50608821 Determinacion de Las Distancias Electricas en Subestaciones

Universidad Catlica de Valparaso Diseo de Subestaciones ElctricasEscuela de Ingeniera Elctrica EIE - 674

Distancias Elctricas / C. Rojas A. Pgina 1 de 12

1.0 DETERMINACIN DE LAS DISTANCIAS ELCTRICAS EN SUBESTACIONES

1.1 GENERAL

Este punto se refiere al dimensionamiento de las distancias entre parte vivas, que se requiere

en instalaciones de subestaciones de tipo convencional, ya sean interiores o exteriores.

La separacin entre aparatos de una instalacin y la disposicin fsica de los mismos se

efecta de acuerdo con lo sealado en el diagrama unilineal, seleccionando la capacidad de

la instalacin y su tensin nominal. Estos factores no solo afectan el tamao de los

componentes, sino tambin las distancias a tierra y entre fases.

La determinacin de stas dimensiones, se efecta por medio del clculo de las distancias

elctricas entre las partes vivas del equipo y entre stas y las estructuras, muros, rejas y el

suelo, de acuerdo al siguiente orden:

a) Distancias entre fases (partes rgidas y partes flexibles).

b) Distancias entre fase y tierra (partes rgidas y partes flexibles).

c) Distancias de fuga para equipos de patio.

d) Altura de los equipos sobre el nivel del suelo.

e) Altura de las barras sobre el nivel del suelo.

f) Altura de remate de la lnea de transmisin de llegada o salida a la subestacin.



1.2 CRITERIOS DE DISEO

En general, los criterios generales de diseo para la determinacin de las distancias elctricas

toman en consideracin los siguientes puntos:

Previamente se debe tener claro la clase de aislacin de los equipos y el BIL de diseo de

la subestacin (ambos parmetros corregidos segn la altura sobre el nivel del mar de

instalacin de la subestacin).

En caso de que la subestacin se encuentre instalada a una altura mayor a 1000 metros

sobre el nivel del mar, entonces las distancias elctricas calculadas debern ser

corregidas de acuerdo a la siguiente ecuacin:

Para el clculo de las distancias entre fases y entre fase y tierra, las distancias mnimas

deben mantenerse para una desviacin mxima de 30 de la cadena de aisladores con

respecto a la vertical.

10001000 100)1000(

0125,0 dh

ddh -

+=



1.3 DISTANCIAS MNIMAS APLICABLE A PARTES RGIDAS

Para este tipo de clculo, se tienen dos tipos de distancias: distancias entre fase y tierra para

partes rgidas y distancia entre fases para partes rgidas.

1.3.1 Distancia mnima fase tierra para partes rgidas ( )

Para esto se requiere conocer la tensin nominal entre fases y el nivel bsico de impulso (BIL)

de diseo de la subestacin.

Este valor se obtiene de la Tabla 5 de la Norma ANSI C37.32 o bien de la Tabla 32-1 de la

Norma NEMA SG-6.

Sea este valor igual a .

1.3.2 Distancia mnima fase fase para partes rgidas ( )

Para esto se requiere conocer la tensin nominal entre fases y el nivel bsico de impulso (BIL)

de diseo de la subestacin.

Este valor se obtiene de la Tabla 5 de la Norma ANSI C37.32 o bien de la Tabla 32-1 de la

Norma NEMA SG-6.

Sea este valor igual a .

ftrd

ftrd

ffrd

ffrd



1.4 DISTANCIAS MNIMAS APLICABLE A PARTES FLEXIBLES

En el diseo de una subestacin, se tiene que las partes flexibles son las cadenas de

aisladores que soportan los puentes de unin de las secciones de barras y las cadenas que

soportan las bajadas de los conductores hacia los equipos.

Para este tipo de clculo, se tienen dos tipos de distancias: distancias fase fase para partes

flexibles y distancia fase tierra para partes flexibles.

1.4.1 Distancia mnima fase fase para partes flexibles ( )

Si la cadena de aisladores tiene un longitud L, entonces la distancia fase fase para partes

flexibles estar dada por (Ver figura 1):

1.4.2 Distancia mnima fase tierra para partes flexibles ( )

Si la cadena de aisladores tiene un longitud L, entonces la distancia fase tierra para partes

flexibles estar dada por (Ver figura 2):

fffd

ftfd

qsen= Ld ddd ffrfff += 2

qsen= Ld ddd ftrftf +=



1.5 DISTANCIAS DE FUGA PARA EQUIPOS DE PATIO

Para el clculo de la distancia de fuga de los aisladores de los equipos de patio, se requiere

conocer previamente el grado de contaminacin del ambiente en que se encuentran los

aisladores. Con esta definicin y de acuerdo a lo indicado en la Norma IEC 815, se define la

distancia de fuga unitaria a considerar para el clculo.

La distancia de fuga para los equipos de patio queda determinada por la siguiente expresin:

Donde:

: Voltaje mximo entre fases (kV).

: Distancia de fuga unitaria en mm/kV segn IEC 815.

: Densidad relativa del aire

: Factor de correccin de acuerdo al dimetro del aislador

ddfmax

f

kDVD

= 0

mmDsik

mmDsik

mmDsik

md

md

md

5002,1

5003001,1

3001

>=



Para aisladores con polleras regulares (Figura 1).

Para aisladores con polleras irregulares (Figura 2).

2ie

m

DDD

+=

4221 iee

m

DDDD

++=



1.6 DISTANCIAS MNIMAS DE SEGURIDAD

1.6.1 Distancia mnima base soporte de equipos sobre el nivel del suelo

La altura mnima de la base de los aisladores que soportan las partes vivas de los equipos, no

deber ser menor a 2300 mm., que es la altura promedio de una persona con el brazo

levantado (ver figura 3).

Figura 3 Distancia mnima partes vivas al suelo

1.6.2 Altura de los equipos sobre el nivel del suelo (hs)

Esta altura se considera tambin como el primer nivel de barras hs (ver figura 4). En esta

definicin se encuentran los equipos como pararrayos, transformadores de medida, trampas

de onda, desconectadores e interruptores.

La altura mnima hs de las partes vivas sobre el nivel del suelo, en ningn caso deben ser

inferiores a 3 metros, a no ser que se utilice una barreara de proteccin aislada.

En general , para cualquier equipo, la altura mnima de sus partes vivas se calcula de acuerdo

a la siguiente expresin vlida hasta 1000 m.s.n.m. (en caso contrario se deber aplicar el

factor de correccin respectivo):

donde Vmax es la tensin mxima de diseo del equipo de que se trate, expresada en (kV).

maxs Vh += 0105,030,2



1.6.3 Altura de las barras sobre el nivel del suelo (hb)

La altura de las barras sobre el nivel del suelo, considera la posibilidad de que al pasar un

persona por debajo de las barras, sta reciba la sensacin del campo elctrico. Esta

definicin se encuentra normada en el cdigo americano NESC, en cuya versin de 1993 se

establecen valores de gradientes de tensin con un 10% de probabilidad de que el personal

tenga la sensacin de la existencia del campo elctrico bajo las barras.

La expersin que determina la altura hb (ver figura 4) de las barras, considerando el efecto

del campo elctrico, es la siguiente:

donde Vmax es la tensin mxima de diseo expresada en (kV).

1.6.4 Altura de remate de las lneas de transmisin en la subestacin (hl)

Los conductores de las lneas de transmisin que llegan o salen de una subestacin, no

deben rematar a una altura hl inferior a 6 metros.

Dicha altura, indicada en la figura 4, se puede obtener a aprtir de la siguiente expresin:

donde Vmax es la tensin mxima de diseo expresada en (kV).

Esta definicin es aplicable a subestaciones con tensiones mayores a 69 kV.

maxb Vh += 0125,000,5

maxl Vh += 006,000,5



Figura 4 Alturas mnimas de las partes de los equipos sobre el suelo

1.6.5 Distancias de seguridad para maniobras de personal

Se entiende como distancias mnimas de seguridad, a los espacios libres que se deben

conservar en las subestaciones para que el personal pueda circular y efectuar maniobras, sin

que exista riesgo para sus vidas.

Las distancias de seguridad a travs del aire est formadas por dos trminos, el primero

corresponde a la distancia mnima fase tierra y el segundo trmino depende de la talla media

de los operadores segn se muestra en la figura 5. Estas distancias se pueden expresar por

las siguientes relaciones:

90,0+= fth dd

25,2+= ftv dd



donde:

: es la distancia horizontal (en metros) que se debe respetar en todas las zonas de

circulacin.

: es la distancia vertical (en metros) que debe respetarse en todas las zonas de

circulacin. Esta distancia nunca debe ser menor a 3 metros.

: es la distancia mnima de fase a tierra correspondiente al BIL de la zona.

Figura 5 Dimensiones medias de alcance de un operador

hd

vd

ftd



1.6.6 Zona de circulacin de vehculos

En las subestaciones grandes existen, debido a la necesidad de maniobras de operacin y

labores de mantencin, zonas de circulacin de vehculos.

Los espacios para la circulacin de stos vehculos estn definidos para un alcance horizontal

a las partes vivas de 0,7 metros mayor que la de fase a tierra y un alcance vertical a las

partes vivas por lo menos igual a la distancia base para conexiones rgidas. En el caso de

barras flexibles esta distancia ser igual a la distancia base mas 0,5 metros para absorver los

movimientos de los cables (ver figura 6). De acuerdo a lo anterior se tendr que las

distancias para la zona de circulacin de vehculos est dada por las siguientes expresiones::

El espacio parta la circulacin de vehculos con cargas pesadas se determina tomando en

cuenta las dimensiones exteriores del vehculo de mayor tamao que se piense utilizar,

incluido el transformador mas voluminoso que se instale en la subestacin.

Figura 6 Distancias de vehculos a partes vivas

90,0)7,0( ++= fth dd

25,2)5,0( ++= ftv dd



1.6.7 Zonas de trabajo

Durante las mantenciones a efectuar en una subestacin, una vez desconectado los

interruptores y desconectadores (pero no las secciones contiguas), el operador debe realizar

la labor de mantencin con plena seguridad.

Enestos casos las distancias de seguridad para las zonas de trabajo se detrminan de igual

forma que que en los casos anteriores, o sea, sumando la distancia base mas una longitud

como se indica en las siguiente ecuaciones y figura 7:

En los casos en que, por alguna razn, no se puedan lograr las distancias mnimas de

seguridad, todas las partes vivas de la seccin deben aislarse del contacto humano por medio

de barreras de proteccin que impidan los acercamientos peligrosos.

Figura 7 Distancias de seguridad en zonas de trabajo.

90,0)75,1( ++= fth dd

25,2)25,1( ++= ftv dd

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