO DE CORTOCIRCUITO ............................................................................................................. 9

5.1. CRITERIOS Y ALCANCES DEL ESTUDIO ......................................................................................................... 9

5.2. CÁLCULO DE CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO, APORTE SIC SEGÚN NORMA IEC 60909 ..................................... 9

5.2.1. Corrientes de cortocircuito antes de la incorporación de la subestación Los Tambores ........ 10

5.2.2. Corrientes de cortocircuito con la incorporación de la subestación Los Tambores ................ 10

5.3. ANÁLISIS CAPACIDAD DE RUPTURA DE INTERRUPTORES ................................................................................ 11

5.3.1. Interruptores 52B1, 52B2, 52B3, 52B4, 52BT1, 52BT2, 52BT3 y 52BT5 de SE La Unión ......... 11

5.3.2. Interruptores 52B1, 52B2, 52B3, 52B4, 52B5 y 52BT1 de SE Pilauco ..................................... 12

5.3.3. Interruptores 52B1, 52B2, 52B3, 52B4, 52BT1, 52BT2 y 52BT3 de SE Osorno ....................... 12

5.3.4. Interruptores 52BT1 de SE Purranque .................................................................................... 12

5.3.5. Interruptor 52BT1, 52ET1, 52E1 y 52E2 de SE Los Tambores ................................................. 13

6. CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 14



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1. Introducción.

STS se encuentra desarrollando la construcción de una nueva subestación primaria de 16MVA

66/23kV denominada Subestación Los Tambores 66/23 kV, 16 MVA. Con el objeto de atender la

demanda energética que significa la entrada en servicio de la nueva planta lechera de COLUN.

Además de mejorar la calidad de servicio de los clientes de las comunas de Rio Bueno y San Pablo.

La subestación se conectará en tap-off al circuito N° 1 de la actual Línea de transmisión de 66kV

Pilauco – La Unión, seccionándola en un punto ubicado aproximadamente a 30,2 km al norte de la

SE Pilauco. Se dispondrá de desconectadores, en ambos lados del tap-off, para seccionar la línea

antes mencionada.

Dispondrá de dos paños en 23 kV, uno para conexión de las líneas correspondientes al alimentador

Río Bueno y un segundo alimentador exclusivo para la carga de la nueva planta COLUN.

El estudio de cortocircuito y verificación de capacidad de ruptura se ha realizado utilizando el

procedimiento de las DO del CDEC-SIC “Términos y condiciones del cálculo de corrientes de

cortocircuito para la verificación del dimensionamiento de interruptores en el SIC”, el cual se

sustenta en la Norma IEC 60909-0 (2001): “Short-Circuit current in three-phase a.c. system”. Este

estudio tiene como objetivo principal verificar que las capacidades de cortocircuito de los

interruptores y demás elementos de corte no sean sobrepasadas bajo las nuevas condiciones de

operación.

Las simulaciones se han realizado empleando los parámetros eléctricos de las nuevas

instalaciones, de acuerdo a lo establecido en las bases de datos DigSilent que ha entregado STS

para la reaslización del presente estudio, a la que se ha agregado la información respectiva a la SE

Los Tambores.



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2. Antecedentes Generales.

Para la realización del informe se utilizó la siguiente información:

a) Procedimiento DO “Calculo de Nivel Máximo de Cortocircuito”, versión junio de 2011.

b) “Términos y condiciones del cálculo de corrientes de cortocircuito para la verificación del

dimensionamiento de interruptores en el SIC”

c) Plano SE00XT003-P-EE-00-001 Diagrama Unilineal - SE Los Tambores, Rev.A.

d) Archivo xls, resumen capacidad de ruptura SE Primarias.

e) Reporte de ensayos 14.3111 del transformador de poder 16MVA de la SE Los Tambores.

f) Modelo Digsilent con características eléctricas de:

Parámetros de impedancias de secuencia y máxima capacidad de transporte de las líneas de transmisión.

Información de los transformadores de poder de las subestaciones en estudio.



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3. Antecedentes Técnicos.

3.1. Transformador SE Los Tambores.

Potencia Nominal AT/MT : 12/16MVA

Tensión AT : 69kV

Tensión MT : 24kV

Zps(+) base 12.0MVA : 5.99%

Zps(0) base 12.0MVA : 5.97%

CDBC : 69 8x+1.25%; 8x-1.25%

Tipo de Conexión : Dyn1

3.2. Transformador SE Pichirropulli T-1.


Tensión AT : 66kV

Tensión MT : 13.8kV

Zps(+) base 4.0MVA : 7.7%

Zps(0) base 4.0MVA : 7.7%

CDBC : --

Tipo de Conexión : Yzn1

3.3. Transformador SE Pichirropulli T-2.


Tensión AT : 69kV

Tensión MT : 24kV

Zps(+) base 12.0MVA : 6.8%

Zps(0) base 12.0MVA : 6.75%

CDBC : --


3.4. Transformador SE Paillaco.


Tensión AT : 66kV

Tensión MT : 13.8kV

Zps(+) base 12.0MVA : 7.0%

Zps(0) base 12.0MVA : 7.0%

CDBC : --




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3.5. Línea 66kV Pilauco - La Unión, Tramo La Unión – Tambores.

Longitud : 10,09km

Resistencia de secuencia positiva : 3,4159Ω

Reactancia de secuencia positiva : 3,6669Ω

Resistencia de secuencia cero : 4,8778Ω

Reactancia de secuencia cero : 16,1451Ω

3.6. Línea 66kV Pilauco - La Unión, Tramo Pilauco – Tambores.

Longitud : 30,2km

Resistencia de secuencia positiva : 9,6354Ω

Reactancia de secuencia positiva : 11,0901Ω

Resistencia de secuencia cero : 14,0025Ω

Reactancia de secuencia cero : 47,6109Ω

3.7. Línea La Unión – Osorno 66kV.

Longitud : 36,75km

Resistencia de secuencia positiva : 19,2313 Ω

Reactancia de secuencia positiva : 15,3211 Ω

Resistencia de secuencia cero : 24,5527 Ω

Reactancia de secuencia cero : 57,7967 Ω

3.8. Línea 66kV La Unión – Los Lagos, Tramo La Unión - Pichirropulli.

Longitud : 21,3km





3.9. Línea 66kV La Unión – Los Lagos, Tramo Pichirropulli – Paillaco.

Longitud : 10.2km







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3.10. Línea 66kV La Unión – Los Lagos, Tramo Paillaco – Los Lagos.

Longitud : 24,7km







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4. Diagrama unilineal del sistema en estudio

CIRCUITO 2

BARRA 66 kVSE OSORNO

52B152B6

52B252B5

SE BARRO BLANCO

E1

CIRCUITO 1

52BG

HACIA SE PURRANQUE52B2

52B5

52EG2

T24-5 MVA66 / 24 kV

Dyn1

G2

52EG1

T18-10 MVA66 / 24 kV

Ynd1

G1

52EG3

T34-5 MVA66 / 24 kV

Dyn1

G3

CENTRAL CHUYACA

52BT1

220 kV

ATR1120 MVA

220 / 66 kV

SISTEMA EQUIVALENTE

SE LA UNIÓN 66 kV

BARRA 220 kVSE RAHUE

E1

SE PILAUCO

52JT1 52J6

52B3

220 kV

66 kV

66 kV

CIRCUITO 3

52B552B1

52B4

CIRCUITO 1

52B3

52B1 PILAUCO - LOS TAMBORESL=30,2 km

PILAUCO - OSORNOL=3,65 km



52BT1

52ET1

52E1 52E2

T112-16 MVA66 / 24 kV

Dyn1

SE LOS TAMBORES

CIRCUITO 1

LOS TAMBORES - LA UNIÓNL=10,09 km

CIRCUITO 2

52B252B2 OSORNO - LA UNIÓNL=36,75 km

52CT1

T14-5 MVA

66 / 13,8 kVDyn1

T14-5 MVA

66 / 13,8 kVDyn1

52ET2

52CT1

T14-5 MVA

66 / 13,8 kVDyn1

PICHIRROPULLI - LA UNIÓNL=21,30 km

SE PICHIRROPULLI

PICHIRROPULLI - PAILLACOL=10,2 km

52B4

BARRA 66 kVSE LOS LAGOS

E1

PAILLACO - LOS LAGOSL=24,7 km

SE PAILLACO



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5. Cálculo de cortocircuito

5.1. Criterios y Alcances del Estudio

El presente estudio se realiza según los criterios establecidos en el “Procedimiento DO Cálculo de

Nivel Máximo de Cortocircuito”, junio de 2010 y el “Procedimiento DO Términos y condiciones del

cálculo de corrientes de cortocircuito para la verificación del dimensionamiento de interruptores

en el SIC”, los cuales se sustentan en la Norma IEC 60909-0 (2001): “Short-Circuit current in three-

phase a.c. system”.

Los cálculos de niveles de cortocircuito máximos se efectúan utilizando como escenario base el de

operación en demanda alta en día laboral. Adicionalmente se ha considerado que todas las

unidades de generación están en servicio, y la condición de máximo enmallamiento del sistema.

Consideraciones Normativas

En referencia a la Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio, específicamente el

Procedimiento de la Dirección de Operaciones DO TÍTULO II, Art. 5 señala que se debe realizar:

“Estudio de cortocircuitos, cuyo objetivo es verificar la suficiente capacidad de ruptura de los interruptores, en todas las nuevas instalaciones y en aquellas existentes en el entorno que pudiesen verse afectadas por la incorporación de las nuevas instalaciones, el cual debe ser realizado de acuerdo con el procedimiento DO "Términos y condiciones del cálculo de corrientes de cortocircuito para la verificación del dimensionamiento de interruptores en el SIC", publicado en el sitio Web del CDEC-SIC.”.

5.2. Cálculo de Corrientes de Cortocircuito, Aporte SIC según Norma IEC

60909

En los apartados 5.2.1 y 5.2.2, se muestran las corrientes de cortocircuitos máximas en las barras

del sistema analizado, de acuerdo a lo indicado en el Procedimiento DO "Términos y condiciones

del cálculo de corrientes de cortocircuito para la verificación del dimensionamiento de

interruptores en el SIC", para distintos tipos de fallas. Los Cálculos se realizaron considerando el

escenario actual y proyectado que incluye la Subestación Los Tambores.



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5.2.1. Corrientes de cortocircuito antes de la incorporación de la subestación Los Tambores

5.2.2. Corrientes de cortocircuito con la incorporación de la subestación Los Tambores

La incorporación de la subestación Los Tambores no implica aumentos de las corrientes de cortocircuito del entorno, respecto de la

condición actual, ya que según lo informó STS no existen centrales ni proyectos de generación que se conecten en dicha subestación.

Ib Iasy ip Ib Iasy ip Ib Iasy ip Ib Iasy ip

Barra Interruptor asociado [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA]

SE Los Lagos 66kV B4 3,728 5,272 10,068 3,237 4,578 8,740 3,571 5,050 9,642 2,663 3,766 7,190

SE La Unión 66kV -- 3,399 4,807 9,177 2,960 4,186 7,992 3,263 4,615 8,810 2,179 3,082 5,883

SE Osorno 66kV -- 7,448 10,533 20,323 6,501 9,194 17,553 7,326 10,361 19,780 6,763 9,564 18,260

SE Pilauco 66 kVB1, B2, B3, B4, B5 y

BT18,039 11,369 21,954 7,016 9,922 18,943 8,422 11,911 22,739 8,285 11,717 22,370

SE Purranque 66kVB1, B2, B3, B4, BT1,

BT2, BT3 y BT53,350 4,738 9,045 2,914 4,121 7,868 3,362 4,755 9,077 2,691 3,806 7,266

SE Barro Blanco 66kV BT1 7,844 11,093 21,419 6,855 9,694 18,509 8,068 11,410 21,784 7,815 11,052 21,101

Pto.Conex. Los Tambores BT1 3,406 4,817 9,196 2,972 4,203 8,024 3,266 4,619 8,818 2,205 3,118 5,954

Falla 3F Falla 2F Falla 2FT Falla 1FT

Ib Iasy ip Ib Iasy ip Ib Iasy ip Ib Iasy ip

Barra Interruptor asociado [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA] [kA]

SE Los Lagos 66kV B4 3,728 5,272 10,068 3,237 4,578 8,740 3,571 5,050 9,642 2,663 3,766 7,190

SE La Unión 66kV -- 3,399 4,807 9,177 2,960 4,186 7,992 3,263 4,615 8,810 2,179 3,082 5,883

SE Osorno 66kV -- 7,448 10,533 20,323 6,501 9,194 17,553 7,326 10,361 19,780 6,763 9,564 18,260

SE Pilauco 66 kVB1, B2, B3, B4, B5 y

BT18,039 11,369 21,954 7,016 9,922 18,943 8,422 11,911 22,739 8,285 11,717 22,370

SE Purranque 66kVB1, B2, B3, B4, BT1,

BT2, BT3 y BT53,350 4,738 9,045 2,914 4,121 7,868 3,362 4,755 9,077 2,691 3,806 7,266

SE Barro Blanco 66kV BT1 7,844 11,093 21,419 6,855 9,694 18,509 8,068 11,410 21,784 7,815 11,052 21,101

SE Los Tambores 66kV BT1 3,406 4,817 9,196 2,972 4,203 8,024 3,266 4,619 8,818 2,205 3,118 5,954

SE Tambores 23kV ET1, E1 y E2 3,486 4,930 9,412 3,049 4,312 8,232 3,978 5,626 10,741 3,886 5,496 10,492

Falla 3F Falla 2F Falla 2FT Falla 1FT



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5.3. Análisis capacidad de ruptura de interruptores

Como se puede ver en la tabla de resultados del apartado 5.2, la ubicación de las fallas y el tipo de

falla simulada determinan las corrientes de cortocircuito totales a considerar para fines de

evaluación de las capacidades de ruptura de los interruptores existentes y de la subestación Los

Tambores. Aunque no se registran aumentos de las corrientes de cortocircuito se verificará la

capacidad de ruptura de los principales interruptores del entorno a modo de actualización.

Las condiciones para la verificación de la capacidad de los interruptores corresponden a las que se

indican en el Procedimiento DO "Términos y condiciones del cálculo de corrientes de cortocircuito

para la verificación del dimensionamiento de interruptores en el SIC", específicamente en el

Artículo 12.

El análisis, para cada interruptor involucrado, considera las siguientes verificaciones:

La capacidad de ruptura simétrica nominal del interruptor, deberá ser mayor que la

corriente de cortocircuito simétrica de interrupción (Ib).

La capacidad de ruptura asimétrica del interruptor, deberá ser mayor que la corriente de

cortocircuito de interrupción asimétrica (Iasy).

La capacidad de cierre contra cortocircuito nominal del interruptor, deberá ser mayor que

la corriente de cortocircuito máxima instantánea (Ip).

A continuación se verifica la capacidad de los interruptores por barra y subestación.

5.3.1. Interruptores 52B1, 52B2, 52B3, 52B4, 52BT1, 52BT2, 52BT3 y 52BT5 de SE La

Unión

Tensión

Nominal

Corriente

Nominal

Capacidad

Cierre Contra

COCI

kV A Simétrica Asimétrica kA Ib Iasy Ip

kA kA kA kA kA

52B1 72,5 2000 25 -- -- 3,399 4,807 9,177

52B2 72,5 2000 25 -- -- 3,399 4,807 9,177

52B3 72,5 2000 25 -- -- 3,399 4,807 9,177

52B4 72,5 600 16 -- -- 3,399 4,807 9,177

52BT1 72,5 600 16 -- -- 3,399 4,807 9,177

52BT2 72,5 600 16 -- -- 3,399 4,807 9,177

52BT3 72,5 2000 31.5 -- -- 3,399 4,807 9,177

52BT5 72,5 2000 20 -- -- 3,399 4,807 9,177

Interruptor

Capacidad Ruptura Corrientes de cortocircuito calculadas



Revisión B 12


5.3.2. Interruptores 52B1, 52B2, 52B3, 52B4, 52B5 y 52BT1 de SE Pilauco

5.3.3. Interruptores 52B1, 52B2, 52B3, 52B4, 52BT1, 52BT2 y 52BT3 de SE Osorno

5.3.4. Interruptores 52BT1 de SE Purranque

Aunque no se precisa la capacidad de ruptura asimétrica ni la capacidad de cierre contra

cortocircuito, se puede establecer que para los interruptores del entorno, detallados en los

apartados 5.3.1 a 5.3.4, las corrientes de cortocircuito máximas calculadas no superan la

capacidad de ruptura de estos.

Lo anterior debido a que las corrientes de cortocircuito asimétrica y peak son incluso inferiores a la

capacidad de ruptura simétrica, la que en cualquier caso será menor que la capacidad de ruptura

asimétrica y la capacidad de cierre contra cortocircuito.

Tensión

Nominal

Corriente

Nominal

Capacidad

Cierre Contra

COCI


kA kA kA kA kA

52B1 72,5 1250 31,5 -- -- 8,422 11,911 22,739

52B2 72,5 1250 31,5 -- -- 8,422 11,911 22,739

52B3 72,5 1250 31,5 -- -- 8,422 11,911 22,739

52B4 72,5 1250 31,5 -- -- 8,422 11,911 22,739

52B5 72,5 1250 31,5 -- -- 8,422 11,911 22,739

52BT1 72,5 1250 31,5 -- -- 8,422 11,911 22,739

Interruptor


Tensión

Nominal

Corriente

Nominal

Capacidad

Cierre Contra

COCI


kA kA kA kA kA

52B1 72,5 2000 25 -- 63 7,448 10,533 20,323

52B2 72,5 2000 25 -- 63 7,448 10,533 20,323

52B3 72,5 2000 25 -- 63 7,448 10,533 20,323

52B4 72,5 2000 25 -- 63 7,448 10,533 20,323

52BT1 72,5 2000 25 -- 63 7,448 10,533 20,323

52BT2 72,5 2000 25 -- 63 7,448 10,533 20,323

52BT3 72,5 2000 25 -- 63 7,448 10,533 20,323

Interruptor


Tensión

Nominal

Corriente

Nominal

Capacidad

Cierre Contra

COCI


kA kA kA kA kA

52BT1 72,5 2000 31,5 -- -- 3,350 4,738 9,045

Interruptor




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5.3.5. Interruptor 52BT1, 52ET1, 52E1 y 52E2 de SE Los Tambores

Las capacidades de ruptura simétrica de los interruptores de los paños de 66kV y de 23kV, definido

por la ingeniería de detalle del proyecto SE Los Tambores, son superiores a las corrientes de

cortocircuito simétrica, asimétrica y peak. En consecuencia, a pesar de no conocer las capacidades

de ruptura asimétricas y la de cierre contra cortocircuito, se puede establecer que estas no serán

sobrepasadas.

Tensión

Nominal

Corriente

Nominal

Capacidad

Cierre Contra

COCI


kA kA kA kA kA

52BT1 72,5 1250 31,5 -- -- 3,406 4,817 9,196

52ET1 72,5 1250 31,5 -- -- 3,978 5,626 10,741

52E.1 72,5 1250 31,5 -- -- 3,978 5,626 10,741

52E.2 72,5 1250 31,5 -- -- 3,978 5,626 10,741

Interruptor




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6. Conclusiones

La evaluación de las capacidades de ruptura fue realizada de manera conservadora utilizando los

niveles de cortocircuito en barras de las subestaciones y los criterios definidos en el artículo 13-a)

del Procedimiento DO "Términos y condiciones del cálculo de corrientes de cortocircuito para la

verificación del dimensionamiento de interruptores en el SIC".

De acuerdo a los criterios señalados, las características de los interruptores de la nueva subestación Los Tambores y los de su entorno satisfacen los requerimientos de capacidad de ruptura.



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