1 PUSTA A TIRRA N INSTALACIONS D ALTA TNSIÓN Parte 7 jemplo de cálculo FRNANDO BRRUTTI AÑO 2015
Datos de diseño 2 CALCULO D LA MALLA SUPONINDO FALTA 1FT DNTRO D LA STACION. - Caso típico de una instalación industrial. - No es aplicable a una red de distribución pública. Transformador 115/13.8kV Dyn Z 1 = Z 2 = 4 + 10j (115kV) Z 0 = 10 + 40j (115kV) Z TR (13kV) = 0.034 + 1.014 j
Datos de diseño 3 t f = 0.5 seg. S f = 0.6 = 400.m s = 2500.m h s = 10 cm h = 50 cm A = 70 x 70 m Ta = 40ºC
(1) Método norma I-80 4 (2) (3) (9) (10) (4) (5) (8) (6) (7) (11)
Desarrollo de los cálculos 5 Primer punto: modelado del terreno. = 400.m A = 70 x 70m n un caso genérico habría que hacer el análisis de datos a partir del método de Wenner.
(1) Método norma I-80 6 (2) (3) (9) (10) (4) (5) (8) (6) (7) (11)
Desarrollo de los cálculos 7 Segundo punto: dimensionado de los conductores de la malla de tierra. A 2 mm I 4 tcαrρr10 TCAP Tm T Ln1 K 0 T a a Se debe calcular la corriente de cortocircuito máximo para determinar la sección de conductor.
Desarrollo de los cálculos 8 Cálculo de cortocircuito en 115kV: I FT Z 1 3 Z X R 3.33 2 Z 0 3115 4 4 10 j10 10 40 3 3180A Cálculo de cortocircuito en 13kV: I FT Z 1 Z X R 16.2 3 2 Z 0 313 2 0.085 0.034 j2 1.142 1.014 3 6814A
Desarrollo de los cálculos 9 Segundo punto: dimensionado de los conductores de la malla de tierra. A 2 mm I 4 tcαrρr10 TCAP Tm T Ln1 K 0 T a a Se toma el peor cortocircuito: I = 6814A. Tomando T m = 700ªC. A > 33.4 mm 2 Conductor 50mm 2.
(1) Método norma I-80 10 (2) (3) (9) (10) (4) (5) (8) (6) (7) (11)
Desarrollo de los cálculos 11 Tercer punto: cálculo de corrientes admisibles. C S 1 ρ 0.09 1 ρs 2h 0.09 s toque_adm paso_adm 1000 1.5C 1000 6C S S ρ ρ S S k t k t s s k k 0.116 0.157 peso peso 50kg 70kg
Desarrollo de los cálculos 12 Tercer punto: cálculo de corrientes admisibles. jemplo con 70kg, k=0.157. C S 1 ρ 0.09 1 ρs 2h 0.09 s 1 400 0.09 1 2500 20.10 0.09 0.74 toque_adm 1000 1.5C ρ 838V S S k t s paso_adm 1000 6C ρ 2687V S S k t s
(1) Método norma I-80 13 (2) (3) (9) (10) (4) (5) (8) (6) (7) (11)
Desarrollo de los cálculos 14 Cuarto punto: diseño físico de la malla Malla 70m x 70m. D=7m Sin jabalinas.
(1) Método norma I-80 15 (2) (3) (9) (10) (4) (5) (8) (6) (7) (11)
Desarrollo de los cálculos 16 Quinto paso: Cálculo resistencia R g 1 ρ L 1 20A 1 1 h 1 20/A 2.78Ω = 400.m h = 0.50 m A = 70 m x 70 m L= 1540 m
(1) Método norma I-80 17 (2) (3) (9) (10) (4) (5) (8) (6) (7) (11)
Desarrollo de los cálculos 18 Sexto punto: Cálculo de corriente por la malla I G. Cortocircuito en 13kV: 6814A. Cortocircuito en 115kV: 3180A. n este caso se toma 3180 A ya que se supone que la falla se produce dentro de la estación: I G C P S f D f I f 110.63180 1908A
Desarrollo de los cálculos 19 Séptimo punto: Cálculo de GPR. GPR R g I G toque_adm GPR 2.781908 toque_adm 838V 5304V No se cumple la desigualdad, por lo tanto, habrá que evaluar los máximos gradientes de potencial en la malla.
Gradientes de potencial 20
(1) Método norma I-80 21 (2) (3) (9) (10) (4) (5) (8) (6) (7) (11)
valuación de tensiones 22 de paso y toque. m ρi G K L M m K i toque_max 838V s ρi G L K S s K i paso_max 2687V
Tensión de toque 23 838V 1002V 1540 1908 2.272 0.89 400 L K K ρi toque_adm M i m G m 0.89 1) (2n 8 Ln K K 4d h 8Dd 2h) (D 16hd D Ln 2 1 K h ii 2 2 m π π 1.225 h h 1 K 0.57 (2n) 1 K 0 h n 2 ii 2.272 n 0.148 0.644 K i
(1) Método norma I-80 24 (2) (3) (9) (10) (4) (5) (8) (6) (7) (11)
Replanteo de la malla 25 Décimo paso: Modificación del diseño No se cumple el criterio de toque. Medidas a tomar: Reducir corriente de falla. Reducir tiempo de protecciones. Redimensionar la malla de tierra.
Desarrollo de los cálculos 26 Cuarto punto: diseño físico de la malla Malla 70x70m. D=7m 20 Jabalinas en el perímetro.
(1) Método norma I-80 27 (2) (3) (9) (10) (4) (5) (8) (6) (7) (11)
Desarrollo de los cálculos 28 Quinto paso: Cálculo resistencia R g 1 ρ L 1 20A 1 1 h 1 20/A 2.75Ω = 400.m h = 0.50 m A = 70 m x 70 m L= 1540 + 20x7.5 = 1690m LA RSISTNCIA PASA D 2.78 A 2.75
(1) Método norma I-80 29 (2) (3) (9) (10) (4) (5) (8) (6) (7) (11)
Desarrollo de los cálculos 30 Sexto punto: Cálculo de corriente por la malla I G. Cortocircuito en 13kV: 6814A. Cortocircuito en 115kV: 3180A. La corriente de cortocircuito no varía en esta evaluación: I G C P S f D f I f 110.63180 1908A
Desarrollo de los cálculos 31 Séptimo punto: Cálculo de GPR. GPR R g I G toque_adm GPR 2.751908 toque_adm 838V 5247V Con el diseño sin jabalinas GPR = 5304V
Gradientes de potencial 32
(1) Método norma I-80 33 (2) (3) (9) (10) (4) (5) (8) (6) (7) (11)
valuación de tensiones 34 de paso y toque. m ρi G K L M m K i toque_max 838V s ρi G L K S s K i paso_max 2687V
Tensión de toque 35 m ρigk mk i LM 1540 838V toque_adm 4000.772.2721908 1.55 1.22 70 7.5 2 70 2 150 747V m 747V toque_adm 838V aceptable, se debe evaluar tensión de paso Observación 1: Se reduce K m. Observación 2: Crece la longitud efectiva.
Tensión de paso 36 correcto diseño aceptable, 2687V 549V toque_adm s 2687V 549 V 2 7.5 0.85 1540 0.75 1908 2.272 0.406 400 L I K K ρ paso_adm S G i s s
(1) Método norma I-80 37 (2) (3) (9) (10) (4) (5) (8) (6) (7) (11)
Diseño de detalle 38 Detalles constructivos: Conexión equipos. Jabalinas adicionales para equipos: Neutros de trafos y generadores. Neutros de bancos condensadores y reactores. Descargadores de sobretensión. studio de potenciales de transferencia
Observaciones ejemplo 39 l diseño es válido suponiendo que no existen salidas de 13kV que alimenten consumidores fuera del área de aterramiento de la estación, es decir, todos los defectos se producen DNTRO D LA STACION ATRRADA. sto es válido para plantas de generación y consumidores cuyas mallas de tierra abarquen toda el área de la instalación. n caso que la estación refiriera a una red de distribución pública y tuviera salidas en 13kV debería considerarse la corriente de 6.8kA a los efectos del diseño.