FORMATO DOCUMENTO

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PROYECTO AMPLIACIN TOQUEPALA A 100 000 TMPD

MEMORIA DE CLCULO

COORDINACIN DE AISLAMIENTO

005/01/11EMITIDO PARA CONSTRUCCINLSMFQDCMRCMRV.JAICO

D21/12/10EMITIDO PARA INFORMACINLSMFQDCMRCMRV.JAICO

C19/08/10EMITIDO PARA INFORMACINCQVFQDCMCTIV.JAICO

B04/06/10EMITIDO PARA INFORMACINCQVFQDCMCTI

A21/04/10EMITIDO PARA COORDINACION INTERNAJDVFQDCMcTI

REV.FECHADESCRIPCIN DE LA REVISINOrig.Jefe EspGte IngenieraGte ProyectoCliente

N PROYECTO: PAT-CT-001

Documento N :

PATCT-DA-296430-07-MC-101Rev.

0

HOJA 1 DE 18

SINOPSIS

Este documento presenta la memoria de clculo de la Coordinacin de Aislamiento del Proyecto Ampliacin Toquepala a 100 000 TMPD. Esta numeracin forma parte del alcance del proyecto de desarrollo de la Ingeniera de Detalle y Gestin de Procura (E&P) contratado por Southern Peru Copper Corporation con el Consorcio TriCobre.Renuncia de responsabilidad - Disclaimer

Este documento presenta la memoria de clculo de la Coordinacin de Aislamiento del Proyecto Ampliacin Toquepala a 100 000 TMPD. Este documento ha sido preparado en representacin de y para uso exclusivo de Southern Peru Copper Corporation, y est sujeto y emitido de acuerdo a los trminos y condiciones de los contratos firmados entre Southern Peru Copper Corporation y Consorcio TriCobre. Consorcio TriCobre no se hace responsable, bajo ninguna circunstancia, del uso o de la interpretacin de este documento por parte de terceros.

Queda prohibida la reproduccin total o parcial de este documento sin la autorizacin de Southern Peru Copper Corporation y Consorcio TriCobre.

NDICEPgina41.INTRODUCCIN

42.ALCANCE

43.COORDINACIN DE AISLAMIENTO EN EL LADO DE 138kV

43.1Sobretensin Entrante

63.2Pararrayos

93.3Transformador

103.4Pararrayo Unin de Barra

113.5Interruptor

113.6Llegada de la Lnea

113.7Bushing del Transformador

124.CLCULO DE LOS AISLAMIENTOS EN EL LADO DE 23kV

124.1Sobretensin Entrante

144.2Pararrayos

164.3Transformador

184.4Bushing del Transformador

185.RESUMEN DE AISLAMIENTO

1. INTRODUCCINEn esta memoria de clculo, se presentan los resultados del estudio de coordinacin de aislamiento para la seleccin del nivel de aislamiento de los equipos a instalar en la subestacin Plaza, con el objeto de normalizar el diseo de acuerdo a los criterios que se establecen. Se incluyen tambin los parmetros y consideraciones adicionales utilizadas en el estudio.

La optimizacin de la seleccin del nivel de aislamiento, se logra utilizando la metodologa establecida en la norma ANSI/IEEE Std. 1313.2-1999.2. ALCANCELa presente Memoria de Clculo abarca los siguientes procesos:

Clculo de la coordinacin de aislamiento en el Pararrayo. Clculo de la coordinacin de aislamiento en el Transformador. Clculo de la coordinacin de aislamiento en el Pararrayo.

Clculo de la coordinacin de aislamiento Pararrayo Unin de Barra. Clculo de la coordinacin de aislamiento en el Interruptor. Clculo de la coordinacin de aislamiento en la llegada de lnea. Clculo de la coordinacin de aislamiento en el bushing del transformador3. COORDINACIN DE AISLAMIENTO EN EL LADO DE 138kV3. Sobretensin EntranteDistancia al Punto de Flameo (dm)

Este parmetro es calculado de acuerdo a la Ecuacin 38 de la Norma IEEE Std 1313.2-1999:

...

donde:

n: Nmero de lneas entrantes.MTBF: Tiempo promedio entre flameos (valores tpicos cercanos entre 50200 aos).

BFR: Nmero de flameos /100kmaos.Para nuestra subestacin tenemos: n = 1, MTBF = 100, BFR = 3 (Tabla 16 de la Norma IEEE Std 1313.2-1999).

Entonces:

Considerando que el flameo solo ocurre en la ubicacin de una torre y nuestro vano promedio es 150 m, esta distancia dm se incrementar hasta 450 m (ubicacin de la siguiente torre).Pendiente de Onda (S)

Este parmetro es calculado de acuerdo a la Ecuacin 39 de la Norma IEEE Std 1313.2-1999:

donde:

d:Distancia al punto de flameo (dm).Ks:Constante corona para lneas de transmisin de simple conductor.Para nuestro caso d = 0,45 km, Ks = 700 (Tabla 17 de la Norma IEEE Std 1313.2-1999).

Entonces:

Tensin de CrestaEste parmetro es calculado de acuerdo a la siguiente ecuacin:

donde:CFO = Tensin Critica disruptiva entre fases

Para nuestro caso CFO del asilamiento de la lnea de transmisin es 1050kV.

Entonces:

Tensin de Frecuencia Industrial (Vpf)

Este parmetro es calculado de acuerdo a la siguiente ecuacin (Norma IEEE Std 1313.2-1999).

donde:

Um = Tensin mxima de operacin.

Para nuestro caso Um = 145 kV

Entonces:

3. PararrayosEn primer lugar calculamos la tensin y corriente de descarga en el pararrayos ms la tensin de frecuencia industrial EA e IA entre 2 puntos.En nuestro caso el pararrayos a ser instalado, Unom= 120 kV y MCOV=98 kV, tiene una tensin de descarga en 0.5 us de 322 kV en 10 kA. La tensin de descarga en 8/20 us a 10 kA es 295 kV y a 5 kA es 280 kV. La division de 322 kV entre 295 kV muestra que la tensin de descarga en 0,5 us es cercana al 10% (1,09152) mayor que las tensiones de descarga en 8/20 us. Entonces, la tension de descarga en 0,5 us es (1,09152)(280)=306 kV.En la Figura 8 de la Norma IEEE Std. 1313.2-1999 se muestran las caractersticas tpicas de pararrayos, las mismas que se usarn para calcular la resistencia del pararrayos RA mediante la siguiente ecuacin:

Donde:

Que son parmetros de acuerdo a la curva caracterstica de tensin y corriente del pararrayos que se muestra en la Figura 9 de la Norma IEEE Std. 1313.2-1999.

Entonces:

Luego la tensin de arranque Eo es (Ecuacin 40 de la Norma IEEE Std. 1313.2-1999):

Donde:

IA = IA1Ed = Tensin de descarga en el pararrayos, en nuestro caso Ed = EA1 = 306 kV.Entonces:

Usando estos valores, la corriente del pararrayos se calcula mediante la Ecuacin 42 de la Norma IEEE Std. 1313.2-1999:

donde:

Z: Impedancia de flameo de fase (valores tpicamente esta entre 350 500 )

Para nuestro caso Z = 400

Entonces IA es:

Luego la tensin de descarga en el pararrayos Ed es:Entonces la tensin de descarga en el pararrayos ms la tensin de frecuencia industrial EA de acuerdo a la ecuacin 41 IEEE Std. 1313.2-1999 es:

Para el clculo del BIL del parrayo tenemos:

Donde:

( = Densidad relativa del aire para 3 500 m.s.n.m. (A = 3.5 km) que se obtiene de acuerdo a la Ecuacin 15 de la Norma IEEE Std. 1313.2-1999:

Entonces:

Desde 4.6 de la Norma IEEE Std 1313.1-1996, el siguiente BIL estndar mayor es 550kV.

3. TransformadorAsumimos que:

TA = 0,02 sTiempo de viaje de onda entre pararrayos y unin de barra.TB = 0,055 sTiempo de viaje de onda entre pararrayos-unin de barrainterruptor.TC = 0,02 sTiempo de viaje de onda entre pararrayos-unin de barrallegada de lnea.TT = 0,02 sTiempo de viaje de onda entre pararrayos-unin de barratransformador.En primer lugar calculamos el parmetro K1 de acuerdo a la Ecuacin 43b de la Norma IEEE Std. 1313.2- 1999:

Y mediante la Ecuacin 43a de la Norma IEEE Std. 1313.2- 1999, tenemos:

Las constantes A y B son determinadas meidante la Tabla 19 de la Norma IEEE Std. 1313.2- 1999.

Entonces:

Calculamos la tensin instantnea en el transformador ET:

Entonces la tensin a tierra del transformador Et de acuerdo a la Ecuacin 41 de la Norma IEEE Std. 1313.2- 1999 es:

Los valores de tiempo de cresta en el transformador es calculado mediante la ecuacin:

CT = 2nf Capacitancia del transformador

Z = 400

S = 1555,55 kV/sEA = 415,3 kVPor lo tanto:

El BIL del transformador es determinado asumiendo un margen de seguridad de 15% y usando el valor de cresta Et y el valor del tiempo de cresta tT.

Desde 4.6 de la Norma IEEE Std 1313.1-1996, el siguiente BIL estndar mayor es 650kV.3. Pararrayo Unin de BarraCalculamos el parmetro K2 de acuerdo a la Ecuacin 46c de la Norma IEEE Std. 1313.2- 1999:

Entonces:

Luego calculamos la tensin instantnea en la pararrayo unin de barra mediante la siguiente ecuacin:

Ahora se calcula la tensin a tierra menos la tensin a frecuencia industrial desde la tensin de unin total de acuerdo a la Ecuacin 41 de la Norma IEEE Std. 1313.2- 1999:

3. Interruptor

TB = 0,055 us

El BIL se obtiene mediante la Ecuacin 52 de la Norma IEEE Std. 1313.2-1999, tal como se muestra a continuacin:

Desde 4.6 de la Norma IEEE Std 1313.1-1996, el siguiente BIL estndar mayor es 900kV.3. Llegada de la Lnea

Debido a que es aqu donde se encuentra la mxima sobretensin, se tomar el valor de EB1 para calcular el BIL de los aisladores de barra, mediante la siguiente ecuacin:

Desde 4.6 de la Norma IEEE Std 1313.1-1996, el siguiente BIL estndar mayor es 750kV.

3. Bushing del TransformadorEl aislamiento interno y externo debe ser considerado en la evaluacin del bushing del transformador.El BIL interno del bushing es tratado en forma identica que el transformador.

El BIL externo del bushing se obtiene mediante la Ecuacin 52 de la Norma IEEE Std. 1313.2-1999, tal como se muestra a continuacin:

Entonces:

Desde 4.6 de la Norma IEEE Std 1313.1-1996, el siguiente BIL estndar mayor es 750kV.

4. CLCULO DE LOS AISLAMIENTOS EN EL LADO DE 23kV

4. Sobretensin Entrante

Distancia al Punto de Flameo (dm)

Este parmetro es calculado de acuerdo a la Ecuacin 38 de la Norma IEEE Std 1313.2-1999:

...

donde:

n: Nmero de lneas entrantes.

MTBF: Tiempo promedio entre flameos (valores tpicos cercanos entre 50200 aos).

BFR: Nmero de flameos /100kmaos.

Para nuestra subestacin tenemos: n = 1, MTBF = 100, BFR = 5 (Tabla 16 de la Norma IEEE Std 1313.2-1999).

Entonces:

Considerando que el flameo solo ocurre en la ubicacin de una torre y nuestro vano promedio es 150 m, esta distancia dm se mantiene en 200 m (ubicacin de la torre).

Pendiente de Onda (S)

Este parmetro es calculado de acuerdo a la Ecuacin 39 de la Norma IEEE Std 1313.2-1999:

donde:

d:Distancia al punto de flameo (dm).

Ks:Constante corona para lneas de transmisin de simple conductor.

Para nuestro caso d = 0,2 km, Ks = 700 (Tabla 17 de la Norma IEEE Std 1313.2-1999).

Entonces:

Tensin de Cresta

Este parmetro es calculado de acuerdo a la siguiente ecuacin:

donde:

CFO = Tensin Critica disruptiva entre fases

Para nuestro caso CFO del asilamiento de la lnea de transmisin es 1050kV.

Entonces:

Tensin de Frecuencia Industrial (Vpf)

Este parmetro es calculado de acuerdo a la siguiente ecuacin (Norma IEEE Std 1313.2-1999).

donde:

Um = Tensin mxima de operacin.

Para nuestro caso Um = 24 kV

Entonces:

4. Pararrayos

En primer lugar calculamos la tensin y corriente de descarga en el pararrayos ms la tensin de frecuencia industrial EA e IA entre 2 puntos.

En nuestro caso el pararrayos a ser instalado, Unom= 21 kV y MCOV=17 kV, tiene una tensin de descarga en 0.5 us de 58 kV en 10 kA. La tensin de descarga en 8/20 us a 10 kA es 53,1 kV y a 5 kA es 50,4 kV. La divisin de 58 kV entre 53,1 kV muestra que la tensin de descarga en 0,5 us es cercana al 10% (1,09228) mayor que las tensiones de descarga en 8/20 us. Entonces, la tensin de descarga en 0,5 us es (1,09228).(50,4)=55,05kV.En la Figura 8 de la Norma IEEE Std. 1313.2-1999 se muestran las caractersticas tpicas de pararrayos, las mismas que se usarn para calcular la resistencia del pararrayos RA mediante la siguiente ecuacin:

Donde:

Que son parmetros de acuerdo a la curva caracterstica de tensin y corriente del pararrayos que se muestra en la Figura 9 de la Norma IEEE Std. 1313.2-1999.

Entonces:

Luego la tensin de arranque Eo es (Ecuacin 40 de la Norma IEEE Std. 1313.2-1999):

Donde:

IA = IA1Ed = Tensin de descarga en el pararrayos, en nuestro caso Ed = EA1 = 55,05 kV.Entonces:

Usando estos valores, la corriente del pararrayos se calcula mediante la Ecuacin 42 de la Norma IEEE Std. 1313.2-1999:

donde:

Z: Impedancia de flameo de fase (valores tpicamente esta entre 350 500 )

Para nuestro caso Z = 400

Entonces IA es:

Luego la tensin de descarga en el pararrayos Ed es:

Entonces la tensin de descarga en el pararrayos ms la tensin de frecuencia industrial EA de acuerdo a la ecuacin 41 IEEE Std. 1313.2-1999 es:

Para el clculo del BIL del parrayo tenemos:

Donde:

( = Densidad relativa del aire para 3 500 m.s.n.m. (A = 3.5 km) que se obtiene de acuerdo a la Ecuacin 15 de la Norma IEEE Std. 1313.2-1999:

Entonces:

Desde 4.6 de la Norma IEEE Std 1313.1-1996, el siguiente BIL estndar mayor es 110kV.

4. Transformador

Asumimos que:

TA = 0,02 sTiempo de viaje de onda entre pararrayos y unin de barra.TB = 0,055 sTiempo de viaje de onda entre pararrayos-unin de barrainterruptor.

TC = 0,02 sTiempo de viaje de onda entre pararrayos-unin de barrallegada de lnea.

TT = 0,02 sTiempo de viaje de onda entre pararrayos-unin de barratransformador.

En primer lugar calculamos el parmetro K1 de acuerdo a la Ecuacin 43b de la Norma IEEE Std. 1313.2- 1999:

Y mediante la Ecuacin 43a de la Norma IEEE Std. 1313.2- 1999, tenemos:

Las constantes A y B son determinadas meidante la Tabla 19 de la Norma IEEE Std. 1313.2- 1999.

Entonces:

Calculamos la tensin instantnea en el transformador ET:

Entonces la tensin a tierra del transformador Et de acuerdo a la Ecuacin 41 de la Norma IEEE Std. 1313.2- 1999 es:

Los valores de tiempo de cresta en el transformador es calculado mediante la ecuacin:

CT = 2nf Capacitancia del transformador

Z = 400

S = 1555,55 kV/sEA = 415,332 kVPor lo tanto:

El BIL del transformador es determinado asumiendo un margen de seguridad de 15% y usando el valor de cresta Et y el valor del tiempo de cresta tT.

Desde 4.6 de la Norma IEEE Std 1313.1-1996, el siguiente BIL estndar mayor es 200kV.

4. Bushing del Transformador

El aislamiento interno y externo debe ser considerado en la evaluacin del bushing del transformador.

El BIL interno del bushing es tratado en forma identica que el transformador.

El BIL externo del bushing se obtiene mediante la Ecuacin 52 de la Norma IEEE Std. 1313.2-1999, tal como se muestra a continuacin:

Entonces:

Desde 4.6 de la Norma IEEE Std 1313.1-1996, el siguiente BIL estndar mayor es 200kV.

5. RESUMEN DE AISLAMIENTO

A continuacin en la tabla N 5-1 y la tabla N 5-2 se muestran los aislamientos en los equipos de la subestacin Plaza en el lado de 138kV y 23kV respectivamente.Tabla N 5-1 Seleccin del BIL de la SSEE Plaza lado de 138 kVEquipoTensinCresta, kVBIL Requerido, kVBIL Estndar, kVBIL Seleccionado, kV

TransformadorEt531,557555,72650650

PararrayoEA415,332542,56550900

Bushing del Transformador:

Interno

ExternoEt531,557

531,557555,72

694,38650

750750900

InterruptorEb633,13827,07900900

SeccionadorEb633,13827,07900900

Aislador de BarraTodos695,35691,1750900

Tabla N 5-2 Seleccin del BIL de la SSEE Plaza lado de 23 kVEquipoTensinCresta, kVBIL Requerido, kVBIL Estndar, kVBIL Seleccionado, kV

TransformadorEt126,9132,67200200

PararrayoEA74,1496,85110200

Bushing del Transformador:

Interno

ExternoEt126,9

126,9132,67

165,77200

200200

200

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

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