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ANÁLISIS NORMATIVO DE RESISTENCIA SÍSMICA EN EQUIPOS DE
SUBESTACIONES ELÉCTRICAS DE ALTA TENSIÓN Y SU IMPLEMENTACIÓN EN
COLOMBIA
Conference Paper · November 2017
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Juan David Quijano
Grupo Energia Bogotá
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Empresa de Energía de Bogotá S.A.
Colombia
T2.3.-063
08 de Agosto de 2017, Bogotá, Colombia
ANÁLISIS NORMATIVO DE RESISTENCIA SÍSMICA EN EQUIPOS DE SUBESTACIONES
ELÉCTRICAS DE ALTA TENSIÓN Y SU IMPLEMENTACIÓN EN COLOMBIA
JUAN DAVID QUIJANO, INGENIERO CIVIL
EMPRESA DE ENERGIA DE BOGOTA
Asesor
PALABRAS-CLAVE: Validación sísmica de equipos,
Espectros de diseño, Clasificación sísmica. Revisión
documental. Subestaciones eléctricas
EEB
Cra 7 # 71 -21, Torre B, Piso 18
PBX: (57-1) 3268000
jquijano@eeb.com.co
T2.3. Prácticas seguras en el diseño, construcción y
operación de sistemas de transmisión
Los recientes terremotos en Suramérica han
puesto en evidencia la vulnerabilidad de los
equipos en las subestaciones eléctricas de
alta tensión. Las fallas asociadas en las
estructuras, los equipos y las conexiones
pueden causar un mayor impacto en la
sociedad debido a que no se garantiza el
suministro de energía. Se realiza una
revisión documental de las normas
colombianas frente a los estándares
internacionales (IEEE, IEC) enfocado al
análisis de resistencia sísmica de los
equipos electromecánicos y su estructura.
La NSR-10 Establece parámetros de análisis
sísmicos y requisitos de resistencia en el
país para edificaciones dejando por fuera los
equipos y soportes. En la práctica se debe
trabajar en conjunto con la AIS-13 la cual da
lineamientos para este tipo de estructuras
que no están incluidas en la NSR-10 y
establece metodologías de integración con
las NSR-10 y ASCE. El espectro de diseño
de la NSR-10 está basado en ASCE 7 y se
obtienen valores muy similares para el
mismo periodo de vibración. No se debe usar
el factor de importancia de la NSR-10 para
estructuras especiales. Se evidencia que los
objetivos de resistencia en la norma
colombiana y las IEEE establecen que las
estructuras y los equipos deben continuar
operando durante y después del sismo, con
daños mínimos y con deformaciones
restringidas; En las IEC se definen que no
deben existir daños en los circuitos
principales ni en las estructuras, son
aceptables deformaciones permanentes sin
que afecten la funcionalidad de los equipos.
Las metodologías de análisis para
determinar los niveles de resistencia sísmica
son similares clasificándose como bajos
medios y altos. Para las IEC el nivel de
resistencia debe estar en común acuerdo
con el sismo esperado.
La NSR-10 la probabilidad de excedencia es
de 10% en un lapso de cincuenta años, para
IEEE se establece de 2% en el mismo
periodo de tiempo.
Se deben realizar validaciones sísmicas de
equipos y soportes por medio de lo
establecido en la IEEE 693 por medio de la
parametrización establecida en la NSR-10 y
la metodología descrita en la AIS-13.
1
INTRODUCCIÓN
Las causas principales de las interrupciones
del servicio eléctrico en las subestaciones,
que reciben y distribuyen energía a las
grandes áreas urbanas durante los
terremotos, son las fallas catastróficas de
los interruptores automáticos, los bujes del
transformador y los interruptores en las
subestaciones. También grandes daños
fueron por fractura de los componentes de
porcelana (1). El daño a los miembros de
porcelana ha sido un problema recurrente,
normalmente puede atribuirse a su
vulnerabilidad y a la falta de holgura en los
conductores que conectan el equipo. Otro
caso recurrente son los transformadores que
pueden caer o desplazarse de sus
pedestales, dañando bujes, radiadores y
posiblemente componentes internos; el daño
puede atribuirse a un anclaje inadecuado.
Los equipos que operan a voltajes de 115 kV
o menos, funcionan muy bien cuando se
siguen buenas prácticas de instalación de
anclajes y también cuando se permite
flexibilidad de interconexión de conductores.
Algunos tipos de equipos que operan a
voltajes de 161 kV o más son más
vulnerables. Generalmente, cuanto mayor
sea el voltaje de funcionamiento, más
vulnerable será el equipo. Varios tipos de
fallas se observan con frecuencia:
tarea que requiere mucho tiempo y trabajo
(2).
Es importante conocer las Normas,
recomendaciones y prácticas internacionales para analizarlas frente a las normas
locales y mejorar las prácticas de la
ingeniería colombiana.
NORMAS Y CODIGOS RELEVANTES
PARA RESISTENCIA
SISMICA DE
EQUIPOS ELECTRICOS
NSR-10 y Decreto 945 05/06/17
El diseño, construcción y supervisión técnica
de edificaciones en el territorio de la
República de Colombia debe someterse a
los criterios y requisitos mínimos que se
establecen
en
las
Normas
Sismo
Resistentes Colombianas, las cuales
comprenden: La Ley 400 de 1997, La Ley
1229 de 2008, NSR-10 y Las resoluciones
expedidas por la “Comisión Asesora
Permanente del Régimen de Construcciones
Sismo Resistentes” del Gobierno Nacional.
Los principales contenidos son: cargas,
concreto y mampostería
estructural,
estructuras metálicas, estudios geotécnicos.
Es aplicable a edificaciones (construcciones
cuyo uso primordial es la habitación u
ocupación por seres humanos) tales como
Edificaciones de centrales de operación y
control de líneas vitales de energía eléctrica
pero no aplica a estructuras especiales tales
como torres de transmisión, soportes de
equipos ni pórticos.
Establece las zonas y niveles de amenaza
de sísmica, los movimientos sísmicos de
diseño, los efectos locales y los coeficientes
de importancia
Con el Decreto 945 05/06/17 se adopta el
documento “AIS 180-13 Recomendaciones
para requisitos sísmicos de estructuras
diferentes de edificaciones”.
✓ Daños graves en transformadores
por caídas debido a anclajes
inadecuados.
✓ Fugas y roturas en los bujes de los
transformadores y en las tuberías del
radiador.
✓ La falta de holgura en los
conductores que conectan el equipo
puede cargar y dañar los bujes y los
aisladores de poste.
✓ Grandes desplazamientos en los
soportes de equipos flexibles. Esto
tiende a agravar los problemas con la
falta de holgura.
✓ Daño en transformadores de
corriente,
transformadores
de
tensión y trampas de onda; su
pérdida ha sido perjudicial para la
protección de la función del sistema.
AIS-13
El documento “Recomendaciones para
requisitos sísmicos de estructuras diferentes
a edificaciones” de la asociación colombiana
de ingeniería sísmica (AIS) publicado en
enero de 2013, Basado en la adaptación al
medio colombiano del ASCE 07/10. Trata los
requisitos de sismo resistencia de algunas
de las estructuras que no están
contempladas en el alcance de la Ley 400 de
1997.
Aclara que las recomendaciones técnicas
solo comprenden las estructuras que están
claramente incluidas y reglamentadas en
Una de las principales dificultades con los
daños ocurridos es que hay un número
limitado de piezas de repuesto o equipos de
repuesto disponibles. Además, la reparación
y el reemplazo de equipo dañado es una
2
ella. Se aclara que no están incluidas en
estas recomendaciones las torres de
transmisión, centrales hidroeléctricas de
generación de energía eléctrica, centrales
de transformación y otras instalaciones de
las redes de infraestructura. Incluye:
Estructuras diferentes de edificaciones
apoyadas sobre otras estructuras, requisitos
de diseño estructural, estructuras que nos
son edificaciones, pero son asimilables
estructuralmente
a
ellas,
requisitos
generales para estructuras diferentes de
edificaciones y que no son asimilables
estructuralmente a ellas, tanques y
recipientes
En el apéndice A, la determinación de las
fuerzas sísmicas de diseño de acuerdo a la
ASCE 7-10. En el Apéndice B establece la
metodología para convertir los valores de los
parámetros de los requeridos por el
Reglamento NSR-10 al formato utilizado en
el documento ASCE 7-10. En el apéndice C,
Movimiento sísmicos de diseño expresado
en el formato ASCE 7-10 para Colombia,
donde se incluyen Mapas de amenaza
sísmica.
IEEE
La práctica recomendada para diseño
sísmico de subestaciones IEEE std 6932005, publicado por el instituto de ingenieros
eléctricos y electrónicos (IEEE), es él
documento de referencia clave para el
diseño y el desempeño en ensayos para
equipos eléctricos en subestaciones
eléctricas de Estados Unidos. Los
principales contenidos de esta práctica
recomendada
incluyen,
Referencias
normativas, definiciones, instrucciones,
consideraciones de diseño y criterios de
desempeño sísmico para equipos eléctricos
en subestaciones eléctricas, ETC. Se
especifican requisitos mínimos para diseño
sísmico, los cuales son aplicables para
diseño sísmico y el desempeño en ensayos
de equipos eléctricos en subestaciones y
sus soportes estructurales.
OBJETIVOS Y CALIFICACIÓN DE
RESISTENCIA SÍSMICA
La resistencia sísmica es la capacidad de
una estructura de soportar las acciones
sísmicas resultando en deformaciones,
daños reparables o el colapso de acuerdo al
objetivo definido.
Por nivel de resistencia sísmica se entiende
la determinación de los parámetros
resistentes, en base al entorno y los
objetivos de resistencia establecidos,
teniendo en cuenta las condiciones
particulares de la zona, lo que se traduce en
cuánta fuerza de un terremoto se debe
adoptar para el diseño
IEC
IEC (International Electrotechnical Commission), fue fundada en 1906, es la primera
organización internacional electrotécnica
para estandarización, y es la responsable
para el trabajo de estandarización internacional en el campo de lo electrotécnico
relativo a la energía eléctrica, electrónica,
telecomunicaciones y energía nuclear.
Aplicada principalmente en los países
europeos.
Los estándares relacionados a ensayos
sísmicos para equipos eléctricos principalmente son: IEC 60068 Ensayos ambientales. Parte 3 guía de métodos para ensayos
sísmicos de equipos (IEC, 1991), Parte 2:
Método de historia de vibración en el tiempo
(IEEC, 1999), y vibración (Sinusoidal) (IEC,
2007a), etc.
Los estándares relacionados sobre requisitos sísmicos de equipos (IEC 62271) son:
interruptor de alto voltaje y equipo de control,
parte 2: requisitos sísmicos para tensión
nominal de 72. 5kV y superior (IEC, 2003).
Interruptor de alto voltaje y equipo de control,
Parte 300: clasificación sísmica de los
interruptores automáticos de corriente
alterna (IEC, 2006). Interruptor de alto voltaje
y equipo de control, parte 207: calificación
sísmica para los conjuntos de interruptores
con aislamiento de gas para tensiones
nominales superiores a 52 kV (IEC, 2007 b).
Tabla 1.
Norma o Estándar
IEEE Std 693-2005
IEC 62271-2-2003
lEC 62271-300-2006
lEC 62271-207-2007
NSR-10
3
Objetivo de resistencia
Los equipos deben quedar totalmente
intactos y continuando en
funcionamiento para un nivel de RRS
dado. Con poco o ningún daño en el
soporte estructural, y la mayoría del
equipo continuará funcionando para un
nivel de desempeño dado
No hay fallos en los circuitos principales,
ni en el circuito de control y auxiliar,
tampoco en las estructuras de soporte.
Las deformaciones permanentes son
aceptables siempre que no perjudiquen
la funcionalidad del equipo
Para las edificaciones de centrales de
operación y control de líneas vitales de
energía eléctrica se espera que el daño
producido por movimientos sísmicos sea
reparable y no sea tan severo que inhiba
la operación y ocupación inmediata y
continuada.
Objetivos de resistencia
La NSR-10 establece los objetivos de
resistencia sísmica por medio del coeficiente
de importancia el cual se define por el grupo
de uso, clasificándose como: Estructuras de
ocupación normal (Grupo I), estructuras de
ocupación especial (Grupo II), edificaciones
de atención a la comunidad (Grupo III) y
edificaciones indispensables (Grupo IV). En
este último se clasifican las edificaciones de
centrales de operación y control de líneas
vitales
de
energía
eléctrica.
Son
edificaciones esenciales para contribuir con
la recuperación de la comunidad que deben
funcionar durante y después de un sismo, se
espera que el daño producido por
movimientos sísmicos de características
similares a los movimientos sísmicos de
diseño prescritos en él sea reparable y no
sea tan severo que inhiba la operación y
ocupación inmediata y continuada de la
edificación.
El Coeficiente de Importancia, I, modifica el
espectro de diseño y con ello las fuerzas
actuantes, deben considerarse valores de
aceleración con una probabilidad menor de
ser excedidos que aquella del diez por ciento
en un lapso de cincuenta años
La norma colombiana establece mapas de
zonificación sísmica que establecen el nivel
de amenaza, para un lugar determinado los
movimientos sísmicos de diseño se definen
en función de la aceleración pico efectiva,
Aa, y de la velocidad pico efectivo Av, para
una probabilidad del diez por ciento de ser
excedidos en un lapso de cincuenta años.
Los parámetros son obtenidos para periodos
de edificaciones entre 0.1 y 1 segundo
En la serie de normas IEC el nivel de
resistencia define que no haya ninguna
reducción en las funciones del equipo, y el
objetivo
de
resistencia
sísmica
correspondiente es a daño reparable en
grandes terremotos. En los equipos
eléctricos de las subestaciones la resistencia
sísmica debe ser incrementada en un grado
superior a la intensidad del diseño sísmico,
para asegurarse que no haya daños.
Los equipos eléctricos son en su mayoría
esbeltos y con aisladores frágiles, que a
menudo frente a acciones sísmicas sufren
daños en gran medida debido a la ruptura de
aisladores. Los aisladores están hechos de
material duro quebradizo, que no será capaz
de ser puesto en uso una vez dañado, por lo
tanto, no son reparables. Es decir, reparable
significa que los componentes secundarios o
los materiales plásticos del equipo eléctrico
pueden utilizarse de nuevo después de la
reparación. Por lo tanto, con relación a
"reparables" en el segundo nivel de la
Resistencia, se debe garantizar que los
esfuerzos actuantes en los aisladores sean
menores que el esfuerzo de falla, para
asegurarse de que no serán destruidos. El
objetivo de la resistencia es una garantía de
no destrucción de los aisladores.
El Std IEEE 693-2005 establece los niveles
y/o datos de entrada para pruebas y análisis
sísmicos, por medio de espectros de
respuesta (lo denomina: Espectro de
Respuesta Requerido, RRS) basados en
NEHRP-2000 (14); para una clasificación
sísmica dada. Define que la tensión sobre
los aisladores sea 50% menor que la tensión
de falla. Por medio factor de seguridad de
2.0 se espera que los aisladores no serán
destruidos y en combinación con otras
medidas, se puede lograr el objetivo de la
resistencia de "reparable". En las tablas 1 y
2 se presentan los objetivos y clasificación
de resistencia.
Tabla 2.
Norma o Estándar
IEEE Std 693-2005
IEC 62271-2-2003
lEC 62271-300-2006
lEC 62271-207-2007
NSR-10
Calificación de resistencia
El nivel de calificación sísmica se clasifica
como bajo, medio y alto de acuerdo al PGA
de la ubicación de la instalación (Para una
probabilidad de excedencia del 2% en 50
años)
El nivel de calificación seleccionado estará
de acuerdo con los terremotos esperados a
los movimientos máximos del terreno para la
ubicación de la instalación. Este nivel
corresponde a un terremoto tipo S2. (cierre
seguro de centrales nucleares SSE)
Define la zona de amenaza sísmica como
bajo, medio y alto de acuerdo al PGA de la
ubicación de la instalación (Para una
probabilidad de excedencia del 10% en 50
años)
Calificación de resistencia sísmica
En la NSR-10 el valor de aceleración
máxima se obtiene de acuerdo a la ubicación
del proyecto donde se determina el nivel de
amenaza sísmica y los parámetros de diseño
considerando los efectos locales. La
normativa colombiana establece tres zonas
de amenaza en función del valor de PGA
(aceleración pico del suelo por sus siglas en
inglés): Alta para valores mayores a 0.25g,
intermedia entre 0.25g y 0.1g; y baja para
valores menores a 0.1g
Los departamentos con mayores aceleraciones en superficie son Chocó y Nariño
El std IEEE 693-2005 define tres niveles de
calificación sísmica (RRS) como alta, media
y baja, con aceleraciones pico en la
superficie (PGA) de 0.5g, 0.25g y 0,1g,
respectivamente; Y dos niveles de
4
desempeño sísmico (PL) de alto y medio,
con aceleraciones pico de 1.0g y 0.5g, que
son el doble de la RRS correspondiente.
Para los niveles de RRS, la selección se
puede hacer de acuerdo con el valor PGA
del lugar donde se va a desarrollar el
proyecto con una probabilidad superior al
2% en los próximos 50 años: el nivel bajo se
toma cuando PGA es menor de 0.1g, nivel
medio cuando PGA está entre 0.1g ~ 0.5g, y
nivel alto cuando PGA es mayor que 0.5g.
Respecto al nivel de desempeño (PL), nivel
medio cuando el valor de PGA está entre
0.1g ~ 0.5g, y nivel alto cuando el valor de
PGA es mayor de 0. 5g.
En la Figura 1, se presenta la comparación
de espectros de respuesta de las normas
IEEE e IEC con valores de amortiguación del
2%, 5% y 10%, para una clasificación de
amenaza sísmica alta. (PGA 0.5g). El IEC se
construyó en base a 62271-2 (2003), Sa 1.4g
para 2%, IEEE, Sa 1.6g para 2%.
1,8
Aceleración Espectral (g)
IEEE 5%
Tabla 3.
Aceleración
del suelo de
referencia
AG2
AG3
AG5
Descripción
Terremotos
ligeros a medios
Terremotos
medios a fuertes
Terremotos
fuertes a muy
fuertes
Escala de
Magnitud
de Richter
Aa (g)
< 5,5
0,20
5,5 a 7
0,30
>7
0,50
Espectro de respuesta - amenaza Alta IEC e
IEEE
IEEE 2%
1,6
IEEE 10%
1,4
IEC 2%
IEC 5%
1,2
IEC 10%
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0,1
1
10
100
Frecuencia (Hz)
Figura 1.
En la Figura 2, se presenta también la
comparación, pero para una clasificación de
amenaza sísmica intermedia. (PGA, ZPA
0.25g en IEEE e 0.3 en IEC). El IEC se
construyó en base a 62271-2 (2003), Sa
0.85g para 2%. IEEE, Sa 0.81g para 2%.
En la NSR-10 La forma del espectro elástico
de aceleraciones, Sa expresada como
fracción de la gravedad, para un coeficiente
de cinco por ciento (5%) del amortiguamiento crítico, los movimientos sísmicos de
diseño se definen para una probabilidad de
excedencia de 10% en 50 años (periodo
medio de retorno de 475 años), por medio de
dos parámetros, Aa y Av para una mejor
descripción de los efectos de atenuación de
las ondas sísmicas en el territorio nacional
tal como se ha establecido del estudio de los
registros acelerográficos obtenidos en
sismos fuertes. El parámetro Aa caracteriza
los movimientos sísmicos del terreno
causados por sismo relativamente cercanos
en el rango de períodos de vibración de las
edificaciones comprendido entre 0.1 y 0.5 s
lo cual corresponde en general a
edificaciones entre uno y cinco pisos de
altura. El parámetro Av caracteriza los
movimientos sísmicos de sismos fuertes
ocurridos a distancia moderadas a través de
períodos de vibración de aproximadamente
1 s, lo cual corresponde a edificaciones de
10 pisos o más.
El nivel de resistencia corresponde a
terremotos tipo S2, o terremotos que se
definen para alcanzar a un cierre seguro de
centrales nucleares.
Se pueden usar los mapas de movimiento en
tierra de IBC que proporcionan niveles de
aceleración espectral con períodos de 0,2 s
y 1,0 s para el terremoto máximo
considerado.
Los niveles de calificación de los estándares
IEC, se presentan en la tabla 3, donde
también se comparan con descripciones de
tipo de terremoto en función magnitud de la
escala de Richter de manera informativa.
Existen criterios unificados entre las normas
IEC e IEEE, donde los valores de PGA para
la clasificación sísmica son iguales.
ESPECTRO DE DISEÑO DE RESPUESTA
SÍSMICA
El espectro de respuesta de diseño sísmico
es la base primaria para el diseño sísmico de
equipos eléctricos. El espectro de diseño
está generalmente en forma de factores de
amplificación dinámica y se usa una relación
de amortiguación uniforme del 5%. El valor
máximo del factor de amplificación dinámico
debe determinarse sobre la base del análisis
estadístico de grabaciones de terremotos
fuertes
5
regionales identificables. Los resultados se
presentaron por medio de ordenadas
espectrales de aceleración horizontal para
5%
de
amortiguamiento
con
una
probabilidad de excedencia de 2% en
cincuenta años (periodo medio de retorno de
2475 años).
De esta manera se deben seguir algunas
recomendaciones para comparar los
espectros sísmicos de la Norma colombiana
con las IEEE, de acuerdo a lo publicado en
la AIS-13, tales como No se debe usar el
factor de importancia I, o este debe ser igual
a 1. Y se deben usar los mapas de amenaza
sísmica realizados en función de los
parámetros de amenaza de la USGS (AIS13).
Espectro de respuesta - amenaza Intermedia
IEC e IEEE
IEEE 2%
0,9
IEEE 5%
IEEE 10%
IEC 2%
IEC 5%
IEC 10%
Aceleración Espectral (g)
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0,1
1
10
100
Frecuencia (Hz)
Figura 2.
El catálogo colombiano de eventos sísmicos
contiene sismos históricos (el primero que se
tiene registro escrito ocurrido en 1541) e
instrumentales y cuenta (a mayo de 2009)
con 33 100 eventos con magnitud de Richter
que va desde valores bajos hasta
magnitudes de Richter cercanas a 9.
Según AIS-13 A partir de la publicación del
ASCE 7-02, se abandona la definición
basada en una probabilidad de solo 10% de
ser excedidos en 50 años, para la
aceleración pico efectiva (PGA) a partir de la
cual se determina un espectro de diseño. Se
introduce, entonces, un nuevo enfoque para
dar un margen de seguridad uniforme al
colapso de las estructuras debido a los
movimientos sísmicos de diseño. Este nuevo
enfoque se basa en definir la amenaza
sísmica en función del Máximo Sismo
Considerado (MCE, por su sigla en inglés).
El documento ASCE 7-05 (ASCE, 2005) se
expide bajo este mismo enfoque.
en los movimientos sísmicos correspondientes al máximo sismo considerado, la
primera consideración importante es que los
movimientos sísmicos se definen como
ordenadas de un espectro de aceleraciones,
a diferencia del procedimiento anterior en el
cual se definían como movimientos del
terreno en el basamento rocoso que luego se
convertían en ordenadas espectrales, como
todavía lo hace el reglamento colombiano
NSR-10.
En la evaluación probabilista se realizó un
estudio de amenaza sísmica que tuvo en
cuenta la geotectónica regional, la geología,
la sismicidad, las tasas esperadas de
recurrencia y magnitud máxima esperada en
las fallas geológicas y zonas sismogénicas
conocidas, las características de atenuación
de los movimientos del terreno, los efectos
de campo cercano, si existían, en los
movimientos y los efectos de las condiciones
locales del sitio cuando tengan efectos
Espectro de respuesta (5%) - AIS180 e
IEEE693 - Amenaza Alta
Aceleración Espectral (g)
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
IEEE 693
0,2
AIS180
0
0,1
1
10
100
Frecuencia (Hz)
Figura 3.
En la Figura 3 y 4, se presentan los
espectros de respuesta según AIS-180
mediante parámetros de la ASCE 7, para las
zonas de amenaza más alta en el país en el
oriente del departamento de choco y para
una zona intermedia en el departamento del
Huila, comparándolas con la IEEE-693. En la
Figura 3, para una clasificación de amenaza
sísmica alta. (PGA, ZPA 0.5g). Se trabajó
con un factor de importancia de 1 y Suelo
tipo B. Los valores en la meseta del espectro
obtenidos son en AIS-180, Sa 1.33g, en
IEEE, Sa 1,25G.
En la Figura 4, para una clasificación de
amenaza sísmica intermedia. (PGA, ZPA
0.25g). Los valores en la meseta del
espectro obtenidos son en AIS-180, Sa
0.625g para 5%. En IEEE, Sa 0.667g para
5%. Se obtuvieron diferencias notables y se
obtuvieron aceleraciones mayores en las
publicaciones del país.
Para determinar el nivel de calificación
símica según la metodología de estándar
IEE-693, para la validación sísmica de
equipos en subestaciones eléctricas de alta
tensión se debe seguir las recomendaciones
6
de la publicación AIS-13. Identificar el tipo de
suelo y los parámetros de los efectos
locales, las aceleraciones pico efectiva de
acuerdo a los mapas de zonificación sísmica
de la NSR-10, Determinar los valores de Ss
y PGA de acuerdo al apéndice B Conversión
de las fuerzas sísmicas del diseño del
reglamento colombiano NSR-10 al formato
de las ASCE 7-10, de esta manera se
establece el nivel sísmico probable en
función de los parámetros establecidos en
IEEE y con este valor el nivel de calificación
sísmica.
un seguimiento del equipo y su nivel de
calificación.
Publicaciones
demuestran
que
las
frecuencias
fundamentales
de
los
transformadores están en la meseta del
espectro, teniendo un comportamiento
diferente descrito en el D.4.1.1 de la IEEE
693 (05), para frecuencias superiores a 33
Hz.
En los anexos de la IEEE se establecen las
recomendaciones para validación y análisis
sísmicos de los principales equipos en las
subestaciones eléctricas
Las normas IEC establecen prácticas de
testeo y no de análisis, exceptuando para
equipos interruptores automáticos de
corriente alterna, conjuntos de interruptores
con aislamiento de gas.
La NSR-10 Establece parámetros de análisis
sísmicos y requisitos de resistencia en el
país para edificaciones, dejando por fuera
los equipos, soportes y pórticos. Se debe
usar como referencia para las solicitaciones
sísmicas del país.
En la práctica se debe trabajar en conjunto
con la AIS-13 la cual establece metodologías
de integración con las ASCE por lo tanto con
la IEEE
La publicación con mapas de amenaza
símica más actualizados en el país es el
código colombiano de puentes.
Se evidencia que los objetivos de resistencia
en la norma colombiana y las IEEE
establecen que las estructuras y los equipos
deben continuar operando durante y
después del sismo, con daños mínimos y
con deformaciones restringidas; En las IEC
se definen que no deben existir daños en los
circuitos principales ni en las estructuras,
son aceptables deformaciones permanentes
sin que afecten la funcionalidad de los
equipos.
Las metodologías de análisis para
determinar los niveles de resistencia sísmica
son similares clasificándose como bajo
medio y altos. Para las IEC el nivel de
resistencia debe estar en común acuerdo
con el sismo esperado.
La NSR-10 establece que la probabilidad de
excedencia es de 10% en un lapso de
cincuenta años, En la IEEE es de 2% en el
mismo periodo de tiempo. Para comparar los
espectros
se
debe
multiplicar
las
aceleraciones por un factor superior a 1,5 de
acuerdo a recomendaciones de IEEE-693.
No se debe usar el factor de importancia de
la NSR 10 en la comparación de espectros
de diseño.
Espectro de respuesta (5%) - AIS180 e
IEEE693 - Amenaza Intermedia
Aceleración Espectral (g)
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
IEEE 693
0,1
AIS180
0
0,1
1
10
Frecuencia (Hz)
100
Figura 4.
RECOMENDACIONES Y
CONCLUCIONES
Durante el evento sísmico se recomienda
evaluar las componentes horizontales x y,
como el 100% de la acción y para z el 80%.
Las solicitaciones sísmicas a las que están
sometidas las cerámicas y los bujes no
deben exceder el 50% de la carga de falla
El método de esfuerzo permisible se adopta
principalmente para el diseño sísmico de
equipos eléctricos, y el factor de seguridad
es uno de los factores clave que pueden
utilizarse para evaluar los niveles de
resistencia sísmica. Los daños a los equipos
eléctricos resultan principalmente de daños
en materiales cerámicos.
Para los aisladores de porcelana, la tensión
total generada por el efecto sísmico y otras
cargas no debe exceder la relación de su
esfuerzo de falla de 2, es decir, un factor de
seguridad de 2
En caso de mal funcionamiento por un
terremoto, algunas piezas deben ser
reemplazadas rápidamente, los equipos de
otras subestaciones o las piezas se pueden
mover e instalar en la subestación que sufrió
la pérdida. Mantener los mismos criterios
para
todos
los
equipos
similares
simplemente hará que sea más fácil realizar
7
Se deben realizar validaciones sísmicas de
equipos y soportes por medio de lo
establecido en la IEEE 693 por medio de la
parametrización establecida en la NSR y la
metodología descrita en la AIS-13.
Mediante la comparación de espectros para
5%
de
amortiguamiento
con
una
probabilidad de excedencia de 2% en
cincuenta años (periodo medio de retorno de
2475 años) los valores de aceleración según
publicaciones colombianas pueden ser
mayores que lo establecido en la IEEE-693,
para las zonas de mayor sismicidad en el
país
No existen en el país parámetros de control
sobre los esfuerzos en las partes frágiles de
los equipos.
No están definidos parámetros de reducción
de resistencia ni mayoración de cargas en
estructuras y deben acordarse con el
consultor.
Al no tener referencias normativas
específicas para soportes y equipos
eléctricos en subestaciones eléctricas, se
deben usar los estándares internacionales
para la validación sísmica de equipos
estructuras
diferentes
de
edificaciones
6. IEC 60068-3-3 (1991-02): Guidance
Seismic
Test
Methods
for
Equipments
7. IEC 62271-207 (2012): High-Voltage
Switchgear and Controlgear – Part
207: Seismic qualification for gasinsulated switchgear assemblies for
rated voltages above 52 kV
8. IEC 62271-2 (2003-2): High-voltage
Switchgear and Controlgear – Part 2:
Seismic qualification for rated of 72,5
and above
9. IEC 62271-100 (2012-09): HighVoltage Switgear and Controlgear –
Part 100: Alternating-current circuitbreakers
10. IEEE 693 (2005): Recommended
Practice for Seismic Design of
Substations
11. NSR-10: Reglamento Colombiano de
Construcción Sismo Resistente
12. Decreto 945 05/06/17. Ministerio De
Vivienda, Ciudad Y Territorio. "Por el
cual se modifica parcialmente el
reglamento
colombiano
de
Construcciones Sismo Resistentes
NSR -1O"
13. AIS 180-13. Recomendaciones para
requisitos sísmicos de estructuras
diferentes de edificaciones (2013).
Asociación Colombiana de Ingeniería
Sísmica.
14. NEHRP-2000 (National Earthquake
Hazards
Reduction
Program),
Recommended
Provisions
for
Seismic Regulations for New
Buildings
[Federal
Emergency
Management Agency (FEMA), 2000].
15. Norma Colombiana de Diseño de
Puentes (CCP-14).
16. Natural frequencies of power
transformers and their consequence.
Koller et al. 2010.
REFERENCIAS
1. Hongbing, Y. Fengxin, Z. (2013). A
Comparison of Domestic and Foreign
Seismic Fortification Standards for
Electrical Equipment. Earthquake
Research in China. Volume 27,
number 4.
2. Elnashai, A.S., Di Sarno, L (2008).
Fundamentals
of
earthquake
engineering. John Wiley & Sons, Ltd,
Publication.
3. Chen, W.F., Scawthorn C. (2002).
Earthquake Engineering Handbook.
Estados Unidos. The International
Conference of Building Officials.
4. Muñoz, L.H. (2013). Criterios
sísmicos
para
subestaciones
eléctricas, equipos y estructuras
metálicas. Siemens. Cigré 2013
5. Asociación Colombiana de Ingeniería
Sísmica, AIS 318: Recomendaciones
para
requisitos
sísmicos
de
8
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