Diseño sismico Chile CIGRE

Resultado de las Especificaciones de diseño sísmico para equipos de alta tensióndiseño sísmico para equipos de alta tensión

en el terremoto de Chile del 27-02-2010

S ti 19 O t b 2010

Hernán Casar C.

1

Santiago, 19 Octubre 2010

Resultado de las Especificaciones de diseño sísmico para equipos de alta tensión en el terremoto de Chile del 27-02-

20102010

• Principales daños en instalaciones de A.T.

N d di ñ í i d i t l i d A T li bl• Normas de diseño sísmico de instalaciones de A.T. aplicables en Chile. Que sucedió el 27 de febrero 2010.

• Espectros de respuesta vs espectros de diseñop p p

• Daños más frecuentes en terremoto del 27-02-2010• Verificaciones sísmicas inadecuadas

• Resistencia de aisladores inferior a lo garantizado• Resistencia de aisladores inferior a lo garantizado• Materiales frágiles (aleación de aluminio fundido) • Efecto de estructura• Cables de conexión

• Verificaciones sísmicas inadecuadas de fabricantes

• Conclusiones respecto a las especificaciones técnicas aplicables

2

February 27th, 2010, Chile earthquake

Generación hidráulica: Daños menores

Principales daños en instalaciones de A.T.

Generación hidráulica: Daños menoresHundimiento de canales

Generación térmica: Daños obras civiles y rotura tuberíasChimeneas de hormigón, hundimiento deapoyos de tuberíasp y

Transmisión: Algunos daños en equipos de A.T.Terminales de equipos, bushings, interruptores,Terminales de equipos, bushings, interruptores, desconectadores, anclaje de transformadores, equipos montados en altura.

Distribución: Caída de postes y acometidas


Daños repetitivos en terminales de equipos debido a

Transmisión: Daños en equipos de A.T.

Daños repetitivos en terminales de equipos debido a conexiones rígidas o sin holgura (1/2)


Daños repetitivos en terminales de equipos debido a


Daños repetitivos en terminales de equipos debido a conexiones rígidas o sin holgura (2/2)

Es recomendable seguirgindicación de IEEE-693:

Indica holguras yconexiones por medio deconexiones por medio deconductores flexibles tipomultihebra de aluminiopuro.


Daños en bushings (1/2)


Daños en bushings (1/2)

Bushing tipo resorte.

Mal diseño de empaquetadura

BushingBushing cementado

rsTransmisión: Daños en equipos de A.T.

Daños en bushings de transformadores y reactores (2/2)

Material frágil (aleación aluminio g (fundido) y flexibilidad soporte en transformador de poder

rsTransmisión: Daños en equipos de A.T.

Daños en interruptores (1/4)

Damages on 220 kV circuit breakers (live tank)Transmisión: Daños en equipos de A.T


Material frágil: Aleación de aluminio fundidoAleación de aluminio fundido



Porcelana de mala calidad




Daños en desconectadores (1/1)

Ruptura de material frágil.Aleación de aluminio fundidoAleación de aluminio fundido

Transmisión: Daños en equipos de A.T

Anclaje de transformadores (1/2)

Falta topes o llaves de corte


Anclaje de transformadores (2/2)

Falta topes o llaves de corte


Equipos montados en altura (1/2)


Equipos montados en altura (1/2)

Resultado de las Especificaciones de diseño sísmico para equipos de alta tensión con terremoto de Chile del 27-02-

20102010


• Normas de diseño sísmico de instalaciones de A.T. aplicables en Chile. Que sucedió el 27 de febrero 2010.p


• Resistencia de aisladores inferior a lo garantizado• Resistencia de aisladores inferior a lo garantizado• Materiales frágiles (aleación de aluminio fundido) • Efecto de estructura• Cables de conexión



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TRANSELEC and National seismic requirementsInstalaciones de A.T. Requisitos de diseño sísmico en Chile

Los requisitos al diseño símicos en Chile empiezan en ENDESA‐Chile, el año 1960, dela mano del Ingeniero don Fernando Novoa. Después de varias revisiones a estedocumento, en 1987 ENDESA emite la especificación sísmica ETG‐1015 la cual fuepreparada con la fuerte colaboración del profesor don Arturo Arias (qepd)preparada con la fuerte colaboración del profesor don Arturo Arias (qepd).

La Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio de la CNE establece en sucapítulo 3‐3 b) ``Exigencias Mínimas para diseño de Instalaciones”:capítulo 3 3 b), Exigencias Mínimas para diseño de Instalaciones :

Actualmente ENDESA no emite la ETG‐1020, siendo la empresa de IngenieríaINGENDESA quien la especifica en versiones adaptadas.TRANSELEC ti ti l ifi ió d di ñ í i d i t l i

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TRANSELEC tiene y mantiene la especificación de diseño sísmico de instalacioneseléctricas de alta tensión, ETG‐A.0.20 la cual sigue la antigua ETG1020 de ENDESA.

IEEE‐693 v.s. ETG‐A.0.20ZPA H = 0.5 g ; V=0.4 g ZPA H= 0.5 g ; V=0.3 g

IEEE 693 v.s requisitos sísmicos chilenos (A.T.)

1 6

1,8

2,0

Required Response Spectruma=0,5 g v=50 cm/seg ZPA=30 Hz

TranselecETG-A.0.20

0,5%

1%

F1 F2

g ; g g ; g

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

al a

ccel

erat

ion

(A

/g)

2%

3%

5%7%

10%

20%

0,0

0,2

0,4

0,6

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Spe

ctra

Frequency [Hz]

20%

1,40

1,60

1,80

IEEE 693 2%

[g]

0 40

0,60

0,80

1,00

1,20 ETG 2%

-

0,20

0,40

0 5 10 15 20 25 30[Hz]

IEEE‐693 v.s. ETG‐A.0.20IEEE-693 ETG-1020 or ETG-A.0.20

IEEE 693 v.s requisitos sísmicos chilenos (A.T.)

Aceleración horizontal ZPAvertical

0,5 g en High Level80% de horizontal

0,5 g60% de horizontal

Zonificación sísmica Tipo suelo

Zona únicaTodo tipo de suelo

Zona únicaTodo tipo de suelo

Nivel resistido proyectado(perfomance level)

200% nivel probado 200% nivel probado

Factor de seguridad materiales dúctiles

> 1.25 >1.25

Factor de seguridad materiales frágiles

> 2.0 >2.0

Factor cálculo estático 1.5 1.2

Factor estructura 1.1 ~ 2.5 1,5

Cargas adicionales con sismo

Todas excepto viento, cortocircuito y

operacionales

Fuerza en terminales, viento, fuerza cortocircuito y

operacionales

Método de calificación Preferentemente por ensayos y análisis.

Cálculo en casos de menor relevancia

Preferentemente por ensayos y análisis.

Análisis con acuerdo del usuario

Verificación límite admisible materiales frágiles

Datos catálogo Valor mínimo estadístico (µ-2σ) determinado por

ensayo

February 27th, 2010, Chile earthquakeTerremoto, Chile 27 Febrero 2010

Angol

21

February 27th, 2010, Chile earthquakeTerremoto, Chile 27 Febrero 2010

AngolAngol

22

February 27th, 2010, Chile earthquakeTerremoto, Chile 27 Febrero 2010. Maipú

0 56 g0,56 g

23

February 27th, 2010, Chile earthquakeTerremoto, Chile 27 Febrero 2010. Santiago

0,27 g

24

February 27th, 2010, Chile earthquakeTerremoto, Chile 27 Febrero 2010. Concepción

0,40 g

25

February 27th, 2010, Chile earthquakeTerremoto, Chile 27 Febrero 2010. Angol

0,93 g

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February 27th, 2010, Chile earthquakeEspectros terremoto vs espectros de diseño

4 50

4,00

4,50

ETG 2%

IEEE 693 2%

RCh433 Z3,S III, I=1,2, R=1

[g]

3,00

3,50 Maipú 2%

Santiago 2%

Concepción 2%

Angol 2%

2,00

2,50

1,00

1,50

-

0,50

27

0 5 10 15 20 25 30[Hz]


3,00

ETG 2%

Espectro Maipú y Santiago vs espectro de diseño[g]

2,50

ETG 2%

IEEE 693 2%

RCh433 Z3,S III, I=1,2, R=1

Maipú 2%

1,50

2,00 Santiago 2%

1,00

-

0,50

0 5 10 15 20 25 30

28

0 5 10 15 20 25 30

[Hz]


2

ETG 2%

[g]

Espectro Concepción vs espectro de diseño

1,5

IEEE 693 2%

RCh433 Z3,S III, I=1,2, R=1

Concepción 2%

1

0 50,5

29

00 5 10 15 20 25 30

[Hz]

Causa daños más frecuentes en terremoto del 27-02-2010

Las causas de los daños en instalaciones de Alta Tensión se pueden resumir en lo siguiente:p g

• No verificación por el usuario de requisitos sísmicos

• Verificaciones sísmicas inadecuadas

• Resistencia de aisladores inferior a lo garantizado

• Materiales frágiles (aleación de aluminio fundido)

• Efecto de estructura• Efecto de estructura

• Cables de conexión

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Resistencia de aisladores porcelana inferior a lo garantizado

La resistencia a la flexión de un aislador de porcelana depende demuchos factores, como los siguientes:

•Materia prima, sílice, alúmina, pureza, grano•Forma, diseño•Proceso de secado, horneado, tiempo y enfriamiento•Diseño de flanges y proceso de pegado (portland)•Pocelanas pegadas (¿?)

L t i h l l i tid d t l fl ióLo anterior hace que el valor resistido, o de ruptura a la flexión,de un aislador de porcelana tiene una característica mínimaestadística, la cual se puede asimilar a una distribución deGaussGauss.

Se considera como valor admisible de un aislador de porcelanael valor mínimo estadístico de ruptura (µ-2σ), determinado por

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el valor mínimo estadístico de ruptura (µ 2σ), determinado porensayos de ruptura de especímenes de su universo.

Resistencia de aisladores porcelana inferior a lo garantizado

El valor mínimo estadístico de ruptura a la flexión (µ-2σ), sólose determina por ensayos y es válida sólo para un diseño y parauna fábrica determinada (lote de fabricación). Debe repetirse deuna fábrica determinada (lote de fabricación). Debe repetirse detiempo en tiempo.

Se deben quebrar l 3al menos 3

especimenes.

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Resistencia de Materiales frágiles (aleación de aluminio fundido)

La resistencia a la flexión de piezas frágiles, como la aleación dealuminio fundida o fierro fundido, presentan la mismascaracterísticas de ruptura que la porcelana. Esto con el agravantecaracterísticas de ruptura que la porcelana. Esto con el agravanteque la característica frágil de la aleación de aluminio se vefuertemente incrementada con el contenido de ínfimas partes defierro u otros componentes.p

Una de los principales causas de los defectos en el

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causas de los defectos en el terremoto fue que se consideró los materiales fundidos como dúctiles

Resistencia de Materiales frágiles (aleación de aluminio fundido)

Para determinar la resistencia a la flexión de pieza de aleaciónfundida o fierro fundido se debe proceder por ensayos a laruptura de al menos 3 especímenes de modo de determinar elruptura de al menos 3 especímenes de modo de determinar elvalor mínimo estadístico de ruptura (µ-2σ). El ensayo es sóloválido para el diseño y fundición especifica y es valida por uncorto tiempo.p

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Efecto estructura

Los espectros de respuesta de diseño de los equipos estándefinidos a nivel de la tierra.

Si la estructura de soporte del equipo es flexible el espectro dediseño se debe amplificar adecuadamente.

Por ejemplo el caso de un transformador con bushings de altatensión en su parte superior se debe aumentar el espectro dediseño en un factor de 1,5 (ETG) ó 2,0 (IEEE693).El estanque de un transformador de poder es un cuerpoflexible.

S ú l it d d l t f d t f t d bSegún la magnitud del transformador este factor debe serescogido adecuadamente.

35

Efecto estructura

IEEE 693 acepta calificación de los bushings sobre 161 kVsólo por ensayo en mesa vibratoriasólo por ensayo en mesa vibratoria.

Estructuras soportes flexibles (fp<30 Hz) puede actuar comoun filtro mecánico que reduce la aceleración en la base delun filtro mecánico que reduce la aceleración en la base delequipo con mono modo de resonancia, pero es másconservador usar estructuras rígidas para soportar equipos.

No es recomendable instalar equipos de A T sobre murosequipos de A.T. sobre muros cortafuegos y en general en estructuras rígidas.

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Cables de conexión a los equipos

Se deben considerar las holguras de los cables de conexióna y entre equipos de Alta Tensión Estas conexiones debena y entre equipos de Alta Tensión. Estas conexiones debenefectuarse con cables flexibles como es los cables deAluminio puro multi hebra.

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Verificaciones sísmicas inadecuadas de fabricantes

Algunos fabricantes de equipos de Alta Tensión han sidopoco cuidadosos al presentar la demostración del diseñopoco cuidadosos al presentar la demostración del diseñosísmico de sus equipos.Lo anterior es normalmente manejado a nivel comercial y lasansias de vender hace que se produzcan estos problemas enansias de vender hace que se produzcan estos problemas enla etapa de ofertas.

Se requiere de parte de los usuarios una cuidadosa revisiónde dichas demostraciones las cuales tienen que estarbasadas en datos objetivos.

D i d l ió di á i d bDemostraciones por modelación dinámica deben estarrestringidas a los casos que no es aplicable el análisisestático. Esto debido que la única forma de verificar uncálculo dinámico es rehaciendo la modelación y el cálculo

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cálculo dinámico es rehaciendo la modelación y el cálculo.

Resultado de las Especificaciones de diseño sísmico para equipos de alta tensión con terremoto de Chile del 27-02-

20102010


• Normas de diseño sísmico de instalaciones de A.T. aplicables en Chile. Que sucedió el 27 de febrero 2010.


• Resistencia de aisladores inferior a lo garantizado• Materiales frágiles (aleación de aluminio fundido) • Efecto de estructura• Cables de conexión

• Verificaciones sísmicas inadecuadas de fabricantesVerificaciones sísmicas inadecuadas de fabricantes


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Conclusión o Lección aprendida

• La mayoría de las instalaciones de Alta Tensiónpresentó un buen comportamiento en el terremoto delpresentó un buen comportamiento en el terremoto del27.02.2010.

L d ñ i i i d d• Los daños en equipos ocurrieron por una inadecuadaaplicación de las especificaciones de diseño sísmicoaplicables.

• Las especificaciones de diseño sísmico parecen engeneral adecuadas para los equipos de alta tensión.No se ve una necesidad imperiosa de aumentar elespectro de diseño. Se debe sólo estudiar la posibilidadde igualar el espectro de la ETG con el de la IEEE693

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High Level.

Conclusión o Lección aprendida

• El usuario debe efectuar una verificación de lasdemostraciones del diseño sísmico que efectúan losdemostraciones del diseño sísmico que efectúan losfabricantes.

L i t i d l t i l f á il d b f t• La resistencia de los materiales frágiles debe efectuarseobjetivamente de modo que sea aplicable al equipoadquirido.

• Se debe considerar el efecto estructura para decidir laamplificación del espectro de diseño sísmico aplicable.

• Las conexiones a los equipos de A.T. deben hacerseconsiderando las holguras necesarias y con cable

41

flexible

CONCLUSIONS

N h b d ñ l t d l d d A T

CONCLUSIONES

No hubo daños en la mayor parte de la red de A.T.

42

Muchas Gracias

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