INFORME TECNICO “DISEÑO Y CALCULO DE MALLA A TIERRA Y PROTECCIONES”
EXAMEN TRANSVERSAL
Profesor:
DAVID ALEXIS SOTO PEDRAZA.
MAYCOLM JOSSUE OYARSE LEIVA. FRANCISCA VICTORIA MENDEZ ROJAS. PATRICIO ALEJANDRO OGAS RIQUELME. SECCIÓN: 04V Santiago de Chile, 2017
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INFORME TECNICO “DISEÑO Y CALCULO DE MALLA A TIERRA Y PROTECCIONES”
EXAMEN TRANSVERSAL
Santiago de Chile, 2017
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INDICE GENERAL: INTRODUCCION: -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 OBJETIVO GENERAL:------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 OBJETIVOS ESPECIFICOS: ---------------------------------------------------------------------------------------------- 7 DESCRIPCION DE REQUERIMIENTOS: ---------------------------------------------------------------------------- 7 CARACTERISTICAS DE LOS DATOS SOLICITADOS:------------------------------------------------------- - 9 IMPEDANCIA DE LA LINEA DE ALIMENTACION DE LA RED: -------------------------------- -----------11 1.- PROTECCIONES: ------------------------------ ------------------------------------------------------ ------------------- 11 1.1- VALORES DE QG, Q1, Q2.: -------------------------------- ------------------------------------------------------- 11 1.1.1 – VALOR DE Q1: ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 11 1.1.2 – VALOR DE Q2: ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 11 1.1.2 – VALOR DE QG: ---------------------------------------------------------------------------------- ------------------- 12 1.1.3 – RESUMEN DE VALORES: ------------------------------------------------------------------ ------------------- 13 1.2- CURVAS DE OPERACIONES DE LAS PROTECCIONES: -------------------------------- ----------13 1.2.1- SELECCIÓN DE PROTECCIONES: PROTECCIONES: -------------------------------------------- ---------------------------- 13 1.2.1.1- INTERUPTORES AUTOMATICOS DE CAJA MOLDEADA. ------------------------------------- 13 1.2.2- CURVAS DE OPERACIONES. -------------------------------------------------------------------------------- 14 --------- ---------------------------- 16 1.2.2.1- CURVAS DE OPERACIONES OPERACIONES EN PAPEL BLOCK BLOCK LOOK. ------------------------------------1.3 – TABLA DE SELECTIVIDAD SEL ECTIVIDAD Y COORDINACION DE QG,Q1,Q2. --------------------------------- 18 1.3.1 – COORDINACION DE QG, Q1, Q2. ------------------------------------ ------------------------------------- 19 1.3.2 – SELECTIVIDAD. -------------------------------------------------------------------------------------------------- --20 1.3.3 – FUSIBLE TIPO REJA. -------------------------------------------------------------------------------------------- 22 1.3.3.1 – ESPECIFICACIONES TECNICAS. ----------------------------------------------------------------------- 22 1.3.3.2 – CURVAS FUSIBLE TIPO REJA. ---------------------------------------------- ---------------------------- 24 1.3.4 – FUSIBLE TIPO HILO. ------------------- ------------------------------------------------------ ------------------- 25 1.3.4.1 – DESCRIPCION FISICA. --------------------------------------- ---------------------------------------------- 25 1.3.4.2 – CARACTERISTICAS ELECTRICAS. ---------------------------------------------------------- ---------26 1.3.4.3 – CURVAS FUSIBLE TIPO HILO. ---------------------------------------------------------------- ----------29 1.4 – CALCULOS DE IMPEDANCIA EQUIVALENTE. -------------------------------------- ------------------- 30 1.4.1 – IMPEDANCIA DE LA LINEA DE ALIMENTACION DE LA RED. -------------------------------- 30 1.4.2 – IMPEDANCIA DEL TRANSFORMADOR. ------------------------------------------------------- ---------30 1.4.3 – IMPEDANCIA DEL C1- CABLE COBRE DE 10 M. --------------------------------------------------- 31 1.4.4 – IMPEDANCIA DEL C2- CABLE COBRE DE 60 M. --------------------------------------------------- 31 ----------- ------------------- 31 1.5 – CALCULOS DE CORTOCIRCUITO PRIMARIO Y SECUNDARIO. -----------------------------1.5 –TABLA DE CALCULOS. ------------------- ------------------------------------------------------ ------------------- 32 2 – MALLA DE PROTECCION. ------------------------------------------------------------------------------------------ 32 2.1 – METODO SCHLUMBERGER. -------------------------------------------------------------------------- ---------33 2.2- CRITERIO DE SELECCIÓN DE TERRENO: ---------------------------------------------------------------- 35 2.3- DATOS OBTENIDOS: ------------------------------------------------------------------------------------------------ 36 2.4- DATOS GRAFICADOS: ------------------------------------------------------------------------------------- ---------37 2.5- CURVA PATRON ASIGNADA:----------------------------------------------- ------------------------------------- 38 2.6- METODO DE BURGSDORF-YAKOBS --------------------------------------------------------------- ---------38 2.7- CALCULO DE RESISTIVIDAD EQUIVALENTE DEL TERRENO MALLA MEDIA TENSIÓN. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 40 2.8 – METODO DE LAURENT. ----------------------------------------------------------------------- ------------------- 41
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2.9 – METODO DE SCHWARZ.---------------------------------------------------- ------------------------------------- 41 3- CALCULO DE LA CORRIENTE DE FALLA A TIERRA. ----------------------- ---------------------------- 43 3.1- TIEMPO DE DESPEJE DE LA FALLA. -------------------------------------------- ---------------------------- 44 3.2- CALCULO SECCION SECCION DE CONDUCTOR. ---------------------- --------------------------------------------- 45 3.3- CALCULO DE POTENCIAL DE MALLA. ---------------------------------------------------------------------- 46 3.4- CALCULO DE POTENCIALES DE PASO. ---------------------------------------------------------- ---------48 - -------------------------------------------------------- 49 3.5- CALCULO DE POTENCIALES DE CONTACTO. --------------------------------------------------------BIBLIOGRAFIA: ------------------------------------------------ ----------------------------------------------------- -----------52 CONCLUSION:------------------------------------------------- ----------------------------------------------------- -----------53 ANEXOS: ------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------- 56
INDICE TABLAS: Tabla 1. Resumen de I calculadas. --------------------------------- -------------------------------------------------------- 13 Tabla 2. Modelo de protecciones. ---------------------------------------------------------------------------------- ---------13 Tabla 3. Códigos y capacidades de los fusible tipo reja. -------------------------------------------------------- 22 Tabla 6. Tabla de cálculos. -------------------------------------------------------- --------------------------------------------- 32 Tabla 7. Resistividad y espesor de las capas. ----------------------------------------------------- ------------------- 39 Tabla 8. Tabla resistividad equivalente obtenida. ------------------------------------------------------------------- 40
INDICE FIGURAS: Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura
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1. Esquema general. -------------------------------------------------------------------------------- ------------------- 10 2. Lugar de Q1 ----------------------------------------------------------------------- ------------------------------------- 11 3. Lugar de Q2. -------------------------------------------------------------- --------------------------------------------- 12 4. Lugar de QG. --------------------------------- ------------------------------------------------------ ------------------- 12 5. Descripción de los interruptores. ------------------------------ --------------------------------------------- 14 6. Rango de ajustes de interruptores. -------- ------------------------------------------------------- ---------14 7. Paneles de ajustes. ------------------------------------------------------------------------------------------------ -15 8. Ejemplo de coordinación ---------------------------------------------------------------------------------------- 19 9. Coordinación protecciones ------------------------------ ------------------------------------------------------ 19 10. Coordinación entre los automáticos dpx. ---------------------------------------------------- ---------20 11. Selectividad amperimetrica. -------- ------------------------------------------------------ ------------------- 21 12. Fusible tipo reja 160 A. --------------------------------- -------------------------------------------------------- 23 13. Dimensiones del fusible tipo reja. ------------------------------------------------------------------------- 23 14. Curvas para fusible tipo reja. ------------------------------------------------------------------------------ --24 15. Imagen fusible tipo hilo. -------------- ------------------------------------------------------ ------------------- 26 16. Curva para para fusibles tipo hilo ------------------------------------------------------------------------------- --29 17. Características del Transformador. Transformador. ---------------- ---------------------------------------------------- --30 18. Características de C1 -------------------------------------------------------------------------------------------- 31 19. Características de C2. ------------------------------------------------------------------------------------------- 31 20. Disposición de electrodos de la configuración schlumberger. ----------------------------- 33
Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura
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21. Mapa ubicación de la subestación. ----------------------------------------------------------------------- 36 22. Papel log-log con con datos graficados. ------------------------ --------------------------------------------- 37 23. Curva patrón asignado. ------------------------ ------------------------------------------------------- ---------38 24. Calculo para obtener resistencia equivalente. -------------------------------------------- ---------39 25. Midiendo resistividad de la tierra (distancia 1 metro) metro) ------------------------ ------------------- 56 26. Instrumentos utilizados para la medición. ----------------------------------------- ------------------- 56 27.Midiendo resistividad de la tierra (distancia 7 metro) --------------------------------- ----------- 57
INTRODUCCION:
La optimización busca mejorar las condiciones generales de una instalación eléctrica de cualquier tipo, pero es más usada en los lugares donde la eficiencia de la instalación eléctrica influye mucho en el buen func ionamiento del recinto. El proyecto con la empresa BioEnergy es un lugar que ofrece servicios a un taller industrial, es por eso que la eficiencia de su instalación eléctrica es de gran importancia para evitar gastos o consumos innecesarios. innec esarios. Es por eso que nos hemos dedicado al análisis de las condiciones actuales de la instalación eléctrica según la norma chilena de instalación eléctrica NCH 4-2003, y propondremos una alternativa de mejora general, donde se realizaran levantamientos de circuitos eléctricos, además de todos los cálculos y criterios de diseño del sistema de protecciones y malla a tierra solicitados. Para esto debemos realizar primero un diagnostico energético del lugar, analizar cuidadosamente cada uno de los datos obtenidos, y mediante cálculos, crear la alternativa de mejora que mejor se adapte a las necesidades del personal que se encuentren en el lugar, y que no represente un gasto excesivo, es decir buscamos una inversión mínima, pero que tenga grandes efectos en la economía de los usuarios, y que además se recupere el dinero invertido en el menor tiempo posible.
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OBJETIVO GENERAL: Desarrollar un informe técnico conciso que muestre todos cálculos y criterios de diseño del sistema de protecciones y malla a tierra solicitados por la empresa BioEnergy.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Especifica condiciones del terreno para instalar mallas a tierra según norma vigente y requerimientos del proyecto.
Dimensiona protecciones para para instalaciones eléctricas en baja tensión de acuerdo a las especificaciones del proyecto y la normativa vigente.
Calcula parámetros de mallas mallas de puesta a tierra de acuerdo a los requerimientos requerimientos del proyecto.
Dimensiona protecciones de instalaciones eléctricas en media tensión de acuerdo a las especificaciones del proyecto y normativa vigente.
Determinar las las características de los electrodos de puesta a tierra
Interpretar los resultados de la determinación de la resistividad del terreno.
Interpretar de los resultados de las las mediciones de la resistividad del terreno aplicando distintos métodos de medida.
DESCRIPCION DE REQUERIMIENTOS: Mediante la adjudicación de la licitación del proyecto “Taller industrial” con la empresa BioEnergy se han solicitado los siguientes requerimientos. Se desea construir un taller industrial, por lo que se deberá instalar una subestación con un transformador de 350 kVA, en postación en montaje tipo aéreo, la cual es alimentada por una línea aérea, desde un empalme en 12 kV ubicado a 300m del recinto de la subestación. También deberá contar con un tablero general de fuerza (QG) y dos tableros generales generales auxiliares (Q1) y (Q2). Las cargas están distribuidas en dos tableros, uno de distribución de fuerza y otro
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de alumbrado. El tablero TDF alimenta a 10 motores de 10 HP y el TDA alimenta una carga de 200 MVA. Se deberán encontrar los valores de los interruptores QG, Q1 y Q2 aplicando selectividad por medio de tablas, sabiendo que el requerimiento del cliente exige que se utilícela marca Legrand. Con dicha información usted deberá asegurar la coordinación de dichas protecciones. Por ende, para justificar sus cálculos, deberá mostrar las tablas de coordinación y selectividad que fueron utilizadas por la empresa. Tomando como base las mediciones efectuadas en los terrenos medidos por usted y asumiendo que se utilizará el terreno que tenga las mejores condiciones para la instalación de una malla de tierra, diseñe la malla de tierra para la subestación de 350 kVA. Las dimensiones del recinto de la subestación son 25 x 25 m y el alimentador aéreo en 12 kV se ha proyectado construir en conductor de cobre desnudo de 21,2 mm2 de sección, en postes de hormigón armado de 11,5 m con crucetas de madera de 2,0 m. Para estos, efectos, se deberá indicar cuál de los terrenos es el escogido y por qué razones. Además, se han pedido los niveles de cortocircuito a la Empresa Distribuidora Chilectra y ésta ha entregado los siguientes datos: I cc3 = 15KA I cc1 = 9,5 KA Y como protección de la la derivación se instalará desconectadores fusibles aéreos tipo T de 20A de capacidad nominal. Encuentre que tipo de fusible reja deberá llevar el desconetador tripolar a la salida del transformador.
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CARACTERISTICAS DE LOS DATOS SOLICITADOS: En el informe técnico deberá entregar lo siguiente: 1.
Protecciones:
•
Valores de QG, Q1, Q2.
•
Curvas de operación de las protecciones.
•
Tablas de Selectividad y coordinación de QG, Q1, Q2.
•
Tipo de fusible reja (Foto), curva y sus características.
•
Tipo de fusible hilo (Foto), curva y sus características.
•
Calculo de impedancias equivalentes.
•
Cálculos de cortocircuitos en los puntos dados en el esquema anexo.
2.
Malla de protección
•
Datos de resistencia y resistividad de los terrenos medidos.
•
Criterio de selección del terreno.
•
Curva patrón.
•
Curva dibujada de resistividad.
•
Diseño preliminar.
•
Parámetros de Bugsdorff-Yakobs.
•
Resistividad equivalente.
•
Cálculo de la resistencia de la malla.
•
Cálculo de la corriente de falla a tierra.
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•
Obtención del tiempo de despeje de la falla.
•
Cálculo de la sección del conductor.
•
Cálculo del potencial de malla.
•
Calculo de los potenciales de paso y contacto.
Figura 1. Esquema general.
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IMPEDANCIA DE LA LINEA DE ALIMENTACION DE LA L A RED: Z1L = Z2L = 0,0009341+j 0,0004613 Ohm ZoL = 0,001112 +j 0,0019413 Ohm
1.- PROTECCIONES: 1.1- VALORES DE QG, Q1, Q2.: Q2 .: 1.1.1 – VALOR DE Q1:
P= √3* V * I *Cosφ. S= (200 KVA = √3 *V*I) I= S/ (√3*V)
I= 200 KVA/ (√3*400V)
I= 288.67 A
Figura 2. Lugar de Q1 Q1 1.1.2 – VALOR DE Q2: PM = 10HP
PSAL=10HP 1HP= 745,7 WATT
PENT = PSAL/n
10HP= 7457 Watt.
PENT = 7457 Watt/ 0.93 PENT = 8018,28 Watt.
PENT = √3*V*I2*Cosφ . I2= (PENT/ (√3*V *Cosφ)* 10 I2= 8018,28 Watt/ ( √3*400V *0.85)* 10
I2= 136,16 A
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Figura 3. Lugar de Q2. 1.1.2 – VALOR DE QG:
S= √3* V * I *Cosφ. I= S/(√3*V)
I= 350 Kva/(√3*400) Kva/(√3*400)
I= 505,18 A.
Figura 4. Lugar de QG. QG.
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1.1.3 – RESUMEN DE VALORES: PROTECCIONES QG Q2 Q1
I (CALCULADA) 505,18 A 136,16 A 288.67 A
Tabla 1. Resumen de I calculadas. 1.2- CURVAS DE OPERACIONES DE LAS PROTECCIONES: 1.2.1- SELECCIÓN DE PROTECCIONES: 1.2.1.1- INTERUPTORES AUTOMATICOS DE CAJA MOLDEADA. Los interruptores automáticos de caja moldeada ofrecen soluciones óptimas para los requerimientos de protección de instalaciones comerciales e industriales. Se pueden instalar: - En placa o carril hasta 250 A. - En placa de hasta 1.600 A.
PROTECCIONES QG Q2 Q1
MODELO LEGRAND DPX-630 DPX-250 DPX-630
Tabla 2. Modelo de protecciones.
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I (CALCULADA) 505,18 A 136,16 A 288.67 A
Figura 5. Descripción de los interruptores. 1.2.2- CURVAS DE OPERACIONES.
Figura 6. Rango de ajustes ajustes de interruptores. interruptores.
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Figura 7. Paneles de ajustes. ajustes.
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1.2.2.1- CURVAS DE DE OPERACIONES EN PAPEL LOG LOG.
Curva interruptor DPX-250
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Curva interruptor DPX-630
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1.3 – TABLA DE SELECTIVIDAD Y COORDINACION DE QG,Q1,Q2. La coordinación es la técnica por la cual se aumenta el poder de corte de un interruptor automático al coordinarlo con otro dispositivo de protección colocado aguas arriba. Esta coordinación hace posible usar un dispositivo de protección con un poder de corte que es menor que la corriente máxima de cortocircuito prevista en un punto de la instalación.
El poder de corte de un dispositivo de protección debe ser al menos igual al cortocircuito máximo que se puede presentar en el punto en el cual se instala este dispositivo. El poder de corte de un dispositivo puede ser menor que el cortocircuito prospectivo máximo (ver IEC 60364-4-435), siempre que:
- Esté combinado con un dispositivo aguas arriba que tenga el poder de corte necesario en su propio punto de instalación.
- El dispositivo aguas abajo y la canalización protegida puedan resistir la energía limitada por la combinación de los dispositivos. Por lo tanto, se pueden obtener ahorros sustanciales al combinar dispositivos. Los valores de respaldo mostrados en e n las tablas de las páginas siguientes se basan en pruebas de laboratorio realizadas en conformidad con la norma IEC 60947-2.
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Figura 8. Ejemplo de coordinación 1.3.1 – COORDINACION DE QG, Q1, Q2. Mediante la comprobación de los resultados se dedujo que se realizara una coordinación de QG, Q1, Q2 con el dispositivo principal. El dispositivo aguas arriba QG debe tener un poder de corte adecuado en su punto de instalación. Los dispositivos Q1 y Q2 se combinan con el dispositivo QG.
Figura 9. Coordinación protecciones
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Figura 10. Coordinación entre los automáticos automáticos dpx.
1.3.2 – SELECTIVIDAD. La selectividad es una técnica que consiste en coordinar la protección de tal forma que un cortocircuito en un circuito solo dispara la protección colocad a más cerca del cortocircuito, evitando de esta forma que el resto de la instalación sea puesta fuera de servicio. La selectividad mejora la continuidad de servicio y la seguridad de la instalación. Para nuestro proyecto utilizaremos la selectividad amperimetrica, ya que por los cálculos realizados con anterioridad, es la opción a elegir más recomendable. • Sobrecargas
Para tener selectividad en la zona de sobrecarga, la relación de las corrientes de regulación (Ir) debe ser al menos 2. •Cortocircuitos
Para tener selectividad en la zona de cortocircuito, la relación de las corrientes de regulación magnéticas (Im) debe ser de al menos 1,5.
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El límite de selectividad es por ende igual a la corriente de disparo magnética ImA del interruptor automático aguas arriba. La selectividad es por ende total en tanto IkB sea menor a ImA. Por lo tanto la selectividad de la detección de corriente es muy adecuada para los circuitos terminales donde los cortocircuitos sean relativamente débiles.
Figura 11. Selectividad amperimetrica.
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La selectividad es total para IkB
Cuando el interruptor automático aguas abajo B es un dispositivo dispositivo de limitación, la corriente de cortocircuito es limitada en términos tanto de tiempo como de amplitud. La selectividad es por lo tanto total si la corriente limitada que el dispositivo IkB permite pasar es menor que la corriente de disparo del dispositivo A.
1.3.3 – FUSIBLE TIPO REJA. 1.3.3.1 – ESPECIFICACIONES TECNICAS. Estas especificaciones cumplen con la norma Chilectra DMAD-0110.
1- Los códigos y capacidades de los fusibles tipo reja son las siguientes: Las capacidades preferidas son: Código
Capacidad [A]
RJ-80
80
RJ-125
125
RJ-160
160
RJ-235
235
RJ-300
300
RJ-400
400
RJ-550
550
Tabla 3. Códigos y capacidades de los fusible tipo reja. 2- Los materiales con que se fabrican los fusibles son: Elemento Fusible: Alambre de plata pureza mínima 99%. Cabezal: Cobre laminado, plateado electrolíticamente 5 micrones.
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3- Dimensiones: Las dimensiones de los fusibles se especifican en el plano RJ-005A adjunto Los números que indican el amperaje deben ser estampados en la posición Indicada en el dibujo.
4.-Curvas características: Los fusibles deben aceptar una carga igual al 110% de la capacidad indicada, por el tiempo indefinido a temperatura ambiente (22º C aprox.) Los fusibles deben quemarse con el 150% de la capacidad, en no más de un u n minuto. Se adjuntan las curvas características para las capacidades preferidas y en forma separada para las capacidades no preferidas. Tolerancia de +-10%.
TIPO FUSIBLE REJA A UTILIZAR Ubicación: se ubica después del transformador Tipo de fusible: RJ-550, capacidad 500[A]
Figura 12. Fusible tipo reja reja 160 A. A.
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Figura 13. Dimensiones Dimensiones del fusible tipo reja.
1.3.3.2 – CURVAS FUSIBLE TIPO REJA.
Corresponde a curva de 550. Corriente vs Tiempo
Figura 14. Curvas Curvas para fusible fusible tipo reja.
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1.3.4 – FUSIBLE TIPO HILO. 1.3.4.1 – DESCRIPCION FISICA. Estas especificaciones cumplen con la norma Chilectra DMAD-0110.
1.- Cabeza Pieza torneada de latón (aleación cobre-zinc) hecha de un solo segmento sometida a un tratamiento térmico que permite los procedimientos posteriores de armado a presión. Esta pieza se recubre electrolíticamente con plata 1000 para un mejor contacto eléctrico con el soporte.
2.- Golilla Fabricada de latón y plateada electrolíticamente, tiene la función de adaptar los distintos tamaños de cabezas al bastón porta fusibles.
3.- Elemento Fusible Para su construcción se emplea exclusivamente estaño para hilo fusible tipo T, plata para hilo fusible tipo K y Standard, y para los hilos fusibles de capacidad menores a 6 amp. se emplean aleaciones de cromo-níquel.
4.- Tensor Mecánico Los tensores mecánicos son colocados en paralelo a los elementos de fusible, son construidos de acero inoxidable en todos los tipos de hilo fusibles.
5.- Tubo de Unión Este tubo se emplea para la unión del tensor con la cola flexible, está fabricado de cobre y plateado electrolíticamente.
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6.- Cola Flexible Está construida de hebras delgadas de cobre estañadas y trenzadas.
7.- Tubos de Papel Fabricados con fibras orgánicas pegadas con resinas de uso eléctrico. Estas producen un mínimo de ionización y ayudan a enfriar el arco durante su expansión y expulsión de gases.
Figura 15. Imagen fusible tipo tipo hilo. 1.3.4.2 – CARACTERISTICAS ELECTRICAS. Los hilos fusibles se construyen con tres curvas características diferentes: curva tipo T, curva tipo K y curva tipo Standard de acuerdo a la norma ANSI C37.42-1996. Las pendientes de las curvas características deCorriente v/s Tiempo es máxima para los tipo K (rápidos), y mínima para los tipo T (lentos) eintermedia para los fusibles Standard. La norma ANSI C37.42-1996 sólo define las curvas tipo T y K.
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No existe una letra que identifique el fusible Standard, los números de catálogo para estos fusibles no llevan letra. Los amperajes de fusibles fabricados por RMS son:
Tipo T: 1, 2, 3, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 65, 80, 100, 140 y 200 amperes.
Tipo K: 1, 2, 3, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 65, 80, 100, 140 y 200 amperes.
Tipo Standard: 1, 1.5, 2, 3, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150 y 200 amperes. Este mismo tipo de hilo fusible se emplea en sistemas de 25 kV, es necesario indicarlo en el momento de la compra ya que el largo del fusible es mayor. Para la coordinación de este tipo de hilo fusible se emplean las mismas curvas características de Corriente v/s Tiempo de los fusibles clase 15 kV. Tolerancias máximas para las curvas características de Corriente v/s Tiempo mínimo de fusión: 1 - 5 amperes + 30% - 0% 6 – 200 amperes + 20% - 0%
TIPO FUSIBLE HILO A UTILIZAR Ubicación: se ubica antes del transformador
Utilizar: Fusible aéreos tipo “T” de 20 [A] de capacidad nominal. Código: “20T – CC”.
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20: capacidad de Amperes T: característica eléctrica CC: tipo TIPO
DENOMINACIÓN CARACTERISTICAS IMAGEN MONTAJE
CC
Cabeza y Cola
Un perno de conexión y cabeza fija
CC Largo 55 cm
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1.3.4.3 – CURVAS FUSIBLE TIPO HILO. CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS, CORRIENTE V/S TIEMPO
Curva correspondiente “T” (curva color azul) Tipo T: T: 1, 2, 3, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 65, 80, 100, 140 y 200 amperes Curva T: Curva más lenta que K y Standard
Figura 16. Curva para fusibles tipo hilo
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1.4 – CALCULOS DE IMPEDANCIA EQUIVALENTE. 1.4.1 – IMPEDANCIA DE LA LINEA DE ALIMENTACION DE LA RED. Z1L = Z2L = 0,0009341 + J 0,0004613 Ω Z0L = 0,001112 + J 0,0019413 Ω
1.4.2 – IMPEDANCIA DEL TRANSFORMADOR. TRAFO = Razón de transformación. a = vp/vs
a= 12 kv/0.4 = 30
Corriente nominal primaria. Inomp =350 kva / ( √3*12kv) = 16,84 amperes. Corriente nominal secundaria. Inomp =350 kva / ( √3*0,4kv) = 505,18 amperes. FORMULAS V= R * I
√3 * V * I = R P = √3 * R * I^2 Z = √(R^2+(J*X^2) √(R^2+(J*X^2)
Figura 17. Características Características del Transformador. Transformador.
X = √Z^2 – R^2) PW=7600 W Rp = 7.6 kw / ( √3 * 16,84^2) = 15,47 Ω X = √(16,46^2 - 15,47^2) X = 5,62 Ω ZTRAFO = IMPEDANCIA DEL TRANSFORMADOR = 15,47 + J 5,62 Ω
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1.4.3 – IMPEDANCIA DEL C1- CABLE COBRE DE 10 M. XL= 0,1 m Ω /m Largo = 10 m XL10 = 0,1 * 10 = 1 m Ω 240 mm^2 = 0,0801 Ω/km Req = 1 / (1 / R1) + (1/ R2)
=
1 / (1 / 0.0801) + (1 /0,0801)
Req = 0,04005 Ω/km. Rtotal = 40 m Ω/km * (1 km / 1000m) * 10 = 0,40 m Ω /m Impedancia del C1: Z10 = 0,40 + J 1 m Ω
Figura 18. Características Características de C1
1.4.4 – IMPEDANCIA DEL C2- CABLE COBRE DE 60 M. XL= 0,09 m Ω /m Largo = 60 m XL60 = 0,09 * 60 = 5,4 m Ω R35 = 0,554 m Ω /m * 60 m = 33,24 m Ω Impedancia del C2: Z60 = 33,24 + j 5,4 m Ω
Figura 19. Características Características de C2.
1.5 – CALCULOS DE CORTOCIRCUITO PRIMARIO Y SECUNDARIO.
Icocip = (√2 * 12kv) / (√3 *16,46 Ω) = 595,26 a. Icocis = a * Icocip = 30 * 595,26 A = 17,86 ka.
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1.5 –TABLA DE CALCULOS. PUNTO 2 4 3
R total 17,59 m Ω 50,83 m Ω -
X total Z total X/R 7,247 m Ω 19,02 m Ω 1,2 12,65 m Ω 52,38 m Ω 1,2 Tabla 4. Tabla de cálculos.
Icoci3 17,17 ka 6,23 ka 6,86 ka
Icoci1 20,60 ka 7,48 ka 8,239 ka
Punto 3: 3.1- Despreciando aporte de motores de inducción: Icoci3 (2) = Icoci3 (3) Icoci1 (2) = Icoci1 (3) 3.2- Considerando aporte de motores de inducción: Ip = 136 * 5 = 633 aporte de falla trifásica. Is = 1,2* 633 = 7596 aporte de falla monofásico.
2 – MALLA DE PROTECCION. Un sistema de Puesta a Tierra, está compuesto por una Masa de Suelo y un Conjunto de Electrodos. El parámetro más utilizado de dicho sistema es la resistencia del Sistema de Puesta a Tierra. La resistencia del Sistema Puesta a Tierra depende principalmente de la composición química del suelo, cantidad y espesor de las capas del suelo y del arreglo de conductores y barras de cobre que se instalen. Para determinar la resistencia del terreno, se debe conocer la resistividad del terreno. La resistividad del terreno se define como la resistencia que presenta -al paso de la corriente-, un cubo de terreno de un metro de arista. La resistividad se
representa con el símbolo “ρ” (rho), y se mide en (Ω -m)” Para la medición del terreno se utilizo el método schlumberger.
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En general, este método consiste en inyectar una corriente al terreno mediante un par de electrodos, y medir la diferencia de potencial que se produce en los otros dos.
2.1 – METODO SCHLUMBERGER. En esta configuración, los dos electrodos de potencial se disponen simétricamente con respecto al centro de medición elegido, a una distancia de separación como mínimo 1, 2 ó 3 metros. Los electrodos de corriente se ubican también simétricamente con respecto al centro de medición y a una distancia de él, variable. Durante la serie de medidas, los electrodos de potencial permanecen fijos, trasladándose sólo los de corriente.
Figura 20. Disposición de electrodos de la configuración schlumberger. Según la figura anterior, y considerando la imagen que representa el método de los cuatro electrodos, se tiene que:
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Reemplazando las igualdades anteriores en la ecuación fundamental para la medición de la resistividad, mediante el método de los cuatro e lectrodos, se resuelve que: Psh= π * R * n * a * (n+1)
Donde:
ρSH : Resistividad aparente del terreno en un punto específico (Ω -m). R : Valor de la resistencia indicada por el instrumento de medición (Ω). n : Variable auxiliar de cálculo. L : Separación utilizada entre electrodos de corriente y el centro de la medición (m). a : Separación utilizada entre electrodos de potencial (m). La distancia “L” entre el centro de medición y los electrodos de corriente en la configuración de Schlumberger, se utiliza normalmente la siguiente secuencia en metros: 0,6 – 0,8 – 1,0 – 1,6 – 2,0 – 2,5 – 3,0 – 4,0 – 5,0 – 6,0 – 8,0 – 10,0 – 16,0 – 20,0 – 25,0 – 30,0 40,0 – 50,0. Cabe mencionar que la Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC), en su resolución N° 727 de 1979, recomienda una serie de separaciones que son
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similares a las anteriormente señaladas, no obstante el uso de éstas o las recomendadas por SEC, quedara a juicio del de l profesional que efectúe las mediciones de terreno. Para SEC: 1,0 – 1,5 – 2,0 – 3,0 – 4,0 – 5,0 – 7,0 – 10,0 – 15,0 – 20,0 – 30,0 – 40,0
– 50,0 2.2- CRITERIO DE SELECCIÓN DE TERRENO: Las dimensiones del recinto de la subestación son 25 metros cuadrados y una profundidad de 1.0 metros El terreno para la instalación de la sub estación está ubicado en la calle Santa Elena en la comuna de Huechuraba a pasos del mal Vespucio norte, y las características del suelo son:
Compacto. Nota: Los suelos que presentan mayor compactación disminuyen su resistividad, como consecuencia de la menor distancia entre las partículas que lo conforman. Además, en la mayoría de los casos, ca sos, el suelo está e stá compuesto por partículas pa rtículas más pequeñas (menor granulometría), presentan una mayor compactación, densidad y la característica de ser osmóticos.
Húmedo/seco (dependiendo de la estación del año). Nota: La tierra seca es un aislador excelente; al aire y al sol, las capas de arena seca de la superficie se acercan mucho a la condición de buen aislador. En gener al, el grosor de tales capas secas no es muy grande, alcanzan solo entre 10 y 20 centímetros.
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En general los suelos que retienen humedad por periodos largos de tiempo, presentan una resistividad prácticamente uniforme, durante todo el año, sin presentar modificaciones entre las temporadas de lluvia y sequía.
Figura 21. Mapa ubicación de la subestación. 2.3- DATOS OBTENIDOS:
Ρ
1.0 8.3
1.5 3.18
2.0 1.80
3.0 0.97
4.0 0.57
5.0 0.37
7.0 0.19
20 0.02
30 0
Con los datos obtenidos mediante la medición por el método shclumberger graficaremos sobre papel log-log y asignaremos una curva de patrón que se ajuste a los datos obtenidos.
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2.4- DATOS GRAFICADOS:
Figura 22. Papel log-log con datos graficados.
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2.5- CURVA PATRON ASIGNADA: Q-10 = 2
Figura 23. Curva Curva patrón asignado.
Ρ1 = 13 Ω-m (capa superior) E1 = 0.45 m (espesor) N° de curva = 2
P2 = 13 Ω-m * 2 = 26 Ω -m El espesor del segundo estrato, se considera de un valor infinito.
2.6- METODO DE BURGSDORF-YAKOBS Con la medición de la resistividad de terreno se determina la resistividad y profundidad de los estratos que componen el terreno donde se desea instalar una malla a tierra. Sin embargo, para el análisis y diseño de puestas a tierra, se debe calcular la resistividad de un terreno homogéneo equivalente, de esta manera el terreno queda caracterizado por un sólo parámetro, la resistividad equivalente ρe.
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En efecto, el método de Burgsdorf-Yakobs se utiliza para redu cir las capas desde la superficie de un modelo de terreno estratificado, a un terreno homogéneo equivalente caracterizado por una única resistividad. Las siguientes ecuaciones se utilizan para el cálculo de la resistividad equivalente:
Figura 24. Calculo para obtener resistencia equivalente. Donde:
ρi=resistividad ρi=resistividad del i -ésimo estrato, en ohm – metro. hi= profundidad desde la superficie del i-ésimo estrato en metros A= Área que cubre la malla a tierra en metros cuadrados. b= profundidad de enterramiento de la malla a tierra y de las barras si es el caso. Cálculos: CAPA 1 2
Resistividad 13 Ω-m 26 Ω-m
Espesor 0.45m ∞
Tabla 5. Resistividad y espesor de las capas.
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2.7- CALCULO DE RESISTIVIDAD EQUIVALENTE DEL TERRENO MALLA MEDIA TENSIÓN.
Parámetros Superficie Profundidad R0^2 Q0^2 U1^2 V1^2 F0 F1 F2 Pe
Valor 25*25 =125 m^2 1 3.56 32,47 44,34 11,46 0 0,0094 1 13,12
Tabla 6. Tabla resistividad equivalente obtenida. r = √(125 / π) = 3,56 b = 1 metro. R0^2 = 3,56^2 – 1^2 = 11,67 Q0^2 = 2 * 3,56* (3,56 + 1) = 32.47 U1^2 = 32.47 + 11,67 + (0,45^2) = 44,34 V1^2 = 0.5 * (44,34 - √(44,34^2) – (4 * 32,47 * 11,67) = 11,46 F0 = 0 F1 = √1 – (11.56/11.67) = 0,0094 F2 = 1 Req = 13.12 Ω-m
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2.8 – METODO DE LAURENT. Este método de cálculo solamente considera como parámetros fundamentales de la malla, los concernientes a la longitud del conductor que la conforma, y el radio equivalente de la misma. Debido a lo anterior, algunos autores nombran a este
método como el “método aproximado” de Laurent.
La expresión que permite determinar la resistencia de la malla de puesta a tierra mediante este método, es la siguiente:
MALLA DE 25 X 25 Horizontales = 5 Verticales = 5 Lm = (25 * 5) + (25 * 5) = 250 r = √(125 / π) = 3,56 Rml = 13,12 / (4 * 3,56) + 13,12 / 250 = 0.97 Ω
2.9 – METODO DE SCHWARZ. Este método de cálculo a diferencia del anterior, considera tanto las características del terreno, como las concernientes concern ientes a la malla, debido a esto, al método se le llama
“exacto”. Las expresiones de cálculo que permiten determinar la resistencia de una malla mediante Schwarz.
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Donde:
RMS : Resistencia de la malla por Schwarz (Ω). ρeq : Resistividad equivalente del terreno (Ω -m). Lm : Longitud total del conducto de la malla (m). S : Superficie de la puesta a tierra (m2). d : Diámetro del conductor de la malla (m). he : Profundidad a la cual se entierra la malla (m). A : Longitud por el lado de mayor dimensión de la malla (m). B : Longitud por el lado de menor dimensión de la malla (m). r = √(125 / π) = 3,56 m s = π * r^2 = 39.81 mm2 d = 2r = 7,12 7,12 m S = 25 X 25 = 125 m.
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he = 1 m
K1 = 1,43 – ((2,3 *1)/ √125) – 0.044 x (25/25) = 0.18028 K2 = 5,5 – ((8 * 1) / √125) + (0.15 – (1/√125) * (25/25) = 4.7 Rms = 13,12 / ( π * 125) * (ln(2 * 250) / √(1 * 7,12) + ((0.18 * 250) / √125) - 4.7) = 0,018 Ω
3- CALCULO DE LA RESISTENCIA DE LA L A MALLA
=
= = , ×∅ √ × =
=
× − = − × , , = , − √×.
Dónde: VLAT : Tensión de línea del sistema por el lado de AT (V). IFAUX : Corriente de falla auxiliar (A). XNº : Parámetros del sistema (Ω).
=
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1 × ×√ − (1,2 (1,264 64 + 0,4 0,462 + 0,46 0,462) 2)²² = 6,89 6,89 3 √ × 1000
Dónde Rms
3.1- CALCULO DE LA CORRIENTE DE FALLA A TIERRA.
Donde: IF1φ : Corriente de falla monofásica (A). VLAT : Tensión de línea por el lado de AT (V). X1 : Reactancia de secuencia positiva (Ω). X2 : Reactancia de secuencia negativa (Ω). X0 : Reactancia de secuencia cero (Ω). RM : Resistencia de la malla de puesta a tierra (Ω). top : Tiempo de operación de la protección de respaldo (seg).
∅ ∅ =
1 × ×√( ) = 0,99 0,99[k [kA A] √3 √( √( × 6,89 6,89)² )² + (1,2 (1,264 64 + 0,46 ,462 + 0,46 0,462) 2)²²
3.2- TIEMPO DE DESPEJE DE LA FALLA.
Se aproxima 0,99 kA a 1kA, por lo tanto corresponde a un tiempo de operación de la protección de 0,5 segundos (según la tabla de decremento)
Factores de decremento (Según IEEE 80)
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Como recomendación, en la práctica se trabaja el diseño del sistema condicionado a un tiempo de operación no superior a 0,5 segundos.
Obtención del tiempo real de operación La expresión de la interpolación lineal es:
,−, =(−,)×( ) + , = ,−,
Entonces, el factor de decremento es 1,00.
3.3- CALCULO SECCION DE CONDUCTOR. El IEEE Std. 80-1976, Guide for Safety in Substation Groun ding, la norma aceptada por la industria eléctrica internacional, usa la ecuación de Onderdonk como base para seleccionar el mínimo tamaño del conductor que se funda ba jo condiciones de falla.
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=
×∅××√ , × × × √ , = = , ²
El factor de conexión K varia a causa de la máxima temperatura admisible para los varios tipos de conexiones.
Factores k para el cálculo de la sección mínima (Según IEEE 80) Tipo de unión
T° máxima admisible
Valor de k
Conductor sólo
1083
6.96
Conexión Soldada
450
9.12
Conexión apernada
250
11.54
De cualquier forma, la sección mínima a utilizar para el conductor de la ma lla en AT, según normativa nacional, debe ser de 21,2 mm ².
3.4- CALCULO DE POTENCIAL DE MALLA. Es la diferencia de potencial que se origina entre un punto del terreno, situado al centro del reticulado y un punto situado sobre el conductor del reticulado. La ecuación para su cálculo es la siguiente:
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Donde: VM : Voltaje de malla (V).
IF1φ : Corriente de falla monofásica (A). KM : Factor de forma de la malla. Ki : Factor de irregularidad de la malla. FD : Factor de decremento de la falla.
ρeq : Resistividad equivalente del terreno sondeado (Ω - m). Lm : Longitud total del conductor de unión de la malla (mts). Los factores de forma, irregularidad y decremento que aparecen en la expresión anterior, se determinan con las ecuaciones contenidas en la página siguiente.
Factor de Forma de la malla (KM). Depende de la forma y dimensiones de la malla.
Donde: D : Distancia entre conductores paralelos por el lado de mayor de la malla (mts). he : Profundidad de enterramiento de la malla (mts). d : Diámetro del conductor de la malla (mts). NA : Número de conductores paralelos por el lado de mayor dimensión de la malla.
Factor de irregularidad de la malla (Ki). Considera la no uniformidad en el flujo de corriente desde los diferentes puntos de la malla.
Donde: NA : Número de conductores paralelos por el lado de mayor dimensión de la malla.
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3.5- CALCULO DE POTENCIALES DE PASO. Es la diferencia de potencial entre dos puntos del terreno, separados por la distancia de un paso, el que se supone sup one de un metro, en el sentido de la máxima grad iente de potencial.
Voltaje de paso
Dónde: RP: Resistencia de contacto de los pies (Ω). RC: Resistencia del cuerpo (Ω). IC: Corriente de falla que circula por el cuerpo (A).
La expresión general que define la magnitud del voltaje de paso, es la siguiente :
Donde: VP : Voltaje de paso (V). ρS : Resistividad superficial del terreno (Ω -m). top : Tiempo de operación de la protección de respaldo (seg).
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=
116 + 0,696 × 1000 = 1,148 1,148 √0,5
3.6- CALCULO DE POTENCIALES DE CONTACTO. Es la diferencia de potencial entre una estructura metálica puesta a tierra y un punto de la superficie del terreno, a una distancia horizontal respecto a la estructura igual al alcance de una persona, el que se supone de un metro.
Voltaje de contacto
La expresión para determinar la tensión o voltaje de contacto sería:
Donde: RP : Resistencia de contacto de los pies(Ω).
RC : Resistencia del cuerpo(Ω). IC : Corriente de falla que circula por el cuerpo(A).
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De forma análoga a lo especificado para encontrar la ecuación final que determina el potencial máximo de paso, se puede encontrar la expresión final que nos permite calcular el voltaje de contacto.
Donde: VC : Voltaje de contacto (V). ρS : Resistividad superficial del terreno (Ω -m). top : Tiempo de operación de la protección de respaldo (seg).
=
+,× = , , √,
3.7- CALCULO DE POTENCIALES DE PASO POR LA PERIFERIA. Corresponde a la diferencia de potencial entre un punto situado en el conductor extremo de la malla y un punto del terreno situado a un metro fuera de la periferia de la malla. Para calcular esta variable, se deberá utilizar la ecuación siguiente:
Donde: Vpp : Voltaje de paso por la periferia (V).
IF1φ : Corriente de falla monofásica (A). KS : Factor de superficie de la malla.
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Ki : Factor de irregularidad de la malla. FD : Factor de decremento de la falla.
ρeq : Resistividad equivalente del terreno sondeado (Ω - m). Lm : Longitud total del conductor de unión de la malla (mts)
Factor de superficie de la malla (KS). Depende de la forma y dimensiones de la malla.
Donde: NA : Número de conductores paralelos por el lado de mayor dimensión de la malla. D : Distancia entre conductores paralelos por el lado de mayor de la malla (mts). he : Profundidad de enterramiento de la malla (mts).
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BIBLIOGRAFIA: https://es.scribd.com/doc/115706939/CALCULO-Resistividad-Del-Terreno-yDiseno-Malla-de-Tierra http://revistas.utp.edu.co/index.php/revistaciencia/article/viewFile/7403/4431 http://www.electricistasdechile.cl/download/material_tecnico/mallas%20de%20tierr a.pdf Sistemas a puesta tierra rev.PDF. Guía de potencia 2011 legrand.PDF Fusible Reja.PDF. Fusible Hilo.PDF.
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CONCLUSION: Existen varios tipos de circuitos eléctricos dependiendo de varios factores, como son tipo de corriente eléctrica, tipo de carga, tipo de conexión. La importancia de los circuitos eléctricos es tal que en cualquier instalación por sencilla o compleja que sea los tendremos y son la base de toda instalación eléctrica ya sea domestica o industrial. La resistencia del sistema puesto a tierra es de gran importancia para determinar nuestros cálculos y dependerá principalmente de la composición química del suelo, cantidad y espesor de las capas del suelo y del arreglo de conductores y barras de cobre que se instalen, para esto debemos determinar la resistividad del terreno.
Objetivo 1: Determinar y calcular protecciones: para identificación cálculos de impedancia equivalente, cálculos de corto circuitos y artefactos. En tal caso se requiere poner atención en las curvas de operaciones de las protecciones, determinar la selectividad y coordinaciones de QG, Q1, Q2 de nuestro proyecto. Como resultado se obtienen los datos necesarios para la correcta implementación de protecciones.
Objetivo 2: Malla de protección para calcular la resistividad del terreno. Se debe considerar las mediciones de resistencia y resistividad del terreno, los criterios de selección del terreno, curva patrón, etc, además se deberán graficar los datos para poder obtener la resistividad equivalente. Se pone especial atención al estado normativo de la instalación eléctrica incluyendo los puntos necesarios a normalizar.
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Objetivo 3: Calcular la potencialidad de la malla para que el proyecto sea escalable en el futuro. Se determinaran los resultados de potenciales de paso y contacto, además de obtener la sección del conductor y los cálculos de corriente de falla a tierra. El presente proyecto tiene como finalidad plantear las soluciones a las necesidades existentes bajo la adjudicación de una licitación con la empresa BioEnergy, para realizar los cálculos y definir los criterios necesarios para el diseño del sistema de protecciones y malla a tierra solicitados so licitados por el cliente. Los puntos destacables en esta conclusión son los siguientes:
Realizar los cálculos para determinar determinar valores de QG,Q1,Q2, curvas de operaciones, selectividad y coordinación de las protecciones, además de los cálculos de impedancia equivalente y el poder de cortocircuito.
Mejorar la la red eléctrica para soportar soportar más de un servicio.
Contar con una conexión conexión que cubra todas las aéreas que comprometa la puesta a tierra en el recinto
El levantamiento a implementarse está pensada para permitir escalabilidad para soportar mejoras en el futuro.
Por otra parte se realizaron los cálculos para obtener los parámetros necesarios para el diseño de la malla de protección y el sistema puesta a tierra. Como grupo nos sentimos satisfechos por el trabajo realizado y por los logros obtenidos, creemos que a través de este informe logramos comprender de mejor manera lo aprendido en clases. Además nos brindo nuevas herramientas para realizar un sistema de puesta a tierra, tierra, nos facilito el poner en práctica los conocimientos recibidos teóricamente
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para así poder realizar este trabajo, de igual manera tuvimos que realizar un tra bajo de investigación para indagar mas sobre los conceptos teóricos. Cabe destacar que esta conclusión es de forma grupal y es nuestro punto de vista con respecto a lo que es nuestro informe, y lo que logramos avanzar en el trascurso de este semestre.
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ANEXOS: Fotografías tomadas realizando la medición de la resistividad de terreno.
Figura 25. Midiendo resistividad resistividad de la tierra tierra (distancia 1 metro) metro)
Figura 26. Instrumentos Instrumentos utilizados para para la medición. medición.
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Figura 27.Midiendo resistividad de la tierra (distancia 7 metro)
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