Estudios de Cortocircuito y Verificacio n de Capacidad de Ruptura

Revisión B
Estudios de Cortocircuito y
Verificacion de Capacidad de Ruptura
de Interruptores por conexion de
Subestacion Tambores
Informe Técnico preparado para
Santiago, septiembre de 2014
www.enacsel.cl – www.elice.cl
1
Revisión B
2
INDICE
1.
INTRODUCCIÓN. .................................................................................................................................. 3
2.
ANTECEDENTES GENERALES. ............................................................................................................... 4
3.
ANTECEDENTES TÉCNICOS. .................................................................................................................. 5
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
3.8.
3.9.
3.10.
TRANSFORMADOR SE LOS TAMBORES. ...................................................................................................... 5
TRANSFORMADOR SE PICHIRROPULLI T-1................................................................................................... 5
TRANSFORMADOR SE PICHIRROPULLI T-2................................................................................................... 5
TRANSFORMADOR SE PAILLACO. .............................................................................................................. 5
LÍNEA 66KV PILAUCO - LA UNIÓN, TRAMO LA UNIÓN – TAMBORES. ............................................................... 6
LÍNEA 66KV PILAUCO - LA UNIÓN, TRAMO PILAUCO – TAMBORES. ................................................................. 6
LÍNEA LA UNIÓN – OSORNO 66KV. ........................................................................................................... 6
LÍNEA 66KV LA UNIÓN – LOS LAGOS, TRAMO LA UNIÓN - PICHIRROPULLI. ....................................................... 6
LÍNEA 66KV LA UNIÓN – LOS LAGOS, TRAMO PICHIRROPULLI – PAILLACO. ....................................................... 6
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
www.enacsel.cl – www.elice.cl
Revisión B
3
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.
www.enacsel.cl – www.elice.cl
Revisión B
4
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.
www.enacsel.cl – www.elice.cl
Revisión B
3. Antecedentes Técnicos.
3.1. Transformador SE Los Tambores.
Potencia Nominal AT/MT
Tensión AT
Tensión MT
Zps(+) base 12.0MVA
Zps(0) base 12.0MVA
CDBC
Tipo de Conexión
:
:
:
:
:
:
:
12/16MVA
69kV
24kV
5.99%
5.97%
69 8x+1.25%; 8x-1.25%
Dyn1
3.2. Transformador SE Pichirropulli T-1.
Potencia Nominal AT/MT
Tensión AT
Tensión MT
Zps(+) base 4.0MVA
Zps(0) base 4.0MVA
CDBC
Tipo de Conexión
:
:
:
:
:
:
:
4/5MVA
66kV
13.8kV
7.7%
7.7%
-Yzn1
3.3. Transformador SE Pichirropulli T-2.
Potencia Nominal AT/MT
Tensión AT
Tensión MT
Zps(+) base 12.0MVA
Zps(0) base 12.0MVA
CDBC
Tipo de Conexión
:
:
:
:
:
:
:
4/5MVA
69kV
24kV
6.8%
6.75%
-Dyn1
:
:
:
:
:
:
:
4/5MVA
66kV
13.8kV
7.0%
7.0%
-Dyn1
3.4. Transformador SE Paillaco.
Potencia Nominal AT/MT
Tensión AT
Tensión MT
Zps(+) base 12.0MVA
Zps(0) base 12.0MVA
CDBC
Tipo de Conexión
www.enacsel.cl – www.elice.cl
5
Revisión B
6
3.5. Línea 66kV Pilauco - La Unión, Tramo La Unión – Tambores.
Longitud
Resistencia de secuencia positiva
Reactancia de secuencia positiva
Resistencia de secuencia cero
Reactancia de secuencia cero
:
:
:
:
:
10,09km
3,4159Ω
3,6669Ω
4,8778Ω
16,1451Ω
3.6. Línea 66kV Pilauco - La Unión, Tramo Pilauco – Tambores.
Longitud
Resistencia de secuencia positiva
Reactancia de secuencia positiva
Resistencia de secuencia cero
Reactancia de secuencia cero
:
:
:
:
:
30,2km
9,6354Ω
11,0901Ω
14,0025Ω
47,6109Ω
:
:
:
:
:
36,75km
19,2313 Ω
15,3211 Ω
24,5527 Ω
57,7967 Ω
3.7. Línea La Unión – Osorno 66kV.
Longitud
Resistencia de secuencia positiva
Reactancia de secuencia positiva
Resistencia de secuencia cero
Reactancia de secuencia cero
3.8. Línea 66kV La Unión – Los Lagos, Tramo La Unión - Pichirropulli.
Longitud
Resistencia de secuencia positiva
Reactancia de secuencia positiva
Resistencia de secuencia cero
Reactancia de secuencia cero
:
:
:
:
:
21,3km
8,1153 Ω
8,7607 Ω
11,2698 Ω
32,7551 Ω
3.9. Línea 66kV La Unión – Los Lagos, Tramo Pichirropulli – Paillaco.
Longitud
Resistencia de secuencia positiva
Reactancia de secuencia positiva
Resistencia de secuencia cero
Reactancia de secuencia cero
:
:
:
:
:
10.2km
3,8862 Ω
4,1952 Ω
5,3968 Ω
15,6856 Ω
www.enacsel.cl – www.elice.cl
Revisión B
7
3.10. Línea 66kV La Unión – Los Lagos, Tramo Paillaco – Los Lagos.
Longitud
Resistencia de secuencia positiva
Reactancia de secuencia positiva
Resistencia de secuencia cero
Reactancia de secuencia cero
:
:
:
:
:
24,7km
9,4107 Ω
10,1591 Ω
13,0687 Ω
37,9836 Ω
www.enacsel.cl – www.elice.cl
Revisión B
8
4. Diagrama unilineal del sistema en estudio
SE PAILLACO
52CT1
E1
T1
4-5 MVA
66 / 13,8 kV
Dyn1
BARRA 66 kV
SE LOS LAGOS
G1
52B4
G2
52EG1
PICHIRROPULLI - PAILLACO
L=10,2 km
T1
4-5 MVA
66 / 13,8 kV
Dyn1
T1
4-5 MVA
66 / 13,8 kV
Dyn1
PAILLACO - LOS LAGOS
L=24,7 km
BARRA 66 kV
SE OSORNO
52EG3
T2
4-5 MVA
66 / 24 kV
Dyn1
T3
4-5 MVA
66 / 24 kV
Dyn1
CENTRAL CHUYACA
CIRCUITO 3
52ET2
52EG2
T1
8-10 MVA
66 / 24 kV
Ynd1
SE PILAUCO
PICHIRROPULLI - LA UNIÓN
L=21,30 km
52CT1
G3
PILAUCO - OSORNO
L=9,78 km
52B1
SE BARRO BLANCO
52B5
52BG
SE PICHIRROPULLI
SISTEMA EQUIVALENTE
SE LA UNIÓN 66 kV
52B2
52B3
HACIA SE PURRANQUE
CIRCUITO 2
52B5
52B3
PILAUCO - OSORNO
L=3,65 km
52B5
CIRCUITO 2
66 kV
CIRCUITO 1
52B1
52B6
E1
52B2
52B2
OSORNO - LA UNIÓN
L=36,75 km
52B2
PILAUCO - OSORNO
L=3,65 km
BARRA 220 kV
SE RAHUE
ATR1
120 MVA
220 / 66 kV
E1
CIRCUITO 1
52BT1
CIRCUITO 1
52JT1
52J6
52B4
220 kV
52B1
PILAUCO - LOS TAMBORES
L=30,2 km
LOS TAMBORES - LA UNIÓN
L=10,09 km
52BT1
T1
12-16 MVA
66 / 24 kV
Dyn1
66 kV
52ET1
52E1
52E2
SE LOS TAMBORES
www.enacsel.cl – www.elice.cl
220 kV
Revisión B
9
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 threephase 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.
www.enacsel.cl – www.elice.cl
Revisión B
5.2.1.
Corrientes de cortocircuito antes de la incorporación de la subestación Los Tambores
Barra
SE Los Lagos 66kV
SE La Unión 66kV
SE Osorno 66kV
SE Pilauco 66 kV
SE Purranque 66kV
SE Barro Blanco 66kV
Pto.Conex. Los Tambores
5.2.2.
10
Interruptor asociado
B4
--B1, B2, B3, B4, B5 y
BT1
B1, B2, B3, B4, BT1,
BT2, BT3 y BT5
BT1
BT1
Ib
[kA]
3,728
3,399
7,448
Falla 3F
Iasy
[kA]
5,272
4,807
10,533
ip
[kA]
10,068
9,177
20,323
Ib
[kA]
3,237
2,960
6,501
Falla 2F
Iasy
[kA]
4,578
4,186
9,194
ip
[kA]
8,740
7,992
17,553
Ib
[kA]
3,571
3,263
7,326
Falla 2FT
Iasy
[kA]
5,050
4,615
10,361
ip
[kA]
9,642
8,810
19,780
Ib
[kA]
2,663
2,179
6,763
Falla 1FT
Iasy
[kA]
3,766
3,082
9,564
ip
[kA]
7,190
5,883
18,260
8,039
11,369
21,954
7,016
9,922
18,943
8,422
11,911
22,739
8,285
11,717
22,370
3,350
4,738
9,045
2,914
4,121
7,868
3,362
4,755
9,077
2,691
3,806
7,266
7,844
3,406
11,093
4,817
21,419
9,196
6,855
2,972
9,694
4,203
18,509
8,024
8,068
3,266
11,410
4,619
21,784
8,818
7,815
2,205
11,052
3,118
21,101
5,954
Corrientes de cortocircuito con la incorporación de la subestación Los Tambores
Barra
SE Los Lagos 66kV
SE La Unión 66kV
SE Osorno 66kV
SE Pilauco 66 kV
SE Purranque 66kV
SE Barro Blanco 66kV
SE Los Tambores 66kV
SE Tambores 23kV
Interruptor asociado
B4
--B1, B2, B3, B4, B5 y
BT1
B1, B2, B3, B4, BT1,
BT2, BT3 y BT5
BT1
BT1
ET1, E1 y E2
Ib
[kA]
3,728
3,399
7,448
Falla 3F
Iasy
[kA]
5,272
4,807
10,533
ip
[kA]
10,068
9,177
20,323
Ib
[kA]
3,237
2,960
6,501
Falla 2F
Iasy
[kA]
4,578
4,186
9,194
ip
[kA]
8,740
7,992
17,553
Ib
[kA]
3,571
3,263
7,326
Falla 2FT
Iasy
[kA]
5,050
4,615
10,361
ip
[kA]
9,642
8,810
19,780
Ib
[kA]
2,663
2,179
6,763
Falla 1FT
Iasy
[kA]
3,766
3,082
9,564
ip
[kA]
7,190
5,883
18,260
8,039
11,369
21,954
7,016
9,922
18,943
8,422
11,911
22,739
8,285
11,717
22,370
3,350
4,738
9,045
2,914
4,121
7,868
3,362
4,755
9,077
2,691
3,806
7,266
7,844
3,406
3,486
11,093
4,817
4,930
21,419
9,196
9,412
6,855
2,972
3,049
9,694
4,203
4,312
18,509
8,024
8,232
8,068
3,266
3,978
11,410
4,619
5,626
21,784
8,818
10,741
7,815
2,205
3,886
11,052
3,118
5,496
21,101
5,954
10,492
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.
www.enacsel.cl – www.elice.cl
Revisión B
11
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
kV
A
Interruptor
52B1
72,5
2000
Capacidad Ruptura
Capacidad
Cierre Contra
COCI
Corrientes de cortocircuito calculadas
Ib
Iasy
Ip
kA
kA
kA
--
3,399
4,807
9,177
4,807
9,177
Simétrica
kA
Asimétrica
kA
kA
25
--
52B2
72,5
2000
25
--
--
3,399
52B3
72,5
2000
25
--
--
3,399
4,807
9,177
52B4
72,5
600
16
--
--
3,399
4,807
9,177
4,807
9,177
16
--
--
3,399
600
16
--
--
3,399
4,807
9,177
2000
31.5
--
--
20
--
--
3,399
3,399
4,807
4,807
9,177
9,177
52BT1
72,5
600
52BT2
72,5
52BT3
72,5
52BT5
72,5
2000
www.enacsel.cl – www.elice.cl
Revisión B
5.3.2.
12
Interruptores 52B1, 52B2, 52B3, 52B4, 52B5 y 52BT1 de SE Pilauco
Tensión
Nominal
Corriente
Nominal
kV
A
Interruptor
Capacidad Ruptura
Simétrica
kA
Capacidad
Cierre Contra
COCI
Asimétrica
kA
Corrientes de cortocircuito calculadas
kA
Ib
kA
kA
kA
11,911
22,739
Iasy
Ip
52B1
72,5
1250
31,5
--
--
8,422
52B2
72,5
1250
31,5
--
--
8,422
11,911
22,739
52B3
72,5
1250
31,5
--
--
8,422
11,911
22,739
11,911
22,739
11,911
11,911
22,739
22,739
52B4
72,5
1250
31,5
--
--
8,422
52B5
72,5
1250
31,5
--
--
52BT1
72,5
1250
31,5
--
--
8,422
8,422
5.3.3.
Interruptores 52B1, 52B2, 52B3, 52B4, 52BT1, 52BT2 y 52BT3 de SE Osorno
Capacidad
Cierre Contra
COCI
Tensión
Nominal
Corriente
Nominal
kV
A
Simétrica
kA
Asimétrica
kA
kA
Ib
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
52BT3
72,5
2000
25
--
63
7,448
7,448
10,533
10,533
20,323
20,323
Interruptor
5.3.4.
Corrientes de cortocircuito calculadas
Iasy
Ip
Interruptores 52BT1 de SE Purranque
Capacidad
Cierre Contra
COCI
Tensión
Nominal
Corriente
Nominal
kV
A
Simétrica
kA
Asimétrica
kA
kA
Ib
kA
kA
kA
72,5
2000
31,5
--
--
3,350
4,738
9,045
Interruptor
52BT1
Capacidad Ruptura
Capacidad Ruptura
Corrientes de cortocircuito calculadas
Iasy
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.
www.enacsel.cl – www.elice.cl
Ip
Revisión B
13
5.3.5. Interruptor 52BT1, 52ET1, 52E1 y 52E2 de SE Los Tambores
Tensión
Nominal
Corriente
Nominal
kV
A
Interruptor
Capacidad Ruptura
Simétrica
kA
Capacidad
Cierre Contra
COCI
Asimétrica
kA
Corrientes de cortocircuito calculadas
kA
Ib
Iasy
Ip
kA
kA
kA
4,817
9,196
52BT1
72,5
1250
31,5
--
--
3,406
52ET1
72,5
1250
31,5
--
--
3,978
5,626
10,741
52E.1
72,5
1250
31,5
--
--
52E.2
72,5
1250
31,5
--
--
3,978
3,978
5,626
5,626
10,741
10,741
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.
www.enacsel.cl – www.elice.cl
Revisión B
14
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.
www.enacsel.cl – www.elice.cl