Distancias_Electricas para subestaciones electricas

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
CURSO EIE-684-1
PROYECTO DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
“DISTANCIAS ELÉCTRICAS”
CARLOS ROJAS AGÜERO
PROFESOR
MARZO 2007

Pontificia Universidad Católica de Valparaíso Proyecto de Subestaciones Eléctricas
Escuela de Ingeniería Eléctrica EIE-684-1
EIE - PUCV / Carlos Rojas Agüero Página 1 de 21
ÍNDICE
CONTENIDO
1.1 General 2
1.2 Criterios de Diseño 3
1.3 Distancias Mínimas en Partes Rígidas 4
1.3.1 Distancia Mínima Fase Tierra Partes Rígidas 4
1.3.2 Distancia Mínima Fase Fase Partes Rígidas 4
1.4 Distancias Mínimas en Partes Flexibles 5
1.4.1 Distancia Mínima Fase Fase Partes Flexibles 5
1.4.2 Distancia Mínima Fase Tierra Partes Flexibles 5
1.5 Distancia de Fuga para Equipos de Patio 6
1.6 Distancias Mínimas de Seguridad 8
1.6.1 Distancia Mínima Base Soporte de Equipos 8
1.6.2 Altura de los Equipos Sobre el Nivel del Suelo 8
1.6.3 Altura de las Barras sobre el Nivel del Suelo 9
1.6.4 Altura de Remate de las Líneas de la Subestación 9
1.6.5 Distancias de Seguridad para Maniobras de Personal 10
1.6.6 Zona de Circulación de Vehículos 12
1.6.7 Zonas de Trabajo 13
ANEXO A : Distancias Mínimas de Seguridad 14
(Según ANSI Std. C37.32)
ANEXO B : Distancias Mínimas de Seguridad 16
(Según IEC 60071-2)
ANEXO C : Niveles de Aislación 19
(Según IEEE 1313.1)

1.0 DETERMINACIÓN DE LAS DISTANCIAS ELÉCTRICAS 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 separación entre aparatos de una instalación y la disposición física de los mismos se
efectúa de acuerdo con lo señalado en el diagrama unilineal, seleccionando la capacidad de
la instalación y su tensión nominal. Estos factores no solo afectan el tamaño de los
componentes, sino también las distancias a tierra y entre fases.
La determinación de éstas dimensiones, se efectúa por medio del cálculo de las distancias
eléctricas entre las partes vivas del equipo y entre éstas y las estructuras, muros, rejas y el
suelo, de acuerdo al siguiente orden:
a) Distancias entre fases (partes rígidas y partes flexibles).
b) Distancias entre fase y tierra (partes rígidas 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 línea de transmisión de llegada o salida a la subestación.

1.2 CRITERIOS DE DISEÑO
En general, los criterios generales de diseño para la determinación de las distancias eléctricas
toman en consideración los siguientes puntos:
♦ Previamente se debe tener claro, el nivel de voltaje, el voltaje máximo, la clase de
aislación de los equipos y el BIL de diseño de la subestación (ambos parámetros
corregidos según la altura sobre el nivel del mar de instalación de la subestación). De
acuerdo a la norma utilizada para el diseño de los equipos (IEC o ANSI), se tienen los
valores indicados en los Anexos A, B y C respectivamente.
♦ En caso de que la subestación se encuentre instalada a una altura mayor a 1000 metros
sobre el nivel del mar, entonces las distancias eléctricas calculadas deberán ser
corregidas de acuerdo a la siguiente ecuación:
♦ Para el cálculo de las distancias entre fases y entre fase y tierra, las distancias mínimas
deben mantenerse para una desviación máxima de 30° de la cadena de aisladores con
respecto a la vertical.
1000
1000
100
)
1000
(
0125
,
0 d
h
d
dh ⋅
−
⋅
+
=

1.3 DISTANCIAS MÍNIMAS APLICABLE A PARTES RÍGIDAS
Para este tipo de cálculo, se tienen dos tipos de distancias: distancias entre fase y tierra para
partes rígidas y distancia entre fases para partes rígidas.
1.3.1 Distancia mínima fase tierra para partes rígidas ( )
Para esto se requiere conocer la tensión nominal entre fases y el nivel básico de impulso (BIL)
de diseño de la subestación.
Este valor se obtienen de la Tabla 5 de la Norma ANSI C37.32 (Ver Anexo A) o bien de la
Norma IEC 60071-2 (Ver Anexo B).
Sea este valor igual a .
1.3.2 Distancia mínima fase fase para partes rígidas ( )
Para esto se requiere conocer la tensión nominal entre fases y el nivel básico de impulso (BIL)
de diseño de la subestación.
Este valor se obtienen de la Tabla 5 de la Norma ANSI C37.32 (Ver Anexo A) o bien de la
Norma IEC 60071-2 (Ver Anexo B).
Sea este valor igual a .
ftr
d
ftr
d
ffr
d
ffr
d

1.4 DISTANCIAS MÍNIMAS APLICABLE A PARTES FLEXIBLES
En el diseño de una subestación, se tiene que las partes flexibles son las cadenas de
aisladores que soportan los puentes de unión de las secciones de barras y las cadenas que
soportan las bajadas de los conductores hacia los equipos.
Para este tipo de cálculo, se tienen dos tipos de distancias: distancias fase fase para partes
flexibles y distancia fase tierra para partes flexibles.
1.4.1 Distancia mínima fase fase para partes flexibles ( )
Si la cadena de aisladores tiene un longitud L, entonces la distancia fase fase para partes
flexibles estará dada por (Ver figura 1):
1.4.2 Distancia mínima fase tierra para partes flexibles ( )
Si la cadena de aisladores tiene una longitud L, entonces la distancia fase tierra para partes
flexibles estará dada por (Ver figura 2):
fff
d
ftf
d
θ
sen
⋅
= L
d d
d
d ffr
fff ⋅
+
= 2
θ
sen
⋅
= L
d d
d
d ftr
ftf +
=

1.5 DISTANCIAS DE FUGA PARA EQUIPOS DE PATIO
Para el cálculo de la distancia de fuga de los aisladores de los equipos de patio, se requiere
conocer previamente el grado de contaminación del ambiente en que se encuentran los
aisladores. Con esta definición y de acuerdo a lo indicado en la Norma IEC 60815, se define
la distancia de fuga unitaria a considerar para el cálculo.
La distancia de fuga para los equipos de patio queda determinada por la siguiente expresión:
Donde:
: Voltaje máximo entre fases (kV).
: Distancia de fuga unitaria en mm/kV según IEC 60815.
: Densidad relativa del aire
: Factor de corrección de acuerdo al diámetro del aislador
δ
d
f
max
f
k
D
V
D
⋅
⋅
=
0
mm
D
si
k
mm
D
si
k
mm
D
si
k
m
d
m
d
m
d
500
2
,
1
500
300
1
,
1
300
1
>
=
<
<
=
<
=
max
V
0
f
D
d
k
δ

Para aisladores con polleras regulares (Figura 1).
Para aisladores con polleras irregulares (Figura 2).
2
i
e
m
D
D
D
+
=
4
2
2
1 i
e
e
m
D
D
D
D
⋅
+
+
=

1.6 DISTANCIAS MÍNIMAS DE SEGURIDAD
1.6.1 Distancia mínima base soporte de equipos sobre el nivel del suelo
La altura mínima de la base de los aisladores que soportan las partes vivas de los equipos, no
deberá ser menor a 2300 mm., que es la altura promedio de una persona con el brazo
levantado (ver figura 3).
Figura 3 Distancia mínima partes vivas al suelo
1.6.2 Altura de los equipos sobre el nivel del suelo (hs)
Esta altura se considera también como el primer nivel de barras hs (ver figura 4). En esta
definición se encuentran los equipos como pararrayos, transformadores de medida, trampas
de onda, desconectadores e interruptores.
La altura mínima hs de las partes vivas sobre el nivel del suelo, en ningún caso deben ser
inferiores a 3 metros, a no ser que se utilice una barreara de protección aislada.
En general, para cualquier equipo, la altura mínima de sus partes vivas se calcula de acuerdo
a la siguiente expresión válida hasta 1.000 m.s.n.m. (en caso contrario se deberá aplicar el
factor de corrección respectivo):
donde Vmax es la tensión máxima de diseño del equipo de que se trate, expresada en (kV).
max
s V
h ⋅
+
= 0105
,
0
30
,
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, ésta reciba la sensación del campo eléctrico. Esta
definición se encuentra normada en el código americano NESC, en cuya versión de 1993 se
establecen valores de gradientes de tensión con un 10% de probabilidad de que el personal
tenga la sensación de la existencia del campo eléctrico bajo las barras.
La expresión que determina la altura hb (ver figura 4) de las barras, considerando el efecto del
campo eléctrico, es la siguiente:
donde Vmax es la tensión máxima de diseño expresada en (kV).
1.6.4 Altura de remate de las líneas de transmisión en la subestación (hl)
Los conductores de las líneas de transmisión que llegan o salen de una subestación, no
deben rematar a una altura hl inferior a 6 metros.
Dicha altura, indicada en la figura 4, se puede obtener a partir de la siguiente expresión:
donde Vmax es la tensión máxima de diseño expresada en (kV).
Esta definición es aplicable a subestaciones con tensiones mayores a 69 kV.
max
b V
h ⋅
+
= 0125
,
0
00
,
5
max
l V
h ⋅
+
= 006
,
0
00
,
5

Figura 4 Alturas mínimas de las partes de los equipos sobre el suelo
1.6.5 Distancias de seguridad para maniobras de personal
Se entiende como distancias mínimas 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 través del aire están formadas por la suma de dos términos, el
primero corresponde a la distancia mínima fase tierra calculada según lo descrito en el punto
1.3 y 1.4 y el segundo término depende de la talla media de los operadores según se muestra
en la figura 5. Estas distancias se pueden expresar por las siguientes relaciones:
90
,
0
+
= ft
h d
d
25
,
2
+
= ft
v d
d

donde:
: es la distancia horizontal (en metros) que se debe respetar en todas las zonas de
circulación.
: es la distancia vertical (en metros) que debe respetarse en todas las zonas de
circulación. Esta distancia nunca debe ser menor a 3 metros.
: es la distancia mínima de fase a tierra correspondiente al BIL de la zona.
Figura 5 Dimensiones medias de alcance de un operador
h
d
v
d
ft
d

1.6.6 Zona de circulación de vehículos
En las subestaciones grandes existen, debido a la necesidad de maniobras de operación y
labores de mantención, zonas de circulación de vehículos.
Los espacios para la circulación de estos vehículos están 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 rígidas. En el caso de
barras flexibles esta distancia será 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 tendrá que las
distancias para la zona de circulación de vehículos esta dada por las siguientes expresiones:
El espacio para la circulación de vehículos con cargas pesadas se determina tomando en
cuenta las dimensiones exteriores del vehículo de mayor tamaño que se piense utilizar,
incluido el transformador mas voluminoso que se instale en la subestación.
Figura 6 Distancias de vehículos a partes vivas
90
,
0
)
7
,
0
( +
+
= ft
h d
d
25
,
2
)
5
,
0
( +
+
= ft
v d
d

1.6.7 Zonas de trabajo
Durante las mantenciones a efectuar en una subestación, una vez desconectado los
interruptores y desconectadores (pero no las secciones contiguas), el operador debe realizar
la labor de mantención con plena seguridad.
En estos casos las distancias de seguridad para las zonas de trabajo se determinan de igual
forma que en los casos anteriores, o sea, sumando la distancia base mas una longitud como
se indica en las siguientes ecuaciones y figura 7:
En los casos en que, por alguna razón, no se puedan lograr las distancias mínimas de
seguridad, todas las partes vivas de la sección deben aislarse del contacto humano por medio
de barreras de protección que impidan los acercamientos peligrosos.
Figura 7 Distancias de seguridad en zonas de trabajo.
90
,
0
)
75
,
1
( +
+
= ft
h d
d
25
,
2
)
25
,
1
( +
+
= ft
v d
d

ANEXO A
Distancias Mínimas de Seguridad
(Según ANSI Std. C37.32)

ANEXO B
Distancias Mínimas de Seguridad
(Según Norma IEC 60071-1 / 60071-2)

ANEXO C
Niveles de Aislación
(Según ANSI Std. 1313.1)

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