Requerimientos sísmicos - Cigré

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Requerimientos sísmicos para
el equipamiento eléctrico en
proyectos eléctricos
Wilibaldo Toro Vergara

Índice
Índice
Índice
Introducción
Normativa vigente
Requerimientos sísmicos
Diseño según la ETG 1020
Memorias de cálculo
Revisión de memorias de cálculo
Calificación sísmica
Recomendaciones y Conclusiones
Seminario Cigré – Requerimientos sísmicos
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Introducción
Introducción
Lecciones aprendidas
1. Ingendesa tiene una experiencia reconocida a nivel internacional en
estudios de diseños sísmicos para proyectos eléctricos. La
especificación ETGI-1020 ha sido el origen de directrices sísmicas en
lo que a instalaciones eléctricas se refiere.
2. Como empresa de ingeniería se realizaron visitas a distintas
instalaciones de clientes para ver los efectos post-sismo. Del análisis
de los antecedentes recabados durante dichas visitas, se desprende
que para no tener problemas de fallas eléctricas en los equipos
durante un sismo se requiere un diseño sísmico adecuado en los
proyectos.
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Normativa vigente
Normativa Vigente
Diseño sísmico según Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio
1. Edificios y estructuras e instalaciones industriales
NCh 433.of96
NCh 2369.Of2003
2. Proyectos eléctricos
ETG-1013, ETG-1015 de Endesa
ETG-1020 de Endesa
ETG-A.0.20 o ETG-A.0.21 de Transelec
IEEE Std 693-1997, “High Seismic Performance Level”.
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Requerimientos sísmicos
Diseño según la ETG 1020
Diseño según la ETG 1020 en Equipos Eléctricos en S/E
Los equipos eléctricos deben cumplir los siguientes requerimientos
sísmicos:
a. Estructuras metálicas, Celdas y Anclajes (Materiales dúctiles)
Factor de Seguridad (FS) ≥ 1,25 (con 80 % σFluencia de los materiales)
FUERZAS simultáneas a considerar en el cálculo:
sismo + viento
b. Equipos eléctricos sobre estructuras: aisladores de porcelana en
soportes y tipo bushings (Materiales frágiles)
Factor de Seguridad (FS) ≥ 2
FUERZAS simultáneas a considerar en el cálculo:
sismo + viento + tirón + cortocircuito
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Tipos de memorias de cálculo
Requerimientos sísmicos
Memorias de cálculo
1. Memoria dinámica presenta modelación de equipos mediante
software especializados. Entrega resultados de modelación (modos
de oscilación y la masa comprometida, desplazamientos, velocidades
y aceleraciones, fuerzas y momentos) difícil de revisar,
normalmente por falta de antecedentes
2. Memoria estática presenta cálculo en función de sumatoria de
fuerzas y momentos para determinar esfuerzos en puntos críticos de
los equipos eléctricos fácil de revisar por la información requerida
para su realización
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Ecuaciones de memoria de cálculo estática
Requerimientos sísmicos
Memorias de cálculo
1. Cálculo estático en porcelanas
A
1.1. − FS
. Horizontal
= 1,2 × k × × W daN .... FS
.
g
1.2. − F
1.3.
−
F
1.4. − F
M
COCI
Viento
Tirón
Resistente
≥ 2
= 0,02×
I
2
cc
×
L
d
[ daN]
=
0,8
×
Pr
esión
×
Área
× M
Solici tante
[ ] = 0,6×
× W[ daN ]
[ daN
]
Vertical
= 100[ daN]
− > Equipos ≤ 245kV....
F
Tirón
A
g
= 175[ daN]
− > Equipos > 245kV
Donde,
K: factor de estructura (1,5 si el conjunto estructura-equipo no es rígido (frecuencia < 30 Hz))
A/g: valor obtenido de curva de espectro de respuesta
W: peso del equipo
Icc: corriente de cortocircuito [kApeak]
L: largo del conductor del equipo que se encuentra en fase paralela
d: separación entre fases
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Casos particulares
Requerimientos sísmicos
Memorias de cálculo
1. El caso más desfavorable en SS/EE con aceleración basal de 0,5 g a
nivel del suelo
Si fn y ζ son desconocidos se considera porcelana con ζ=2% A/g
aceleración del C.G. de 1,37g obtenido del espectro de respuesta sísmica de
la ETG-1020
A
F
S .
Horizontal
= 1 ,2
×
k
×
×
W
⇒
F
S
.
Horizontal
=
1,2
×
1,5
×
1,37
×
W
⇒
F
S
.
Horizontal
=
2,
46
×
W daN
g
[ ]
2. Caso particular: se indica en ET de transformador de poder que la
aceleración en la tapa de éste, corresponde a la aceleración basal
para el bushing:
Ejemplo Transformador aceleración en la tapa:
10 MVA 0,5 g
100 MVA 0,79 g
400 MVA 1.2 g
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Requerimientos sísmicos
Revisión de memorias de cálculo
Memoria de cálculo para cumplimiento sísmico equipos eléctricos
Documentación a presentar por el fabricante (contratista) para revisión:
1. Memoria de cálculo estática del contratista (fábrica), que debe incluir:
a. Protocolos de pruebas de ruptura de porcelanas (mínimo 3 unid)
µ-2σ momento de ruptura [kNm]
b. Planos en corte acotados de las porcelanas (con sus tolerancias)
para verificar tasa de trabajo de la porcelana
c. Considerando Fuerzas de Sismo + Viento + Tirón + Cortocircuito, se
re-calcula memoria estática en // existe FS ≥ 2 en porcelanas
2. Memoria de cálculo dinámica alternativa, acompañada de memoria de
cálculo estática
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Requerimientos sísmicos
Revisión de memorias de cálculo
Memoria de cálculo para cumplimiento sísmico equipos eléctricos (cont.)
Información recibida del Contratista / Fabricante (Problemas comunes):
1. Memorias de cálculo que no corresponden al equipo bajo revisión
2. Falta de información técnica de respaldo, generalmente
No presentan planos en corte de las porcelanas con dimensiones
No Presenta protocolos de pruebas de ruptura de las porcelanas
Lo anterior atrasos en los proyectos
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Etapas del Proceso de Calificación Sísmica
Requerimientos sísmicos
Calificación sísmica
Consiste en un proceso que permite formalizar que un equipo cumple
con la norma sísmica. Este proceso consta principalmente de las
siguientes etapas:
1. Presentación de memoria de cálculo estática del equipo bajo estudio
(dinámica en casos especiales). Si existen dudas respecto a respuesta
del equipo frente a un sismo se solicita prueba en mesa vibratoria
(Principalmente equipos de patio).
2. Pruebas eléctricas al equipo bajo análisis
3. Pruebas sísmicas en mesa vibratoria al equipo de acuerdo a lo
especificado
a. Multifrecuencia
b. Frecuencia fija
Obtención de esfuerzos sísmicos en porcelanas (Strain gauge)
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Requerimientos sísmicos
Calificación sísmica
Etapas del Proceso de Calificación Sísmica (cont.)
4. Pruebas eléctricas al equipo bajo análisis para chequear su
funcionamiento después de las pruebas sísmicas
5. Diseño final considerando los resultados de esfuerzos medidos en el
equipo en la mesa vibratoria + los esfuerzos (viento, tirón y cortocircuito)
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Requerimientos sísmicos
Calificación sísmica
Etapas del Proceso de Calificación Sísmica (cont.)
Advertencias o consideraciones a tener en cuenta en equipos
calificados sísmicamente
1. Los equipos presentados en las ofertas técnicas como calificados
sísmicamente deben ser presentados con todos los documentos con que
se calificó (memoria de cálculo estática con su información técnica de
respaldo)
2. Verificar que el modelo presentado en la oferta corresponde con el ya
calificado
3. Report de ruptura de las porcelanas con momento de ruptura al bending
mayor o igual a la calificada
4. Revisar si se inspeccionó el proceso de calificación sísmica completa
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Recomendaciones
Diseño eléctrico en S/E
Elementos críticos en el proyecto a analizar para evitar problemas sísmicos
1. Uniones entre equipos que no sean rígidas por
a. Mal diseño de proyecto
b. Mala inspección técnica en obra (ITO)
c. Se recomienda instalar uniones con: Ω de expansión, espiral, de longitud y
flexibilidad adecuada + inspección (ITO) seguir recomendaciones de
IEEE693 2005
2. Anclajes
a. Pernos no adecuados (corte y tracción)
b. Se recomienda realizar un cálculo sísmico estático para determinarlos
c. Indicar en los planos las características de los pernos aprobados por
memoria de cálculo para el equipo
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Recomendaciones
Diseño eléctrico en S/E
Elementos críticos en el proyecto a analizar para evitar problemas sísmicos
(cont.)
3. Bushings y porcelanas
Tasas de trabajo sean las adecuadas FS ≥ 2
Se requiere memoria de cálculo sísmica revisada por el dueño
4. Estructuras
Con frecuencia fundamental del conjunto estructura-equipo > 30 Hz
Se requiere diseño adecuado (memoria de cálculo de respaldo)
5. Fundaciones
Diseño adecuado considerando la interacción de todo el conjunto (equipo,
estructura y fundación)
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Recomendaciones
Diseño eléctrico en S/E
Lo que se debe hacer para comprar un equipo que cumpla sísmicamente
1. En contratos se debe realizar una ET con la exigencia sísmica
adecuada (según ETGs vigentes)
2. Se debe exigir la entrega de memoria de cálculo estática y planos,
como ya se indicó anteriormente
3. El dueño debe revisar la memorias y verificar que corresponde al
equipo propio, que existe respaldo del momento de ruptura de las
porcelanas
4. Cotizar la prueba en mesa vibratoria como opcional, en caso de
requerirse dependiendo del resultado de la memoria de cálculo
estática el dueño tiene la opción de requerirla.
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Recomendaciones
Diseño eléctrico en S/E
Lo que se debe hacer para comprar un equipo que cumpla sísmicamente
(cont.)
5. El Factor de seguridad (FS) debe ser según lo requerido
• Estructuras (materiales dúctiles), FS ≥ 1,25
• Porcelanas (materiales frágiles), FS ≥ 2
6. Realizar un diseño adecuado en el proyecto de
Equipos, considerando una flexibilidad adecuada en uniones entre equipos
Estructuras
Fundaciones
7. Realizar una buena inspección técnica de obra (ITO)
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Recomendaciones
Diseño eléctrico en S/E
Se propone
1. Estudiar cómo se comportaron los equipos eléctricos del sistema
eléctrico frente al sismo 27 de Febrero de 2010 (actualmente
existe un comité de la CIGRÉ que lo está estudiando)
a. Se está revisando si los equipos fallados cumplían alguna exigencia
sísmica (si estaban calificados sísmicamente, si tenían memorias de
cálculo, etc.)
b. La idea es estandarizar tipo de daños proponer soluciones para
enfrentar futuros sismos.
2. Posibles medidas a tomar
a. Verificar el diseño sísmico de los equipos, estructuras y fundaciones
(considerando las ETGs vigentes)
b. Mejorar la ITO
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Recomendaciones
Diseño eléctrico en S/E
Conclusiones
1. Para evitar problemas post-sismo se debe realizar un buen diseño y
buena inspección en obra
• Una buena ET sísmica (buena referencia)
• Una buena revisión de Ingeniería (cálculos sísmicos)
• Un buen diseño del proyecto
• Una buena inspección en obra
2. Del estudio del comportamiento de los equipos durante el sismo
surge la siguiente pregunta:
¿Se requiere aumentar las exigencias sísmicas
Como Empresa de Ingeniería de acuerdo a nuestra experiencia
creemos que si se realiza un buen diseño del proyecto eléctrico, no es
necesario aumentar las exigencias sísmicas.
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