Desconexión y Conexión de CCVTs Aplicando Metodología de Trabajos con Tensión V CITTES 2011 CIER – CACIER Salta, Argentina – 30 de agosto al 2 de septiembre de 2011 William Santana Iván Sanín whsantana@isa.com.co iasanin@isa.com.co

Trabajos con Tensión en ISA CONTENIDO Trabajos con Tensión en ISA Secuencia de análisis de procedimientos de TcT Desconexión y Conexión de CCVTs Aspectos centrales del estudio Principales resultados del modelo Aplicación en CCVTs de Barra Aplicación en CCVTs de Bahía de Línea Conclusiones y Recomendaciones

INFORMACIÓN GENERAL DEL GRUPO ISA A través de sus negocios, ISA y sus empresas filiales desarrollan importantes proyectos de infraestructura lineal ELECTRIC ENERGY TRANSPORT TELECOMMUNICATIONS TRANSPORT ROAD CONCESSIONS MARKETS OPERATION AND ADMINISTRATION CONSTRUCTION OF INFRASTRUCTURE PROJECTS. ISA es propietaria del 71,15 % del Sistema de Transmisión Nacional – STN, en términos de ingresos en Diciembre de 2010.   Los activos de la Empresa que hacen parte del STN están representados en la red de transmisión de alto voltaje más grande del país, conformada por 10.115 km de circuitos de línea (2.646 km a 500 kV, 7.453 km a 230 kV y 15.,5 km a 138 KV) y 61 subestaciones (12 a 500 kV, 39 a 230 kV ,1 a 138 , 3 a 115 KV, 4 a 34,5 kV y 2 a 13,8 kV), 12,811 MVA de transformación y 4,205 MVAr de compensación, incluyendo equipos de reserva, repuestos y transformadores auxiliares © Todos los derechos reservados por Interconexión Eléctrica S.A. E.S.P.

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Secuencia de Análisis de Procedimientos de TcT Desconexión y Conexión de CCVTs Aplicando Metodología de Trabajos con Tensión Secuencia de Análisis de Procedimientos de TcT © Todos los derechos reservados por Interconexión Eléctrica S.A. E.S.P.

Trabajos con Tensión en ISA ¿Por qué aplicamos TcT en ISA? Buscamos el bienestar de nuestros usuarios Compromiso Social Continuidad en el suministro de potencia Alto grado de calidad en el servicio Reducción de los tiempos de desconexión Directriz gubernamental CREG – 011 Minimiza desconexiones anuales Amplia la clasificación de unidades constructivas a regular

Trabajos con Tensión en ISA ¿Qué buscamos? Reducción Tiempos de Mantenimiento Compromiso Social & Regulación Eléctrica Continuidad en el servicio eléctrico Ampliar aplicación de TcT Actividades de Mantenimiento Mantenimiento preventivo y correctivo Renovación de equipos y subestaciones Desarrollar Nuevos Procedimientos TcT © Todos los derechos reservados por Interconexión Eléctrica S.A. E.S.P.

Trabajos con Tensión en ISA Secuencia de análisis para procedimientos TcT Estudios Eléctricos Análisis Transitorio Requerimientos Operativos Estudios Mecánicos Cargas dinámicas y estáticas Características de Equipos Análisis de Riesgo Personas, Equipos, Medio Ambiente, MAD, EPP Control de Riesgos Mecanismos de control Análisis OHS Nuevo procedimiento TcT Normalización de Procedimiento Revisión de Procedimiento Escenario de Riesgo ENTRENAMIENTO Personal Certificado

Trabajos con Tensión en ISA Principales aspectos del estudio Modelo de Arco Eléctrico Implementación en ATPDraw Modelo eléctrico de CCVT’s en ATPDraw Característica de excitación Respuesta en frecuencia Impacto en el sistema de protecciones Consecuencias de la desenergización © Todos los derechos reservados por Interconexión Eléctrica S.A. E.S.P.

Trabajos con Tensión en ISA Principales resultados del modelo Respuesta Transitoria - CCVT Simulación - ATPDraw V = Vp (Máximo transitorio) Devanado secundario sin carga Predice Comportamiento Ic Estado transitorio – CCVT Longitud de arco eléctrico

Estudio eléctrico en PT de cuerpo capacitivo Desconexión del CCVT con TcT Fenómeno transitorio de alta frecuencia Modelo de arco eléctrico en aire (Nakamichi) Desarrolló de modelo en ATP (2008) Modelo de PT Capacitivo en ATP (Vermeulen) Desarrolló de modelo en ATP (2009) Característica de excitación y curva de respuesta en frecuencia (ABB CPA 245) Acople del modelo de arco + fuente + bajante + modelo PT Se simula asumiendo condición envolvente V=0 Ic=max / V=max Ic=0 Desconexión Fase A

Estudio eléctrico en PT de cuerpo capacitivo FERRORESONANCIA EN SISTEMAS ELECTRICOS 1. Definición La ferroresonancia es un fenómeno oscilatorio estacionario no lineal, que se presenta en un sistema eléctrico AC debido a la interacción entre un condensador y un inductor con núcleo ferromagnético saturable. Una vez iniciada la ferroresonancia, el comportamiento resultante del sistema puede moverse de su ciclo límite [8] actual a otro, en donde se tienen ondas de tensión con presencia de la frecuencia fundamental más sus armónicas y subarmónicas asociadas o bifurcar a un comportamiento quasiperiódico o caótico [8]. 2. Entorno eléctrico mínimo para la ocurrencia de ferroresonancia En la ferroresonancia siempre se encuentran mínimamente involucrados [3]: • Una fuente de tensión alterna: U • Una capacitancia: C • Un transformador o una inductancia con núcleo ferromagnético saturable: L • Bajas pérdidas o poca carga: R Sin embargo, estas condiciones no son suficientes para definir completamente la ferroresonancia; la siguiente propiedad fundamental debe también tenerse presente [2, 3]: “en un circuito eléctrico real varios puntos de operación estables pueden existir en condiciones estacionarias, la aparición de uno u otro depende de la condición presente al momento de la interrupción o cierre hecha en el circuito; es decir, dependen de las condiciones iniciales”. Por ejemplo si desenergizamos un transformador de potencia conectado a una barra por intermedio de un interruptor que tiene capacitancias de normalización de potencial en las cámaras de extinción, dependiendo del instante de interrupción, la amplitud de la tensión del transformador puede disminuir a cero o sino incrementar oscilatoriamente en el caso de producirse ferroresonancia. Al ser la ferroresonancia un fenómeno no lineal las siguientes características de los sistemas dinámicos no lineales están presentes [3]: • Sensitividad a la variación de parámetros, que conlleva a que se observe el fenómeno del salto; siendo el nivel de tensión del generador, la capacitancia y la carga, los parámetros que usualmente pueden desencadenarlo. • Sensitividad a las condiciones iniciales. 3. Condiciones necesarias para la ocurrencia de ferroresonancia Deben verificarse las tres condiciones necesarias siguientes pero no suficientes para la ocurrencia de ferroresonancia [3]: • Presencia simultánea de capacitancias con inductancias no lineales. • Existencia dentro del sistema de algún punto con potencial no fijo, por ejemplo un neutro aislado o fase flotante. Esta última puede ocurrir luego de un fusible quemado o por realizar un cierre o apertura monofásica. • Equipos con baja carga (transformadores de potencia o medida) o generadores en sistemas con baja potencia de cortocircuito. Si una de estas condiciones no se cumple, la aparición de la ferroresonancia es altamente improbable; de lo contrario es necesario realizar una investigación más amplia. Circuito de amortiguamiento de ferrorresonancia: Todos los CCVT necesitan incorporar algún tipo de amortiguamiento de ferrorresonancia, ya que la capacitancia en el divisor de tensión, en serie con la inductancia del transformador y el reactor en serie, constituye un circuito de resonancia sintonizada. Este circuito puede ponerse en resonancia, lo que podría saturar el núcleo de hierro del transformador mediante diversas perturbaciones en la red. Este fenómeno puede sobrecalentar además la unidad electromagnética, o dar lugar a un colapso en el aislamiento. Los CCVT utilizan circuitos de amortiguamiento, conectados en paralelo con uno de los devanados secundarios (Mira la figura 1). El circuito de amortiguamiento consiste en un reactor con un núcleo de hierro, y una resistencia en serie refrigerada por aceite. En condiciones normales de uso, el núcleo de hierro del reactor de amortiguamiento no se satura, produciendo una impedancia alta, de modo que prácticamente no circula corriente por este circuito.” Bobina de bloqueo: La bobina de bloqueo tiene la función de impedir que las señales de alta frecuencia sean derivadas en direcciones indeseables, sin perjuicio de la transmisión de energía en la frecuencia industrial. La bobina de bloqueo es, por lo tanto, acoplada en serie con el divisor capacitivo y el transformador intermedio y debe ser dimensionada para soportar la corriente nominal en la frecuencia industrial y las corrientes de cortocircuito para las cuales está dimensionado el CCVT. Este reactor también compensa la desviación de ángulo de fase causada por el divisor de tensión capacitivo. Las Bobinas de Bloqueo sirven para dirigir las señales de comunicación de alta frecuencia por las líneas deseadas bloqueando las demás líneas para evitar pérdidas de señal. Modelo de Alta Frecuencia del CCVT en ATP

Estudio eléctrico en PT de cuerpo capacitivo Velocidad de Dx: 3m/s 220 kV, 25°C, 75HR%. T arco = 50ms y Long. arco = 0.15 metros, V=3m/s. La desconexión se realiza en la fase B. Los resultados obtenidos son los siguientes: Figura 7. Corriente del arco eléctrico En la figura se muestra la corriente en amperios la desconexión empieza en 18 ms, la corriente del arco se corta a los 68 ms aproximadamente, el arco eléctrico tiene una duración de aproximadamente de 50 ms (es muy aproximado al tiempo de desconexión manual de un TcT obtenido con el registro en video el cual se descompuso en 1000 imágenes por segundo y contando las imágenes en las cuales estaba presente el arco se obtuvo que era de 55 imágenes por lo que el arco duro 55 ms). Figura 8. Longitud del arco eléctrico En la figura se muestra la longitud del arco en función del tiempo en metros, la longitud máxima es la alcanzada en el momento en que la corriente se hace casi cero, en este caso a los 68 ms, entonces para 68 ms la longitud es de aproximadamente 0.13 metros. Circuito de Simulación para la Desconexión del CCVT aplicando TcT

Estudio eléctrico en PT de cuerpo capacitivo TcT Desconexión PT Corriente capacitiva máxima de 500 mA (en 12 ms y oscilaciones de 0.14ms). En Secundario del CCVT, el Voltaje aumenta 4%, de 66V a 70 V en las fases b y c que no se desconectan. En C2, el Voltaje no cambia en fb y fc. La fa trata de mantenerse en el valor de pico aproximadamente por 10ms. No hay Sobre V en el secundario Velocidad de Dx: 3m/s 220 kV, 25°C, 75HR%. T arco = 50ms y Long. arco = 0.15 metros, V=3m/s. La desconexión se realiza en la fase B. Los resultados obtenidos son los siguientes: Figura 7. Corriente del arco eléctrico En la figura se muestra la corriente en amperios la desconexión empieza en 18 ms, la corriente del arco se corta a los 68 ms aproximadamente, el arco eléctrico tiene una duración de aproximadamente de 50 ms (es muy aproximado al tiempo de desconexión manual de un TcT obtenido con el registro en video el cual se descompuso en 1000 imágenes por segundo y contando las imágenes en las cuales estaba presente el arco se obtuvo que era de 55 imágenes por lo que el arco duro 55 ms). Figura 8. Longitud del arco eléctrico En la figura se muestra la longitud del arco en función del tiempo en metros, la longitud máxima es la alcanzada en el momento en que la corriente se hace casi cero, en este caso a los 68 ms, entonces para 68 ms la longitud es de aproximadamente 0.13 metros.

Estudio eléctrico en PT de cuerpo capacitivo TcT Conexión PT Condición crítica: CCVT está descargado y entra a potencial en el momento en que la onda de voltaje pasa por su valor máximo (se comporta como un corto circuito para la red, solo en el instante de conexión). El retorno al estado estable, se realiza oscilando a alta frecuencia alrededor de la onda de alimentación. Estas oscilaciones se amortiguan rápidamente debido a la presencia de elementos disipadores de energía en la red y no tienen consecuencias perjudiciales para los elementos que se encuentran en ella, tampoco para el sistema de protecciones. Ic debido al dv/dt.? La I ocurre en 16 ms cuando V max . I= 1 kA (8 us) Velocidad de Dx: 3m/s 220 kV, 25°C, 75HR%. T arco = 50ms y Long. arco = 0.15 metros, V=3m/s. La desconexión se realiza en la fase B. Los resultados obtenidos son los siguientes: Figura 7. Corriente del arco eléctrico En la figura se muestra la corriente en amperios la desconexión empieza en 18 ms, la corriente del arco se corta a los 68 ms aproximadamente, el arco eléctrico tiene una duración de aproximadamente de 50 ms (es muy aproximado al tiempo de desconexión manual de un TcT obtenido con el registro en video el cual se descompuso en 1000 imágenes por segundo y contando las imágenes en las cuales estaba presente el arco se obtuvo que era de 55 imágenes por lo que el arco duro 55 ms). Figura 8. Longitud del arco eléctrico En la figura se muestra la longitud del arco en función del tiempo en metros, la longitud máxima es la alcanzada en el momento en que la corriente se hace casi cero, en este caso a los 68 ms, entonces para 68 ms la longitud es de aproximadamente 0.13 metros.

Estudio eléctrico en PT de cuerpo capacitivo ESQUEMA DE PROTECCIONES Se evalúa el impacto de la desconexión del PT en el sistema de protecciones Desconexión PT de Barra: Se pierde el sincronismo (Recierres 3 off), verificación contadores de energía. Desconexión PT de Línea: Se pierde señal de V y puede generar disparo. Desconexión PT ATR: Se pierde la función de sobre V a. 220 kV : BIL (rayos) b. 500 kV : BSL (maniobras) PT de barra. Pérdida de sincronismo. (Recierres 3 off) Acciones Declaración recierres trifásicos indisponibles en todas las bahías de línea asociada a la subestación. Verificar conexión con contadores de energía coordinar con el cliente. Protección Diferencial de barra activo. 2. PT de BL. :Inhibe la protección de distancia y puede generar disparos de LT o bloqueo protecciones PL1 o PL2 Inhibir preliminarmente relé de distancia. Ajustar relé de sobrecorriente. Se pierde selectividad pero no la protección de sobrecorriente. El pararrayo no se desconecta. 3. PT de Trafo: Pérdida de protección de SV y sincronismo. Acciones: Declarar indisponible la protección de SV durante TcT. Trafo protegido por la diferencial de corriente. Instalar PT temporal Solicitar a Operación el control del perfil de tensiones (regular V x maniobras operativas a través de los tabs del trafo) © Todos los derechos reservados por Interconexión Eléctrica S.A. E.S.P.

Estudio mecánico orientado a la desconexión y conexión del CCVT La manipulación de la conexión de alta tensión en los CCVT transmite vibraciones al punto de anclaje en el pórtico y equipos adjuntos, que pueden originar la falla mecánica de los herrajes. Al descender los cables de conexión, se genera un par de torsión sobre el conector de alta tensión, lo que puede producir rotura mecánica y salida de operación.

Control de Riesgo – Desconexión y conexión de PT RIESGO IDENTIFICADO CAUSA MECANISMO DE CONTROL Contacto con arco eléctrico Arco eléctrico por desconexión. Utilizar pértiga de contacto con mango dieléctrico. Descarga eléctrica a tierra ó entre fases Sobretensión temporal del 4% Aplicar y conservar las distancias de seguridad Accionamiento del sistema de protecciones ó perdida de señal en contadores Perdida de señal de V Planear con el grupo de SPA la coordinación del sistema de protecciones teniendo en cuenta el tipo de bahía a intervenir Choque eléctrico al realizar pruebas eléctricas posteriores a la desconexión con TcT Carga eléctrica acumulada en el cuerpo capacitivo del PT Después de desconectar el PT descargarlo eléctricamente. Falla de conectores y herrajes Sobreesfuerzo mecánico por vibraciones ó manipulación Inspección previa del estado de los herrajes y conectores, inspección termográfica donde aplique e instalación de respaldo mecánico en posibles puntos de falla.

Desconexión y Conexión de CCVTs Aplicación en Barras Subestación: San Bernardino 230kV Octubre 2010 Objetivo: Realizar pruebas de diagnóstico a los CCVTs de Barra 1 sin desenergizar la S/E Beneficios de su ejecución con TcT Evitó la desconexión de 10% del territorio Colombiano Garantizó la continuidad del suministro internacional hacia el Ecuador

Desconexión y Conexión de CCVTs Aplicación en Barras Grupo ejecutor: 7 Ejecutores Técnica Utilizada: Potencial Sistema de Izaje: Andamio Dieléctrico Seguridad Operativa - Ajustes Bancos de Compensación paralela en modo manual Recierres deshabilitados Protocolo de conexión y desconexión del sistema de control (CCVTs, contadores P-Q)

Desconexión y Conexión de CCVTs Aplicación en Barras Vista General Subestación San Bernardino CCVTs de Barra Principal

Desconexión y Conexión de CCVTs Aplicación en Barras Arco Eléctrico durante la desconexión Arco Eléctrico durante la reconexión

Desconexión y Conexión de CCVTs Aplicación en Bahía de Línea Subestación: Caño-Limón 230kV Enero 2011 Objetivo: Cambio del CCVT de la fase A sin desenergizar la subestación Beneficios de su ejecución con TcT Garantizó la continuidad del suministro en el Oriente Colombiano Evitó la desconexión de la segunda petrolera mas grande en Colombia © Todos los derechos reservados por Interconexión Eléctrica S.A. E.S.P.

Desconexión y Conexión de CCVTs Aplicación en Bahía de Línea Grupo ejecutor: 8 Ejecutores Técnica Utilizada: Potencial Sistemas de Izaje: Andamio Dieléctrico Escalera Dieléctrica Grúa con extensión dieléctrica Seguridad Operativa - Ajustes Implementación de nuevo grupo de ajustes para los relés de protección Protocolo de desconexión y reconexión de los sistemas de control

Desconexión y Conexión de CCVTs Aplicación en Bahía de Línea CCVT Caño-Limón 230kV Arco Eléctrico durante la desconexión

Desconexión y Conexión de CCVTs Aplicación en Bahía de Línea Modificación de conexiones PQ, CCVT, TC Instalación del nuevo CCVT utilizando grúa - Aterrizada

Conclusiones y Recomendaciones Los estudios eléctricos y mecánicos asociados al desarrollo de nuevos procedimientos de TcT, permiten identificar de forma clara los riesgos existentes en la actividad y su nivel de impacto. Así mismo, son la base para el desarrollo de nuevos mecanismos de control de riesgo que complementan el panorama factores de riesgo PFR del grupo de TcT de ISA.  El análisis realizado con los estudios eléctricos y mecánicos permite concluir que el proceso de desconexión y conexión de CCVTs, aplicando metodología TcT, no afectaron el estado, funcionamiento y niveles de aislamiento de los equipos intervenidos.  El fenómeno de arco eléctrico está presente durante el proceso de conexión y desconexión de CCVTs. Sin embargo, a partir de los estudios realizados se concluye que el nivel de riesgo asociado al mismo no compromete la seguridad del personal ejecutor, del equipo ni del sistema.