Dir. Técnico (PRO)
ALSTOM Grid
Soluciones antisísmicas aplicadas a las instalaciones eléctricas de alta tensión
Diseño e implementación
François Gallon
Comportamiento del Sector Eléctrico Chileno durante el Sismo del 27 de Febrero 2010
Comité Chileno del CIGRE
Santiago , Chile 19 de Octubre de 2010
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Introducción
Santiago
Concepción
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Objetivos
Diseño sismico – objetivos
A las obras eléctricas expuestas a un sismo de mayor gravedad, garantizar:
• la integridad estructural de todos los equipos de alta, media y baja tensión
• la operabilidad post-sismo de la subestación
con la mayor confianza posible, respaldada por:
• los últimos avances de la standardización
• el cumplimiento estricto con las especificaciones particulares regionales
• la experiencia compartida entre proveedores y operadores
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Objetivos
• Responsabilidades del proveedor de equipos y del contratista de S/E:
− selección y control de origen de los materiales− diseño e ingeniería adaptados a las condiciones del sitio− validación por cálculo y pruebas− respaldo y peritaje (post sismo)
• Casos de aplicación:
− Casos de equipos y subestaciones de alta tensión− Subestaciones de tipo encapsulado (GIS)
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Cuadro de nuestra ingeniería sísmica
Cuadro de nuestra ingeniería sísmica
• Cuadro probatorio
− pruebas mecánicas:
• Université de Liège (Bélgica), Unicamp (Brasil)
• Laboratorios y Centros de Investigación
empresariales (Technology Centres en
Inglaterra, Francia, China frecuentemente
vinculados con Universidades)
− pruebas en mesas vibrantes:
• SOPEMEA (Francia), CESI/ISMES (Italia),
National Technical University (Grecia), Buffalo
University (EEUU)
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Cuadro de nuestra ingeniería sísmica
Cuadro de nuestra ingeniería sísmica
• Cuadro normativo − IEEE 693 (1997)− CEI 62271-2 (2003-02), 60068-3-3 (1991-02), 62155
(2003-05)
− Especificaciones Técnicas particulares• Chile ETG 1.015 (1993), ETG 1.020 (1997)
• Venezuela ETGS/PAS 001 Rev 01(1999)
• Nueva Zelandia TZ 7881, TZ 7967
• Canadá SN 29.1a (1990)
• India IS 1893 (1984)
• China GB/T 13540-92
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Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
• Pruebas preliminares
− control de geometría− prueba de resistencia de los aisladores− prueba de oscilaciones libres
• Diseño computacional
− del equipo solo− del equipo en su soporte
• Calculo de los factores de seguridad
− método estático− análisis dinámico
• Prueba en mesa vibrantes
− integridad estructural− operabilidad
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Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
• Pruebas preliminares
− control de geometría− prueba de resistencia de los aisladores− prueba de oscilaciones libres
• Diseño computacional
− del equipo solo− del equipo en su soporte
• Calculo de los factores de seguridad
− método estático− análisis dinámico
• Prueba en mesa vibrantes
− integridad estructural− operabilidad
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Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
•Pruebas preliminares
− control de geometría− prueba de resistencia de los aisladores− prueba de oscilaciones libres
D± 6mm d± 6mm
Nominal Con tolerancia
QDR 245 Dia. Externo Dia. Interno Modulo resistente
[D] [d] [I/v]
[cm] [cm] [cm³]
Nominal 27,0 20,0 1351
Con Tolerancia 26,4 20,6 1137
- 20%
Riesgo 2.3%
µ
n
R
promedio :
n
1i
i∑==µ
µ
σ
1
)(
estándar desviación :
1
2
−
−
=∑
=
n
Rn
i
iµ
σ
σ
Curva de Gauss
R
n
2σ
Bridas y Porcelana de calidad:
µ = 500
σ = 40
µ-2σ ≥ 400 da.N/cm²
t
xT= periodo de oscilaciónF
x
El ensayo comprueba:
- la frecuencia natural de oscilación
- la tasa de amortiguamiento
El ensayo comprueba:
- la frecuencia natural de oscilación
- la tasa de amortiguamiento
ηηηη=tasa de amortiguamiento
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Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
• Pruebas preliminares
− control de geometría− prueba de resistencia de los aisladores− prueba de oscilaciones libres
• Diseño computacional
− del equipo solo− del equipo en su soporte
• Calculo de los factores de seguridad
− método estático− análisis dinámico
• Prueba en mesa vibrantes
− integridad estructural− operabilidad
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Diseño computacional
Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
• Diseño computacional
− del equipo solo− del equipo en su soporte
Momento de flexión máximoTensiones mecánicas máximas en el aislador
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Diseño computacional
Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
• Diseño computacional
− del equipo solo
Subestacion GIS 245 kV
CORONEL (Chile)
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Diseño completo Equipo + Soporte
Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
• Diseño computacional
− del equipo en su soporteVenezuela EDELCA 765 kV Chile Transelec 500 kV
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Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
• Diseño computacional
− del equipo en su soporte Grado deamortiguam
[%]
517
314
314
Oscilaciones libres con Transformador de corriente 550 kV
Tiposoporte
Enrejada
Tubular
Sin soporte
Frecuencia
natural[Hz]
2,41,2
1,81,1
3,61,2
Conamortig.
NOSI
NOSI
NOSI
Diseño completo Equipo + Soporte
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Método estático aplicado al interfaz soporte/porcelana
Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
• Calculo de los factores de seguridad
− método estático− análisis dinámico
Combinación de cargas
•Fuerzas de las Conexiones
•Presion interna SF6 (interruptores,
GIS)
•Temperatura
•Corto circuito
•Viento
Resultados
•Desplazamientos
•Tensiones
•Factor de seguridad
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Análisis dinámico aplicado al caso de una S/E GIS
Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
• Calculo de los factores de seguridad
− método estático− análisis dinámico
Caso de la S/E GIS 245 kV de CORONEL
− Análisis modal: 300 modos de oscilación (Participaciones de masa 96%, 95%, 86% en X, Y, Z resp.)
− Desplazamientos (interruptores, barras, busduct, soportes bushings SF6/aire…)
− Tensiones de Von Mises− Calculo de los factores de seguridad según los criterios de dos
estándares (ETG 1.015 y CM66)
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Diseño computacional
Caso de la S/E GIS 245 kV de CORONEL
Tensiones Von Mises - sismo X-ZDesplazamientos Interruptores - sismo X-ZUbicación desplazamientos máximos
47 mm
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Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión: pruebas en mesas vibrabtes
Procesos comunes a la calificación sísmica de los equipos de Alta Tensión
• Prueba en mesa vibrantes
− integridad estructural− operabilidad
SPOL 800kV knee-type
- Prueba TR 62271-300
- AF5 (0,5 g horizontal)
- Junio 2010 en CESI – ISMES Bergamo (Italia)
Transformadores testados•CTH 145-245-550•CCV 245-550•1999 en CESI –ISMES Bergamo (Italia)
Transformadores testados•CTH 145-245-550•CCV 245-550•1999 en CESI –ISMES Bergamo (Italia)
Interruptor 800 kV GL 318 completo en su soporte (4.50 m)
•Sismo horizontal: 0.50 / 0.75 / 1.00 g•Proceso HQ TET APG•(prueba 3-D 100%/30% horizontal, 80%vertical)
Operabilidad:Operacion del interruptor antes / durante / después de cada prueba
Marzo 2009
Interruptor 800 kV GL 318 completo en su soporte (4.50 m)
•Sismo horizontal: 0.50 / 0.75 / 1.00 g•Proceso HQ TET APG•(prueba 3-D 100%/30% horizontal, 80%vertical)
Operabilidad:Operacion del interruptor antes / durante / después de cada prueba
Marzo 2009
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Conclusiones
www.alstom.comIEC 62155 (2003-05)
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Laminas de respaldo
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Seismic Standards (IEC)
IEC 62271-2 (2003-02)
High voltage switchgear and controlgear
Part 2 : Seismic qualification for rated voltage of 72.5 kV and above
IEC 61166 (1993-03) replaced by 62271-2 standard
High voltage alternating current circuit-breakers
Guide for seismic qualification
IEC 60068-3-3 (1991-02)
Environmental testing
part 3: Guidance - Seismic test methods for equipments
IEC 62155 (2003-05)
Hollow pressurized and unpressurized ceramic and glass insulators for use in electric
equipment with rated voltage greater than 1000V
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Comparacíon de Normas
STDS / SPEC
CALCULATION QUALIFICATION
ZPA
(g)
Acc
vert/hori
z
Load combination
(1) (2)
Allowable limits of
material
Brittle Ductile
IEEE
693/199
7
U.S.A
0,5
0,25
0,8 W + P + S
2
2-µ σ
0,75 Re Calculations or shake
table tests
IEC
1166/19
93
EUROPE
0,5
0,3
0,2
0,5 W+P +Wi36+ S �-2σ Re Tests or combined test
and analysis
W = weight (+ possible internal pressure for pressurized equipment)Pxxx = line pull on the terminals, of xxx daNWixxx = wind at a speed of xxx km/hSC = short circuitS = seismic forces
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STDS /STDS /STDS /STDS /
SPECSPECSPECSPEC
CALCULATIONCALCULATIONCALCULATIONCALCULATION QUALIFICATIONQUALIFICATIONQUALIFICATIONQUALIFICATION
ZPA
(g)
Acc
vert/hori
z
Load
combination (1)
(2)
Allowable limits of
material
brittle Ductile
IEEE
693/19
97
U.S.A
0,5
0,25
0,8 W + P + S 2
2-µ σ 0,75 Re Calculations or shake
table tests
IEC
1166/1
993
EUROPE
0,5
0,3
0,2
0,5 W+P +Wi36+ S �-2σ Re Tests or combined
test and analysis
INGENDESA
ETGI 1.020/
1997
CHILE
0,5 0,6 W+ P+Wi80+
SC +S
2
2-µ σ 0,8 Re Shake table tests and
calculations
EDELCA
ETGS/PAS-
001/1999
(rev 01)
0,1
0,2
0,3
0,4
0,67 W+
P150+Wi100
W+
P150+Wi125
+ SC
W+P150+SC+S
2,5
2-µ σ
1,5
2σ−µ
1,5
2-µ σ
0,8 Re Analysis based on
parameters
supported by tests
Comparacíon de Normas
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Bridas y Porcelana de calidad:
µ = 500
σ = 40
µ-2σ ≥ 400 da.N/cm²
µ
n
R
promedio :
n
1i
i∑==µ
µ
3σ
Riesgo : 0.15%
σ
1
)(
estándar desviación :
1
2
−
−
=∑
=
n
Rn
i
i µ
σ
σ
Curva de Gauss
R
n
AisladoresResistencia mecánica
Riesgo 2.3%
2σ
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