CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

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1 FPP / REV.3 PROYECTO: INGENIERÍA BÁSICA Y TALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA ACCESO L POZO TALADRO ESCUELA PROYECTO NO. UNIDAD CÓDIGO L DOCUMENTO PROGRESIVO REVISIÓN HOJA Project No. Unit Document Code Serial No. Reviion Sheet 1244_ CN Of 12 CÁLCULO L SISTEMA PUESTA A TIERRA 0 30-MAY-2014 EMISIÓN PARA CONSTRUCCIÓN D. FREIRE D. MUÑOZ W. PALOMINO A. MATTEUCCI A 13-FEB-2014 EMISIÓN PARA COMENTARIOS D. MUÑOZ O. FLOREZ E. FRANCO A. MATTEUCCI REVISIÓN FECHA REVISIÓN SCRIPCIÓN LA REVISIÓN PREPARÓ CHEQUEÓ APROBÓ AUTORIZÓ Reviion Reviion Date Reviion Decription Prepared by Checked by Approved by Authorized by

2 PROYECTO: INGENIERÍA BÁSICA Y TALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA ACCESO L POZO TALADRO ESCUELA PROYECTO NO. UNIDAD CÓDIGO L DOCUMENTO PROGRESIVO REVISIÓN HOJA Project No. Unit Document Code Serial No. Reviion Sheet 1244_ CN Of 12 TABLA CONTENIDO TABLE OF CONTENTS 1 INTRODUCCIÓN ALCANCE DOCUMENTOS Y NORMAS REFERENCIA MÉTODO CÁLCULO RESISTIVIDAD L TERRENO CALIBRE L CONDUCTOR LA MALLA CÁLCULO LA CORRIENTE FALLA A TRAVÉS LA MALLA CÁLCULO LAS TENSIONES MÁXIMAS ADMISIBLES TOQUE Y PASO DISEÑO CONCLUSIONES... 12

3 PROYECTO: INGENIERÍA BÁSICA Y TALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA ACCESO L POZO TALADRO ESCUELA PROYECTO NO. UNIDAD CÓDIGO L DOCUMENTO PROGRESIVO REVISIÓN HOJA Project No. Unit Document Code Serial No. Reviion Sheet 1244_ CN Of 12 1 INTRODUCCIÓN En el preente documento e preenta la memoria de cálculo para la malla del itema de pueta a tierra requerida en el proyecto INGENIERÍA BÁSICA Y TALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA ACCESO L POZO TALADRO ESCUELA localizado en el CENTRO AGROINDUSTRIAL L META SENA SE EL HACHON, ubicado en la ciudad de Villavicencio Meta, en el kilómetro 11 obre el cotado izquierdo de la vía Villavicencio Puerto López. 2 ALCANCE Dimenionar la malla del itema de pueta a tierra, la cual cumpla con la condicione de eguridad para el peronal que e encuentre dentro de ella y a un (1) metro fuera de ella para el taladro ecuela y la vía perimetral de la zona del preente proyecto. 3 DOCUMENTOS Y NORMAS REFERENCIA En la iguiente tabla e muetran lo documento y etándare de referencia para realizar el cálculo: Tabla 1. Documento de Referencia. Ref. Documento Decripción [D1] DW PLANIMETRÍA DISPOSICIÓN EQUIPOS EN CUARTO ELÉCTRICO PLANTA - CORTES [D2] DW DIAGRAMA UNIFILAR GENERAL [D3] CN ANÁLISIS CORTOCIRCUITO [D4] AMR CONSTRUCCIONES INFORME MEDICION RESISITIVIDAD L TERRENO Tabla 2. Etándare y Código de Referencia. Ref. Etándar Decripción [E1] IEEE Std [E2] RETIE IEEE GUI FOR SAFETY IN AC SUBSTATION GROUNDING REGLAMENTO TÉCNICO INSTALACIONES ELÉCTRICAS [E3] NEC (NFPA 70) NATIONAL ELECTRICAL CO 2011 [E4] IEEE Std 141 [E5] IEEE Std IEEE RECOMMEND PRACTICE FOR ELECTRIC POWER DISTRIBUTION FOR INDUSTRIAL PLANTS IEEE GUI FOR MEASURING EARTH RESISTIVITY, GROUND IMPEDANCE, AND EARTH

4 PROYECTO: INGENIERÍA BÁSICA Y TALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA ACCESO L POZO TALADRO ESCUELA PROYECTO NO. UNIDAD CÓDIGO L DOCUMENTO PROGRESIVO REVISIÓN HOJA Project No. Unit Document Code Serial No. Reviion Sheet 1244_ CN Of 12 4 MÉTODO CÁLCULO El dimenionamiento de la malla de pueta a tierra e realiza con bae en el procedimiento etablecido en la norma IEEE Std IEEE Guide For Safety In AC Subetation Grounding, el cual e ilutrado en el diagrama de flujo de la Figura 1. Figura 1. Diagrama de Flujo Proceo de Dimenionamiento. El procedimiento realizado para el cálculo de la corriente de falla por la malla del itema de pueta a tierra e realiza en el programa de circuito ATP (Analii Traniente Program). Para el cálculo de la tenione de pao y contacto e utiliza el programa ETAP con el módulo de elemento finito para malla de pueta a tierra.

5 PROYECTO: INGENIERÍA BÁSICA Y TALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA ACCESO L POZO TALADRO ESCUELA PROYECTO NO. UNIDAD CÓDIGO L DOCUMENTO PROGRESIVO REVISIÓN HOJA Project No. Unit Document Code Serial No. Reviion Sheet 1244_ CN Of RESISTIVIDAD L TERRENO La información de la reitividad del terreno fue tomada del documento de cálculo de reitividad realizado por AMR Contruccione [D4]. El valor de reitividad e realizó con el método Wenner a una ditancia interelectródica máxima de 4 m y fue de Ω-m. 4.2 CALIBRE L CONDUCTOR LA MALLA Para el dimenionamiento del conductor de la malla e utiliza la iguiente ecuación de acuerdo a la referencia [E1]: A c TCAP *10 t c r r I 4 K ln K 0 0 T T m a Ec. (1) Donde, A c Área mínima del conductor [mm 2 ] I Corriente rm [ka] T m Temperatura máxima admiible [ o C] T a Temperatura ambiente [ o C] T r Temperatura de referencia para la contante de materiale [ C] α r Coeficiente térmico de reitividad a T r [1/ o C] ρ r Reitividad del material conductor a T r [μω cm] K o (1/ α r )- T r [ o C] t c Duración de la falla [] TCAP Capacidad térmica por unidad de volumen [J/(cm 3 o C)] Debido a que el tranformador que alimenta la ecuela Taladro e de 1000 kva con nivele de tenión 34.5/0.48 kv, la corriente de cortocircuito monofáica calculada en el documento [D3], evidencia un valor aproximado en el lado de baja tenión de 19 ka, y con un valor de tiempo de depeje de falla de 150 m. La Tabla 3 muetra la variable para el cálculo de la malla de pueta a tierra. Tabla 3. Variable para cálculo del conducto malla a tierra. VARIABLE Valor Temperatura máxima permitida Tm ( C) 1082 Temperatura ambiente Ta ( C) 40 Temperatura de referencia Tm ( C) 250 Coeficiente térmico de la reitividad a Tr C (αr) Reitividad del conductor a Tr C (ρr [micro ohm/cm]) Corrección por temperatura 1/ao ó 1/(1-ar)-Tr (Ko) 234 Tiempo de depeje de la falla () 0.15 Factor de capacidad térmica TCAP [J/cm³/ C] Máxima corriente de falla monofáica (ka) 19

6 PROYECTO: INGENIERÍA BÁSICA Y TALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA ACCESO L POZO TALADRO ESCUELA PROYECTO NO. UNIDAD CÓDIGO L DOCUMENTO PROGRESIVO REVISIÓN HOJA Project No. Unit Document Code Serial No. Reviion Sheet 1244_ CN Of 12 La variable correponden a la información necearia para el calculo del conductor de la malla y correponde a un conductor de cobre con pureza en 97%. El valor del calibre del conductor neceario e de 30 mm 2, in embargo para cumplir con lo requerimiento de RETIE y egún epecificación de Ecopetrol El valor minimo de conductor de pueta a tierra enterrado debe er 50 mm 2 (1/0 AWG). Para ete preyocto en acuerdo con ECP, el calibre de la malla de pueta a tierra e 2/0 AWG (70 mm 2 ). 4.3 CÁLCULO LA CORRIENTE FALLA A TRAVÉS LA MALLA El cálculo de la corriente de falla a travé de la malla de pueta a tierra e realizó mediante la imulación de lo elemento que componen el Sitema Eléctrico de alimentación del Taladro Ecuela. La ecuela e encuentra alimentada a un nivel de tenión de 34.5 kv por medio de una línea aérea de tre fae (2/0 AWG-ACSR Quail) y cable de guarda (1/0 AWG-ACSR Penguin). La Subetación Suria e la que alimenta ete punto a una ditancia aproximada de 161 m. La imulación de dicho circuito e muetra en la Figura 2. Figura 2. Modelo Eléctrico circuito alimentación Taladro Ecuela. El valor de la Reitencia de pueta a tierra e aume con un valor de 3,3 Ω. Lo valore de corriente total, corriente por la malla y corriente que retorna por el cable de guarda e muetran en la Figura 3.

7 PROYECTO: INGENIERÍA BÁSICA Y TALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA ACCESO L POZO TALADRO ESCUELA PROYECTO NO. UNIDAD CÓDIGO L DOCUMENTO PROGRESIVO REVISIÓN HOJA Project No. Unit Document Code Serial No. Reviion Sheet 1244_ CN Of 12 Figura 3. Diviión de Corriente de Falla a Tierra. El valor de la corriente de falla total e A, el de la corriente por el cable de guarda A y el valor de la corriente inyectada a la malla e A. Por lo tanto el cálculo de la tenione de pao y contacto e realizará con la corriente de A (78 A RMS). 4.4 CÁLCULO LAS TENSIONES MÁXIMAS ADMISIBLES TOQUE Y PASO La tenione máxima admiible de pao (E ) y toque (E t ) on función, entre otra variable, de la maa corporal de la perona uceptible de er afectada por ella y e determinan por medio de la iguiente expreione egún IEEE Std : Para perona con maa de 50 kg: E ( C ) t Ec. (2) E t ( C ) t Ec. (3)

8 PROYECTO: INGENIERÍA BÁSICA Y TALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA ACCESO L POZO TALADRO ESCUELA PROYECTO NO. UNIDAD CÓDIGO L DOCUMENTO PROGRESIVO REVISIÓN HOJA Project No. Unit Document Code Serial No. Reviion Sheet 1244_ CN Of 12 Para perona con maa de 70 kg: E ( C ) t Ec. (4) E t ( C ) t Ec. (5) Dónde: E Tenión de pao tolerable E t Tenión de toque tolerable C Determinado egún Figura 2 o ecuación 7 ρ Reitividad eléctrica del material uperficial [Ωm] Duración de la circulación de la corriente [] t C S h 0.09 Ec. (6) Dónde: ρ h ρ Reitividad eléctrica del terreno [Ωm] Epeor de la capa uperficial Reitividad eléctrica del material uperficial. [Ω.m] Para el preente cao de análii e coniderará un peo de 70 kg.

9 PROYECTO: INGENIERÍA BÁSICA Y TALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA ACCESO L POZO TALADRO ESCUELA PROYECTO NO. UNIDAD CÓDIGO L DOCUMENTO PROGRESIVO REVISIÓN HOJA Project No. Unit Document Code Serial No. Reviion Sheet 1244_ CN Of 12 Figura 4. C V H. El cálculo de tenione de pao y contacto e realizó con el oftware ETAP en el módulo de cálculo de pueta a tierra por medio del método de elemento finito. Se conideró una capa de material ailante conformada por grava, con una profundidad de 0.2 m y una reitividad de 5000 Ω-m, valor aceptable para ete material egún Tabla 7 de IEEE Std. 80. El modelo de do capa e utiliza como procedimiento de modelamiento para la muetra del terreno natural donde e encuentran localizada la facilidade del Taladro-Ecuela, iendo la profundidad de la primera capa de 1.7 m y con una reitividad de Ω-m. La egunda capa tiene la mima reitividad. La muetra del terreno modelado e muetra en la Figura 5 y la caracterización del terreno e decribe en la Tabla 4.

10 PROYECTO: INGENIERÍA BÁSICA Y TALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA ACCESO L POZO TALADRO ESCUELA PROYECTO NO. UNIDAD CÓDIGO L DOCUMENTO PROGRESIVO REVISIÓN HOJA Project No. Unit Document Code Serial No. Reviion Sheet 1244_ CN Of 12 Tabla 4. Caracterización Eléctrica del Terreno. SCRIPCIÓN Reitividad del terreno Profundidad de la primera capa Profundidad de enterramiento de la malla Calibre del conductor de la malla Tipo de conductor Corriente de falla monofáica Tiempo de depeje de falla Peo de la perona VALOR 1.344,5 Ω 1,7 m 0,5 m 2/0 AWG Cobre duro trenzado 78 A 150 m 50 kg Figura 5. Muetra del terreno modelado. 4.5 DISEÑO A continuación e litan la principale definicione y upueto a emplear en el dieño. Profundidad de enterramiento de lo conductore = 0.5 m Sección del conductor = 2/0 AWG Tipo de conductor = Cobre duro trenzado No de varilla = 4, una en cada equina de la zona de la ubetación Diámetro de la varilla = 5/ cm Longitud de la varilla = 2.44 m Tipo de Varilla = Acero enchaquetado en cobre La ditribución de la malla de pueta a tierra e muetra en la Figura 6.

11 PROYECTO: INGENIERÍA BÁSICA Y TALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA ACCESO L POZO TALADRO ESCUELA PROYECTO NO. UNIDAD CÓDIGO L DOCUMENTO PROGRESIVO REVISIÓN HOJA Project No. Unit Document Code Serial No. Reviion Sheet 1244_ CN Of 12 Figura 6. Ditribución de la Malla a Tierra. Lo reultado de la imulación e muetran en la Figura 7:

12 PROYECTO: INGENIERÍA BÁSICA Y TALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA ACCESO L POZO TALADRO ESCUELA PROYECTO NO. UNIDAD CÓDIGO L DOCUMENTO PROGRESIVO REVISIÓN HOJA Project No. Unit Document Code Serial No. Reviion Sheet 1244_ CN Of 12 Figura 7. Reultado cálculo malla de pueta a tierra. Como e puede apreciar lo valore de tenione calculada no uperan lo máximo permitido (Tolerable por el cuerpo humano), por lo tanto el peronal que e encuentre dentro de la malla y a un metro por fuera de ella e encuentra protegido ante tenione de pao y contacto. 5 CONCLUSIONES El análii de tenione de pao y contacto evidencia que el peronal que e encuentre dentro de la malla y a un metro fuera de ella e encuentran protegida debido a que la tenione calculada on menore que la tolerable. El valor de la corriente de falla inyectada a la malla e 78 A. La configuración de la malla de pueta a tierra para el área del Taladro-Ecuela etá conformada por una retícula de 15 conductore de cobre denudo duro calibre 2/0 AWG y etán enterrado a una profundidad de 0.5 m. Ademá la malla de pueta a tierra cuenta con 4 varilla de pueta a tierra de 2.44 m de longitud (Φ5/8 ) ubicada etratégicamente en la equina de la porción de malla correpondiente a la zona de la ubetación eléctrica. Para la dimenione de la malla ver Figura 6. El valor de la reitencia de pueta a tierra e Ω. La malla de pueta a tierra debe er interconectada con lo demá itema de pueta a tierra exitente. Con el fin de garantizar la confiabilidad y eguridad del peronal operativo de la planta y otro, e recomienda utilizar calzado dieléctrico en la intalacione.