elaboración y producción - cigrelecciones y recomendaciones para el sector eléctrico derivadas...

I.S.B.N.: XXXXXXXXRegistro de propiedad intelectual / Copyright record: xxxxxxxxxxxxxxxPrimera Edición / First Printing: Xxxxxxxxxxxxxxxx

Elaboración y Producción: Comité Chileno del CigréWriting and Production: Chilean Committee of Cigré

Editor: Marcelo Castillo SibillaCorrector / Proofreader: Eugenio Lira A.Diseño y Diagramación / Design and layout: Cristóbal Concha MathiesenTraducción / Traslation: Pablo Malverde, Johanna Marris, Jorge Villegas, Felipe Zapata

Impresión / Printing: XxxxxxxxxxxxxxImpreso en ChileToda reproducción total o parcial deberá citar claramente al Comité Chileno del Cigré. www.cigre.cl

Printed in ChileAny partial or total reproduction must clearly mention the Chilean Committee of CIGRE. www.cigre.cl

INFORME DEL COMITÉ ESPECIAL DE ESTUDIO CIGRÉ - CHILE

(Capítulo Chileno del Consejo Internacional de Grandes Redes Eléctricas)

Lecciones y recomendaciones para el sector eléctrico derivadas del terremoto

del 27 Febrero de 2010 en Chile

REPORT OF THE SPECIAL COMMITTEE ON STUDY CIGRÉ - CHILE

(Chilean Chapter of the International Council on Large Electric Systems)

Lessons and recommendations for the electrical sector from

the 27-F 2010 earthquake in Chile

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Agradecimientos

E l Comité Chileno del Cigré agradece la importante participación de los profesionales pertenecientes

al sector eléctrico chileno que integraron el Comité Especial de Estudio para analizar las experiencias ad-

quiridas en las instalaciones del sector Generación, Transmisión, Sub Transmisión y Distribución eléctri-ca debido al terremoto 8,8 grados Richter ocurrido

en Chile el 27 de febrero de 2010.

Acknowledgements

T he Chilean Committee of CIGRE acknowledges the important participation of the professionals

of the Chilean electric sector who were part of the Special Study Committee, intended to

analyze the experience earned in the electric generation, transmission, sub transmission

and distribution sectors from the 8.8 degree earthquake on February 27th, 2010, in Chile.

Patrocinadores

INFORME DEL COMITÉ ESPECIAL DE ESTUDIO CIGRÉ - CHILELecciones y recomendaciones para el sector eléctrico derivadas del terremoto del 27 Febrero de 2010 en Chile

6 -

1. ExEcutivE Summary .................................................................................................. 8

2. introduction ...............................................................................................................10

3. common and rEpEtitivE damagES SEEn in thE 27-F EarthquakE .........12

4. rEcommEndationS on tranSmiSSion, SubtranSmiSSion and diStribution.................................................................. 34

4.1 Play in the interconnections of electrical equipment ............................................................................. 34

4.2 Recommendations regarding design and verification in the seismic design of foundations, supporting structures and equipment. ......................................................................... 42

4.3 Acceptable values for materials ................................................................................................................ 50

4.4 Recommendation for updatingthe current seismic technical specification (Preparation of a unified and updated seismic specification):........................................ 58

4.5 Recommended measures to deal with emergencies ............................................................................... 58

4.6 Emergency spare parts sotck ....................................................................................................................... 70

5. concluSionS ..................................................................................................................72

ANEX A: SEiSmic rEquirEmEntS For high voltagE projEctS

A.1 Introduction .............................................................................................................................................. 76

A.2 Regulations in force .................................................................................................................................. 76

A.3 Seismic design requirements ................................................................................................................... 78

A.4 Critical elements and recommendations ................................................................................................ 90

A.5 Interpretation of the µ-2s statistical value ............................................................................................... 94

ANEX B: rEplacEmEnt partS policy

B.1 Replacement parts policy.......................................................................................................................... 98

B.2 General ....................................................................................................................................................... 98

B.3 stock and replacement criteria ............................................................................................................... 100

B.4 Glossary of terms used ............................................................................................................................ 104

B.5 Recommendations .................................................................................................................................. 108

Table of contents


REPORT OF THE SPECIAL COMMITTEE ON STUDY CIGRÉ - CHILE Lessons and recommendations for the electrical sector from the 27-F 2010 earthquake in Chile

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Contenidos

1. RESUMEN EJECUTIVO ..................................................................................................................... 9

2. INTRODUCCIÓN ...............................................................................................................................11

3. DAÑOS COMUNES Y REPETITIVOS EN TERREMOTO DEL 27-02-2010 ................................ 13

4. RECOMENDACIONES TRANSMISIÓN,

SubtranSmiSiÓn y diStribuciÓn ..........................................................................354.1. Holguras en las interconexiones de equipos eléctricos .......................................................................... 35

4.2. Recomendaciones respecto de verificación/diseño sísmico de fundaciones, estructuras de soporte, equipos. ........................................................................................ 43

4.3. Valores admisibles de materiales .............................................................................................................. 51

4.4. Recomendación de actualización de la especificación técnica sísmica vigente (preparación especificación sísmica unificada y actualizada) ....................... 59

4.5. Medidas recomendables para atender emergencias ................................................................................ 59

4.6. Stock de repuestos para emergencia ........................................................................................................ 71

5. CONCLUSIONES ............................................................................................................................... 73

ANEXO A: REQUERIMIENTOS SÍSMICOS PARA PROYECTOS DE ALTA TENSIÓN

A.1. Introducción .............................................................................................................................................. 77

A.2. Normativas vigentes .................................................................................................................................. 77

A.3. Requerimientos del diseño sísmico ......................................................................................................... 79

A.4. Elementos críticos y recomendaciones .................................................................................................... 91

A.5. Significado del valor estadístico µ-2s ....................................................................................................... 95

ANEXO B: POLÍTICA DE REPUESTOS

B.1. Política de repuestos .................................................................................................................................. 99

B.2. Generalidades ............................................................................................................................................ 99

B.3. Criterio de stock y reposición ................................................................................................................. 101

B.4. Glosario de terminología empleada ....................................................................................................... 105

B.5. Recomendaciones .................................................................................................................................... 109


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T he present report is a result of the study made by the Special Study Com-

mittee belonging to the Chilean chapter of the International Council of Large Electrical Networks (CIGRE). The mission of this com-mittee is to gather and analyze experiences gained regarding facilities involved in elec-trical generation, transmission, subtrans-mission and distribution, arising from the earthquake magnitude 8.8 degrees Richter which shook Chile on February 27th, 2010.

The aim of the committee was to study the effects in the electrical installations caused by the earthquake so as to garner lessons learnt from this event so as to make the pertinent recommendations seeking to avoid these consequences (damages) from recurring given the probable occurrence of similar seismic events in the future.

Given this aim, the Special Study Com-mittee sought to review the more repetiti-ve damages seen in electrical installations from various electrical concerns, analyzing possible causes and recommending mitiga-tion measures so as to avoid repetition in light of possible future events having simi-lar characteristics. Thus recommendations are made regarding the electrical design of projects, such as the play or overlength which ought to be considered when con-necting equipment and in particular how to check for sound design for foundations, supporting structures and equipment, par-ticularly regarding high voltage equipment.

Recommendations are also given re-garding how to check that the required admissible values are used in electrical installation materials.

There is an additional proposal to crea-te a committee with the participation of

regulatory authorities, utility companies with specialist advisers from academia, sponsored by CIGRE, which may undertake a review of current technical specifications in seismic matters for substation electrical equipment as indicated in the Security and Quality of Service Technical Regulation (NTS&CS) so as to initiate an update of the-se technical specifications, adding lessons learnt from the February 27 earthquake, including any possible updates in interna-tional seismic regulation and in the state of the art in the matter. The aim being to es-tablish a current state updating mechanism for specification at national level.

Finally, suggestions are made regarding the necessary measures for properly addres-sing this type of emergency, recommending a stockpiling policy by the utilities which may consider the shortages attributable to an ear-thquake as a parameter to take into account when defining stockpiling criteria.

Thus, the work undertaken by CIGRE’s Special Committee provides utility companies with recommendations arising from lessons learnt from the February 27th earthquake, seeking to buffer any effects from a future earthquake in the electrical system.

1. Executive Summary



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E l presente informe corresponde al es-tudio realizado por el Comité Especial

de Estudio perteneciente al Capítulo Chileno del Consejo Internacional de Grandes Redes Eléctricas (CIGRÉ). Dicho Comité reúne y ana-liza la experiencia adquirida en las instalacio-nes del sector Generación, Transmisión, Sub-transmisión y Distribución eléctrica debido al terremoto de 8,8 grados Richter ocurrido en Chile del 27 de febrero de 2010.

El objetivo de este comité fue estudiar los efectos en las instalaciones eléctricas causados por el terremoto de modo de sacar lecciones aprendidas de este hecho haciendo las recomendaciones pertinentes tendientes a que no se repitan gran parte de estas consecuencias (daños) ante sismos de similares características que pudieran producirse a futuro.

Con dicho propósito el Comité Especial de Estudio se abocó a revisar los daños más repetitivos ocurridos en las instala-ciones eléctricas de diferentes empresas eléctricas, analizando sus posibles causas y recomendando medidas de mitigación para evitar su repetición frente a futuros eventos de similares características. Así se hacen recomendaciones en lo que se refiere al diseño eléctrico de los proyectos, como por ejemplo las holguras que se debe contemplar en la conexión de equipos y en

particular de cómo verificar el correcto diseño de las fundaciones, de las estructu-ras soportes y de los equipos, fundamen-talmente orientados a los equipos de alta tensión.

También se entregan recomendaciones referentes a cómo verificar los valores de solicitación admisibles en los materiales usados en las instalaciones eléctricas.

Además, se propone crear un comité, con participación de la autoridad reguladora , las empresas con la asesoría de los especialis-tas de las universidades, con el auspicio de CIGRÉ, que realice una revisión de la actual especificación técnica sísmica vigente para equipos eléctricos de subestaciones indicada en la Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio (NTS&CS) de modo tal de realizar una actualización de esta especificación téc-nica incorporando las lecciones aprendidas del sismo del 27 de febrero de 2010 y las posibles actualizaciones de otras normas sísmicas internacionales y estado del arte en el tema. La idea es establecer un mecanismo de actualización de la especificación vigente a nivel nacional.

Finalmente se dan sugerencias referentes a medidas necesarias de cómo enfrentar en forma más adecuada este tipo de emergencia, recomendando además desarrollar una política de stock de repuestos de las empresas que con-sidere la emergencia del terremoto como un parámetro a tener en cuenta en esta decisión.

En esencia el trabajo efectuado por el Comité Especial de CIGRE Chile entrega a las empresas eléctricas recomendaciones provenientes de las lecciones aprendidas debido al terremoto del 27 de febrero de 2010 para atenuar los efectos de un futuro terremoto en el sistema eléctrico.

1. Resumen ejecutivo


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2. Introduction

E lectrical utility companies had to deal with the emergency that the

country faced as a result of the earth-quake of February 27th, 2010, measuring 8.8 degrees Richter at a depth of 30.1 ki-lometers and an epicenter 43 km south-west from Cobquecura, in the countries VIII’s region. The earthquake meant having in some areas of the country basal accelerations above 0.5 degrees and widespread damage to the country’s infrastructure. The effects of the seismic event were in general quickly overcome, yet the damages to the electrical system initially led the Central Interconnected System (SIC) to be in a critical condition.

As a consequence of the above, CIGRE Chile, in agreement with some of the electrical companies, created the Special Study Committee to analyze what hap-pened within the electrical sector and to make any pertinent recommendations so as to mitigate possible damages given any future seismic events.

Thus, invitations were issued to most of the electrical companies in the sector

and some engineering companies with specialist subject knowledgeable so that they may be a part of the initiative through their specialists or committee members. The response seen was gene-rally positive by most of the companies invited.

After a working period spanning se-veral months, the committee published the current report which is a summary of lessons learnt in light of the 27-F ear-thquake with respect to electrical insta-llations, particularly high and medium voltage installations.



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E n atención a que las empresas eléctricas se vieron enfrentadas a

la emergencia que significó para el país el terremoto del 27 de febrero de 2010 de magnitud 8,8 grados Richter a una profun-didad de 30,1 kilómetros y con epicentro a 43 km al SO de Cobquecura, Región del Biobío, lo que significó tener en algunas zonas geográficas grandes aceleraciones basales superiores a 0,5 g y daños genera-les en la infraestructura del país. Los efec-tos de este evento fueron superados en general muy rápidamente, constatándose daños que un primer momento llevaron al sistema eléctrico del Sistema Interco-nectado Central (SIC), a una condición de criticidad.

Como consecuencia de lo anterior, CIGRE Chile -con el acuerdo de algunas em-presas eléctricas- emprendió la creación de un Comité Especial de Estudio para que se analizara lo sucedido en el sector eléctrico e hiciera las recomendaciones pertinentes para mitigar en lo posible dichos daños con eventuales nuevos eventos sísmicos que puedan ocurrir en el futuro.

De esta manera se invitó a la mayoría de las empresas eléctricas del sector y a al-gunas de las empresas de ingeniería cono-cedoras del tema, para que se integraran por medio de sus especialistas o personal responsable a dicho comité. La respuesta a este llamado en general fue aceptada por una gran parte de la empresas invitadas.

Luego de un trabajo de varios meses, el comité ha concordado emitir el presente informe que esencialmente se puede tomar como un resumen de la lección aprendida con el terremoto del 27 de febrero de 2010 en relación a las instalaciones eléctricas y fundamentalmente orientado en las insta-laciones de alta y media tensión.

2. Introducción


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3.1 Survey of damages

Relevant damages in high tension ins-tallations belonging to the various uti-lities were seen in:

a. High voltage site equipment connections.

The connections of HV site equip-ment that were too rigid or lacking any play were the cause of a signi-ficant portion of damages seen in high voltage equipment, as forces of a sizeable magnitude were ge-nerated and applied to the termi-nals. A high number of equipment with deformed or broken high vol-tage terminals were found, plus a certain amount of equipment which, due to this effect, had their supporting isolators broken.

Additionally, as a secondary effect, high voltage connections become loose, leading to the production of heat at these points after the earthquake, which in turn led to conductor breakage in the area of the connector to the termi-nal in the equipment, because of over-heating.

b. Collapse and damages to high voltage circuit breakers

Damages of various magnitudes were found in high voltage circuit breakers:

• Compressed-air-triggered breakers

In substations found in several

3. Common and repetitive damages seen in the 27-F earthquake

areas within the earthquake zone, the old compressed-air-triggered breakers exhibited widespread iso-lator columns collapse.

• SF6 breakers

Breakers from various brands and of modern design showed damages listed according to the following voltages:

15 breakers (from two different suppliers) working at 245 kV, of which 6 units could continue in ser-vice after provisional repairs, while the rest collapsed. A collapsed 154 kV breaker and 16 breakers working at 110 and 66 kV collapsed, the 16 breakers were all from the same manufacturer.



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3.1 Catastro de daños

Los daños relevantes sufridos por las instalaciones de alta tensión de las empresas eléctricas son:

a.- Conexiones de equipos de patio de alta tensión.

Las conexiones de equipos de pa-tio de AT muy rígidas o sin holgu-ra fueron la causa de una buena parte de los daños en los equipos de alta tensión al generar fuerzas de magnitud muy importantes aplicadas en los terminales. Así se detectó gran cantidad de equipos con terminales de alta tensión de-formados o rotos y una cierta can-tidad de equipos en los cuales por este efecto se produjo la rotura del aislador soporte.

Además como efecto secundario, se produjeron aflojamiento de las conexiones de alta tensión, las

3. Daños comunes y repetitivos en el terremoto del 27-02-2010

que posteriormente al terremo-to produjeron calentamientos en dichos puntos con el consecuente corte del conductor por calenta-miento en la zona del conector al terminal del equipo.

b.- Colapso y daños en interruptores de alta tensión

Se encontraron daños de distinta magnitud en interruptores de alta tensión:

• Interruptores de aire comprimido

En subestaciones ubicadas en dis-tintos lugares de la zona afectada por el terremoto, los antiguos in-terruptores de aire comprimido presentaron en forma bastante generalizada el colapso de colum-nas de aisladores.

• Interruptores en SF6

En interruptores de distinta mar-ca y modelo de diseño moder-no hubo daños que se listan de acuerdo al nivel de tensión:

15 interruptores (provenientes de dos fabricantes distintos) en nivel de tensión 245 kV, de los cuales, aproximadamente 6 unidades pu-dieron seguir en servicio con re-paraciones provisorias y el resto colapsaron. Un interruptor de 154 kV colapsado y 16 interruptores (de un solo fabricante) en nivel de tensión 110 y 66 kV colapsados.


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c. Damages in transformer bushings and power reactors

Damages were reported in 11 bushings in the 500 kV system from two different manufactu-rers, six 245 kV bushings and three 110 kV bushings, from the same manufacturer. Some bus-hings were broken in the alumi-num alloy flange while others had slippages in the lower gasket.

d. Damages to the high voltage disconnectors

Damages were found in eight 500 kV pantograph style discon-nectors. Pieces of the forged aluminum alloy were broken off. Additionally, a collapse in some lower nominal voltage disconnec-tors located at a certain height above ground were seen, such as bulkhead mounted or bar girder mounted disconnectors.

e. Damages to equipment mounted on transformer firewalls

Fissures were seen in power transformer firewalls that failed to have cross rigidity. High vol-tage equipment mounted on fi-rewalls, such as lighting arresters and supporting isolators, broke and damaged other equipment on falling.

f. Power transformer damages

Additional to damages in bus-hings as indicated in section c. above, two (2) transformers were seen to have a broken connec-tion between their main tank and expansion tank. Also noted was the breakage of nine (9) oil radia-

tors in the welding area of the oil collection tube, an effect seen in two (2) different manufacturers.

Deformations and broken an-chorage bolts were seen in some transformers. Three (3) transfor-mers which were undergoing ins-tallation showed displacement in their windings (detected through FRA tests).

g. Damages to distribution installations

A large amount of broken low and medium voltage poles were seen, damages to pole-mounted distri-bution transformers, cut conduc-tors, lines broken by the tsunami plus damaged or cut joints and connections

3.2 Most repetitive damages seen in the earthquake. Analysis, causes and possible mitigation measures

This chapter makes a brief analysis of the most repetitive damages attribu-table to the earthquake, and possible mitigation measures.

It is understood that installations were designed to resist seismic events in compliance to that defined by the Security and Quality Technical Regulation, namely in conformity to ETG-1.020.

a. Insufficient play in high voltage connections

Generally speaking, an important portion of the more sizeable da-mages (equipment collapse) and lesser damages (deformation or breakage in equipment termi-nals) was caused by high voltage connections made without the



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c. Daño en bushings de transformadores y reactores de poder

Se reportó el daño en 11 bushings en el sistema de 500 kV de dos fabricantes diferentes, 6 bushing de 245 kV y 3 bushings de 110 kV de un mismo fabricante. Algunos bushings se quebraron en el flan-ge de aleación de aluminio fundi-do y otros tuvieron desplazamien-to de la empaquetadura inferior.

d. Daños en desconectadores de alta tensión

Se registró daño en 8 desconec-tadores de 500 kV del tipo pan-tógrafo. Se quebraron piezas de aleación de aluminio fundido. Además se evidenció colapso de desconectadores de menor ten-sión nominal instalados en altura, por ejemplo, en vigas de marcos de línea o barras.

e. Daños en equipos montados en muros cortafuego de transformadoresSe presentaron fisuras en los mu-ros cortafuego de transformado-res de poder que no disponían de rigidez transversal. Los equipos de alta tensión montados sobre los muros cortafuego, como pa-rarrayos y aisladores soportes, se quebraron y en su caída dañaron otros equipos.

f. Daños en transformadores de poder

Adicional a los daños en bushings indicados en la letra c. anterior, se presentaron 2 transformadores con la conexión entre estanque principal y estanque conservador rota. También se informó de la rotura de 9 radiadores de aceite

en la zona de soldadura del tubo colector de aceite de 2 fabricantes diferentes.

También se registró deformación y corte de pernos de anclaje en algunos transformadores. Tres transformadores que estaban en proceso de montaje mostraron desplazamiento de los enrollados (detectados por prueba FRA).

g. Daños en instalaciones de distribución

Se registraron gran cantidad de postes quebrados de B.T. y M.T., daños en transformadores de distribución montados en postes, conductores cortados, líneas cor-tadas por el Tsunami, acometidas y empalmes dañados o cortados.

3.2 Daños más repetitivos ocurridos en el terremoto. Análisis, causas y posibles medidas de mitigación.

En este capítulo se hace un análisis re-sumido de los daños más repetitivos debido al terremoto y las posibles me-didas de mitigación.

En este análisis se entiende que las instalaciones fueron diseñadas des-de el punto de vista sismo resisten-te conforme a lo establecido en la Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio, es decir conforme a la ETG-1.020.

a. Holgura insuficiente de conexiones de alta tensión

En general una cantidad impor-tante de daños mayores (colapso de equipos) y daños menores (de-formación o rotura de termina-les de equipos) fue causada por conexiones de alta tensión reali-


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Fig. 3.1 Broken connection terminal

Fig. 3.1 Rotura de terminal de conexión

sufficient play that would have enabled oscillations to the equip-ment, caused by the earthquake, to unfold without placing additio-nal strain on equipment.

Also, on many occasions this connection was made using alu-minum alloy cables, which is ex-tremely rigid, thereby increasing interaction forces between the pieces of equipment.

Mitigation measures range from increasing high voltage connec-tion play by using flexible multi-threaded cable made of pure alu-minum so as to add an element that may absorb energy, decrea-sing strain on equipment, without generating additional forces.

Chapter 4.1 of this report provides recommendations on how to de-sign connections between equi-pment with an adequate play in high voltage.



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zadas sin las holguras suficientes de modo de permitir las oscilaciones de los equipos producidas por el sismo sin generar esfuerzos adicionales en los equipos.

Además en muchas oportunidades esta conexión se efectúa utilizando cables de aleación de aluminio el cual es extremadamente rígido lo que au-menta las fuerzas de interacción entre los equipos.

La medida de mitigación es incremen-tar la holgura de la conexión de alta tensión utilizando un cable flexible de aluminio puro del tipo multihebra de modo de agregar adicionalmente un elemento que absorba energía, dismi-nuyendo la respuesta de los equipos, sin generar fuerzas adicionales.

En el capítulo 4.1 de este informe se entregan recomendaciones al respec-to de cómo diseñar las conexiones en-tre equipos con las holguras adecua-das de alta tensión.

Fig. 3.2 Deformación de terminal

Fig. 3.2 Deformation

of terminal


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b. Collapse of high voltage breakers

High voltage breakers had dama-ges which in some cases meant a collapse of their supporting isola-tor or considerable fractural da-mage of fragile aluminum alloy parts.

An analysis of what lead to the da-mages results in these being attri-butable to:

• Insufficient play in the connections.

• Insufficient mechanical resistance in the ceramics isolator.

• Insufficient resistance in the forged aluminum alloy of the equipment.

Play in the connections was already dealt with in prior section 3.1.a.

Regarding the resistance of the ceramics isolators, made of fragi-le material, it is seen that some of

these manufacturers fail to withs-tand mechanical resistances that they provide guarantees for. This is a very delicate issue for which further recommendations are gi-ven in chapter 4.3.

Regarding the resistance seen in forged aluminum alloy material of equipment parts, the way it has failed during the 27-F event has shown that it is a fragile and non-ductile material, unlike both manufacturers and users had considered. Consequently, and in compliance with seismic spe-cifications, they require having a seismic security factor of 2.0 or above.

A photo set of various facilities of the Chilean electrical sector which suffered damages due to 27-f is shown following.

Fig. 3.3 Interruptor

colapsado que en su caída

arrastró equipos aledaños.

Fig. 3.3 Collapsed breaker

which on falling brought down

surrounding equipment



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b. Colapso de interruptores de alta tensión

Los interruptores de alta tensión pre-sentaron daños que en algunos casos significaron colapso por ruptura de sus aisladores soportes o daños mayo-res por fractura de partes frágiles de aleación de aluminio.

El análisis de las causas de los daños arroja como resultado que éstos tie-nen al menos su origen debido a:

• Holgura de conexiones insuficientes. • Insuficiencia de resistencia mecánica de

los aisladores de porcelana. • Insuficiencia de resistencia de las piezas

de aleación de aluminio fundido de los equiposLa holgura de conexiones ya fue trata-da en el punto 3.1.a. anterior.

Referente a la resistencia de los ais-ladores de porcelana, material frágil,

se aprecia que algunos fabricantes de estos elementos no cumplen con el valor de resistencia mecánica que estos dicen garantizar. Este es un punto muy sensible que en capítulo 4.3 de este informe se dan mayores recomendaciones.

En cuanto a la resistencia de las piezas de los equipos de material de aleación de aluminio fundido, el modo de fa-lla presentado en el sismo de febrero 2010 ha demostrado que es un mate-rial frágil y no dúctil como tanto fabri-cantes como usuarios habían consi-derado. En consecuencia, y conforme a la especificación sísmica, requieren tener un factor de seguridad sísmica de 2,0 o superior.

A continuación se muestran foto-grafías de distintas instalaciones del sector eléctrico chileno que sufrieron daños debido al terremoto del 27 de febrero de 2010.

Fig. 3.4 Collapsed compressed-air-triggered breakers

Fig. 3.4 Interruptores de aire comprimido

colapsados

Fig. 3.5 Breakers with broken isolators in non-critical area

Fig. 3.5 Interruptor con aisladores quebrados en

zona no crítica


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MITIGATION MEASURES

Mitigation measures are nothing short of demanding that manufac-turers have an adequate breaker design, with parts having a set resistance which is objectively ve-rifiable, wherever possible accor-ding to a combination of mecha-nical tests to equipment identical to that supplied and their corres-ponding calculation demonstra-ting the fulfillment of specifica-tions. Tests carried out more than five years ago should no longer be considered as objective given changes in design or in the parts manufacturing process.

Fig. 3.6 Collapsed

breaker

Fig. 3.6 Colapso de interruptor

Fig. 3.7 Fracture of an aluminum

alloy piece, part of the

isolator anchorage base.

Fig. 3.7 Fractura de pieza de aleación aluminio que forma parte de la base de anclaje de un interruptor.



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MEDIDAS DE MITIGACIóN:

Las medidas de mitigación no son otras que exigir a los fabricantes de interruptores un diseño ade-cuado con partes de resistencia determinada y verificada objetiva-mente, en lo posible en base a la combinación de ensayos mecáni-cos de equipos idénticos a los del suministro y cálculos consecuen-tes para demostrar el cumplimien-to de las especificaciones. Ensayos de más de 5 años de antigüedad no deberían ser utilizados como elementos objetivos en conside-ración a cambios en los diseños o en los procesos de los fabricantes de partes.

Fig. 3.8 Collapsed breaker

Fig. 3.8 Colapso de interruptor.


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c. Damages to transformer and power reactor bushings

Damages to transformer and power reactor bushings can be grouped into two types of damages:

• One type of damage is due to slippa-ge in the lower gasket in “central clamp” type bushings or internal spring compression type bushings.

• Others by fracture of the fragile forged aluminum alloy supporting flange.

Regarding the resistance of forged aluminum alloy mate-rial, the manner in which it failed in the 27-F event has demonstrated it to be fragile and non-ductile, as both users and manufacturers had con-sidered. Consequently, and with regards to seismic speci-fications, they need to have a seismic security factor of 2.0 or above.

MITIGATION MEASURES:

Mitigation measures would con-sist of getting a commitment from transformer and bushing manu-facturers to come up with an ade-quate design having a defined re-sistance, objectively verifiable.

Fig. 3.9 Displaced gasket

Fig. 3.9 Empaquetadura

desplazada

Fig. 3.10 Displaced isolator

Fig. 3.10 Aislador

desplazado



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c. Daños en bushings de transformadores y reactores de poder

Los daños en bushings de transfor-madores y reactores de poder co-rresponden a dos tipos de daños:

• Unos por desplazamiento de la em-paquetadura inferior en bushings del tipo “central clamp” o tipo de compresión por resorte interno.

• Otros por fractura frágil del flange soporte de aleación de aluminio fundido.

En cuanto a la resistencia de las piezas de los equipos de material de aleación de aluminio fundido, el modo de falla presentado en el sismo de febrero de 2010 ha de-mostrado que es un material frágil y no dúctil como tanto fabricantes como usuarios habían considera-do. En consecuencia, y conforme a la especificación sísmica, requie-ren tener un factor de seguridad sísmica de 2,0 o superior.


Las medidas de mitigación son el obtener de los fabricantes de transformadores y bushings un di-seño adecuado con partes de re-sistencia determinada y verificada objetivamente.

Fig. 3.11 Damaged cement base

Fig. 3.12 Fractured aluminum alloy flange

Fig. 3.11 Cementación

dañada.

Fig. 3.12 Flange de aleación de aluminio fracturado.


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d. Damages to disconnectors

The disconnectors that suffe-red the most damages were the 500 kV, pantograph style disconnectors, which were seismically tested on a vi-brator table, obtaining good grades in such tests. Failures were seen mainly in those disconnectors located under the bar girder of the substa-tion, where it was anchored to fixed contact of the dis-connector through an inver-ted ceramic isolator.

The fixing of inverted iso-lators under the bar girder leads to the introduction of impact-type forces on the top isolator, coming from bar movements which led to breakages in the inverted isolator in some cases and collapse of the pantograph arm due to breakages of the forged aluminum alloy joints in others. This condition can-not be reproduced on a vi-brating table test.


Mitigation would consist in making a flexible top discon-nector contact anchor point, replacing the inverted isolator by a more flexible, isolated chain system, from where the fixed contact hangs so as to attenuate impact type forces that transmit bulkheads.

Fig. 3.13 Destroyed pantograph arm

Fig. 3.13 Brazos

pantógrafo destruidos



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d. Daños en desconectadores

Los desconectadores dañados fueron principalmente los del tipo pantógrafo de 500 kV los cuales fueron probados sísmicamente en mesa vibratoria mostrando buenos resultados en dichas prue-bas. Sólo fallaron algunos de estos desconectadores que se encon-traban ubicados bajo las vigas de los marcos de barras de la subes-tación, donde estaba anclado el contacto fijo del desconectador por medio de un aislador de por-celana invertido.

La fijación de aisladores inverti-dos bajo las vigas de los marcos de barras hace que se introduzcan fuerzas tipo impacto en el aisla-dor superior por movimientos de las barras que causaron roturas del aislador invertido, en algunos casos, y colapsos de los brazos del pantógrafo por quebradura de las uniones de aleación de aluminio fundido en otros casos. Esta con-dición no puede ser representada en un ensayo en mesa vibratoria.


La medida de mitigación es flexi-bilizar la fijación del contacto su-perior del desconectador reem-plazando el aislador invertido por un sistema de cadena aislante, más flexibles, de donde cuelga el contacto fijo de modo tal de ate-nuar las fuerzas tipo impacto que transmiten las vigas de los marcos de barras.

Fig. 3.14 Aislador invertido roto

Fig. 3.14 Broken inverted isolator

Fig. 3.15 Fractured forged aluminum alloy piece

Fig. 3.15 Pieza de aleación de aluminio fundido fracturada


26 -

Fig. 3.16 Muro cortafuego

flexible y equipos sobre el muro. Algunos

equipos ya reemplazados

Fig. 3.16 Flexible firewall and

equipment on top of the wall.

Some equipment has already

been replaced.

e. Damage to equipment mounted on transformer firewalls

Damage to equipment mounted on power transformer firewalls is attributable to the seismic ampli-tude that the wall produces due to its flexibility. This leads to a seismic oscillation affecting equi-pment above that recommended by design regulations.


As a mitigation measure, installing high voltage equipment on these firewalls should be avoided, and build in some cross-sectional rigi-dity to these walls.



- 27

e. Daños en equipos montados en muros cortafuego de transformadores

El daño en equipos montados en muros cortafuego de transforma-dores de poder se debe a la am-plificación sísmica que produce el muro debido a su flexibilidad. Esto se traduce en que la solicitación sísmica sobre el equipo es mayor a la que recomienda la norma para su diseño.


Como medida de mitigación se debe evitar la instalación de equipos de alta tensión sobre es-tos muros cortafuego y agregar rigidez transversal a los muros cortafuego.

Fig. 3.17 Equipos sobre

el muro ya reemplazados

Fig. 3.17 Equipment on top of wall already replaced


28 -

Fig. 3.18 Pernos de anclaje

deformados por fuerzas de corte

Fig. 3.18 Anchor bolts deformed by shear forces

• Anchor bolts should not be subject to sheer forces. These ought to be absorbed and transmitted towards the foundations through embedded cut keys or superficial seis-mic stops on the transformer base.

• Radiators should be bound together so as to make the whole set rigid, avoiding indi-vidual resonances. The set of radiators should not be supported by their collection pipes, but rather by a supporting braces hold in the main tank of the transformer.

• Connecting tubes between main and expansion tank should enable some movement between them or should have flexible connections.

f. Damages to power transformers

Additional to the damages seen in the bushings in point c. above, damages were evident to the anchor bolts, to the radia-tor pan with leaking weldings and damages to the connection between the expansion tank and the main tank.


Mitigation in these cases would be as follows:



- 29

f. Daños en transformadores de poder

Adicional a los daños en bus-hings indicados en el punto c. anterior, se constatan daños en los pernos de anclaje, colector de radiador con soldaduras fil-trando y daño en la conexión entre estanque conservador y estanque principal.

Fig. 3.19 Válvula de radiador con filtraciones

Fig. 3.19 Radiator valve with filtration


Las medidas de mitigación en es-tos casos son las siguientes:

• Pernos de anclaje no deben tomar fuerzas de corte, estas deben ser absorbidas y transmitidas hacia la fundación por medio de llaves de corte (embebidos) o topes sísmicos (superficiales), en la base de los transformadores.

• Los radiadores deben estar afianzados en-tre ellos de modo de rigidizar el conjunto evitando resonancias individuales. Los conjuntos de radiadores no deben estar soportados por sus tubos colectores sino que por tirantes que los sostienen desde el estanque principal del transformador.

• La tubería de conexión entre estanque principal y estanque conservador debe permitir desplazamientos relativos o tener juntas flexibles.


30 -

g. The most repetitive damages in the distribution system

The restoration of service in the electrical distribution system was one of the main challenges to be addressed, given the amount of failures seen, having to perform long working days, committing all own man hours as well as sizeable amounts of subcontracted man hours.

A photoset of various distribu-tion installations of the Chilean electrical sector that suffered damages, as representative of the most common damages ari-sing from the 27-f earthquake, is shown below.

Fig. 3.20 Mid-voltage, pole-mounted transformers displaced or shifted outside their base.

Fig. 3.22 Fall of aerial transmission lines due to broken poles in the crossarm supporting area.

Fig. 3.20 Transformadores de media tensión aéreos

fuera o desplazados de su base.

Fig. 3.22 Caída de líneas aéreas por la rotura

de postes en la zona de soporte de la cruceta.

Fig. 3.21 Redes dañadas debido a la caída de

estructuras aledañas (fachadas y otros).

Fig. 3.21 Damaged electricity transmission lines due to the fall of surrounding structures (facades and others).



- 31

g. Daños más repetitivos en el sistema de distribución

La normalización del servicio del sistema de distribución de elec-tricidad fue uno de los principales desafíos que se debió enfrentar dada la gran cantidad de eventos ocurridos, teniendo que realizar esta faena en largas jornadas de trabajo comprometiendo a todo el personal tanto propio como de contratistas.

A continuación se muestran foto-grafías de distintas instalaciones de distribución del sector eléctri-co chileno que sufrieron daños, como representativo de los daños más comunes a causa del terre-moto del 27 de febrero de 2010

Fig. 3.24 Caída de líneas aéreas Space Cab por

el desplazamiento de los postes de su vertical por problemas en el terreno.

Fig. 3.24 Fall of Space Cab aerial transmission lines

due to vertical displacement of electrical pole, due to ground problems.

Fig. 3.23 Caída de líneas aéreas a causa de la caída de postes.

Fig. 3.23 Fall of aerial transmission lines due to falling electricity poles.


32 -

3.3 General recommendations

From the analysis of earthquake damage to the electrical system, as described in the preceding sec-tion, it can be inferred that a co-rrect seismic design verification of equipments and their supporting structures needs to be implemen-ted. Aiming to contribute towards such an examination, Annex A of this report includes a summary of procedures and special cares which should be borne in mind in this regard.

Fig. 3.25 Mid-and-low-voltage poles broken at base.

Fig. 3.25 Postes de media

y baja tensión quebrados en su base.

Fig. 3.26 Crucetas de media tensión de concreto quebradas.

Fig. 3.26 Broken mid-voltage concrete

crossarms.



- 33

3.3 Recomendaciones generales

Del análisis de los daños sufridos por el sistema eléctrico debido al terremoto, descritos en los pun-tos anteriores, se desprende que es necesario realizar una correcta verificación del diseño sísmico de los equipos y sus estructuras so-portes. Con el propósito de cola-borar en dicha verificación se in-cluye, en el Anexo A este Informe, un resumen del procedimiento y cuidados que se deben tener en cuenta al respecto.

Fig. 3.27 Mid-voltage concrete crossarm with broken pin support.

Fig. 3.27 Crucetas de media tensión de concreto reventadas en soporte de espiga.


34 -

4. Recommendations on transmission, subtransmission and distribution

4.1 Play in the interconnections of electrical equipment

Considering experiences learnt in the last few earthquakes, it has become apparent that considerable breakages in the isolators or in the supporting base of equipment ari-ses from a lack of overlength or play in the interconnection between two pieces of equi-pment in High Voltage open air sub-stations.

Due to the above, and in order to avoid breaks in the ceramics, or in any High Voltage equipment component, this chapter aims to provide guiding recommendations so electric projects consider in their design sufficient play in the interconnection bet-ween two pieces of High Voltage equipment, so they may oscillate freely, avoiding genera-ting pulling forces during an earthquake.

Literature on the issue is wide-ranging and many different connections are possible, but what is to be presented here only refers to the first aspects to consider, and which the project designer must be aware of during the design stage and which the onsite technical inspection (ITO) must check for during equi-pment assembly, together with the designer.

These interconnection considerations are as follows:

4.1.1. Equipment deployment on supporting structure.

a) Check if equipment supporting structure is sound, meaning that it has a natural frequency above 30 Hz or its natural frequency is at least 4 times greater than the equipment’s natural frequency.

b) If the structure does not meet above indications regarding rigidity, then the interactions between structure and the High Voltage equipment will have to be carefully determined.

4.1.2 Interconnecting Play to be defined, particularly regarding equipment with relatively similar joint heights.

Having determined the natural frequen-cy of the equipment, and its condition when deployed on its supporting struc-ture, the proposed play according to each of the natural frequencies of the equipment must be considered (see section A following), plus own confi-guration lengths considered when set-ting the joints of the two equipment terminals.

Therefore, the total length (Lo) of the conductor to be considered must inclu-de the following three items:

- distance between the terminals of the two pieces of equipment (L1)



- 35

4. Recomendaciones respecto de transmisión, subtransmisión y distribución

4.1 Holguras en las interconexiones de equipos eléctricos

Considerando la experiencia en los últimos terremotos, se ha observa-do que gran parte de las rupturas de aisladores o de las bases soportes de los equipos se origina por la falta de holgura en la interconexión entre dos equipos en una subestación de alta tensión (AT) en patio (open air).

Por lo expuesto anteriormente y para evitar rupturas de las porcelanas, o de cualquier componente del equipo AT, la intención de este capítulo es entre-gar recomendaciones que orienten en los proyectos eléctricos con valores de holguras que se debe considerar en la interconexión de dos equipos AT, de modo que cada uno de éstos oscilen li-bremente y no se generen fuerzas tipo tirón entre ellos durante un sismo.

Hacemos ver que la literatura sobre este tema es extensa y las posibilida-des de conexiones son variadas, pero lo que aquí se presentará correspon-de a sólo los primeros lineamientos a

considerar, y que el pro-yectista durante la eta-pa de diseño debe cuidar y la inspección técnica en obra (ITO) durante el

montaje de los equipos debe verificar que se cum-

pla con apoyo del diseñador.

Estas consideraciones de interconexión son

las siguientes:

4.1.1 Disposición del equipo en su estructura.

a) Verificar que la estructura soporte del equipo es rígida, esto es que tiene una frecuencia propia sobre los 30 Hz o al menos una frecuencia propia igual o superior a 4 veces la frecuencia propia del equipo.

b) Si la estructura no cumple con la indicación anterior en cuanto a su rigidez, hay que determinar en forma más detenida las interacciones entre estructura y equipo AT.

4.1.2 Holgura a determinar en la interconexión, en el caso típico de equipos con altura de uniones relativamente semejantes.

Conociendo la frecuencia pro-pia del equipo, y la condición del equipo instalado en su estructu-ra rígida, se debe considerar las holguras propuestas según la fre-cuencia propia de cada uno de los dos equipos a unir (ver punto a) si-guiente), más los largos propios de la configuración que se considere para la unión de los dos termina-les de los equipos en cuestión.

En consecuencia, el largo total (Lo) del conductor a considerar debe incluir los siguientes tres ítemes:

- distancia entre los terminales de los dos equipos (L1)


36 -

- Displacements generated in the terminals on both pieces of equipment, according to their natural oscillation frequency. See the proposal given in the following point a),

- Additional length, due to the geometrical configuration of the conductor joining both pie-ces of equipment (L2).

a) For equipment with natural fre-quencies ranging from 4 Hz to 30 Hz with rigid supporting structures, the following overlength table for each interconnected piece of equi-pment according to their voltage level should be considered. The following chart also considers the possible effects of low frequency oscillations in the foundation:

Table 1 Valid for equipment with natural frequencies ranging from 4 to 30 Hz

For example, if two 220 kV pieces of equipment are interconnected and their natural frequencies are above 4 Hz, the total overlength is 20+20= 40 cm.

b) These values only apply for the range of natural frequencies of the aforementioned equipment and for equipment mounted on rigid structures without dampers.

For equipment mounted on flexi-ble structures and/or having shock

dampers, a specific calculation for the necessary overlength must be done considering the flexibility fea-tures of the supporting structures and strength vs. displacement of the dampers. The criterion to be ful-filled is that the overlength must be equal or greater than 1.5*(∆x1+∆x2), where ∆x1and ∆x2are the absolu-te maximum displacements of the interconnected equipment. This distance must be considered equal or greater than those stated in the previous table, which are the mini-mum requirements.

4.1.3 Precautions to consider when de-fining how to connect two pieces of equipment.Care must be taken to:

a) Respect the safety distance for people at the base insulation level (BIL). The isolation ground to phase distance for each High Voltage equipment must be re-spected, according to the base in-sulation level, in compliance with the design standard employed.

b) Consider that these two previ-ously mentioned points indicate the geometrical position where the interconnection conductor between both pieces of equip-ment must be installed. The elec-tric project designer must define these two safety distances in the project, clearly indicating them in the project’s drawings. The ITO (inspection) must verify that these distances are respected during as-sembly. It is recommendable that the designer closely supervises these aspects during assembly.

VOLTAGE LEVEL [kV]

OVERLENGTH [cm]

66 10110 10154 15220 20500 30



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- desplazamientos generado en los terminales de los dos equipos, de acuerdo con su frecuencia propia de oscilación. Ver lo propuesto en punto a) siguiente,

- largo adicional, originado por la configuración geométrica del conductor que une los dos equipos (L2).

a) Para equipos con frecuencias pro-pias entre 4 Hz - 30 Hz, con estruc-turas soportes de características rígidas, se recomienda considerar la tabla siguiente de holguras por cada equipo que se interconecta se-gún el nivel de tensión. También se ha considerado en este cuadro los efectos de las posibles oscilaciones de baja frecuencia de la fundación:

Tabla 1 Válido por equipo para frecuencias propias entre 4 y 30 Hz

Por ejemplo si se interconectan dos equipos de 220 kV de frecuen-cias naturales superiores a 4 Hz, la holgura total es de 20+20= 40 cm.

En consecuencia, el largo total del conductor a considerar sería de Lo = 40 cm + L1 + L2.

b) Estos valores sólo aplican para el rango de frecuencias propias de equipos antes indicados y para equipos montados sobre estructu-ras rígidas y sin amortiguadores.

Para equipos montados sobre es-tructuras flexibles y/o con amorti-

guadores se debe realizar el cálculo específico de las holguras necesa-rias considerando las característi-cas de flexibilidad de la estructura soporte y la característica fuerza vs. desplazamiento de los amorti-guadores. El criterio que se debe cumplir es que la holgura sea igual o mayor a 1,5*(∆x1+∆x2), donde ∆x1 y ∆x2 son los desplazamientos máximo absolutos de los equipos que se interconectan. Esta distancia debe ser considerada igual o mayor a la presentada en la tabla anterior que son los mínimos aceptables.

4.1.3 Precauciones a considerar

al determinar el tipo de interconexión entre los dos equipos.

Al respecto se debe cuidar que:

a) Se debe respetar la distancia de seguridad para las personas, en el nivel de aislación de la subestación (BIL). Se debe respetar la distancia de aislación fase a tierra que posee cada equipo de AT, según el nivel de aislación de la subestación, de acuerdo con la norma de diseño utilizada.

b) Estos dos puntos antes indicados presentan el lugar geométrico don-de el conductor de interconexión entre los dos equipos debe quedar instalado. Es obligación del pro-yectista eléctrico determinar en el proyecto estas dos distancias de se-guridad, y dejarlas muy claramente indicadas en los planos del proyec-to. Es obligación de la ITO verificar que durante el montaje se respeten estas distancias. Es recomendable que el proyectista mantenga una supervisión del montaje en estos aspectos.

NIVEL DE TENSIóN [kV]

HOLGURA [cm]

66 10110 10154 15220 20500 30


38 -

c) Define during the project stage the type of joint to be used bet-ween the two pieces of High Vol-tage equipment, respecting the cable length with its overlengths, plus the two safety distances.

d) Consider wind effects when desig-ning, which may cause shortening of the previously mentioned con-nection distances with respect to other equipment or structures.

4.1.4 Validity of the proposed plays

The previous description is valid for equipment with simple oscillator features (TT.MM., lightning arres-ters, disconnectors, live tank circuit breakers). For equipment such as power transformers, shunt reac-tors and dead-tank circuit breakers, higher plays must be considered, taking into account that the tanks of these pieces of equipment are flexible, meaning higher basal ac-celerations on their upper portions (up to 1g, approx.) with a higher displacement response, as would be the case in power transformers, where the height of the lid is in the order of 5 meters, meaning that the extra play for the joint of these to the corresponding equipment must be adequately coordinated.

Power transformers and shunt reactors should have bushing joints with play values no less than twice the values stated in table 4.1.2, in the previous point.

4.1.5 Type of material for interconnecting High Voltage equipment

In order to interconnect High Voltage equipment, flexible and pliable material must be used, such

as stranded, pure-aluminum cables. Aluminum alloy cables must not be used for connections due to their rigidity.

4.1.6 Required verifications when interconnecting equipment

In order to perform a formal inter-connection, a calculation proce-dure that accurately determines the following must be made:

a) Define the interconnection play,

b) The type of interconnection to be used between the two (2) pieces of High Voltage equipment,

c) Verify that this joint complies with:

• The minimum safe distance for ground connection, according to the company’s best practices, and

• The ground-phase dielectric distan-ce according to the corresponding regulations.

d) The play of a physical connection between equipment is verified by measuring the difference bet-ween the length of the intercon-nection cable including its termi-nals and the distance in a straight line between the interconnected terminals.



- 39

c) Definir durante el proyecto el tipo de unión a usar entre los dos equi-pos de AT, respetando el largo del cable con sus holguras, más las dos distancias de seguridad.

d) Cuidar en el diseño el efecto del viento que puede producir acorta-mientos de las distancias anterio-res en las conexiones respecto a otros equipos o estructuras.

4.1.4 Validez de las holguras propuestas.

Lo anterior es válido para equi-pos con características de oscila-dor simple (TT.MM., pararrayos, desconectadores, interruptores tipo estanque vivo). Para equi-pos como transformadores de poder, reactores shunt e inte-rruptores estanque muerto, se debe considerar mayores hol-guras que las indicadas, consi-derando que los estanques de estos equipos son flexibles, lo que significa aceleraciones basa-les más altas en la parte superior de éstos (hasta 1g, aprox.) con respuestas de desplazamientos mayores, como por ejemplo en el caso de los transformadores de poder la altura de la tapa es del orden de los 5 metros, lo que significa que se debe coordinar adecuadamente la holgura de la unión del estos equipos con el equipo que le corresponda.

Los valores de holgura para la unión de los bushings de los trans-formadores de poder, reactores shunt, deben ser no menos del do-ble de los valores propuestos en la tabla del punto 4.1.2 anterior.

4.1.5 Tipo de material para interconectar equipos de A.T.

Para interconectar equipos de A.T. se debe utilizar un material flexible y blando como son los cables de aluminio puro de multihebras. No se deben utilizar cables de aleación de aluminio para las conexiones en consideración a su rigidez.

4.1.6 Verificaciones para una interconexión entre equipos

Para realizar una interconexión más formal, se debe considerar un procedimiento de cálculo que determine con más detalle tanto:

a) La holgura a determinar en la in-terconexión,

b) El tipo de interconexión a usar en-tre los dos (2) equipos de AT,

c) Verificar que esta unión cumple con:

• las distancias de seguridad a tierra para las personas, de acuerdo con la práctica de la empresa, y

• la distancia dieléctrica fasetierra de acuerdo con la normativa co-rrespondiente.

d) La holgura de una conexión física entre equipos se verifica haciendo la diferencia entre el largo del ca-ble de interconexión consideran-do sus terminales y la distancia en línea recta entre los terminales que se interconectan.


40 -

4.1.7 Shape and type of joint among equipment

The type of connection and its shape must be studied by the substation designer, for which the recommendation is to consider the following references:

a) IEEE 693- 2005

b) IEEE 605- 2008

c) IEEE 1527- 2006

d) The Pacific Earthquake Enginee-ring Research Center publishes the following: “Application Guide for the Design of Flexible and Rigid Bus Connections between Substa-tion Equipment Subjected to Ear-thquakes, September 2010”.

e) Some of the considerations to be taken into account when making interconnections between pieces of equipment, and its verifica-tions, as seen in previous referen-ce d), are shown as follows.

MINIMUM SAFETY DISTANCE

DEFLECTION

SUPORTING STRUCTURE

ISOLATORHEIGHT

ENERGIZED POINT HEIGHT

ISOLATOR DRY ARC DISTANCE

DISTANCIAARCO SECOAISLADOR

DISTANCIA DE SEGURIDADMINIMA

FLECHA

ESTRUCTURASOPORTE

ALTURAAISLADOR

ALTURA PUNTOENERGIZADO

DISTANCIAMÍNIMA FASE TIERRA 1,8 m

DISTANCIA

MINIMUM GROUND-PHASE DISTANCE, 1.8 M

MINIMUM GROUND-PHASE DISTANCE, 1.8 M

MÍNIMA FASETIERRA 1,8 m

DISTANCIA DE SEGURIDAD

MÍNIMA

MINIMUM SAFETY

DISTANCE

Fig. 4.1 Vista esquemática de los requerimientos de

distancias eléctricas para la interconección de equipos.

Fig. 4.2 Ejemplo práctico de

distancias eléctricas requeridas en la

interconección de equipos.

Fig. 4.1 Schematic view of electric distance requirements for

equipment interconnection

Fig. 4.2 Practical example

of electric distances required in equipment

interconnection



- 41

4.1.7 Forma y tipo de unión entre equipos

El tipo de unión y forma debe ser estudiado por el proyectista de la S.E., para ello se recomienda con-siderar las siguientes referencias:

a) IEEE 693- 2005

b) IEEE 605- 2008

c) IEEE 1527- 2006

d) Publicación de la Pacific Earth-quake Engineering Research Cen-ter: “Application Guide for the Design of Flexible and Rigid Bus Connections between Substation Equipment Subjected to Earth-quakes, September 2010”.

e) A continuación presentamos algu-nas de las consideraciones a tener presente al realizar interconexio-nes entre equipos y sus verifica-ciones, presentadas en la referen-cia d) anterior.

CONFIGURACIÓN 2

SETTING 2

CONFIGURACIÓN 1

SETTING 1

CONFIGURACIÓN 4

SETTING 4

CONFIGURACIÓN 3SETTING 3

ALUMINIO PUROMULTIHEBRA

STRANDED, PURE- ALUMINUM

CONFIGURACIONES BÁSICAS BASIC SETTINGS

BARRA RÍGIDARIGID BAR

BARRA RÍGIDARIGID BAR

H

V V

V

V

H

HH

Fig. 4.3 Configuraciones básicas propuestas por la norma IEEE- 693, con uso de aluminio puro multihebra, que deja una conexión flexible.

Fig. 4.4 Figuras básicas de interconexión de equipos con conductores flexibles.

Fig. 4.3 Basic settings proposed by the IEEE- 693 standard, using pure-aluminum, stranded conductor, producing a flexible connection.

Fig. 4.4 Basic figures of equipment interconnection with flexible conductors.

4545

H

V

H

V

H

V

H

V

CONFIGURACIÓN 1PARÁBOLA INVERSA

SETTING 1REVERSE PARABLE

CONFIGURACIÓN 2DOBLE CURVATURA

SETTING 2DOUBLE CURVATURE

CONFIGURACION 3CATENARIA

SETTING 3CATENARY

CONFIGURACION 4TRIPLE CURVATURA

SETTING 4TRIPLE BEND


42 -

4.1.8. Connection to low current consumption equipment (PT, Lightning Arrester, IA)

In equipment where load cu-rrents do not normally go through, such as potential trans-formers, lightning arresters, coupling capacitors, etc., the recommendation is to connect with cable from the minimum section, the less stranded cable, so as not to exceed the corona effect boundary, thus avoiding exerting undue forces on its ter-minals given an earthquake.

4.2 Recommendations regarding design and verification in the seismic design of foundations, supporting structures and equipment.

4.2.1 General

When verifying and/or actually implementing the seismic design of the foundations and supporting structures for electrical equip-ment in substations, the applica-tion of the Transelec ETG A.021 guideline, which defines seismic oscillations on structures and foundations, must be considered.

When verifying and/or actually im-plementing the seismic design of electric equipment, the ETG 1,020 standard should be considered

4.2.2 Verification and/or seismic design of electrical equipment supporting structure.

In the case of light electrical equi-pment that is mounted on a sup-porting structure, it is important that the structure does not gene-

rate significant dynamic amplifica-tions on the equipment.

One way of achieving this is that the equipment provider designs the supporting structure in such a way that the behavior of the equipment-structure assembly is adequate and that the equipment itself will not sustain damage due to seismic stress. In this case, the provider must implement seismic verification for the equipment-structure assembly via a dynamic trial on a vibrating table, as defi-ned in ETG A.020 or ETG 1.020 for this type of trial as applied to elec-trical equipment.

The second alternative is that the electric equipment provider does not design the supporting structu-re and so the design of the struc-ture and its foundation be outsou-rced to a third party. The ETG A.021 establishes that in order to avoid dynamic amplifications in electrical equipment response given seismic stress, the support structure thus designed must have a fundamental frequency co-rresponding to the lesser amount of either 4 times the fundamental equipment frequency or 30 Hz.

Frequency calculation must thus be executed implying a one (1) de-gree-of-freedom oscillator, with the rigidity of structure (K) to the horizontal movement Δ (seismic movement) and the equipment’s mass (M) applied to the upper portion of the structure.



- 43

4.1.8 Conexión a equipos de bajo consumo de corriente (TP, Pararrayos, CA)

En equipos donde no pasa perma-nentemente la corriente de carga, como el caso de los transforma-dores de potencial, pararrayos condensadores de acoplamiento, etc. se recomienda conectar con cable de la sección mínima, o haz de menor cantidades de cables, que no exceda el límite de gene-ración de corona, de modo que no se ejerzan fuerzas indebidas en sus terminales en caso de sismos.

4.2 Recomendaciones respecto de veri-ficación/diseño sísmico de fundacio-nes, estructuras de soporte, equipos.

4.2.1 General

Para la verificación y/o diseño sís-mico de las fundaciones y estruc-turas de soporte de equipos eléc-tricos de subestaciones se debe considerar la aplicación de la ETG A.021 de Transelec que determina las solicitaciones sísmicas sobre estructuras y fundaciones.

Para la verificación y/o diseño sís-mico del equipo eléctrico se reco-mienda considerar la ETG 1.020.

4.2.2 Verificación y/o diseño sísmico de estructura de soporte de equipo eléctrico.

En el caso de equipos eléctricos livianos que se instalan sobre una estructura soporte es importante que la estructura no genere am-plificaciones dinámicas importan-tes sobre el equipo.

Una alternativa para lograr este ob-jetivo es que el proveedor del equi-po eléctrico diseñe la estructura de soporte de modo de asegurar que el comportamiento del conjunto equipo-estructura es el adecuado y que el equipo no sufrirá daños frente a la solicitación sísmica. En este caso, el proveedor debe reali-zar la verificación sísmica del con-junto equipo-estructura mediante una prueba dinámica en mesa vi-bratoria, prueba que deberá cum-plir las condiciones que definen la ETG A.020 o ETG 1.020 para este tipo de ensayos aplicado a equipos eléctricos.

La segunda alternativa es que el proveedor del equipo eléctrico no diseñe la estructura de soporte y en consecuencia el diseño de la estruc-tura y su fundación sea entregado a un tercero. La ETG A.021 establece que para evitar amplificaciones di-námicas en la respuesta de los equi-pos eléctricos ante la solicitación sísmica, la estructura de soporte diseñada en esta forma debe tener una frecuencia fundamental corres-pondiente al mínimo entre 4 veces la frecuencia fundamental del equi-po ó 30 Hz.

En este caso, el cálculo de la fre-cuencia debe ejecutarse supo-niendo un oscilador de 1 grado de libertad, con la rigidez de la estructura (K) al movimiento hori-zontal Δ (movimiento sísmico) y la masa del equipo (M) aplicada en el nivel superior de la estructura.


44 -

One-degree-of-freedom free oscillator

M = EQUIPMENT MASS

K = RIGIDITY

∆

Fig. 4.5 Equivalent model for frequency calculation

The frequency is obtained using the following formula:

Fórmula 1

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7

The design of the supporting structure is fully defined with the necessary sizing and framework required to meet fundamental frequency conditions.

Finally, the supporting structure should be checked as to whether it resists seismic stress as defined in point 4.2.3 following, as well as those corresponding to all other stresses acting concurrently with the seismic event. The structu-ral design must respect the de-sign criteria indicated in Manual ASCE10-97.

4.2.3 Seismic stress of the supporting structure foundation of a light electrical equipment.

In order to check or test the seis-mic design of the supporting structure foundation for light electrical equipment, the equi-pment-structure-foundation as-

sembly must be analyzed first, according to what is indicated in ETG A.021, due to the “nodding” effect the foundation produces on the assembly as a whole during the seismic action.

This ETG defines a design spec-trum for a 0.5g basal acceleration o the ground, which must be co-rrected by the corresponding ac-celeration in the seismic zone in which the substation is located. The seismic zoning considered by the ETG A.021 corresponds to the seismic zoning as defined by the Chilean seismic regulation NCh 433.

The horizontal seismic coefficient to be applied to the equipment-structure-foundation analysis will be that resulting from calculating the maximum ordinate value of the design spectrum for the struc-ture dampening , corrected by the basal acceleration of the corres-ponding seismic zoneand applying a response modification coeffi-cient of R = 3 so as to take into ac-count structural ductility.

According to the above, for a 5% dampening, corresponding to a bolt-on top structure, and a ba-sal acceleration Ao according to the seismic zoning, the following horizontal seismic coefficients are obtained:

Zone l Ao = 0.3 g C = 0.212

Zone ll Ao = 0.4 g C = 0.282

Zone lll Ao = 0.5 g C = 0.353



- 45

∆

Oscilador libre de ungrado de libertad

M = MASA DEL EQUIPO

K = RIGIDEZ

Figura 4.5: Modelo equivalente para cálculo de la frecuencia

De esta forma, la frecuencia se obtiene con la fórmula:

Fórmula 1

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7

El diseño de la estructura de so-porte queda totalmente definido con las dimensiones y escuadrías resultantes necesarias para cum-plir con la condición de la frecuen-cia fundamental.

Finalmente, se debe verificar que la estructura de soporte resis-te los esfuerzos sísmicos que se determinan según el punto 4.2.3 siguiente, así como los corres-pondientes a todas las otras so-licitaciones que actúan simultá-neamente con el sismo. El diseño de la estructura debe respetar los criterios de diseño indicados en el Manual ASCE10-97.

4.2.3 Solicitación sísmica de la fundación de la estructura de soporte de un equipo eléctrico liviano.

Para la verificación y/o diseño sísmico de la fundación de la es-tructura de soporte de un equipo eléctrico liviano se debe analizar

el conjunto equipo-estructura-fundación, de acuerdo a lo indi-cado en la ETG A.021, debido al efecto de “cabeceo” que produce la fundación sobre este conjunto durante la acción sísmica.

Esta ETG define un espectro de diseño para una aceleración ba-sal del suelo de 0,5 g, el que debe corregirse por la aceleración que corresponda en la zona sísmica en que se encuentre ubicada la sub-estación. La zonificación sísmica considerada por la ETG A.021 co-rresponde a la zonificación sísmi-ca definida por la norma sísmica chilena NCh 433.

El coeficiente sísmico horizon-tal que se aplicará al análisis del conjunto equipo-estructura-fun-dación será el que resulte de con-siderar la ordenada máxima del espectro de diseño para el amor-tiguamiento de la estructura, co-rregida por la aceleración basal de la zona sísmica que correspon-da y aplicando un coeficiente de modificación de respuesta R = 3 para considerar la ductilidad de la estructura.

De acuerdo a lo anterior, para un amortiguamiento de 5% corres-pondiente a una estructura aper-nada, y una aceleración basal Ao según zonificación sísmica, resul-tan los siguientes coeficientes sís-micos horizontales:

Zona l Ao = 0,3 g C = 0,212

Zona ll Ao = 0,4 g C = 0,282

Zona lll Ao = 0,5 g C = 0,353


46 -

The basal cut is at the founda-tion seal and will be equal to

Fórmula 1

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7

where Wi corresponds to the weight of all the elements bea-ring down on the foundation seal.

The distribution of the basal cut will be done at high altitude, using the following equation:

Fórmula 1

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7

Fórmula 1

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7

Fórmula 1

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7

Where hi is the height at which the gravity centers are found for the equipment, structure and foundation, as measured from the foundation seal.

The resulting loads on the equip-ment, structure and foundation are applied over each gravity center.

Additionally, the simultaneous action of a vertical seismic mo-vement acting under the worst possible conditions must also be considered (upwards or down-wards), whose value corres-ponds to 60% of the horizontal seismic acceleration Ao.

Regarding foundation design, the turning moment due to ho-rizontal seismic movements can have a reduction coefficient of 0.8 applicable, according to what is presented in the ETG A.021.

4.2.4. Seismic stress in heavy equipment directly anchored to foundations.In the case of heavy and rigid equipment directly anchored to its foundation, such as auto-transformers and reactors, the previously stated will be applica-ble regarding horizontal and ver-tical seismic coefficient calcula-tions, taking into account that dampening depends on speed Vs that transversal waves propaga-te on the ground, expressed as follows:

On Vs ground ≥ 1800 m/seg ζ= 5%

On Vs ground ‹ 1800 m/seg ζ= 7%

Generally, the distribution of the seismic forces will be spread out evenly, proportional to the weight of each component:

Fórmula 1

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7

Given foundations on soft or alluvial grounds, the following triangular distribution should be considered:

Fórmula 1

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7



- 47

El corte basal se considera a ni-vel del sello de fundación y será igual a:

Fórmula 1

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7

donde Wi corresponde a los pe-sos de todos los elementos so-bre el sello de fundación.

La distribución del corte basal se hará en altura, considerando la siguiente repartición:

Fórmula 1

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7

Fórmula 1

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7

Fórmula 1

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7

Donde hi son las alturas de los centros de gravedad del equipo, estructura y fundación medidas desde el sello de fundación.

Las cargas resultantes sobre el equipo, estructura y fundación se aplican en sus respectivos centros de gravedad.

Adicionalmente, debe conside-rarse la acción simultánea de un movimiento sísmico vertical ac-tuando en la condición más des-favorable (hacia arriba o hacia abajo), cuyo valor corresponde al 60% de la aceleración sísmica horizontal Ao.

Para el diseño de la fundación propiamente tal, al momento volcante debido al sismo hori-zontal se le puede aplicar un coeficiente de reducción de 0,8, según lo indicado en la ETG A.021.

4.2.4 Solicitación sísmica de fundaciones de equipos pesados anclados directamente a la fundación.

En el caso de equipos rígidos pe-sados que se anclan directamente a la fundación, como autotrans-formadores y reactores, se apli-cará lo indicado anteriormente respecto al cálculo del coeficiente sísmico horizontal y vertical, con-siderando que el amortiguamien-to depende de la velocidad Vs de propagación de las ondas trans-versales en el suelo, en la siguien-te forma:

Sobre terreno de Vs ≥ 1800 m/seg ζ= 5%

Sobre terreno de Vs < 1800 m/seg ζ= 7%

En general, la distribución de las fuerzas sísmicas será uniforme, proporcional al peso de cada com-ponente:

Fórmula 1

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7

En el caso de suelos de fundación blandos o aluviales, se debe consi-derar distribución triangular:

Fórmula 1

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7

Fequipo = 1/3 * Fequipo’ + 2/3 * Fequipo’’

Festr. = 1/3 * Festr.’ + 2/3 * Festr.’’

Ffund. = 1/3 * Ffund.’ + 2/3 * Ffund.’’

Figura 4.6: Modelo

equivalente para cálculo de

solicitaciones sísmicas

Fig. 4.6 Equivalent

model for calculating

seismic stresses


48 -

4.2.5 Seismic test and/or design of foundation anchorage elements

When testing and/or designing foundation anchorage elements, such as foundation bolts, suppor-ting plates, shear keys and other foundation anchoring elements, the design forces due to hori-zontal components of the seis-mic event must be amplified by 1.33, while vertical forces will be applied without modifications.

Heavy equipment foundations must have seismic stops or shear keys that take the seismic cut. Anchorage bolts should only su-ffer stress along their axes.

The anchorage bolts must be duc-tile and have a guaranteed res-ilience of 27 joules, as measured in the Charpy V-Notch trial accor-ding to ASTM A370 regulation. The temperature at which resi-lience must be guaranteed is a per client requirement, depending on the location of the substation, but under no circumstance it will be higher than 0°C.

The resilience must be guaran-teed by testing at least 3 randomly chosen bolts from the batch sent

out to the field and carried out in client approved laboratories. All tested samples must meet the mi-nimum resilience for project defi-ned temperature.

4.2.6 Foundation verification and/or design

Foundations must be verified and/or designed considering the turning moment due to indicated seismic efforts, the axial stres-ses due to vertical seismic move-ments and all other stresses ac-ting within the seismic event and which must meet the following requirements:

- The contact voltage must be lesser or equal to the admissible contact voltage as defined in the geotechni-cal report.

- The area under compression, due to seismic stress, must be at least 80% of the supporting surface

- The total displacement resistan-ce, dampened, must be higher or equal to the stress.

For the design itself, the recom-mendation is to follow what is in-dicated in Transelec’s ETG A.0.10 guideline.

The Sulzberger method can be used for foundation design only if the Ground Mechanics Report explicitly indicates that lateral ground collaboration can be con-sidered and that it delivers the geotechnical parameters for this design.



- 49

4.2.5 Verificación y/o diseño sísmico de elementos de anclaje a la fundación

Para la verificación y/o diseño de los elementos de anclaje a la fundación, tales como pernos de anclaje, placas de apoyo, llaves de corte y otros elementos de sujeción de la estructura a la fun-dación, se deberá considerar que las fuerzas de diseño debidas a la componente horizontal del sismo deben ser amplificadas por 1,33. Las fuerzas correspondientes al campo vertical se aplicarán sin modificación.

Las fundaciones de equipos pe-sados deberán tener topes sís-micos o llaves de corte que to-men el corte sísmico. Los pernos de anclaje solo deben tomar es-fuerzo axial.

Los pernos de anclaje deberán ser dúctiles y tener resiliencia garantizada de 27 joules, medido en ensayo Charpy V-Notch según norma ASTM A370. La tempera-tura a la cual deberá garantizarse la resiliencia será definida por el Mandante según sea la ubicación de la subestación, pero en ningún caso será mayor a 0°C.

La resiliencia deberá ser garanti-zada mediante el ensayo de al me-

nos tres pernos tomados al azar de la partida que se despacha a terreno y realizado en laboratorio que apruebe el mandante. Todas las muestras ensayadas deberán cumplir la resiliencia mínima para la temperatura que se defina para el proyecto.

4.2.6 Verificación y/o diseño de fundaciones

Las fundaciones se deben verifi-car y/o diseñar considerando el momento volcante debido a los esfuerzos sísmicos indicados, las solicitaciones axiales debi-do al sismo vertical y todas las otras solicitaciones que actúan simultáneamente con el sismo y deben cumplir con los siguientes requisitos:

- La tensión de contacto deberá ser menor o igual a la tensión de con-tacto admisible definida en el infor-me geotécnico.

- El área en compresión, por ser las solicitaciones sísmicas eventuales, deberá ser como mínimo de 80% de la superficie de apoyo

- La resistencia total al desplazamien-to, minorada, deberá ser mayor o igual a la solicitación.

Para el diseño propiamente tal se recomienda seguir lo indicado en la ETG A.0.10 de Transelec.

Se podrá utilizar el método de Sulzberger para el diseño de fun-daciones sólo si el Informe de Mecánica de Suelos indica explíci-tamente que se puede considerar la colaboración lateral del suelo y entrega los parámetros geotécni-cos para este diseño.


50 -

4.3 Acceptable values for materials

The values should be acceptable according to standard ETG 1.020, which indicates the requirements to be met by fragile and ductile materials and also by the security factors that each type of material used in the construction of high voltage (HV) electrical equipment should comply with.

4.3.1 Commonly used materials.

Materials commonly used in HV electrical equipment are:

a) ceramics, which are found in bus-hings, isolator supports, breaker chambers, etc.

b) glass, which is found in isolator arrays,

c) epoxy resins, polymers and silico-nes (reinforced with fiberglass), in bushings and high and mid volta-ge isolator supports,

d) forged aluminum, which is found in cable ties and in the base of support isolators.

e) cast iron, steel, etc.

Each of these materials have their own mechanical and dielec-tric characteristics, which should be tested and certified by the manufacturer, first in standard tests at the equipment design stage and later by routine tests which the manufacturer should carry out upon purchase of a ba-tch of these materials, through which the original preservation of mechanical and electrical qualities may be demonstrated to the user.

4.3.2 Security factors

The following security factors (SF) are considered, depending on the type of material:

a) For fragile materials, such as ce-ramics or Aluminum Alloy, SF ≥2.0 with respect to the value of the failure moment of the material, which is determined by the brea-king of 3 samples placed under a moment via a cantilever force and calculated as (µ– 2s), where;

µ = average for the sample

s = standard deviation of the sample

The concept of the value (µ-2s) is explained in Annex A of this report.

b) For ductile materials, such as steel, SF ≥1.25 with respect to the fluence value of the material.

4.3.3 Acceptable values for load rate

Taking into account the above, the requirements, in schematic form, that were taken into account to determine the acceptable values for the load rate of the materials commonly used in HV electri-cal equipment are presented as follows.

a) Ceramics.

Ceramics are fragile materials, which due to their manufacturing process (drying and then firing in an oven) and the dimensional to-lerances needed to verify the qua-lity of the final product, require testing samples by the application of a bending moment, inevitably destroying them.



- 51

4.3 valores admisibles de materiales

Los valores admisibles deben estar de acuerdo con la ETG 1.020, que indica las exigencias que deben cumplir los materiales frágiles y dúctiles, así como los factores de seguridad que debe cumplir cada tipo de material usado en la construcción de equipos eléctri-cos de alta tensión (AT).

4.3.1 Materiales comúnmente utilizados.

En los equipos eléctricos de AT, los materiales comúnmente utili-zados son:

a) la porcelana, las que se encuen-tran en los bushings, aisladores soportes, cámaras de interrupto-res, etc.

b) el vidrio, el que se encuentra en cadenas de aisladores,

c) la resina epóxica, polímeros y si-liconas (reforzadas con fibra de vidrio), en bushings y aisladores soportes de alta y media tensión,

d) el aluminio fundido, que se en-cuentra en las bridas y en la base de los aisladores soporte.

e) Fierro fundido, acero, etc.

Cada uno de los materiales indica-dos tienen su propias característi-cas mecánicas como dieléctricas, las cuales deben ser probadas y certificadas por la fábrica, prime-ro en las pruebas tipo al momento del diseño de un equipo y poste-riormente mediante pruebas de rutina que debe realizar la fábrica al adquirir una partida de estos materiales, mediante la cual de-muestra al usuario que se mantie-ne la calidad original tanto mecá-nica como eléctrica.

4.3.2 Factores de seguridad

Se consideran los siguientes facto-res de seguridad (FS), dependiendo del tipo de material:

a) materiales frágiles, como la porce-lana o aleación de aluminio fundi-do, el FS ≥2,0 respecto al valor del momento de ruptura del material, el cual se determina mediante la ro-tura de 3 especímenes sometidos a momento mediante fuerza cantilé-ver y calculado como (µ– 2s), donde

µ = promedio de la muestra

s = desviación estándar de la muestra

El concepto de valor (µ-2s) se explica en el Anexo A de este informe.

b) materiales dúctiles, como acero, este FS ≥1,25 respecto al valor de fluencia del material.

4.3.3 Valores admisibles de la tasa de trabajo

Considerando lo antes indicado, se presentan a continuación en forma esquemática, las exigencias que se consideran para determi-nar los valores admisibles de la tasa de trabajo de los materiales comúnmente utilizados en equi-pos eléctricos de AT.

a) Porcelanas.

Las porcelanas son materiales frági-les que por su proceso de fabrica-ción, de secado y luego de cocido dentro del horno y sus tolerancias en las dimensiones exige, para ve-rificar la calidad del producto final, que muestras de estas deban ser ensayadas a la ruptura mediante la aplicación de momento a la flexión.


52 -

The sample used for this test should be a minimum of three (3) units, from which the median value (µ) and the standard de-viation (s) are determined, obtai-ning the value of the statistical minimum bending moment at rupture of (µ - 2s).

It is fundamental that this test to verify the bending moment at failure is carried out with the ce-ramic placed in the same type of tie as will be used when in ser-vice. That is, the same material, the same types and dimensions, the same height of tie and type of cementing, and fixed to the test bench by the means shown in the isolator designs with no additional external clamps. The rupture on bending can occur in the ceramic, its cementation or at the tie, either in its upper part or at the points where the tie support is anchored to the sup-porting structure. It is recom-mended that these tests record the force curve vs. displacement in the upper part of the isolator.

Along with the rupture in ben-ding test, all measurements of the ceramic and its tie should be verified. The measurements of the diameters of the cera-mic, both interior and exterior, are fundamental in determining the load rate (σ) of the mate-rial, which should be within ty-pical expected values for this type of ceramic as stated by the manufacturer.

The typical and expected values and of forces of rupture in ben-ding, not including the security factor (SF), are:

Minimum statistical load rate (µ - 2s) in normally cemented (Portland) ceramics: 400 ≤ σ ≤ 550 daN/cm2, for isolator core diame-ters not greater than 400 mm.

For greater isolator core diame-ters and with clamp anchorage systems the acceptable load rate is 110 daN/cm2.

The cement used between the ce-ramic and flange should be made of a sulfur free compound, such as Portland cement or aluminous ce-ment, because sulfur based com-pounds have reduced mechanical resistance to temperature and depending on the design of the tie can produce slip between the ceramic and tie when put under load.

s = F*(H- h)/ W [daN/cm2],

Where,M: Moment at rupture with a value of

(µ - 2s), being M= F* (H-h), in daN*cm

W: is the moment of resistance of the cri-tical section of the ceramic, considering the tolerances in the dimensions at their most demanding conditions, in cm3.



- 53

La muestra de esta prueba debe ser mínimo de tres (3) unidades, a las cuales se le determina el valor me-dio (µ) y la desviación estándar (s), obteniéndose el valor del momento mínimo estadístico de ruptura a la flexión de (µ - 2s).

Es fundamental que esta prueba de verificación del momento de ruptura a la flexión se realice con la porcelana instalada en el mismo tipo de brida con la que trabajará en servicio. Esto es, el mismo material, las mismas formas y dimensiones, que mantenga la misma altura de la brida y del tipo de cementación, y que se fije a la mesa de ensayo por los medios previstos en el dise-ño del aislador y no usar en forma adicional mordazas (clamps) ex-teriores. La ruptura a la flexión se puede producir en la porcelana, por su cementación, o por la brida sea en su parte superior o en los puntos donde esta brida soporte se ancla a la estructura soporte. Es recomen-dable en estas pruebas registrar la curva fuerza vs. desplazamiento de la parte superior del aislador.

Junto con la prueba de ruptura a la flexión, se debe verificar todas las medidas de la porcelana y de su brida. Las dimensiones de los diámetros de la porcelana, tanto interiores como exteriores son fundamentales para determinar la tasa de trabajo (s) del material, la cual debe estar dentro de un va-lor típico esperado para este tipo de porcelanas declarado por el fabricante.

Los valores típicos y esperados de esfuerzos de ruptura a la flexión, sin incluir el factor de seguridad (FS), son:

Tasa de trabajo mínima estadística (µ - 2s) en porcelanas normales ce-mentadas (Portland): 400 ≤ s ≤ 550 daN/cm2, para diámetros del núcleo del aislador no superior a 400 mm.

Para diámetros mayores del nú-cleo del aislador y con sistemas de fijación por mordazas este valor de tasa de trabajo admisible es del orden de los 110 daN/cm2.

La cementación entre porcelana y flange debe ser de compuesto libre de azufre como el cemento Portland o cemento alumínico, de-bido a que los compuestos en base a azufre presentan el inconveniente que reducen su resistencia mecáni-ca con la temperatura y dependien-do del diseño de la brida presentan deslizamientos relativos entre por-celana y brida ante esfuerzos.

s = F*(H- h)/ W [daN/cm2],

Donde,M: Momento de ruptura en su valor de

(µ - 2s), siendo M= F* (H-h), en daN*cm

W: es el momento resistente de la sección crítica de la porcelana, considerando las tolerancias en las dimensiones en la condición más exigente en cm3.


54 -

The value of σ depends on the qua-lity of the ceramic and the type of anchorage to the tie. With cemen-ted attachment this value also de-pends on the height of the tie which is used.

b) Forged Aluminum Alloy.

This material, because of its cha-racteristics, is the weakest part of the isolator support, it consists of fragile material, with a bending load rate similar to that of ceramics, and which in the manufacturing pro-cess, during smelting, is likely not to produce a homogeneous material without some kind of contamina-tion, leaving weak points, which are fragile and fail when put under loads such as those which occur during an earthquake. This problem with the forged aluminum base support is demonstrated to have produced a high percentage of failures during the 27-F Earthquake in Chile.

As it is very difficult to calculate the load rate of a specific ceramic support or tie in a suitable way, it is considered more practical to sub-mit the forged aluminum support for actual bending trials, together with the ceramics, as a single piece, and as a consequence it should also comply with SF ≥ 2.0.

For other forged aluminum alloys which are subject to bending for-ces, as occurs with breakers or bus-hings, the recommendation is that rupture in bending tests be carried out on at least 3 samples to deter-mine the minimum statistical rup-ture value (µ-2s).

c) Polymer Isolators.

One of the strengths of this type of isolator is that, in general, they have

a better resistance to bending mo-ment at rupture via a cantilever for-ce, that is, they have a better seis-mic behavior than ceramics. These isolators get their resistance to ben-ding because they have a fiberglass cylinder impregnated with epoxy resin and glued to the metallic flan-ge both at the base and at the top.

On the other hand it is known that polymer isolators have the following weaknesses:

a. Solar radiation alters their electrical and mechanical properties.

Also, environmental conditions affect the adhesives which glue the polymer isolator to the base sup-port (tie). With regard to this, ex-perience shows that practically all adhesives lose their original charac-teristics over time.

b. In desert areas, wind gathers up sand, which produces an effect si-milar to sandpapering in isolators, which means that they rapidly lose their dielectric properties; and if we also consider that the isolator is located in coastal environments with high salt humidity, dust starts to build up deposits on their surfa-ce, causing superficial current leaks, and within a short time produce dielectric failure.



- 55

El valor de s depende de la cali-dad de la porcelana y del tipo de fijación a la brida. Con fijación ce-mentada este valor depende tam-bién de la altura de la brida que se use.

b) Aleación de aluminio fundido.

Este material por sus caracterís-ticas es el talón de Aquiles de los soportes de los aisladores, pues es un material de tipo frágil, de una tasa de trabajo a la flexión si-milar al de la porcelana, y que en el proceso de fabricación durante la fundición es probable que no se logre un material homogéneo y sin alguna contaminación, que-dando puntos débiles, y que fallan en forma frágil al ser sometidos a esfuerzos como los ocurridos du-rante un sismo. Hacemos ver que este problema de la base soporte de aluminio fundido es el que pre-sentó un alto porcentaje de fallas durante el terremoto del 27.02.10 en Chile.

Como es muy difícil calcular en forma apropiada la tasa de tra-bajo de un determinado soporte o brida de la porcelana, se consi-dera que lo práctico es someter este soporte de aluminio fundido a pruebas reales, junto con la por-celana a la flexión, constituyendo un único elemento, y en conse-cuencia también debe cumplir con el FS ≥ 2,0.

Para otras piezas de aleación de aluminio fundido que sean so-metidos a esfuerzos de flexión, como sucede con piezas de in-terruptores o bushings, se re-comienda efectuar pruebas de ruptura a la flexión en al menos 3 especímenes para determinar

el valor mínimo estadístico de ruptura (µ-2s).

c) Aisladores poliméricos.

Este tipo de aisladores en general tienen como fortaleza que resis-ten mejor el momento de ruptura a la flexión mediante fuerza can-tiléver, es decir, tiene un mejor comportamiento sísmico que la porcelana. Estos aisladores obtie-nen su resistencia a la flexión de-bido a que disponen de un cilindro de fibra de vidrio impregnada en resina epóxica y pegado al flange metálico tanto en la base como en su parte superior.

Por otra parte es sabido que los aisla-dores poliméricos tienen las siguientes debilidades:

a. La radiación solar altera las pro-piedades eléctricas y mecánicas de éstos.

Además, las condiciones ambien-tales afectan a los pegamentos que unen el aislador polimérico con su base soporte (brida). Al respecto, de acuerdo a la expe-riencia, prácticamente todos los pegamentos envejecen perdiendo sus características originales.

b. En zonas desérticas, el viento le-vanta arena, lo que produce un efecto similar al del lijado en los aisladores, lo que hace que éstos pierdan rápidamente sus propie-dades dieléctricas, y si además consideramos que el aislador está ubicado en un ambiente costero de alta humedad salina, el polvo comienza a depositarse sobre la superficie de éstos, lo que puede provocar corrientes de fuga su-perficiales y en corto tiempo se producirá una falla dieléctrica.


56 -

As this type of isolator has been de-veloped relatively recently, its use has not become widespread in elec-tric companies, there are known ca-ses in which they have been affec-ted by solar radiation, altering their electrical and mechanical proper-ties with the consequent prematu-re failure and significant reduction in their lifespan.

The following is how regulations establish the resistance of poly-mer isolators:

The manufacturer defines an SML (specified mechanical load) value, and routine tests involve canti-lever test at 50% of the SML in 4 orthogonal directions of the iso-lator. (IEEE 693-2005 paragraph A.1.2.5.1).

For this test it is required that the upper portion of the isolator does not surpass the maximum allowed displacement, in compliance with the following values (IEEE 693-2005 paragraph A.2.1.b).1).iv)):

- 21 cm from 138 kV to 230 kV




According to the above, the isolators were never tested at the SML

(specified mechanical load) level!

As a typical test, the standard only requires the design to be submitted to a “shed test”, ma-king it valid for all nominal vol-tages with such design, which attempts to test the seal on the lower flange of the isolator, applying 50% of the SML in can-tilever, maintaining this load for 2 minutes.

In this situation the base is coa-ted with penetrating liquids, then the force is released and cuts are made along and across flange cri-tical zones. The marks caused by the penetrating liquids should not be deeper than 2mm from the surface. (IEEE 693-2005 paragraph A.4.4).

According to the above, the poly-mer isolator is never tested to the SML value, neither in routine nor in typical tests.

If these isolators are purchased it is recommended that a typical test be carried out at 100% of SML and, additionally, that the same sample be analyzed by pe-netrating liquids and cutting the flange.



- 57

Por ser este tipo de aisladores de un desarrollo relativamente re-ciente, su uso no se ha masificado dentro de las empresas eléctricas, se sabe de casos en que han sido afectados por la radiación solar, alterando las propiedades eléctri-cas y mecánicas de éstos, con la consiguiente falla antes de lo es-perado con una reducción impor-tante de su vida útil.

La forma como las normas esta-blecen la resistencia de los aisla-dores poliméricos es la siguiente:

El fabricante define un valor SML (specified mechanical load) y las pruebas de rutina contemplan probar a cantiléver al 50% del SML en las 4 direcciones ortogonales del aislador.(IEEE 693-2005 párra-fo A.1.2.5.1).

Para esta prueba también se exige no sobrepasar desplazamientos

máximos permitidos de la parte superior del aislador, según los siguientes valores (IEEE 693-2005 párrafo A.2.1.b).1).iv)):

- 21 cm para 138 kV a 230 kV

- 26 cm para mayores de 230 kV a 361 kV



¡De acuerdo a ésto, los aisladores nunca son probados al nivel del

SML (specified mechanical load)!

Como prueba tipo la norma sólo exige que un diseño se someta al ensayo de “shed test” , haciéndo-lo válido para todas las tensiones nominales con dicho diseño, la cual intenta probar el sello en el flange inferior del aislador, apli-cando 50% del SML en cantiléver manteniendo esta carga durante 2 minutos.

En esta situación se pinta la base con líquidos penetrantes, luego se libera la fuerza y se hacen cortes longitudinales y transversales en la zona critica del flange. Las mar-cas de los líquidos penetrantes no deben penetrar más de 2 mm des-de la superficie. (IEEE 693-2005 párrafo A.4.4).

Según lo anterior, el aislador poli-mérico no se prueba nunca al va-lor SML, ni en prueba de rutina ni de tipo.

En caso de compra de estos ais-ladores se recomienda hacer una prueba de tipo al 100% del SML y efectuar además en el mismo es-pécimen el examen por líquidos penetrantes y corte del flange.


58 -

4.4 Recommendation for updatingthe current seismic technical specifica-tion (Preparation of a unified and updated seismic specification):

Regarding seismic design require-ments for electrical equipment, the technical safety and service quality standards (NTS&CS from the Spanish) refers to the Endesa technical specifi-cation ETG- 1020.

As a result of the review completed by this committee, which studied the effects on the electric system due to the 27-F earthquake, it can be concluded that a review of the aforementioned seismic specification is necessary so as to incor-porate lessons learnt along with other possible updates, in accordance with what is being called for in other interna-tional publications such as standard IEEE Std 693-2005 and the state of the art re-garding this. It is recommended that the Electricity Generation, Transmission and Distribution Sectors and the National Energy Council authority establish a working group in order to develop the updated seismic specification to replace ETG-1.020 by a unified specification for the electric sector in the next revision of the Technical Standard.

Together with the unified specification, a mechanism for future updates should be defined.

The new specification should reflect the experience and lessons learned from this earthquake. Specialist consultants from universities should also participate in the work that is to be carried out.

If there is further interest in the initative, from both companies and the authori-ty, then the Chilean CIGRE Committee offers its cooperation to organize the development of this working group.

4.5 Recommended measures to deal with emergencies

4.5.1 The transmission system scenario

Outstanding issues and les-sons learned from the 27-F ear-thquake, for both the electric sector and companies are des-cribed below:

AUTHORITIES AND MEMBERS OF THE ELECTRICAL SECTOR:

Consistency with design criteria and grid planning:

Operational plans are not suffi-cient when it comes to facing di-sasters, from this fact stems the importance of improving seismic design standards, ensuring their correct application, in addition to improving safety standards for grid operation.

a) System safety standards:There is an ongoing discussion within the sector about the safety standards which should be used in planning and in the operation of the transmission system:

• There are currently various important sections in the SIC transmission system (Central Interconnected System) which do not have the necessary infras-tructure to be able to be operated with the N-1 criterion. The tech-nical safety and service quality standards (NTS&CS) should ad-dress these deficiencies.

• It is necessary that both bars and transformers be considered as re-levant components in attaining grid reliability.



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4.4 Recomendación de actualización de la especificación técnica sísmica vigente (preparación especificación sísmica unificada y actualizada):

En lo que respecta a requerimientos de diseño sísmico enfocado a los equipos eléctricos, la norma técnica de seguridad y calidad de servicio (NTS&CS) hace re-ferencia a la especificación técnica ETG- 1020 de Endesa.

Como resultado de las revisiones realizadas por este comité de estudio de los efectos del terremoto del 27 de febrero de 2010 en el sistema eléctrico, se puede concluir que se hace necesario realizar una revisión de dicha especificación técnica sísmica de modo tal de incorporar en ella las leccio-nes aprendidas de este estudio y posibles actualizaciones con lo que se está exigien-do en otras publicaciones internacionales como podría ser la Norma IEEE Std 693-2005 y el estado del arte de la ciencia a este respecto. Se recomienda al Sector de la Generación, Transmisión y Distribución de Electricidad, y a la Autoridad, CNE, for-mar un grupo de trabajo para desarrollar la especificación sísmica actualizada que reemplace la ETG-1.020 en la próxima revi-sión de la Norma Técnica por una especifi-cación unificada del Sector Eléctrico.

Junto con la especificación unificada se debe definir un mecanismo de actualiza-ción futura.

La nueva especificación debiera recoger las experiencias y lecciones aprendidas de este terremoto. En el trabajo que se debe realizar debiera participar también como asesores el sector académico uni-versitario en esta especialidad.

De haber interés en las ideas, tanto en las empresas como en la autoridad, el Comité Chileno del CIGRÉ ofrece su cola-boración para organizar el desarrollo de este grupo de trabajo.

4.5 Medidas recomendables para atender emergencias

4.5.1 Visión desde la perspectiva del sistema de transmisión

Los temas pendientes y las leccio-nes aprendidas luego del terre-moto ocurrido el 27 de febrero de 2010 tanto para el sector eléctrico como para las empresas, se indi-can a continuación:

AUTORIDAD E INTEGRANTES DEL SECTOR ELÉCTRICO:

La coherencia con los criterios de diseño y de planeación de la red:

Los planes operacionales no bas-tan a la hora de enfrentar de-sastres, de allí la importancia de mejorar los estándares de diseño sísmico, velando que éstos sean aplicados y además mejorar los estándares de seguridad para la operación de la red.

a) Estándares de seguridad del sistema:

Se instaló en la agenda del sector la discusión acerca de los estánda-res de seguridad que se deben uti-lizar en la planificación y en la ope-ración del sistema de transmisión:

• Actualmente existen varios tra-mos importantes del sistema de transmisión del SIC que no tienen la infraestructura necesaria para ser operadas con criterio N-1. La Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio (NTS&CS) debe corregir estas deficiencias

• Se ve necesario que tanto las barras como los transformadores sean considerados como elementos re-levantes para la confiabilidad de la red.


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• Reinforcing the attributions and autonomy of the operational di-rections of the Economic Load Dispatch Center (CDEC) so that secure operating conditions exist when facing specific events or conditions which affect the sys-tems.

• Provide for oversizes in the trans-mission system, which will allow the recovery of the system in few hours and getting replacements in a few days. Without reserves and/or spare parts, recovery can take months or years.

• Defining the standards for trans-mission infrastructure auxiliary services. The reliability of the auxiliary services (AS) is based on the safety of the substa-tions (SS/EE) and radio stations (RR/EE).

b) General plans to face disasters:

General plans have to be made for dealing with disasters, these should:

• Set policies and plans to face di-sasters affecting the energy sec-tor, with common criteria and re-quests which permit discussions among relevant parties.

• Define policing standards for all the players, and plans to verify the capabilities and preparation when dealing with natural di-sasters.

• Define national contingency plans geared towards the improvement of coordination between compa-nies and the authority.

• Define standards of communi-cations to be used in the opera-

tion of the transmission system, in particular for the backbone transmission system.

TRANSMISSION COMPANIES:

a) Company plans and internal pro-cedures:

The realities of post earthquake damage, its dispersion along the electric system and the simulta-neous effects on the infrastructu-re of public services in general re-quires a review of the coherence in contingency planning, in light of the emergencies and the opera-tional continuity of the company.

• Update of permanent emergency planning (permanent failure in in-frastructure).

• A new vision is required regarding the dependency of the auxiliary service systems and their backup levels. Determining the criticality of each consumption point in order to define the type of Auxiliary System grid and backup levels associated to the emergency groups.

• Standards for communications must be set.

• A new vision is required regarding the priority given to replacing in-frastructure damaged in disasters.

• While attending to the emergency, it is also necessary to incorporate new tests for equipment, which will become part of the standards in force. This will help in deciding how to connect installations after the disaster.

• Reinforce the loyalty of both inter-nal and third party staff, essential in achieving results within a short timeframe after a major disaster.



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• Reforzar las atribuciones y auto-nomía de las direcciones opera-tivas de los CDEC para hacer pre-valecer condiciones de operación seguras ante determinados even-tos o condiciones que afecten a los sistemas.

• Propiciar la existencia de holguras en el sistema de transmisión, lo que permitiría la recuperación del sistema en horas, los repuestos en días. Sin reserva y/o repuestos la recuperación puede alcanzar me-ses o años.

• Definir los estándares de los servi-cios auxiliares de las instalaciones de transmisión. La confiabilidad de los servicios auxiliares (SSAA) está en la base de la seguridad de las subestaciones (SS/EE) y radioesta-ciones (RR/EE).

b) Planes generales para enfrentar desastres:

Es necesario elaborar planes ge-nerales para enfrentar desastres, con los que se debe conseguir:

• Fijar políticas y planes para enfren-tar desastres aplicables al sector energía, con criterios comunes e instancias que permitan la discu-sión entre las partes involucradas.

• Definir estándares de exigibilidad para todos los actores y planes de verificación de capacidades y pre-paración ante desastres naturales.

• Definir planes de contingencia na-cionales, orientados a mejorar la coordinación entre las empresas y la autoridad.

• Definir estándares de comunicación a utilizar en la operación del sistema de transmisión, en particular para el sistema de transmisión troncal.

EMPRESAS DE TRANSMISIóN:

a) Los planes y procedimientos inter-nos de las empresas:

La realidad de los daños post terre-moto, su dispersión en el sistema eléctrico y los efectos simultáneos sobre la infraestructura de servi-cios públicos en general, obliga a revisar la coherencia de los planes de contención ante emergencias y de continuidad operacional de la empresa.

• Actualización de planes ante emergencias permanentes (falla permanente de instalaciones).

• Se requiere una nueva mirada acerca de la dependencia de los sistemas de servicios auxi-liares y sus niveles de respaldo. Determinando la criticidad de cada uno de los consumos para definir el tipo de red de SS/AA y el nivel de respaldo asociado a los grupos de emergencia.

• Se requiere fijar estándares para las comunicaciones.

• Se requiere una nueva mirada acerca de la prioridad del reem-plazo de las instalaciones falladas debido al desastre.

• Durante la atención de la emer-gencia, es necesario incorporar nuevas pruebas a equipos, que pasarán a formar parte de los es-tándares en aplicación. Las que permitirán decidir la conexión de las instalaciones después del de-sastre.

• Reforzar la fidelidad del personal, propio y de empresas de servicio, condición esencial para lograr re-sultados en plazos cortos después de la catástrofe.


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4.5.2 The distribution and sub-transmission scenario

The situation generated by the crisis suffered by the sub-trans-mission and distribution electri-cal systems during and after the earthquake, triggered a series of actions, some of them planed while others had to be develo-ped on the spot.

How these measures were ac-tually carried out bears rela-tion to the need to differentiate between those typical actions needed to restore service and others related to prior logistics and how they are applied in case of greater contingency.

The following section describes how electrical services were restored to more than 80% of clients from the electrical dis-tribution companies in a very short timescale and how the remaining 20%, with their more serious problems, had their ser-vices gradually restituted.

a) CRISIS COMMITTEE

It is necessary to set up a cri-sis committee which operates given certain events or large-scale crises, whose objective is to reestablish service. The main role among its tasks should be:

• Having a quick survey of dama-ge to infrastructure.

• Having an outlook of the supply system from the perspective of an interconnected system.

• Managing the provision of hu-man resources and materials so as to face the emergency

• Generating coordination re-quests with national and regio-nal authorities.

• Establishing a specialized press center.

b) GRID OPERATION AND DISPATCH.

Shift personnel in dispatch cen-ters should be trained in such a way that the measures and ac-tions taken by them are coordi-nated with the emergency servi-ces as follows:

• Once the damages have been verified in contribution points, initiate protocols for the reco-very of the Sub-transmission System. This starts with basic electrical schematics of electri-cal islands which should be gra-dually linked up. The same sche-matics should be applied to LV and MV Distribution Systems.

• Initial recovery should prioriti-ze the most important facilities and those that have the greatest impact in service recovery, in order of priority: sub-transmis-sion lines, power substations, MV feeders, postponing dealing with client complaints until the level of service listed above has been recovered.

• Regional decentralized dispatch, supervising areas no greater than 300,000 to 400,000 clients.

• Efficient and adaptable opera-tions.



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4.5.2 Visión desde el punto de vista de la distribución y subtransmisión

La situación generada por la cri-sis que sufrieron los sistemas eléctricos de subtransmisión y distribución durante y posterior-mente al terremoto, pusieron en marcha una serie de acciones que se tenían previstas con an-ticipación y otras que resultaron necesarias de desarrollar en el momento.

La agrupación de las medidas lleva-das a cabo está relacionada con la necesidad de diferenciar acciones típicas de restitución del servicio y otras netamente relacionadas con la logística previa y aplicada en ca-sos de contingencia mayor.

La descripción de los subcapítu-los siguientes permitió restaurar el servicio eléctrico a los clientes de las empresas eléctricas de dis-tribución en un tiempo muy re-ducido para más del 80% de ellos, cubriendo el 20% restante de for-ma paulatina en la medida que se atendían los problemas de mayor envergadura.

a) COMITÉ DE CRISIS

Tener definido un comité de crisis que opere frente a determinados eventos o crisis de envergadura con el objeto de restablecer el ser-vicio, el cual debe tener entre sus funciones:

• Tener un rápido catastro de los da-ños en las instalaciones.

• Conocer las perspectivas de abastecimiento desde el Sistema Interconectado.

• Gestionar la provisión de recursos humanos y materiales para en-frentar la emergencia

• Generar la instancia de coordina-ción con las autoridades naciona-les y regionales.

• Constitución de un centro de pren-sa especializado.

b) OPERACIóN Y DESPACHO DE LA RED

El personal de turno en los despa-chos debe estar instruido de modo tal que las medidas y acciones to-madas por éstos sean en coordina-ción con las brigadas de emergen-cia también en turno, las cuales se indican a continuación:

• Una vez constatados daños visi-bles en puntos de aportes, iniciar protocolo para la recuperación del Sistema de Subtransmisión, el que parte con un esquema eléc-trico básico de islas eléctricas, las que deben ser enlazadas gradual-mente. Mismo esquema debe ser aplicado para el Sistema de Distribución MT y BT.

• La recuperación inicial debe ser priorizando las instalaciones más importantes y de mayor impacto en la recuperación del servicio, como son en orden de prioridad: líneas de subtransmisión, subestaciones de poder, alimentadores MT poster-gando la utilización de los reclamos de los clientes para cuando el nivel de servicio se haya recuperado en los casos anteriores.

• Despacho regional descentraliza-do, supervisando áreas no mayo-res a 300.000 - 400.000 clientes.

• Operaciones eficientes y adapta-bles.


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c) SERVICE RECOVERY PLANS

Actions relevant to the work to be carried out immediately in the facilities of the distribution com-pany, both by internal personnel and subcontractors:

• Inspection of the main HV/MV sub-transmission lines and subs-tation infrastructure, which would enable restarting after recovering service to the distribution system.

• In high and mid voltage substa-tions, inspect and take action to bring them back online:

♦ Checking and resetting the tri-ggered breakers mainly asso-ciated to power transformers in substations.

♦ Survey of major damage which would require planning for repairs.

♦ Checking and/or removal of damaged equipment.

♦ Provisional repairs.

• Recovery of mid voltage feeders: along with activating the first substations capable of being pla-ced back in service, check feeders which have minor damages and which are capable of being quic-kly repaired.

• Restoration of medium and low voltage joint connections: use of technical-commercial systems to identify recovery points on plani-metrics.

• Assign priority to municipalities or Zones having a high concentration of LV and domestic complaints: assign most of the inspectors who are collecting information and have teams to normalize LV and any do-mestic failures in selected zones.

• Inspection and recovery of ser-vice in high-rise buildings aiming to reconnect supply to concen-trated groups of clients.

• Singling out clients defined as sensitive and requiring priority attention: Private and public hos-pitals, Metro (Subway), sewage treatment plants, water compa-nies, gas stations, mobile phone operators, supermarkets and freeways.

d) ON SITE PERSONNEL

Have highly motivated and qua-lified personnel, well equipped, disciplined, trained in risk pre-vention and with all their basic needs and those of their families covered. Fully capable of harnes-sing the commitment, capacity and experience of our own staff and those of our collaborating companies.

e) COMMUNICATIONS

• Have robust systems, with wide geographical coverage, high au-tonomy and their own (not pu-blic) voice radio-communications for delivery of operational tasks. Maintain alternative mobile com-munication systems.

• Set up an effective coordina-tion with regional authorities. Coordination with the Emergency Committee directed by the Regional Town Halls and muni-cipalities, reporting current si-tuation and progress of the plan. Define together the priorities of the tasks for the normalization of electric service in special cases and in each sector.



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c) PLANES DE RECUPERACIóN DEL SERVICIO

Acciones relacionadas con los tra-bajos a ejecutar inmediatamente en las instalaciones de las empresas distribuidoras, tanto por personal propio como de contratistas.

• Inspección de las principales ins-talaciones de líneas de subtrans-misión y subestaciones AT/MT que permitan reiniciar la posterior recuperación de servicio hacia el sistema de distribución.

• En subestaciones de alta y media tensión inspeccionar y tomar ac-ciones para proceder a su energi-zación:♦Reconocimiento y reseteo de las

protecciones operadas asociadas principalmente transformadores de poder en subestaciones.

♦Levantamiento de daños mayo-res que implicarían una planifica-ción para su reparación.

♦Reapriete y/o retiro equipos da-ñados.

♦Reparaciones de carácter provi-sorio.

• Restauración de alimentadores de media tensión: Junto con energizar las primeras subestaciones aptas para entrar en servicio, reconocer aquellos alimentadores que presen-ten daños menores y que puedan ser reparados rápidamente.

• Restauración de arranques de em-palmes de media y baja tensión: Utilización de los sistemas técnico-comercial para identificar puntos de reclamo sobre planimetría.

• Atención de Comunas o Zonas con alta concentración de reclamos BT y domicilios: Asignar la mayor cantidad de inspectores realizando

labores de levantamiento de infor-mación y disponiendo de cuadrillas Integrales para normalizar fallas de BT y Domiciliarias en zonas seleccio-nadas.

• Inspección y restauración de edi-ficios para reponer el suministro a clientes concentrados.

• Atención de clientes definidos como sensibles con atención prioritaria: hospitales, clínicas, Metro, plantas de tratamiento de agua, compañías de agua potable, estaciones de ser-vicio, compañías de telefonía móvil, supermercados y autopistas.

d) PERSONAL EN TERRENO

Contar con personal altamente mo-tivado y calificado, bien equipado y disciplinado, entrenado en preven-ción de riesgos y apoyado con una logística para cubrir sus necesidades básicas y la de sus grupos familiares. Disponer del compromiso, capaci-dad y experiencia del personal pro-pio y de empresas colaboradoras.

e) COMUNICACIONES

• Contar con sistemas robustos, de amplia cobertura geográfica, de gran autonomía y propios (no públi-cos) para radiocomunicaciones de voz en despacho de tareas operati-vas. Mantener sistemas de comuni-cación móviles alternativos.

• Desplegar una coordinación efectiva con autoridades regionales. Coordi-nación con el Comité de Emergen-cia dirigido por la Intendencia Re-gional y con los municipios, repor-tando situación y el avance del plan. Definir en conjunto la priorización de los trabajos de normalización del servicio eléctrico en casos especia-les y en cada sector.


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• Have a system of satellite tele-phones activated and capable of coordinating with the central le-vels of the companies.

• Organize external communica-tions using just the one broadcas-ting channel.

f) BACKUP GENERATION

There should be a power ge-neration system which can be quickly brought online and ba-sed on small and medium sized units, typically 100 to 250 kW and small 10 kW units for local emergencies, along with a secu-re source of fuel.

g) CONFIGURATION OF THE SUB-TRANSMISSION AND DISTRIBUTION GRID

Grid design should contemplate a double-ring sub-transmission cir-cuit with inter-connectable radial grids for distribution.

h) SAFE WORK

There should be safety procedu-res in place to avoid accidents; these should be in compliance with work standards , golden rules and direct inspection.

i) LOGISTICS CHAIN

These measures should be imple-mented and verified periodically by the maintenance areas, listing contingency simulations and an adequate stock of spare parts.

• Having emergency plans which are updated, have been practi-

ced, and are simple to apply; in-volving the whole organization.

• A robust logistics system is nee-ded, having important materials stockpiled, capable of being res-ponsive and dynamic in order to access working areas.

• The logistics for staff food deli-very and fuel provision for ve-hicles should be seen to with a similar level of detail.

• Maintaining an updated databa-se of sensitive clients.

• Periodic check of the elements needed to cope with emergen-cies, such as flashlights, basic toolkits, personal protective equipment, consumables and lesser materials.

• When dispatching materials, service should be given priority over any restrictions imposed by management and control sys-tems (purchase order approvals, workflows, etc), relying on re-cords circumventing accounting systems when taking materials from warehouses. For this, the-re should be one designated su-pervisor per working area with the ability to make on-the-spot decisions regarding technical solutions to be implemented, approvals for when removing materials, contracting of machi-nes and personnel, etc.

• Having support protocols in pla-ce between companies.

• Having suppliers of transport services and cranes available 24 hours a day, every day of the year, along with adequate con-tracts.



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• Tener habilitado y vigente un sis-tema de telefonía satelital para la coordinación con niveles centrales de las empresas.

• Procurar el ordenamiento de las co-municaciones externas utilizando un solo canal de salida.

f) GENERACIóN DE RESPALDO

Se debe contar con un sistema de generación de rápida habilitación y basada en potencias pequeñas y medianas, típicamente de 100 a 250 kW y equipos menores 10 kW para urgencias puntuales, con una logística segura de combustible.

g) CONFIGURACION DE LA RED SUBTRANSMISIóN Y DISTRIBUCIóN

El diseño de las redes debe con-siderar un anillo de doble circuito en subtransmisión y con redes ra-diales que sean interconectables en distribución.

h) TRABAJO SEGURO

Se debe disponer de procedi-mientos seguros de intervención para evitar accidentes, los cuales deben estar de acuerdo con las Normas de intervención, reglas de oro e inspección directa.

i) CADENA LOGÍSTICA

Estas medidas deben estar imple-mentadas y verificadas periódica-mente por parte de las áreas de mantenimiento, destacando los simulacros de atención ante con-

tingencias y un stock adecuado de repuestos.

• Disponer de planes de emergencia actualizados, entrenados y simples en aplicación, que involucren a toda la organización.

• Se requiere de una logística robus-ta, con stocks importantes de ma-teriales, ágil y dinámica para acce-der a los frentes de trabajo.

• La logística de la alimentación del personal y provisión de combusti-bles para vehículos debe ser aten-dida con similar atención.

• Mantener un catastro actualizado de clientes sensibles.

• Verificación periódica de los ele-mentos necesarios para atender emergencias, tales como linternas, maletines básicos de herramientas, elementos de protección personal, insumos y materiales menores.

• En el despacho de materiales se debe privilegiar el servicio por so-bre las restricciones impuestas por los sistemas de gestión y control (aprobaciones de órdenes de com-pra, workflow, etc), apoyándose en registros extracontables de los materiales retirados desde los al-macenes. Para esto se debe definir a un jefe por frente de trabajo con capacidad de tomar decisiones en terreno referente a soluciones téc-nicas a implementar, aprobación de salidas de materiales, contra-tación de maquinarias y personal, etc.

• Disponer de protocolos de apoyo entre empresas.

• Contar con proveedores de servicio de transporte y grúas disponibles 24 horas todos los días del año, me-diante contratos adecuados.


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• Having sufficient stock of spare parts, accessories and critical com-ponents to cope with earthquakes (presses, radiators, bushings, light-ning arresters, instrument transfor-mers). Particularly a stock of certi-fied and sealed dielectric oil should be maintained for immediate use, and high voltage isolators in order to assemble provisional schemes in situ and in high voltage bars.

• Establishing a systematic zoning for infrastructure with high voltage equipment and allowing medium and low voltage grids.

• Carrying out contingency simula-tions at least once a year in order to assess performance levels.

j) RECOMMENDED EMERGENCY PROTOCOL

One of the first actions after a large scale contingency such as an ear-thquake is the restoration of elec-tric service to all clients. Electricity is seen as a primary service for the community, and its continui-ty is fundamental to carry out the industrial, commercial and social activities of a country. Given a na-tural catastrophe, the restoration of electricity becomes a clear sig-nal of normalization and safety for the whole community, which sees this restoration as the first signal of calm and stability which are so pre-cious in times of hardship.

The actions described in the pre-vious paragraphs have the main ob-jective of reestablishing all the ser-vices which depend on electricity to work, and the described measures bear relation to the precautions to be taken in readiness for these events and the experience genera-

ted by the solutions bought forward given the myriad of contingencies that were dealt with.

Permanent safety vision should pre-vail in these processes, with no ac-cidents nor injuries for personnel in charge of normalization. Previously established protocols and proce-dures, permanently applied under normal conditions, should be still applicable.

The crowning glory of this successful normalization of service to clients is when the works are completed without any accidents to regret.



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• Contar con stock suficiente de re-puestos, accesorios y componentes sensibles de sufrir daño por sismos (prensas, radiadores, bushings, pa-rarrayos, transformadores de me-dida). En especial mantener stock de aceite dieléctrico certificado y sellado para uso inmediato y ais-ladores de alta tensión para armar esquemas provisorios en posicio-nes y barras de alta tensión.

• Establecer una zonificación sísmica para las instalaciones con equipos de alta tensión y para las redes de media y baja tensión.

• Establecer simulacros de contin-gencia por lo menos una vez al año para evaluar niveles de actuación.

j) RECOMENDACIONES EN LA ATENCIóN DE EMERGENCIAS

Una de las primeras acciones poste-riores a un contingencia de magnitud como lo es un terremoto, es la de reponer el servicio de energía eléc-trica a todos los clientes. La energía eléctrica es un servicio de primera necesidad para la comunidad y su continuidad es fundamental para el desarrollo de las actividades indus-triales, comerciales y sociales de un país. En una situación de catástrofe natural la restitución de la energía eléctrica pasa a ser una señal clara de normalización y seguridad para toda la comunidad, la que ve en esta resti-tución los primeros signos de tranqui-lidad y estabilidad tan necesarias en esos momentos.

Las acciones descritas en los pá-rrafos precedentes tienen como principal objetivo restablecer todos los servicios que dependen de la electricidad para su funcionamien-to y las medidas descritas tienen que ver con la previsión ante estos eventos y la experiencia que genera la solución de las muchas contin-gencias atendidas.

Por sobre todo debe existir una visión de la seguridad permanen-te para desarrollar estos procesos sin accidentes ni daños al personal que ejecuta esta normalización, no descuidando los protocolos y pro-cedimientos establecidos con ante-rioridad y que se aplican de forma permanente para los trabajos en condiciones normales.

El éxito de este servicio de norma-lización a los clientes tiene su coro-nación cuando no existen acciden-tes que lamentar al término de las faenas.


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4.6 Emergency spare parts sotck

The seismic event of February 27th, 2010, affecting the cen-tral and southern parts of Chile, affected generation, transmission and distribution facilities, causing damages mainly on site and HV substation equipment and distri-bution grids. Regarding the trans-mission sector, damages were mainly found in breaker isolators, disconnectors, power transfor-mer bushings and instrument transformers.

In order to recover functionalities in all facilities, mostly belonging to the Central Interconnected System (SIC), it was necessary to use existing spare parts found in warehouses belonging to the compromised companies, sour-ced from existent equipment for ongoing projects, from equip-ment borrowed from other com-panies and by-pass solutions, mainly in the case of disconnec-

tors. The emergency was thus overcome, yet leaving the SIC with poor functionalities for a certain amount of time.

This experience laid bare the im-portance of having an adequate availability of spare parts, with some predefined solutions and a mutual support ethos among companies.

Annex B proposes a procedure for establishing a spare parts policy for an Electric Energy Company.



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4.6 Stock de repuestos para emergencia

El evento sísmico ocurrido el 27 de febrero de 2010, que afectó la zona centro-sur de nuestro país, en lo que respecta a las instalacio-nes de generación, transmisión y distribución, ocasionó daños prin-cipalmente a equipos de patios y subestaciones de AT y redes de distribución. En el caso del seg-mento de transmisión los daños se presentaron, principalmente, en los aisladores de interrupto-res, desconectadores, bushings de transformadores de poder y transformadores de medida.

Para la normalización de las ins-talaciones, que en un alto por-centaje forman parte del Sistema Interconectado Central (SIC), fue necesario hacer uso de repues-tos existentes en los almacenes de las empresas dueñas de las instalaciones comprometidas, de equipos de proyectos en desarro-llo, equipos facilitados entre em-presas y soluciones de by-pass, principalmente en el caso de des-conectadores. De esta forma se superó la emergencia, quedando el SIC, por un cierto tiempo, con un grado de precariedad en su funcionamiento.

Esta experiencia dejó de manifies-to, la importancia de disponer de repuestos adecuados en tipo y can-tidad, contar con soluciones prede-finidas y con alianzas de ayuda mu-tua entre empresas del sector.

En Anexo B se propone un proce-dimiento de política de repuestos para una compañía del sector de energía eléctrica.


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5. Conclusions

T his report summarizes the expe-rience endured and recommenda-

tions which arose given the effects of the February 27th, 2010 earthquake in Chile suffered by the Electric companies, so as to be as well prepared for facing similar events in the future as can be.

This Special Committee from CIGRE Chile was able to verify that, in general, the electric system held its own. The mag-nitude of this seismic event was 8.8 in the Richter scale, 30.1 kilometers deep, which implied having great basal accelerations in some areas (greater than 0.5g) affecting structure-equipment assemblies. Many of the electric facilities that suffered ear-thquake damage had been designed taking full account of the Chilean seismic regu-lation in force on the date that particular project was built.

Although there was some damage was evident in electric facilities, they were solved by a swift response from Chilean electric companies, this report points out the causes of such damages — which, in general, are not attributable to insufficient operational requirements, but rather to inappropriate application of such require-ments.

There is always room for improvements and for being better prepared for dealing with contingencies such as earthquakes, though this report focuses on the most re-petitive effects of earthquake damage and makes recommendations so as to imple-ment the corresponding mitigation measu-res. Additionally, reinforcing general plans to assist in emergencies is seen as relevant, so that the sector may be well prepared for future contingencies of this kind.

Complying with the seismic design

requirements for the facilities is seen as rele-vant. On the one hand, they have to be fulfilled by the contractor who built such facilities, and by the electric compa-nies in charge of supervising that those requirements are objectively fulfilled, on the other.

There is a need to create seismic design specifications for high voltage facilities.. This should be agreed upon between the electric companies and the relevant autho-rities, so as to be introduced as a mandatory requirement within the Safety and Quality of Service Technical Regulation, replacing the current specification. Additionally, an update mechanism for that document must be specified.



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5. Conclusiones

E l presente informe resu-me la experiencia sufrida

y las recomendaciones que nacen de los efectos del terremoto del 27

de febrero de 2010 por las empresas eléctricas del sector, con el fin de que se encuentren bien preparadas ante eventos similares en el futuro.

Este Comité Especial de Estudio de CIGRE Chile, constató que en general el sistema eléctrico respondió de buena for-ma al terremoto. La magnitud de este gran evento telúrico fue de 8,8 grados Richter a una profundidad de 30,1 km lo que implicó tener en algunas zonas geográficas grandes aceleraciones basales (superiores a 0,5 g) aplicadas a los conjuntos estructuras-equipos. Hacemos notar que muchas de las instalaciones eléctricas que sufrieron

los efectos del terremoto han considerado en su diseño las normas y especificaciones sísmicas chilenas vigentes a la fecha de construcción del respectivo proyecto.

Si bien hubo algunos daños en las insta-laciones eléctricas, éstos fueron soluciona-dos con una rápida reacción de parte de las empresas eléctricas, pero en el presente informe se detallan las causas de los da-ños, los cuales en general no se deben a requisitos insuficientes, sino a incorrectas aplicaciones de dichos requisitos.

Siempre es posible mejorar y estar aun mayormente preparado ante contingencias como los terremotos, por lo que el presen-te trabajo se enfocó en lo efectos más re-petitivos del sismo y da las recomendacio-nes para tomar las medidas de mitigación correspondiente. Además, aparece como relevante también el reforzar los planes generales para atender emergencias de modo que el sector este bien preparado para atender estas contingencias.

Un aspecto que se ve como relevante es el cumplimiento de las exigencias de diseño sísmico de las instalaciones lo cual debe ser cumplido por una parte por los contratistas que construyen las instalaciones eléctricas y las empresas eléctricas deben verificar que efectivamente se cumplan dichas exi-gencias en forma objetiva.

Se observa la necesidad de crear una es-pecificación de diseño sísmico para las insta-laciones de alta tensión, que sea consensuada por las empresas eléctricas con la autoridad, de modo que sea incorporada como de cum-plimiento obligatorio en la Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio en reemplazo de la actual especificación. Además se debe establecer el mecanismo de actualización de dicho documento.


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Contenido

A.1. INTRODUcciÓn ......................................................................................a.2. normativa vigEntE ..........................................................................a.3. rEquErimiEntoS dEl diSEÑo SÍSmico ........................................a.4. rEcomEndacionES ............................................................................a.5. SigniFicado dEl valor EStadÍStico µ-2s ...................................

Table of contents

a.1. introduction .....................................................................................a.2. rEgulationS in ForcE .....................................................................a.3. SEiSmic dESign rEquirEmEntS .....................................................a.4. rEcommEndationS ............................................................................a.5. intErprEtation oF thE StatiScal valuE µ-2s ........................

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ANEXO A

Requerimientos sísmicos para proyectos de alta tensión

Seismic requirements for high voltage projects

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A.1 Introduction

T his Annex A summarizes the seismic requirements currently in force

in Chile and details in schematics how to verify the seismic design of high voltage equipment.

The purpose of this Annex A is to provide guidelines to be followed when executing electric projects, so as to avoid earthquake damage to electrical equip-ment. Therefore it becomes necessary to develop technical specifications which include seismic requirements when pur-chasing electrical equipment. Verifying these seismic requirements is critical, as is actually demonstrating their per-

formance through the presentation of calculation reports and / or previously specified trials done by the contractor (manufacturer) and provided to the pro-ject owner for their review.

Additionally, Annex A contains general guidelines to be followed in order to pro-vide support to electrical equipment users during the purchasing process.

As mentioned in other parts of this do-cument, the project owner must supervise the correct installation of electrical equip-ment and their flexible interconnections , aiming to provide for a certain free oscilla-tion during an earthquake.

A.2 Regulations in force

R egarding seismic aspects of the Safety and Quality of Service Te-

chnical Regulation (NTS&CS) currently in force, the following general technical specifications and regulations are listed as applicable:

A.2.1 For buildings and structures, and industrial facilities

• NCh 433.Of 96: Seismic building design.

• NCh 2369.Of 2003: Seismic design of structures and industrial facilities.

• NCh 2745: Analysis and design of buildings with seismic isolation.

A.2.2 For electric projects:

• ETG-1013, from Endesa, in force up to 1987

• ETG-1015 from Endesa, in force since 1987, for electric, mechanical and concrete equipment.

• ETG-1020 from Endesa, 1997, geared towards electric equipment and complemented with the ETG- 1015 regulation

• ETG-A.0.20 or ETG-A.0.21 from Transelec.

• IEEE Std 693-1997, at “High Seismic Performance Level”.



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A. 1. Introducción

E n el presente Anexo A se hace un resumen de los requisitos sísmicos

aplicables en Chile y se detalla en forma esquemática la forma de efectuar la verifi-cación del diseño sísmico de los equipos de alta tensión.

El objetivo de este Anexo A es dar directrices a considerar en los proyectos eléctricos, de modo tal que los equipos eléctricos no sufran daños por los efectos de un sismo. Para esto es necesario realizar especificaciones técnicas con requeri-mientos sísmicos para los equipos que se compran, y es fundamental controlar que estas exigencias sísmicas se cumplan y sean

demostradas mediante la presentación por parte del contratista (fabricante) memo-rias de cálculo y/o pruebas (previamente especificadas) para revisión del dueño del proyecto.

Además, se presentan en este Anexo A, indicaciones generales a tener presente para apoyar a los usuarios de los equipos eléctricos durante el proceso de compra.

También como ya se ha mencionado en otros puntos de este documento, el dueño del proyecto debe controlar el correcto montaje de estos equipos eléctricos y la unión flexible entre ellos de modo tal que permitan su libre oscilación.

A. 2. Normativas vigentes

E n lo que se refiere a los aspectos sís-micos, la Norma Técnica de Seguridad

y Calidad de Servicio (NTS&CS) vigente a la fe-cha lista las siguientes especificaciones técni-cas generales y normativas como aplicables:

A.2.1 Para edificios y estructuras e ins-talaciones industriales

• NCh 433.Of 96: Diseño sísmico de edificios

• NCh 2369.Of 2003: Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales

• NCh 2745: Análisis y diseño de edificios con aislación sísmica

A.2.2 Para proyectos eléctricos

• ETG-1013, de Endesa, vigente hasta el año 1987

• ETG-1015 de Endesa, vigente desde 1987, para equipos eléctricos, mecánicos y civiles

• ETG-1020 de Endesa, 1997, orientada hacia los equipos eléctricos y complementada con la ETG- 1.015

• ETG-A.0.20 o ETG-A.0.21 de Transelec.

• IEEE Std 693-1997, en el nivel “High Seismic Performance Level”.


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S afety and Quality of Service Technical Regulation (NTS&SC)

establishes as minimum requirements and basic conditions, as seen in article 3-3 b), that generation and transmis-sion facilities are under the obligation to comply with the following specifica-tions so as to ensure the seismic quality of their design:

• Chilean regulations should be fo-llowed. If no mention is made under such regulations, the following speci-fications should be adhered to:

o ETG-1020 Technical Specification from Endesa.

o IEEE Std 693-1997 at “High Performance Level”.

o For existing facilities when the NTS&CS regulation came into force (October, 2009), seismic regulations implemented in their design are also applicable, such as:

• ETG-A.0.20 from Transelec

• ETG-1013 o ETG-1015 from Endesa

Chilean regulations for seismic design does not cover generation and trans-mission electric equipment design, neither does it cover main substa-tions design (cl. 11.11.1 de NCh 2369.Of2003).

The ETG-1020 specification, based on the ETG-1015 specification, focused on electric equipment and design criteria, being equivalent in some aspects to the IEEE Std 693-1997 at “High Seismic Performance Level”.

A.3 Seismic design requirements

A.3.1 Design according to ETG-1020 spe-cification for electric equipment in substations.

Electric equipment should comply with the following seismic requirements:

A.3.1.1 Metallic structures, cells and anchorages (ductile materials)

Security Factor (SF) should be greater or equal to 1.25 (taking into account 80% of the fluence σ value of the materials.)

Simultaneous forces to be consi-dered within the calculation are: earthquake + wind.

A.3.1.2 Structure-mounted electric equipment: ceramic isolators mounted in bushing-style structures (fragile materials).

Security Factor (SF) should be grea-ter or equal to twice the µ-2s value.

Simultaneous forces to be consi-dered within the calculation are: earthquake + wind + pulling force + short circuit.

A.3.2 Calculation report types

Generally speaking, there are two types of calculation reports: the static calcula-tion report and the dynamic calculation report, both described below:

A.3.2.1 Dynamic calculation reports model equipment using specialized software. They deliver the modeling results (oscillation modes, mass involved in each mode, displacements, speeds



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L a Norma Técnica de Seguridad y Ca-lidad de Servicio (NTS&CS) estable-

cen en su artículo 3-3 b) como exigencias mínimas y condición básica que las insta-laciones de generación y transmisión para asegurar la calidad sísmica de sus diseños, deben cumplir con las siguientes normas y/o especificaciones:

• Las normas chilenas, y cuando no exista la norma chilena se usarán una de las siguientes especificaciones:

o La especificación técnica ETG-1020 de Endesa.

o IEEE Std 693-1997 en la condición “High Performance Level”.

o Para las instalaciones existentes a la fecha de vigencia de la NTS&CS (octubre 2009) también son aplicables las normas asísmicas utilizadas en sus respectivos diseños, tales como:

• ETG-A.0.20 de Transelec

• ETG-1013 o ETG-1015 de Endesa

Las normas chilenas de diseño sísmi-co excluyen expresamente el diseño de equipos eléctricos de generación y transmisión, y a las subestaciones principales (cl. 11.11.1 de NCh 2369.Of2003).

La especificación ETG-1020, basada en la ETG-1015, está enfocada a los equipos eléctricos y sus criterios de diseño son relativamente equivalentes a los de la recomendación de la IEEE Std 693-1997, en su condición “High Seismic Performance Level”.

A. 3. Requerimientos del diseño sísmico

A.3.1 Diseño según la ETG-1020 en equi-pos eléctricos en SS.EE.

Los equipos eléctricos deben cumplir los siguientes requerimientos sísmicos:

A.3.1.1 Estructuras metálicas, celdas y anclajes (materiales dúctiles)

El Factor de Seguridad (FS) debe ser mayor o igual a 1,25 (conside-rando un 80% del σ de fluencia de los materiales).

Las fuerzas simultáneas a consi-derar en el cálculo son: sismo + viento.

A.3.1.2 Equipos eléctricos sobre estructuras: aisladores de porcelana en soportes y tipo bushings (materiales frágiles)

El Factor de Seguridad (FS) debe ser mayor o igual a 2 del valor µ-2s.

Las fuerzas simultáneas a conside-rar en el cálculo son: sismo + vien-to + tirón + cortocircuito.

A.3.2. Tipos de memorias de cálculo

Básicamente existen dos tipos de me-morias de cálculo, la memoria de cál-culo estática y la memoria de cálculo dinámica, las cuales se describen a continuación:

A.3.2.1 La memoria de cálculo dinámica presenta una modelación de equi-pos mediante software especiali-zados y entrega los resultados de la modelación (modos de oscilación y la masa comprometida de cada mo-do, desplazamientos, velocidades


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and accelerations, forces and mo-ments). These reports are difficult to review, normally due to the lack of background information, such as input data (material features: Young module, Poisson module, diameters, thicknesses, etc.).

A.3.2.2 Static calculation reports pres-ent calculations based on force and moment sums in order to determine stress at critical points in electrical equipment. Such re-ports are easier to review due to the information required to com-pile thems.

A.3.2.3 Equations involved in Static calculation reports.

a) Static calculation formulae in ceramics are normally four: Seis-mic force (horizontal and ver-tical); short circuit force in the equipment and /or the electric system; wind force (usually 80 km/h); pulling force, whose va-lue depends on the voltage of the system.

The formulae describing the afo-rementioned forces are shown below:

Where,

k: Structure factor (1.5 if the struc-ture-equipment assembly is not rigid, assembly frequency < 30 Hz).

A/g: Value from the response spec-trum curve.

W: Equipment weight.

Icc: Short circuit current [kApeak].

L: Length of equipment conductor, in parallel phase.

d: Phase separation.

A.3.2.4 Particular cases of static calculation report:

The worse case in substation with 0.5g basal acceleration at ground level:

If the resonance frequency of the equipment, Fn, and the damping ζ are unknown values. Then, ζ=2% is considered for calculation pur-poses. With this value, the accele-ration of C.G A/g results in 1.37g, obtained from the seismic respon-se spectrum from the ETG-1020 specification:

Another particular case is where the acceleration to be considered for the power transformer lid is indicated.

Such acceleration is the hori-zontal basal acceleration of the bushing, depending on tank ri-gidity, therefore it is related to the power transformer size. In other words, it depends on its power. This way, for instance, a 10 MVA power transformer and a 400 MVA power transformer have CG bushing accelerations of 1.64g and 3.94g, respectively.



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y aceleraciones, fuerzas y momen-tos). Estas memorias tienen la di-ficultad de ser difíciles de revisar, normalmente por falta de antece-dentes como datos de entrada (ca-racterísticas de los materiales: mó-dulo de Young, módulo de Poisson, diámetros, espesores, etc.)

A.3.2.2 La memoria de cálculo estáti-ca presenta un cálculo en función de sumatoria de fuerzas y momen-tos para determinar esfuerzos en puntos críticos de los equipos eléctricos. Estas memorias tienen la facilidad ser fáciles de revisar por la información requerida para su realización.

A.3.2.3 Ecuaciones de memoria de cálculo estática

a) Las expresiones de cálculo estático en porcelanas son normalmente cuatro: la fuerza sísmica (horizontal y vertical), la fuerza de cortocircuito en el equipo y/o en el sistema eléc-trico, la fuerza del viento (general-mente de 80 km/hora), y la fuerza de un tirón, cuyo valor depende del nivel de tensión del sistema.

A continuación las ecuaciones que describen las fuerzas mencionadas:

Donde,k: factor de estructura (1,5 si el con-junto estructura-equipo no es rígi-do, frecuencia conjunto < 30 Hz).

A/g: valor obtenido de curva de es-pectro de respuesta.W: peso del equipo.Icc: corriente de corto-circuito [kApeak].L: largo del conductor del equipo que se encuentra en fase paralela.d: separación entre fases.

A.3.2.4 Casos particulares de memoria de cálculo estático

El caso más desfavorable en SS/EE con aceleración basal de 0,5 g a nivel del suelo.

Si la frecuencia de resonancia del equipo fn y el amortiguamiento ζ son desconocidos, entonces se considera para efectos de cálculo que el equipo tiene un ζ=2% , con ello la aceleración del C.G. A/g da como resultado 1,37 g obtenido del espectro de respuesta sísmica de la ETG-1020:

Otro caso particular, es en la que indica la aceleración que se debe considerar en la tapa del transfor-mador de poder.

Dicha aceleración corresponde a la aceleración basal horizontal para el bushing, aceleración que depen-de de la rigidez del estanque, y en consecuencia está relacionado con el tamaño del transformador de poder, es decir, con su potencia. Así por ejemplo para un transfor-mador de poder de 10 MVA como para uno de 400 MVA la aceleración en el CG del bushing es de 1,64g y 3,94g respectivamente.


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A.3.3 Information to be presented by the manufacturer (contractor).

The manufacturer or (contractor) should send technical information in order to provide evidence that the equipment complies with seismic specifications according to specifi-cations requested in the contract.

A.3.3.1 Documentation to be presented by the manufacturer or (contractor) for project owner review.

a) Along with the static calculation report, the manufacturer (con-tractor) should present the fo-llowing supporting information:

• Failure test protocols of at least three (3) ceramics, in order to determine the µ-2s value at fai-ling level [kNm]

• Delimited crosscut plans of ce-ramics, including their toleran-ces, in order to determine that the working rate of the cera-mics specified in the calculation report is correct.

• Additionally, taking into ac-count seismic + wind + pulling + short circuit, a parallel cal-culation must be done in order to determine that the cera-mics of the equipment under study really does comply with a Security Factor greater than or equal to 2.

b) Together with the static calcula-tion report, the dynamic calcu-lation report can be enclosed.

The dynamic seismic calculation report, since it is difficult to be reviewed, would be only ac-ceptable if complemented with the static calculation report. It

should be enclosed with all the necessary data so as to verify its validity, in case the manufac-turer wanted to justify any pa-rameter or criterion (E.g. natu-ral resonance frequency of the structure-equipment assembly).

c) Failure tests of ceramics enclo-sed with a seismic calculation report.

Some examples of failure tests of ceramics performed in factory are shown below:

Example 1: C8-type ceramics failure, Guaranteed failure mo-ment [KNm]=32.00; Obtained failure moment -2s=37,47 [kNm]

Figure 1: Failure test of supporting isolators



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A.3.3 Antecedentes a presentar por el fabricante (contratista)

El fabricante (contratista) debe enviar información técnica para respaldar que el equipo cumple sísmicamente de acuerdo a lo solicitado en las especifi-caciones técnicas del contrato.

A.3.3.1 Documentación a presentar por el fabricante (contratista) para revisión del Dueño.

a) Junto a la memoria de cálculo es-tática el fabricante (contratista) debe presentar como información de respaldo lo siguiente:

• Protocolos de pruebas de ruptura de al menos tres (3) porcelanas,

ello para determinar el valor µ-2s del momento de ruptura [kNm]

• Planos en corte acotados de las porcelanas (con sus tolerancias), ello para verificar que la tasa de trabajo de la porcelana presenta-da en la memoria de cálculo está correcta.

• Además, considerando fuerzas de sismo + viento + tirón + cortocir-cuito se debe realizar un cálculo en paralelo para verificar, que efectivamente la porcelana del equipo bajo estudio cumple con el Factor de Seguridad (FS) es ma-yor o igual a 2.

b) Junto a la memoria de cálculo es-tática, puede venir la memoria de cálculo dinámica

La memoria de cálculo sísmica de tipo dinámica, dada la dificultad para su revisión, sólo se acepta-ría, si esta es complementaria con una memoria de cálculo estática, y debe presentarse con toda la información necesaria para eva-luar su validez. En el caso que el fabricante desea presentar alguna justificación de algún parámetro o criterio (como por ejemplo la frecuencia natural del conjunto estructura-equipo).

c) Pruebas de ruptura de porcelanas, que acompaña una memoria de cálculo sísmica.

A continuación se presentan ejemplos de pruebas de ruptura de porcelanas llevadas a cabo en las fábricas de porcelanas:

Ejemplo 1: Ruptura de porcela-nas tipo C8, Momento de ruptura garantizado [KNm]=32,00; obteni-do m-2s=37,47 [kNm] Figura 1: Prueba de ruptura

de aisladores soportes.


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Example 2: TC-type ceramics failure: Guaranteed failure moment = 17815 [daNm]; obtained failure moment -2s= 16610 [daNm];

A.3.3.2. Calculation report revision.

It is critical that the project owner reviews the static seismic calcula-tion report, so as to ensure that the contractor or (manufacturer) complies with the seismic requi-rement requested in the technical specification of the equipment, since it is usual to find that seis-mic requirements are not fulfilled when revising such reports. The most common non-fulfillments are described in the next point.

a) Common problems in the information received from the contractor (manufac-turer).

• Calculation reports re-ceived do not match with equipment under inspection.

• Lack of technical sup-port information, since they usually fail to pre-sent cross-cut drawings clearly showing the dimensions of the cera-mics, the test protocols aiming to determine the bend failure moment for ceramics mounted in their own flanges and failure to support natural frequency and damping values for ceramics with pull or frequency sweep tests.

All the above leads to delays, since the ow-ner has to insist in co-rrecting such mistakes, and the contractor has the obligation to complete the missing information.

Figure 2: Failure test in hollow-type isolators for TC.



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Ejemplo 2.- Ruptura de porcelanas TC: Momento de ruptura garantizado= 17815

[daNm] ; Obtenido m-2s= 16610 [daNm];

A.3.3.2. Revisión de memoria de cálculo

Es fundamental que el dueño del proyecto proceda a revisar la memoria de cálculo sísmica de tipo estática, de modo de asegu-rar que el contratista (fabrican-te) cumple con los requerimien-tos sísmicos solicitados en la es-pecificación técnica del equipo, pues generalmente frente a una revisión de los antecedentes nos encontramos con no cum-plimientos a las exigencias sís-micas. Estos no cumplimientos más comunes los presentamos en el punto que sigue.

a) Problemas comunes en la infor-mación recibida del contratista/ fabricante.

• Las memorias de cálculo re-cibidas no corresponden al equipo bajo revisión.

• Falta de información técnica de respaldo, pues general-mente no presentan planos en corte de las porcelanas con dimensiones, los proto-colos de pruebas del momen-to de ruptura de las porcela-nas a la flexión, instaladas en su propia brida; no justifican valores de frecuencia pro-pia y amortiguamiento de la porcelana, mediante prueba de tirón o de barrido de fre-cuencia.

Lo anterior trae consecuen-cias negativas como atra-sos en los proyectos, pues el dueño debe insistir en su presentación, y el contratista debe obtener la información faltante.

Figura 2: Prueba de ruptura de aisladores tipo huecos para TC.


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A.3.4 The stages in the seismic qualification process.

Seismic qualification is a process that certifies that electric equip-ment complies with the seismic re-gulation. This process encompasses the following stages:

A.3.4.1 First static calculation report presentation for the equipment under study (dynamic report in special cases) before seismic trials on vibrating table (accord-ingly). This enables forecasting seismic behavior of the equip-ment. Together with this report, the ceramics bending failure test report has to be submitted, showing the µ- 2s value.

A.3.4.2 Electric trials of the equip-ment under study, before test-ing the equipment on vibratory table.

A.3.4.3 Seismic trials on vibrating table, fulfilling some of the fol-lowing trials:

a) Multi frequency.b) Fixed frequency.

During the trial on vibrating ta-ble, seismic forces on the cera-mics are obtained, expressed in kg/ cm2, using previously cali-brated strain gauges.

A.3.4.4 Electric trials for the equip-ment under study, so as to verify its functioning after seismic trials.

A.3.4.5 Final seismic calculation re-port, taking into account the force as measured in the ceram-ics (kg/cm2) with the equipment on vibrating table plus the wind, pulling and short circuit efforts.

The picture below shows a 220 kV, central-opening disconnec-tor undergoing vibrating table trials. It is tested in open and closed condition. The picture below shows the open condi-tion. During the trial in closed condition, in addition to the re-sistance of the ceramics (which must comply with a security fac-tor > 2.0), disconnector contacts should not open.

Figure 3: Picture showing the

vibrating table trial of a

central-opening disconnector.



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A.3.4 Etapas del proceso de calificación sísmica.

Consiste en un proceso que permite formalizar que un equipo eléctrico cumple con la norma sísmica. Este proceso consta principalmente de las siguientes etapas:

A.3.4.1 Presentación de una primera memoria de cálculo estática del equipo bajo estudio (dinámica en casos especiales), previo a prueba

sísmica en mesa vibratoria (según corresponda), pues anticipa la situación sísmica en que se en-cuentra el equipo. Junto con esta memoria también se debe pre-sentar el informe de ruptura de las porcelanas a la flexión, con el valor de µ- 2s.

A.3.4.2 Pruebas eléctricas al equipo bajo análisis, previo a la prueba en mesa vibratoria.

A.3.4.3 Pruebas sísmicas en mesa vi-bratoria al equipo de acuerdo en algunas de las pruebas que se indican:

a) Multifrecuencia. b) Frecuencia fija.

Durante la prueba en mesa vi-bratoria se obtiene los esfuerzos sísmicos en porcelanas (kg/cm2), mediante uso de los medidores de deformaciones unitarias (strain gauge), previamente calibrados.

A.3.4.4 Pruebas eléctricas al equipo bajo análisis para chequear su funcionamiento después de las pruebas sísmicas

A.3.4.5 Memoria de cálculo sísmica final, considerando los resultados de esfuerzos medidos en la por-celana (kg/cm2) en el equipo en la mesa vibratoria + los esfuerzos (viento, tirón y cortocircuito).

En la figura siguiente se muestra un desconectador de apertura central de 220 kV bajo prueba en mesa vibratoria. Este se prueba en la condición abierto y cerrado. La foto que sigue muestra la con-dición abierta. En la condición ce-rrada, además de resistir la porce-lana (que debe cumplir con un fac-tor de seguridad > 2,0) se verifica durante la prueba que no abran los contactos del desconectador.

Figura 3: Imagen que describe la prueba en mesa vibratoria de un desconectador de apertura central.


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A.3.4.6 Warnings regarding consid-erations to be taken into ac-count in electric equipment the manufacturer indicates were subjected to the seismic qualifi-cation process.

a) The equipment offered in tech-nical annexes as seismically qua-lified must be presented with all the documentation used during qualification (static calculation report with supporting technical information).

b) It must be verified that the model offered under tender matches the model which actually qualified.

c) Ceramics’ failure report with a bending failure moment equal to or higher than the qualification. It must be verified that the report corresponds to the same flange height type as the ceramics, that its anchorage setting matches the supporting structure and its ma-terial.

d) It must be verified whether the whole seismic qualification pro-cess was inspected by a third par-ty external to the factory and that the process is acceptable to the procuring party.



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A.3.4.6 Advertencias o consideracio-nes a tener en cuenta en equi-pos eléctricos que el fabricante indica que han sido sometidos al proceso de calificación sísmica

a) Los equipos presentados en las ofertas técnicas como calificados sísmicamente deben ser presen-tados con todos los documentos con que se calificó (memoria de cálculo estática con su informa-ción técnica de respaldo).

b) Verificar que el modelo presenta-do en la oferta corresponde con el ya calificado.

c) Informe de ruptura de las porce-lanas con momento de ruptura a la flexión mayor o igual a la califi-cada. Se debe verificar que el in-forme corresponda con el mismo tipo altura de brida hacia la porce-lana, su configuración para el an-claje hacia la estructura soporte y su materia.

d) Revisar si se inspeccionó el proce-so de calificación sísmica comple-ta, por una empresa externa a la fábrica y que sea aceptable para la empresa compradora.


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A. 4 Critical elements and recommendations

A.4.1 Analysis of project critical elements in order to avoid seismicity issues.

A.4.1.1 Joints between equipments, which are rigid for the following reasons:

a) A poorly designed project

b) A poor on-site technical inspec-tion (ITO)

So as to overcome these problems, the recommendation is to imple-ment joints with: expansion cir-clips, spiraled cables, with adequate

length and flexibility plus inspection (ITO). Follow recommendations sta-ted in IEEE 693.

A.4.1.2 Anchoring issues, attributable to:

a) Inadequate bolts (Cut and pull), c) A static seismic calculation in order

to determine cut and pull failure momentums was not performed. So as to avoid mistakes, the featu-res of the actual bolts approved for the equipment in the calculation re-port have to be clearly indicated in the corresponding drawings.

Figure 4: The pictures show the

trial performed on flexible connectors

Example of flexible joints for open air equipment, undergoing factory tests.



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A. 4 Elementos críticos y recomendaciones

A.4.1 Elementos críticos en el proyecto a analizar para evitar problemas sísmicos

A.4.1.1 Uniones entre equipos, las cuales resultan rígidas por las siguientes causas:

a) Un mal diseño de proyecto

b) Una mala inspección técnica en obra (ITO)

Para solucionar lo anterior se re-comienda instalar uniones con: Ω de expansión, espiral, de longitud y flexibilidad adecuada + inspec-

ción (ITO). Seguir recomendacio-nes de IEEE 693.

A.4.1.2 Problemas en los anclajes de los equipos por las siguientes causas

a) Pernos no adecuados (corte y tracción),

b) No se realizó un cálculo sísmico estático para determinarlos

Para evitar errores, se debe Indicar en los planos las características de los pernos aprobados por memoria de cálculo para el equipo .

Figura 4: Las imágenes describen las pruebas realizadas a los conectores flexibles.

Ejemplo de uniones flexibles para equipos de patio, sometidas a prueba en fábrica.


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A.4.1.3 Bushings and ceramics

It has to be checked that working loads are adequate, so as to ensu-re their security factor is equal or greater than 2. This is done by ha-ving the owner review the seismic calculation report.

A.4.1.4 Structures

It has to be checked that the structure-equipment assembly has a natural resonance frequen-cy equal or greater than 30Hz (or using another criterion, to con-sider a difference of four times the natural resonance frequency of the equipment with respect to the structure-equipment assem-bly natural resonance frequen-cy) For this, an adequate design is required, to be reviewed by the project’s owner, to inclu-de a report of the supporting calculations.

A.4.1.5 Foundations

Adequate design taking into ac-count the whole assembly inte-raction (equipment, structure and foundation).

A.4.2 Recommendations for equipment procurement

In order to procure equipment fulfi-lling minimum applicable seismic re-quirements, the following must be taken into account.

a) In contracts, a technical specifi-cation with adequate seismic re-quirements has to be developed (according to NTS&CS in force). In such specification, the electric company has to demand from the manufacturer (contractor) the

natural resonance frequency and damping of the equipment. Such values have to be determined through trials.

b) Calculation report and drawing enclosure required, as mentioned previously.

c) The project owner has to review the calculation report and verify it matches the equipment procured, and that the failure moment of the ceramics is supported.

d) The vibrating table trial should be quoted as optional. If necessary, upon the static calculation report result, the owner may request it.

e) Security factors must be in com-pliance with requirements.

• Structures (Ductile materials), SF ≥ 1.25

• Ceramics (Fragile materials), SF ≥ 2.0

f) An adequate design has to be made for:

• Equipment, taking into account an adequate flexibility in joints between equipment.

• Structures.

• Foundations.

g) A good on-site technical inspec-tion has to be performed (ITO)



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A.4.1.3 Bushings y porcelanas

Se debe chequear que las tasas de trabajo sean las adecuadas y con ello asegurar que el factor de se-guridad de éstas es mayor o igual a 2.

Para ello se requiere que la me-moria de cálculo sísmica sea revi-sada por el dueño.

A.4.1.4 Estructuras

Se debe chequear que el conjun-to estructura-equipo tenga una frecuencia fundamental mayor o igual a 30 Hz u otro criterio como por ejemplo considerar una diferencia de cuatro veces la frecuencia natural del equipo con respecto a la del conjunto estructura-equipo.

Para ello se requiere un diseño adecuado (memoria de cálculo de respaldo), la cual debe ser revisa-da por el dueño.

A.4.1.5. Fundaciones

Diseño adecuado considerando la interacción de todo el conjunto (equipo, estructura y fundación).

A.4.2. Recomendaciones para la adquisi-ción de equipos

Lo que se debe hacer para comprar un

equipo que cumpla los requisitos sís-micos aplicables

a) En contratos se debe realizar una especificación técnica con las exi-gencias sísmicas adecuadas (se-gún NTS&CS vigentes), en esta especificación técnica la empresa eléctrica debe requerir al fabri-cante (contratista) la frecuencia propia y el amortiguamiento del equipo. Estos valores deben ser determinados mediante ensayos.

b) Se debe exigir la entrega de la memoria de cálculo estática y los planos, como ya se indicó ante-riormente.

c) El dueño debe revisar las memo-rias y verificar que éstas corres-ponden al equipo propio, que existe respaldo del momento de ruptura de las porcelanas.

d) Cotizar la prueba en mesa vibra-toria como opcional, en caso de requerirse dependiendo del re-sultado de la memoria de cálculo estática el dueño tiene la opción de requerirla.

e) El Factor de Seguridad (FS) debe ser según lo requerido

• Estructuras (materiales dúctiles), FS ≥ 1,25

• Porcelanas (materiales frágiles), FS ≥ 2,0

f) Realizar un diseño adecuado en el proyecto de:

• Equipos, considerando una fle-xibilidad adecuada en uniones entre equipos.

• Estructuras.

• Fundaciones.

g) Realizar una buena inspección técnica de obra (ITO)


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A.5 Interpretation of the µ-2s statistical value

T he probability that within an identical

group of ceramics one of them has a failure value less than µ-2s is 2.3%. Though, there is still a possibility that 2.3% of the ceramics from the same manufacturer, quality and model have a failure value less than the value determined by the trials. Currently, this µ-2s va-lue is used applying a secu-rity factor equal or greater than 2.

If compared to the µ-3s value, there is a 0.135% pro-bability that a certain ceramic may fails at a value less than the value determined by trials. This value was associa-ted to a security factor equal or greater than 1.5.

If compared to µ-s, there is 15.86% probability of this occurring, so it is not used.

When comparing these values, it can be seen that the µ-2s value is adequate in en-suring good quality ceramics, without being over-deman-ding nor adding extra risk to high voltage facilities.

The former is reflected in the graph below:



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A. 5. Significado del valor estadístico µ-2s

L a probabilidad de que de un grupo de porcelanas idénticas, alguna presente

un valor de ruptura menor a µ-2s corresponde a un 2,3%. Por lo tanto, aun existe la posibilidad de que el 2,3% de las porcelanas de un mismo fabricante, calidad y modelo presente un valor de ruptura menor al determinado en las prue-bas. En la actualidad se usa este valor de µ-2s con un factor de seguridad mayor o igual a 2.

Si se compara con el valor de µ-3s, obte-nemos un 0,135% de posibilidades de que una porcelana determinada rompa a un va-lor menor al determinado. A este valor de µ-3s se le asociaba un factor de seguridad mayor o igual a 1,5.

Si ahora el valor fuera µ-s, se obtendría un 15,86% de probabilidades de que esto ocurra, por lo cual no se usa.

Comparando los valores anteriores, podemos apreciar que el valor µ-2s es adecuado para asegurar una buena calidad de la porcelana, sin ser sobre exigente ni adicionar un riesgo extra a las instalaciones de alta tensión.

Lo anterior se ve reflejado en el siguien-te gráfico:

Diagrama A.1. Distribución normal de probabilidad alrededor de la media en una distribución N(μ, s).

Diagram A.1. Normal probability distribution around the average value in a N(μ, s) distribution.


96 -

Contenido

B.1 POLÍTICA DE Repuestos .......................................................................................

B.2 GENERALIDADES .................................................................................................

B.3 CRITERIO DE STOCK Y REPOSICIÓN ..............................................................

B.4 GLOSARIO DE TERMINOLOGÍA EMPLEADA ................................................

B.5 RECOMENDACIONES ...............................................................................

Table of contents

b.1 rEplacEmEnt partS policy ..........................................................b.2 gEnEral ................................................................................................b.3 Stock and rEplacEmEnt critEria ............................................b.4 gloSSary oF tErmS uSEd ................................................................b.5 rEcommEndationS ............................................................................


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ANEXO B

Política de Repuestos

Replacement Parts Policy


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A ll producer and utility companies must have a replacement parts policy designed to quickly and efficiently provide a solution to failures in their facility equipments.

B.1 Replacement parts policy

B.2 General

llowing must be taken into ac-count: criticality, spare parts rotation rate, replacement time and type of failure (wear and tear, random). In addition, the possibility of earthquake dama-ge must be considered, accor-ding to the criticality of the equi-pment or replacement part.

B.2.3 Redundancy

The stock of equipment, devices, instruments, etc. that are similar and are fulfilling their function at different stages of the process must be considered. Depending on the respective criticality and cost of these items, a percenta-ge of the installed amount and/or components must be kept in stock for repairs.

B.2.4 Obsolescence

It must be taken into account that some replacement parts, particularly electronics, are sub-ject to technical obsolescen-ce, whether due to the age of the equipment or technological developments.

B.2.1 Operation stages

Equipment can fail in different ways, which is reflected in va-ried trends of failure rates. However, often, three stages in equipment operation must be identified to determine the quantity of stock for spa-re parts. During the first hours of operation and for a variable period that depends on the equipment, the use of repla-cement parts is greater than in the following stage, a period of stability in the production units, and then increases again in the final period of its lifes-pan. For this reason, the re-commendation is to purchase an initial stock along with the equipment that constitutes the project, taking advantage of the price that this opportunity provides.

B.2.2 Replacement part characteristics

In addition to the above, in or-der to determine the minimum replacement part stock, the fo-



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B.2.1 Etapas de la operación

Los equipos tienen distintas for-mas de fallar, lo que se refleja en la existencia de variadas ten-dencias de sus tasas de fallas; no obstante, frecuentemente se de-ben identificar tres etapas en la marcha de los equipos, que con-dicionan los montos de las reser-vas de los recambios. En efecto, durante las primeras horas de operación y por un período va-riable que depende de cada equipo, el consumo de repues-tos es mayor que en la etapa si-guiente, período de estabilidad de las unidades de producción, para aumentar nuevamente en el período final de su vida útil. Por lo anterior, es recomendable que el stock inicial sea adquirido junto con los equipos que con-forman el proyecto, aprovechan-do las ventajas de precio que la circunstancia podría involucra.

B.2.2 Características del repuesto

En adición a lo anterior, para de-terminar la existencia mínima de

B. 1 Política de repuestos

B.2 Generalidades

repuestos, se debe tener en cuen-ta lo siguiente: criticidad, índice de rotación, tiempo de reposición y forma de fallar (desgaste, alea-torio). Además se debe considerar según la criticidad del equipo o repuesto la eventualidad de daño por terremoto.

B.2.3 Duplicidad

Se debe considerar la existencia de equipos, dispositivos, instru-mentos, etc., que siendo simila-res, se encuentran cumpliendo su función en distintas fases del pro-ceso. Dependiendo de la criticidad y del costo de éstos, se debe de-cidir mantener como reserva un porcentaje de la cantidad insta-lada y/o componentes para efec-tuar reparaciones.

B.2.4 Obsolescencia

Se debe tener en cuenta que al-gunos repuestos, especialmente electrónicos, están sujetos a ob-solescencia técnica, ya sea por la antigüedad de los equipos o por nuevos desarrollos.

T odas las empresas productivas y de servicios básicos deben tener una política de repuestos orientada a solucionar fallas del equipamiento que conforman sus

instalaciones en forma rápida y eficiente.


100 -

S ome considerations to be taken into account to stock the stores

of replacement parts are described below.

B.3.1 Strategic replacement parts.

The decision to keep strategic replacement parts in the ware-houses is beyond the scope of this policy, since the supply of these parts is a decision made on a case-by-case basis at the company’s managerial level.

B.3.2 Critical replacement parts

It must be ensured that there are always two units in stock, except for replacement parts with a ro-tation rate of less than 0.5 and a replacement time of less than one month, in which case one unit will be kept. In addition, the following table must be used to determine the stock in the ware-house. This table includes the rotation rate and the replace-ment time, and the combination of these two conditions determi-

nes the recommended stock. For ease of visualization, the stock is displayed in a different color from the other parameters.

B.3.3 Major replacement parts

• The recommendation is to always keep one component in storage. If the replacement time multi-plied by a factor of 1.2 is greater than the time represented by the inverse of the historical rotation rate, two components should be kept.

• If the rotation rate is two or grea-ter, than three units should be kept in stock.

B.3.4 Common replacement parts

Keep one replacement part in stock only if the replacement time is greater than one month; otherwise none should be kept. Example: a fan belt in a ventilation system in a computer or instru-ment room, in which the equip-ment is redundant.

STOCKREPLACEMENT TIME IN YEARS

1 0,75 0,50 0,25 0,10

ROTATION RATE

1 2 2 2 2 2

2 3 3 3 2 2

3 4 3 3 2 2

4 5 4 3 3 2

B.3 stock and replacement criteria



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A continuación se indican las con-sideraciones que se deben tomar

en cuenta para dotar a los almacenes de stocks de repuestos.

B.3.1 Repuestos estratégicos.

La decisión de mantener repues-tos estratégicos en las bodegas escapa a los alcances de esta po-lítica, puesto que la dotación de estos repuestos es una decisión que se toma caso a caso y la fija un nivel superior de la compañía.

B.3.2 Repuestos críticos

Se debe asegurar que siempre hayan al menos dos unidades en existencia, excepto para repues-tos con Índice de rotación infe-rior a 0,5 y tiempo de reposición inferior a un mes, en cuyo caso se mantendrá una unidad en exis-tencia. Adicionalmente se debe considerar la siguiente matriz para determinar la existencia en bodega. En esta matriz se incluye el índice de rotación por una par-te y por otra el tiempo de repo-

sición; la combinación de ambas condiciones determina el stock recomendado. Para una mayor fa-cilidad de visualización, el stock se muestra en un color distinto a los otros parámetros.

B.3.3 Repuestos importantes• Es recomendable mantener siem-

pre un componente en existencia. Si el tiempo de reposición mul-tiplicado por el factor 1,2 es su-perior al tiempo que representa el inverso del índice de rotación histórico, entonces se deberá mantener dos en existencia.

• Si el índice de rotación es dos o mayor, entonces mantener en stock tres unidades.

B.3.4 Repuestos comunesMantener un repuesto en existen-cia, sólo si el tiempo de reposición es mayor a un mes; en caso contrario la existencia debe ser cero. Por ejem-plo la correa de un ventilador de un sistema de ventilación de una sala de computadores o de instrumen-tos, en que el equipo es redundante.

STOCKTIEMPO DE REPOSICIóN EN AñOS

1 0,75 0,50 0,25 0,10

INDICE DE ROTACIóN

1 2 2 2 2 2

2 3 3 3 2 2

3 4 3 3 2 2

4 5 4 3 3 2

B.3 Criterio de stock y reposición


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B.3.5 Replacement parts replaced due to wear and tear or end of their lifespan

Keep a maximum of one replace-ment part. This means that repla-cement must occur at the time that the existing replacement part is used, and therefore the acquisition order must be made prior to consumption, conside-ring the replacement time of the component.

B.3.6 Replacement parts for repeated or duplicate equipment

For critical and major equipment, keep in stock the amounts indica-ted by the following criteria:

• A complete unit if the amount insta-lled is less than or equal to 10.

• For amounts installed greater than 10 and less than or equal to 50, keep two complete units in stock.

• For amounts installed equal to or greater than 50, keep 5% in stock.

• In addition to the above, in all cases there must be a repair kit in stock for the unit or for one of each of the components that are most proba-ble to fail.

B.3.7 Replacement parts replaced due to obsolescence.

Whenever it is detected that a certain piece of equipment is at risk of becoming obsolete, a repla-cement stock of this piece should be kept, ensuring its availability while an alternative replacement part for the piece of equipment is determined.

B.3.8 Replacement parts with duality.

If a replacement part is classified in two or more of the categories

described above, the more con-servative criterion will be used.

B.3.9 Initial stock replacement parts.

The initial stock for new projects must be supplied by the engi-neering and projects unit, or by whoever is responsible for the new acquisition. It must include all necessary replacement parts for an 18-month operation pe-riod. Determination of these parts is usually based on recommenda-tions of the manufacturer or spe-cialists in the field.

B.3.10 Regularization of existing stock

First, a check is done in order to determine which equipment is critical in each facility. It is then determined which replacement parts are critical and the quanti-ty necessary to be kept in stock. The existing stock in the warehou-se is reviewed and the existing amounts are compared to the amounts needed. If there is a de-ficit, the acquisition process will begin immediately.

After this procedure is finished, it will be repeated for major equip-ment and then for common equi-pment. In these cases, if there is a replacement parts deficits, the difference will be given a value to be included in the next budget.

The aforementioned procedure must be performed every three years. However, if a modification that means adding or removing operating equipment is introdu-ced, this procedure must be ca-rried out far enough in advance so that when the new installation is in service, it has at least the criti-cal replacement parts.



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B.3.5 Repuestos que se reemplazan por desgaste o término de vida útilMantener un repuesto como máxi-mo. Lo anterior significa que la repo-sición debe producirse en el momen-to en que el repuesto en existencia sea consumido, para lo cual la orden de adquisición debe ponerse antes de la fecha de consumo, en conside-ración al tiempo de reposición del componente.

B.3.6 Repuestos para equipos repetidos o duplicadosEn caso de equipos críticos e impor-tantes, mantener en existencia las cantidades que se indican según los siguientes criterios:

• Una unidad completa si la cantidad instalada es menor o igual a 10.

• Para cantidades instaladas mayores a 10 y menores e iguales 50, mantener en existencia 2 unidades completas.

• Para cantidades instaladas iguales o mayores a 50, mantener un 5% en existencia. Adicionalmente a lo anterior, en todos los casos se deberá mantener en exis-tencia un conjunto de reparación de la unidad en cuestión o uno de cada uno de los componentes más susceptibles de fallar.

B.3.7 Repuestos remplazados por obsolescencia.Toda vez que se detecte que existe riesgo de que un cierto equipo quede obsoleto, deberá asegurarse un stock de repuestos de éste, que asegure su disponibilidad mientras se determi-na una alternativa de reemplazo del equipo.

B.3.8 Repuestos con dualidad.Si algún repuesto clasifica en dos o más categorías como las arriba des-critas, se utilizará el criterio más conservador.

B.3.9 Repuestos de stock Inicial.El stock inicial para los proyectos nuevos debe ser suministrado por la unidad de ingeniería y proyectos o quien sea el responsable de la nueva adquisición. Debe incluir to-dos los repuestos necesarios para un período de 18 meses de explo-tación. La determinación de estos repuestos normalmente se basa en recomendaciones del fabrican-te o especialistas en la materia.

B.3.10 Regularización del stock existente En primer lugar se verifican cuáles son los equipos críticos de cada instalación. Posteriormente se confirma cuales son los repuestos críticos, y luego se determina la cantidad de cada uno de ellos que es necesario mantener en stock. Se revisará el stock existente en bodega y se compararán las canti-dades existentes con las necesida-des. De haber déficit se procederá a iniciar de inmediato el proceso de adquisición.Una vez ejecutado este trabajo se repetirá el procedimiento para los equipos importantes y finalmen-te para los equipos comunes. En estos casos si hubieran repuestos con déficit de existencia, se proce-derá a valorizar la diferencia, inclu-yéndose este monto en el próximo presupuesto.El procedimiento antes mencionado se deberá realizar cada tres años, sin embargo en caso que se intro-duzca una modificación que signi-fique agregar o retirar equipos de explotación, esta metodología se deberá llevar a cabo con la suficien-te antelación, de manera que cuan-do la nueva instalación se ponga en servicio, se cuente al menos con los repuestos críticos.


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Criticality Risk of loss of production or affecting people or the en-vironment due to the lack of replacement parts in stock. Four levels of replacement part criticality are identified: strategic, critical, major and common.

Critical equipment Equipment that when completely failing causes total in-terruption of production or impedes starting or stopping the production equipment, puts people at risk of death or permanent disability, or severely damages the environ-ment.

Repeated equipment Pieces of equipment that are identical and distributed throughout the installation, fulfilling their function in di-fferent systems.

Rotation rate Amount of units used of a component in one year.

Technical obsolescence Withdrawal of the product from the production line by the supplier. This is usually associated with the end of technical assistance by the supplier.

Common replacement parts Replacement parts that are constituent parts of the equi-pment and are replaceable, and whose failure does not affect production or people safety and the environment, but decrease the reliability of the production units, and makes equipment operation and/or maintenance more difficult.

Critical replacement parts Replacement parts that are constituent parts of critical equipment and that are replaceable. If they fail, they cau-se complete stoppage.

B. 4 Glossary of terms used



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Criticidad Riesgo de perder la producción, afectar a las personas o al medio ambiente, debido a la falta de un repuesto de stock. Se identifican cuatro niveles de criticidad en los repuestos: estraté-gicos, críticos, importantes y comunes.

Equipo crítico Son aquellos equipos que al fallar completamente provocan la interrupción total de la producción o impide el arranque o detención de los equipos de producción o pone en riesgo de muerte o de incapacidad permanente a las personas o se daña severamente el medio ambiente.

Equipos repetidos Corresponde a aquellos equipos que son idénticos y que están distribuidos en las instalaciones prestando su función en distin-tos sistemas.

Índice de rotación Cantidad de unidades consumida de un componente en el pe-ríodo de un año.

Obsolescencia técnica Supresión de la línea de producción del producto en cuestión por parte del proveedor. Usualmente viene asociado al término de la asistencia técnica de parte del suministrador.

Repuestos comunes Son aquellos repuestos que corresponden a partes constitu-yentes de los equipos y que son recambiables, cuya falla de su función no afecta la producción ni la seguridad de las personas y el medio ambiente, pero debilita la confiabilidad de las unidades productivas, dificulta la operación y/o el mantenimiento de los equipos.

Repuestos críticos Son aquellos repuestos que corresponden a partes constituyen-tes de los equipos críticos y que son recambiables, que al fallar su función provocan la detención completa de éste.

B. 4 Glosario de terminología empleada


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Strategic replacement parts Replacement parts with very low rotation rate and high prices, with a replacement period of more than six months, whose absence would stop the production process. These replacement parts are like insurance and are not expected to be used during the equipment’s lifespan.

Major replacement parts Replacement parts that are constituent parts of the equipment, that are replaceable, and whose failure causes partial stopping of production, seriously compromises the reliability of produc-tion equipment, and compromises personal safety or could affect the environment.

Replacement time Time elapsed from the time of placing the order up to the time that the component enters the respective warehouse. This time is expressed in years, unless specifically otherwise indicated.



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Repuestos estratégicos Son aquellos repuestos de muy baja rotación, de muy alto pre-cio, de plazo de reposición superior a seis meses, cuya ausencia ante necesidad paraliza el proceso productivo totalmente. Estos repuestos operan como un seguro y se espera que no se em-pleen nunca durante la vida útil del equipo.

Repuestos importantes Son aquellos repuestos que corresponden a partes constitu-yentes de los equipos y que son recambiables, cuya falla de su función, provoca la paralización parcial de la producción o compromete seriamente la confiabilidad de los equipos de pro-ducción o compromete la seguridad de las personas o puede llegar a afectar el medio ambiente.

Tiempo de reposición Tiempo transcurrido desde el momento en que se efectúa el pedido, hasta que el componente se ingresa en el respectivo almacén. Se expresa en años, a menos que se especifique pun-tualmente otra cosa.


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B. 5 Recommendations

• Experience should be incorporated into reviews of replacement parts policy, if one exists, in order to make improvements and updates to correct any deficiencies detected in the standardization process of the installations and equipment. If there are no repla-cement parts policies, it is appropriate and necessary to create them.

• To define replacement parts it is important to perform a good assessment of service quality and costs versus standardization time of each possible failure in the facility un-der study.

• It should be kept in mind that the actual times involved in the replacement part acquisi-tion process generally exceed six months, and in the case of power transformers, over a year.

• It is critical to perform a comprehensive analysis of the power series that makes up the equipment, from the generator to the transformer in the generator units, since any component or piece of equipment that fails in this series negatively affects the respecti-ve generator unit, with the associated losses this situation entails.

• It is desirable to reach agreements between related companies regarding the use of replacement parts of common interest in their warehouses, which helps to stan-dardize facilities, systems or equipment for any of the companies in the agre-ement. This includes, for example, breakers, disconnectors, instrument transformers, breaker poles, etc. An agreement can also be reached at regarding the acquisition of other replacement parts of common interest, such as power transformers.

• It is good practice to have protocols in place for dealing with possible equipment failures or breakdowns, for example: mo-difications to structures in order to replace disconnectors, power transformers or lightning arresters with items of another type or manufacturer; modifications in the con-trol for possible switchgear replacements.



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B. 5 Recomendaciones

• La experiencia vivida debe ser aprovechada para revisar la política de repuestos, si la hay, efectuar las mejoras y actualizaciones para corregir deficiencias detectadas durante el proceso de normalización de las instalaciones y equipos. Si no existen políticas de repuestos es conveniente y necesario implementarlas.

• Para la definición de los repuestos es importante efectuar una buena evaluación de los costos y calidad de servicio, versus tiempo de normalización de cada posible caso de falla de la instalación estudiada.

• Se deben tener presentes también los tiempos reales implícitos en el proceso de ad-quisición de repuestos, los que por lo general exceden los seis meses y en el caso de transformadores de poder sobre el año.

• Es de suma importancia efectuar un análisis exhaustivo a la serie de potencia que for-man los equipos desde el generador hasta el transformador de poder en las unidades generadoras, ya que cualquier componente o equipo que entre en falla de esta serie indispone la unidad generadora respectiva, con las pérdidas que esta situación implica.

• Es conveniente efectuar acuerdos entre empresas afines refe-rente a la utilización de repuestos de interés común existentes

en sus almacenes, que ayuden a normalizar instalaciones, sis-temas o equipos a cualquiera de las empresas concertadas; por ejemplo: interruptores, desconectadores, transformado-

res de medida, polos de interruptores y otros. También se puede acordar la adquisición de otros repuestos de beneficio común, tales

como transformadores de poder.

•Es una buena práctica tener soluciones preparadas ante eventuales fallas o colapsos de equipos, por ejemplo: modificaciones a estructuras

para eventuales reemplazos de desconectadores, transformadores de medida, pararrayos por otros tipos o fabricantes; modificaciones

en el control ante el eventual reemplazo de equipos de ma-niobras.


elaboración y producción - cigrelecciones y recomendaciones para el sector eléctrico derivadas...

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