SUBESTACIÓN OCOA 115/34,5/13,8 kv MEMORIA DE VERIFICACIÓN DE DISTANCIAS ELÉCTRICAS SUBESTACIÓN OCOA PROYECTO AMPLIACIÓN DE BAHIAS DE LÍNEA 115 KV.

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1 SUBESTACIÓN OCOA 115/34,5/13,8 kv MEMORIA DE VERIFICACIÓN DE DISTANCIAS ELÉCTRICAS SUBESTACIÓN OCOA PROYECTO AMPLIACIÓN DE BAHIAS DE LÍNEA 115 KV. DOCUMENTO IEB REVISIÓN 0 Medellín, Febrero de 2013

2 VERIFICACIÓN DE DISTANCIAS ELÉCTRICAS Página ii de iv CONTROL DE DISTRIBUCIÓN Copias de este documento han sido entregadas a: Nombre Dependencia Empresa Copias Las observaciones que resulten de su revisión y aplicación deben ser informadas a CONTROL DE REVISIONES Revisión No. Aspecto revisado Fecha 0 Emisión Inicial 17/03/2013 CONTROL DE RESPONSABLES NÚMERO DE REVISIÓN Nombre JLO/OSR Elaboración Firma Fecha 17/03/2013 Nombre OSR Revisión Firma Fecha 17/03/2013 Nombre OSR Aprobación Firma Fecha 17/03/2013 Participaron en la elaboración de este informe: OSR JLO Oscar Alonso Sanchez R. Jhonatan Londoño Ospina

3 VERIFICACIÓN DE DISTANCIAS ELÉCTRICAS Página iii de iv Contenido 1. INTRODUCCIÓN PARÁMETROS GENERALES DEL SISTEMA METODOLOGÍA DISTANCIAS DE SEGURIDAD Valor básico Zonas de seguridad DISTANCIAS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LAS BAHIAS Ancho de barras Ancho de campo Altura de campo Longitud del campo CONCLUSIONES REFERENCIAS... 13

4 VERIFICACIÓN DE DISTANCIAS ELÉCTRICAS Página iv de iv Figuras Figura 1. Valor Básico... 2 Figura 2. Distancias medias para un operador... 3 Figura 3. Ejemplo de la franja de circulación de personal... 4 Figura 4. Franja de circulación usada para servicios de mantenimiento con herramientas livianas.. 5 Figura 5. Franja de circulación usada para servicios de mantenimiento con herramientas pesadas - Vertical... 5 Figura 6. Franja de circulación usada para servicios de mantenimiento con herramientas pesadas - Planta... 6 Figura 7. Rango del movimiento de conductores flexibles durante cortocircuitos... 7 Figura 8. Ancho de campo determinado por estructura adyacente a seccionador... 8 Tablas Tabla 1. Distancias adoptadas entre equipos de patio 115 kv Tabla 2. Distancias de seguridad y dimensionamiento Subestación Ocoa a 115 kv... 11

5 VERIFICACIÓN DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA Página 1 de INTRODUCCIÓN En este documento se presenta la verificación de las distancias eléctricas seleccionadas para la subestación Ocoa 115 kv incluyendo el ancho, la altura y la longitud de campo a partir de las distancias mínimas fase - fase y fase - tierra seleccionadas en el documento IEB (0) Memoria Coordinación de Aislamiento Ocoa 115 kv para el nuevo campo de línea 115 KV. 2. PARÁMETROS GENERALES DEL SISTEMA En el documento IEB Informe de visita Subestación Ocoa proyecto ampliación de bahía de línea 115 KV se definen los aspectos relacionados con las características del sitio y del sistema. 3. METODOLOGÍA La metodología a seguir comprende el cálculo de las distancias mínimas y de seguridad que deben tenerse en cuenta en el diseño de una subestación para garantizar la seguridad de las personas y el adecuado dimensionamiento de la subestación. 3.1 DISTANCIAS DE SEGURIDAD Corresponden a las separaciones mínimas que deben mantenerse en el aire entre partes energizadas de equipos y tierra, o en equipos sobre los cuales es necesario realizar un trabajo. Las distancias de seguridad son el resultado de sumar los siguientes valores: Un valor básico relacionado con el nivel de aislamiento, el cual determina una zona de guarda alrededor de las partes energizadas. Un valor que es función de movimientos del personal de mantenimiento así como del tipo de trabajo y la maquinaria usada. Esto determina una zona de seguridad dentro de la cual queda eliminado cualquier peligro relacionado con acercamientos eléctricos Valor básico El valor base corresponde a la distancia mínima fase - tierra en el aire, adoptada para el diseño de la subestación de acuerdo con lo establecido en las publicaciones IEC [1] y IEC [2], para garantizar el espaciamiento

6 VERIFICACIÓN DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA Página 2 de 13 adecuado que prevenga el riesgo de flameo aún bajo las condiciones más desfavorables. El valor básico se calcula incrementando el valor de la distancia mínima fase - tierra, (ver documento IEB (0) Memoria Coordinación de Aislamiento Ocoa 115 kv ) en un porcentaje comprendido entre el 5% y el 10% como factor de seguridad. Si se considera un incremento del 5% se tiene: Donde: VB = 1,05 * dmin VB : Valor básico [mm] dmin : Distancia mínima fase - tierra [mm] VB = 1,05* dmin = 1,05 * 1100 mm = 1155 mm Zonas de seguridad Figura 1. Valor Básico Las dimensiones de esta zona de seguridad se definen adicionando al valor básico, VB, un valor promedio de la altura del personal de mantenimiento y la naturaleza del trabajo a realizar sobre los equipos, incluyendo los requerimientos de movimiento y acceso al lugar. Estas distancias están basadas en las dimensiones medias de una persona en condiciones de trabajo tal como se muestra en la Figura 1,Figura 2 y Figura Circulación de personal Cuando no existen barreras o mallas protectoras en la subestación, es necesario definir una distancia mínima de seguridad para la circulación libre del personal. En

7 VERIFICACIÓN DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA Página 3 de 13 general, la zona de circulación del personal, se determina adicionando al valor básico calculado, VB, un valor de 2250 mm, que es la altura promedio de un operador con los brazos estirados verticalmente(ver Figura 2). De esta manera la distancia entre la parte inferior de la porcelana del equipo y tierra no debe ser menor de 2250 mm. El aislador o porcelana del equipo se considera como un componente energizado que va reduciendo la tensión de modo que solamente la parte inferior metálica está al mismo potencial de tierra. Luego la distancia para circulación de personas está dada por: Distancia circulación de personal = 2250 mm + VB Distancia circulación de personal = 2250 mm mm = 3405 mm Figura 2. Distancias medias para un operador En la Figura 3 se muestra la composición de la distancia básica con una zona de seguridad que tiene en cuenta la libre circulación de las personas.

8 VERIFICACIÓN DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA Página 4 de 13 Figura 3. Ejemplo de la franja de circulación de personal Trabajo sobre equipos o conductores en ausencia de maquinaria pesada Se considera que el trabajo sobre los equipos o conductores se realiza con la subestación energizada parcial o totalmente. Para estos cálculos se tiene en cuenta los valores previstos en la Figura 2. Horizontalmente se toman 1750 mm que tiene en promedio una persona con los brazos abiertos, y verticalmente se toman 1250 mm que tiene en promedio una persona con una mano alzada sobre el plano de trabajo. Luego estas distancias están determinadas de la siguiente manera: Donde: Distancia Horizontal = 1750 mm + VB Distancia Vertical = 1250 mm + VB Distancia horizontal = 1750 mm mm = 2905 mm Distancia Vertical = 1250 mm mm = 2405 mm Cuando los trabajos a ejecutar involucran el uso de herramientas pesadas o vehículos, se debe adicionar a la zona de seguridad una distancia de holgura previniendo situaciones asociadas a estas circunstancias. La Figura 4, Figura 5 y Figura 6 ilustran estas distancias.

9 VERIFICACIÓN DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA Página 5 de 13 Figura 4. Franja de circulación usada para servicios de mantenimiento con herramientas livianas Figura 5. Franja de circulación usada para servicios de mantenimiento con herramientas pesadas - Vertical

10 VERIFICACIÓN DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA Página 6 de 13 Figura 6. Franja de circulación usada para servicios de mantenimiento con herramientas pesadas - Planta 3.2 DISTANCIAS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LASBAHIAS El dimensionamiento de lasbahías está condicionado básicamente por las siguientes distancias: Ancho de barras Ancho de campo Altura de campo Longitud de campo Estos aspectos son una aplicación directa de las distancias mínimas y de seguridad, además de la facilidad para mantenimientos Ancho de barras El ancho de barras (barra principal más barra de transferencia) se determina por la separación entre las fases y el movimiento que tendrían los conductores debido a cortocircuitos(ver Figura 7).

11 VERIFICACIÓN DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA Página 7 de 13 La separación entre fases de las barras principal y de transferencia adoptada para el diseño es de 2500 mm. Debido a que no se ha realizado ninguna modificación sobre las barras, este valor continúa siendo el actual. a Yo 1.2 Yo 40 Yo d min Figura 7. Rango del movimiento de conductores flexibles durante cortocircuitos Ancho de campo Es la distancia de separación entre los ejes de las columnas que forman el pórtico de entrada de la línea. El ancho de campo de una subestación está determinado por la configuración, las dimensiones de los equipos y de los barrajes utilizados. El ancho de campo se analiza para los siguientes casos y se toma la distancia mayor: Barrajes o templas superiores a lo largo del campo Estructura adyacente a Seccionador Pantógrafo Templas superiores a lo largo del campo El ancho del campo se determina con base en la distancia entre fases, de las templas superiores a lo largo del campo. El ancho del campo se determina por la separación entre las fases y el movimiento que tendrían los conductores debido a cortocircuitos. La separación entre fases de las templas superiores del campo adoptada para el diseño es de 2500 mm. Se verificó que no se produjeran acercamientos de acuerdo al cálculo de las tensiones de tendido que se incluye en la guía de obras civiles, basado en el documento TheMechanicalEffects of Short-CircuitCurrents in Open Substations del comité No. 23 del Cigre. En consecuencia el ancho del campo sería dos veces la separación entre fases más la distancia mínima fase - tierra incrementada, a lado y lado, en un 25% para considerar un posible barraje adyacente. AC = 2*a + 2*dmin* 1,25 Yk

12 VERIFICACIÓN DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA Página 8 de 13 AC = 2*2500 mm + 2*1100 * 1,25 = 7750 mm Estructura adyacente a seccionador El cálculo cuando se tiene la estructura del pórtico adyacente a un seccionador pantógrafo se analiza de acuerdo a la siguiente figura. i/2 b z a z a z b i/2 Ancho de campo Figura 8. Ancho de campo determinado por estructura adyacente a seccionador De acuerdo a la Figura 8, el ancho de campo estará dado por la siguiente ecuación: AC =i/2 + i/2 + 2*b + 2*a + 3*z La separación entre fases está dada por: Donde: Separación entre fases = a + z b: Valor básico, [mm] i: Ancho de la estructura, se tienen dos estructuras una de 2000 mm y la otra de 1000 mm z: Ancho de la estructura del seccionador pantógrafo, [mm] a: Distancia mínima fase fase, [mm] Separación entre fases = 1100 mm + 50 mm = 1150 mm AC =1000 mm mm + 2*1155 mm + 2*1100 mm + 3*50 mm AC = 6160 mm Para el diseño se consideró un ancho de campo de mm, con una separación entre fases de 2500 mm. Valores que se mantienen para el diseño de los nuevos campos de línea.

13 VERIFICACIÓN DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA Página 9 de Altura de campo Está determinada principalmente por el número de niveles de conexión que requiera la configuración de la subestación y por el tipo de conductores que se utilicen en la subestación Primer nivel Corresponde a la altura de conexión de los equipos y está determinado por las distancias de seguridad para la circulación de personas, es decir, el valor básico (VB) más la altura de una persona con los brazos levantados verticalmente. Donde: P.N = VB mm VB : Valor básico [mm] P.N = 1155 mm mm = 3405 mm Para el diseño se eligió una altura de conexión para el primer nivel de 3500 mm Segundo nivel Conformado por la altura de los barrajes de la subestación, su altura debe ser superior a la del primer nivel en por lo menos la distancia mínima fase - fase, más la flecha máxima del barraje. Donde: S.N = P.N + dmin * 1,1 + YB YB : Flecha máxima del barraje d min : Distancia mínima fase - fase, cable - cable [mm] En la práctica, YB 0,03*S, siendo (S) el vano del barraje. En ampliación de la subestación Ocoa 115 kv el vano más largo corresponde al ubicado entre los ejes 9 y 11 del plano IEB PE.001, con una longitud de 20 m. Luego: YB =0,03*S S.N = P.N + dmin*1,1 + 0,03*S S.N = 3500 mm mm*1,1 + 0,03*20000 mm = 5310 mm Para el diseño se mantiene la altura de conexión para el segundo nivel de 8500 mm Tercer nivel Conformado por las templas superiores, cuya altura debe ser superior a la altura del barraje, por lo menos en la distancia mínima fase - fase, cable - cable, más la flecha máxima de la templa.

14 VERIFICACIÓN DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA Página 10 de 13 Donde: T.N = S.N + dmin * 1,1 + YT YT : Flecha máxima de la templa superior d min : Distancia mínima fase - fase, cable - cable [mm] En la práctica, YT 0,03*S, siendo S el vano de la templa flexible. En la ampliación de la subestación Ocoa 115 kv el vano de la templa flexible tiene una longitud de 39 m, ver plano IEB PE.001. Luego: YT = 0,03*S T.N = S.N + dmin* 1,1 + 0,03*S T.N = 8500 mm mm*1,1 + 0,03*39000 mm = mm Para el diseño se eligió una altura de conexión para el tercer nivel de mm Longitud del campo Está determinada por la configuración de la subestación y por las distancias entre los diferentes equipos. Esta distancia se define básicamente por razones de mantenimiento, montaje y estética. La longitud del campo no se determina por las distancias mínimas o de seguridad. Las distancias adoptadas entre los equipos de patio de 115 kv se muestran en la Tabla 1. Tabla 1. Distancias adoptadas entre equipos de patio 115 kv Equipos Distancia típicas en mm para Um = 115 kv Seccionador pantógrafo medida y transformador de 2500 Interruptor y seccionador Pararrayos y transformador de medida 2500 Pararrayos y cerco perimetral >4000 Seccionador pantógrafo y seccionador 3000 En la Tabla 2 se presenta el resumen de las distancias de seguridad y el dimensionamiento adoptado para el diseño de la subestación Ocoa a 115 kv.

15 VERIFICACIÓN DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA Página 11 de 13 Tabla 2. Distancias de seguridad y dimensionamiento Subestación Ocoa a 115 kv DESCRIPCIÓN Distancia [mm] Calculada Adoptada Distancia mínima fase a tierra Valor básico Altura entre el piso y la parte inferior de la porcelana del equipo Circulación de personal En barras 2500 Separación entre fases En templas 2500 En seccionadores Primer nivel Alturas de campo Segundo nivel Tercer nivel Ancho de campo En templas 7750 En estructura adyacente a seccionadores

16 VERIFICACIÓN DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA Página 12 de 13 CONCLUSIONES Teniendo en cuenta que no se han realizado modificaciones sobre diseño actual de la subestación, los valores obtenidos y mostrados en las tablas anteriores continúan vigentes con respecto al diseño original, garantizando todas las distancias mínimas y de seguridad. Con el estudio de coordinación de aislamiento se obtuvo un valor de distancia mínima igual al obtenido en el momento de diseño de la Subestación Ocoa y, dado que este valor es una base para todos los cálculos en esta memoria, no se obtienen valores diferentes de distancias eléctricas. Así los nuevos campos de línea tendrán la misma disposición física que los demás campos existentes en la Subestación. Se verifico que las distancias eléctricas cumplen con todos los requisitos para ser aplicadas en los nuevos campos de línea, asegurando protección y seguridad en la Subestación.

17 VERIFICACIÓN DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA Página 13 de 13 REFERENCIAS [1] IEC STANDARD , INSULATION CO-ORDINATION: DEFINITION, PRINCIPLES AND RULES [2] IEC STANDARD , INSULATION CO-ORDINATION: APPLICATION GUIDE [3] IEC STANDARD , GUIDE FOR SELECTION OF INSULATORS IN RESPECT OF POLLUTED CONDITIONS [4] IEC STANDARD , SURGE ARRESTERS: SELECTION AND APPLICATION RECOMMENDATIONS [5] SUBESTACIONES DE ALTA Y EXTRA ALTA TENSIÓN Carlos Felipe Ramírez G. [6] SWITCHGEARMANUAL