Enrique Salazar Jaramillo

Consultoría Enrique Salazar – ensaja50@gmail.com

10 de diciembre de 2024

Resumen.

En este artículo, vamos a calcular los esfuerzos de cortocircuito producidos sobre los conductores flexibles de las barras colectoras en las sub estaciones de alta tensión. Los cálculos se basan en las recomendaciones de la norma IEC-60865,[1],[2]. Estos esfuerzos están relacionados directamente con la tensión estática , que es el esfuerzo presente en las barras flexibles debido solamente a las fuerzas previas a las producidas por un cortocircuito, (peso propio del cable y aisladores, la fuerza del viento, o acumulación de hielo sobre ellos).

Una vez producida una corriente de cortocircuito, los cables son sometidos a grandes tensiones mecánicas y su oscilación provoca un acercamiento entre las fases de los cables. Estas tensiones no solo se producen durante el paso de las corrientes de cortocircuito, sino también al cesar ellas y además, cuando se tiene conductores en haz aparece otra tensión simultánea. Por esto, debe verificarse que no se superen los límites de resistencia de los cables, ni tampoco se reduzcan las distancias entre los cables de fase más allá de las distancias mínimas de seguridad.

Adicionalmente, las fuerzas producidas someten a las estructuras a grandes cargas, por lo que son indispensables para el cálculo de estas estructuras y sus cimentaciones. Para los cálculos se ha implementado un programa en Matlab.

Abstract

In this article, we are going to calculate the short-circuit stresses produced on the flexible conductors of the busbars in high voltage substations. The calculations are based on the recommendations of the IEC-60865 standard,[1],[2]. These stresses are directly related to the static stress , which is the stress present in the flexible bars due only to the forces prior to those produced by a short-circuit, (weight of the cable and insulators, wind force, or ice accumulation on them).

Once a short-circuit current has occurred, the cables are subjected to great mechanical stresses and their oscillation causes the phases of the cables to come closer together. These stresses are not only produced during the passage of the short-circuit currents, but also when they cease and a simultaneous stress when there are conductors in a bundle. For this reason, it must be verified that the resistance limits of the cables are not exceeded, nor are the distances between the phase cables reduced beyond the minimum safety distances.

Additionally, the forces produced subject the structures to heavy loads, which makes them essential for the calculation of these structures and their foundations. For the calculations, a program has been implemented in Matlab

I        INTRODUCCIÓN

Es importante el cálculo de las fuerzas de tracción que se presentan debido a las corrientes de cortocircuitos en los conductores flexibles ya que pueden provocar daños, como la deformación de las estructuras soporte (pórticos o soportes de equipos) o rotura de los aisladores y la expansión de los conductores elástica y térmicamente puede causar cortocircuitos secundarios [4].

Los cálculos de los esfuerzos originados por las corrientes de cortocircuito en las barras flexibles, es mucho más complicado que el de las barras rígidas. En las barras rígidas los sistemas de ecuaciones para calcular las tensiones son lineales; sin embargo, en las barras flexibles, los sistemas de ecuaciones son no lineales. Los métodos de cálculo utilizados son el simplificado y el avanzado [4]. El método simplificado utiliza expresiones analíticas simplificadas que fácilmente pueden adaptarse a cálculos manuales o a una plataforma de programación de alto nivel. Este es el método que utiliza la IEC-60865 y que vamos a utilizar en este artículo, asistidos por un programa desarrollado en Matlab. El método avanzado utiliza elementos finitos para los conductores y las estructuras de soporte.

Las fuerzas de tracción que se originan en las barras flexibles debido a las corrientes de cortocircuito que circulan por ellas son de tres tipos: una durante el cortocircuito , otra después del cortocircuito , y en el caso de conductores en haz, la fuerza de electromagnética entre los subconductores, que tiende a juntarlos, crea una fuerza de tracción . Estas tres fuerzas deben calcularse para la mínima y máxima temperatura de los conductores

Más detalles en el documento adjunto.

https://doc.uni75paime.org/Esfuerzo_de_cortocircuito_en_barras_colectoras_flexibles_en_SE_de_AT.pdf

IX    CONCLUSIONES

Los valores obtenidos con el programa en Matlab, son prácticamente los mismos que los obtenidos en los ejemplos de [2]. Por lo tanto, es confiable su aplicación

Se puede apreciar que las fuerzas de tensión después del cortocircuito  (cuando los conductores caen), en casi todos los casos analizados, son mayores que las otras dos fuerzas; sin embargo, podrían ser insignificantes con la influencia de las bajantes o para la mayor temperatura.

Cuando la corriente de cortocircuito en las barras con bajantes solo pasa por medio vano la distancia mínima entre fases , se ve apreciablemente beneficiada, no tanto así, con la influencia de las bajantes para los casos analizados.

Cuando se aumenta la distancia entre lo subconductores, manteniendo la distancia entre los separadores igual, como en el Ejemplo 3, que pasa de 100 mm a 400 mm, la fuerza de tracción Fpi.d aumenta.

REFERENCIAS

[1]     IEC 60865-1 Corrientes de cortocircuito – Cálculo de efectos – Parte 1: Definiciones y métodos de cálculo, Edición – 2011-10.

[2]     IEC TR 60865-2 Technical Report – Short-circuit currents – Calculation of effects – Part 2: Examples of calculation (Edition 2.0 2015-04)

[3]     IEC 60909-0 Short-circuit currents in three-phase a.c. systems – Part 0: Calculation of currents (Edition 2.0 2001-07)

[4]     CIGRE Brochure 105 - The Mechanical Effects of Short-Circuit Currents in Open Substations - Part I

[5]     IEEE Guide for Bus Design in Air Insulated Substations, IEEE Standard 605-2008, May 2010.

[6]     Salazar J., Enrique - Cambio de estado en barras colectoras flexibles en SE de AT – Revista de Ingeniería Mecánica, Eléctrica y Electrónica UNI75PAIME, Agosto-Diciembre

[7]     Kiessling F., Nefzger P, Nolasco J.F, Kaintzyk U.- Overhead Power Lines. Planning, Design, Construction