SECRETARIA DE EDUCACION PÚBLICA
DIRECCION GENERAL DE EDUCACION SUPERIOR TECNOLOGICA
INSTITUTO TECNOLOGICO DE VERACRUZ
MATERIA: SUBESTACIONES ELECTRICAS
TEMA: “PROYECTO DE SUBESTACION DE MEDIA TENSIÓN 13.2 kV”
INTEGRANTES: CORTES SOSA JESÚS ALBERTO GOMEZ PORTELA IGNACIO RUIZ MORALES RAUL CLEMENTE FLORES MIRAVETE RICARDO
E11021172 E11021183 E11021210 E11021180
ING. JOSE DE JESÚS ROMERO CASTRO CLAVE DEL GRUPO: 7Y7-A
H. VERACRUZ, VER. AGOSTO – DICIEMBRE - 2014
MEMORIA DE CÁLCULO “SUBESTACION SAMALAYUCA”
INDICE 1.- INTRODUCCION……………………………………………………………………. 4 1.1.-Objetivos…………………………………………………………………………. 4 1.2.-Justificacion……………………………………………………………………… 4 1.3.-Localización……………………………………………………………………... 5 2.-SELECCIÓN DE APARTARAYOS …………………………………………………. 6 3.-SELECCIÓN DE CORTACIRCUITOS FUSIBLE …………………………………. 7 4.-CALCULO DE TRANSFORMADORES ……………………………………….…. 10 4.1.-Transformador de Media Tensión ……………………………………..…….. 10 4.2.-Transformador de Baja Tensión ……………………………………………... 11 5.-CORRIENTE DE FALLA SIMÉTRICA Y ASIMÉTRICA POR EL MÉTODO DEL BUS INFINITO………………………………………………………………………. 13 6.-CÁLCULO DE INTERRUPTORES ……………………………………………….. 14 7.- SELECCIÓN DEL TABLERO …………………………………………………….. 17 8.-CÁLCULO DE CALIBRES …………………………………………………………. 18 8.1.-Calibre de la acometida al transformador de 112.5KVA ………………….. 18 8.2.-Calibre del lado secundario del transformador principal 112.5 KVA al tablero…………………………………………………………………………… 18 8.3.-Calibre de los motores de 440 V …………………………………………….. 19 8.4.-Calibre de las cargas A y B …………………………………………………... 19 9.- CALCULO DE CAIDA DE VOLTAJE…………………………………………….. 20 9.1.-Transformador de 15 KVA (Carga B) …………………………..…………… 20 9.2.-Transformador de 45 KVA (Carga A) ……………………………………….. 21 9.3.-Motores…………………………………………………………………………. 21 10.-SISTEMAS DE TIERRAS………………………………………………………… 22 10.1.-Definición de un SPT ...…………….……………………………………….. 22 10.2.-Electrodo tipo malla…………………….……………………………………. 23 10.3.-Varilla Copperweld ………..…………………………………………….…… 23 10.4.-Configuración de los electrodos…………………...……… electrodos…………………...…………………… ……………….. ….. 24 10.5.-Resistencia de la malla de tierras. (R G)………………...…………………. 25 10.6.-Registros…………………………………………..………………………….. 25
MEMORIA DE CÁLCULO “SUBESTACION SAMALAYUCA”
INDICE 1.- INTRODUCCION……………………………………………………………………. 4 1.1.-Objetivos…………………………………………………………………………. 4 1.2.-Justificacion……………………………………………………………………… 4 1.3.-Localización……………………………………………………………………... 5 2.-SELECCIÓN DE APARTARAYOS …………………………………………………. 6 3.-SELECCIÓN DE CORTACIRCUITOS FUSIBLE …………………………………. 7 4.-CALCULO DE TRANSFORMADORES ……………………………………….…. 10 4.1.-Transformador de Media Tensión ……………………………………..…….. 10 4.2.-Transformador de Baja Tensión ……………………………………………... 11 5.-CORRIENTE DE FALLA SIMÉTRICA Y ASIMÉTRICA POR EL MÉTODO DEL BUS INFINITO………………………………………………………………………. 13 6.-CÁLCULO DE INTERRUPTORES ……………………………………………….. 14 7.- SELECCIÓN DEL TABLERO …………………………………………………….. 17 8.-CÁLCULO DE CALIBRES …………………………………………………………. 18 8.1.-Calibre de la acometida al transformador de 112.5KVA ………………….. 18 8.2.-Calibre del lado secundario del transformador principal 112.5 KVA al tablero…………………………………………………………………………… 18 8.3.-Calibre de los motores de 440 V …………………………………………….. 19 8.4.-Calibre de las cargas A y B …………………………………………………... 19 9.- CALCULO DE CAIDA DE VOLTAJE…………………………………………….. 20 9.1.-Transformador de 15 KVA (Carga B) …………………………..…………… 20 9.2.-Transformador de 45 KVA (Carga A) ……………………………………….. 21 9.3.-Motores…………………………………………………………………………. 21 10.-SISTEMAS DE TIERRAS………………………………………………………… 22 10.1.-Definición de un SPT ...…………….……………………………………….. 22 10.2.-Electrodo tipo malla…………………….……………………………………. 23 10.3.-Varilla Copperweld ………..…………………………………………….…… 23 10.4.-Configuración de los electrodos…………………...……… electrodos…………………...…………………… ……………….. ….. 24 10.5.-Resistencia de la malla de tierras. (R G)………………...…………………. 25 10.6.-Registros…………………………………………..………………………….. 25
10.7.-Resistividad del terreno………………………………………………….….. 26 10.8.-Nor matividad matividad del sistema de tierra…………………………………… tierra……………………………………….… ….… 26 10.9.-Calculo del calibre a utilizar para la red de tierras de la Subestación Eléctrica (Samalayuca NOMBRE DE LA SUB) ……………………………….. 28 10.10.-Determinación de la resistencia de la malla de puesta a tierra …. 32
11.- LISTA DE MATERIALES ………………………………………………………… 33 12.-NORMAS EMPLEADAS …………………………………………………………. 35
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1.- INTRODUCCION Para modificar los parámetros de corriente y de voltaje que nos proporcionan las plantas generadoras y que son transportados por la líneas de alta tensión, y alimentar los diferentes tipos de aparatos eléctricos, requiere de un equipo especial conocido con el nombre de subestación, el tipo de subestación eléctrica que utilizaremos, se usan en industrias menores, edificios de apartamentos y comercios principalmente. Presentan ciertas ventajas tales como: El reducido espacio que ocupan, proporcionan el máximo de seguridad al estar cubiertas las partes energizadas .otro punto importante, es que también más usuarios requieren de continuidad en el suministro de energía eléctrica y una manera de lograrlo es el de tener el suministro en media tensión (13.2, 23 y 34.5 kv) ya que en estos voltajes se tiene una mayor continuidad. El término subestación compacta se refiere a que dentro de la instalación eléctrica no hay otras etapas de transformación de voltaje, esto quiere decir, que únicamente existe una etapa de transformación, en estos casos los voltajes mencionados anteriormente a voltajes de 480/220/127.
1.1.-Objetivo El alumno adquirirá conocimientos y aplicara para el desarrollo y construcción de una subestación de media tensión de 13.2 kV, el cual incluye desde la forma teórica y selección de instrumentos y equipo eléctrico para la conformación del mismo. Al final el alumno será competente y tendrá conocimientos de hacer planos en AutoCAD para la presentación de la subestación.
1.2.-Justificación La intensión de este trabajo es realizar un proyecto de diseño de una subestación compacta, aplicando los conocimientos adecuados, basándonos en los parámetros obtenidos, así como las consideraciones para el diseño, y con todo esto elaborar un buen diseño. Este proyecto especifica las características, funcionamiento y la manera de calcular cada elemento de la subestación eléctrica compacta como es el transformador, cortacircuitos fusibles, interruptores apartarrayos, sistema de puesta a tierra, así como la coordinación de aislamiento y las diferentes opciones de selección de elementos que componen dicha subestación que suministra energía a nuestros diferentes dispositivos eléctricos. Además cabe mencionar que dentro de los cálculos se elaboró un estudio de cálculo de corto circuito por el método del bus infinito para complementar la selección de nuestros equipos eléctricos. Todo en base a las Normas como la NOM-001-2012, NORMAS CFE, IEEE, etc, para el respaldo y cumplimiento al pie de la letra en la construcción de la subestación.
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1.3.-Localización
Veracruz, Ver. Calle Raz y Guzmán, entre calle del Sol y Miguel Ángel de Quevedo. A lado del Hospital de Pemex.
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2.-SELECCION DE APARTARRAYOS La selección del apartarrayos se realizó en base a las normas aplicables, que establecen las características, pruebas, condiciones de operación y requerimientos de compra que deben reunir los apartarrayos de óxidos metálicos para subestaciones, estas normas son las siguientes: IEC-60099-4 NMX-J-321-ANCE NRF-003-CFE NRF-003-APS En base a la información que tenemos de nuestra subestación, donde la tensión entre fases es de 13.2kv para un sistema de 3F-3H las normas NRF-003-APS y NRF-003-CFE indican en las tablas # 4 y B.2.- características de los apartarrayos de óxidos metálicos clase III para subestaciones debemos tomar una tensión nominal de 12 kv. En la siguiente tabla de la norma NRF-003-APS podemos encontrar todas las características necesarias para la selección de nuestros apartarrayos.
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Una vez revisado todos los aspectos y características que deben tener nuestros apartarrayos, procedemos a la selección del producto de manera comercial a la empresa IUSA.
Tabla de características catalogo IUSA
3.-SELECCION DE CORTACIRCUITOS FUSIBLE La selección de los cortacircuitos fusible se realizó en base a las normas aplicables, en donde se establecen las características y pruebas que deben cumplir los cortacircuitos fusible de acuerdo a las siguientes normas: 08CS05.Normas de distribución-construcción-instalaciones aéreas en media y baja tensión Cortacircuitos fusible 3CF3A NRF-029-CFE
En base a la tensión 13.2kv que tenemos en nuestra subestación con un sistema 3F-3H, en la norma NRF-029-CFE. Tabla 1.- características de operación de los
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circuitos fusibles, procedemos a la selección de nuestro Cortacircuitos fusible tomando en cuenta las sig. Descripciones. CCF=Cortacircuitos fusible. C=Contaminación y corrosión. 3D= Tres disparos. 15,27y 38= Tensión máxima de diseño en kv. 100= Corriente nominal en A. 110,150 y 200=Nivel básico de aislamiento en kv. 2000, 5000, 6000, 8000, 10000,120000=Corriente máxima de corriente asimétrica en A.
Una vez seleccionado el Cortacircuitos fusible de acuerdo a la norma y en base a todos los parámetros que conforman nuestra subestación procedemos a la selección de nuestro componentes de manera comercial, Basándonos en el catálogo de la empresa IUSA el cortacircuitos fusible que requiere nuestra subestación es el siguiente: Catalogo IUSA APD-15-12-100
Descripción CFE CFE-15-100-110-8000
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4.-CALCULO DE TRANSFORMADORES Cant.
CARGAS
KW
1
Carga A
26.376
1
Carga B
5
4
Motor
29.828
TOTAL
61.204
Se utilizara el factor de potencia mínimo de 0.9 que demanda la empresa CFE.
4.1.-Transformador de Media Tensión. 61.204 kW 25.84
°
..=0.9 = =25.84° = = 61.20.049 =68.004 Por lo tanto obtenido las capacidades por KVA ahora se procederá a elegir en el catálogo de PROLEC, el transformador principal:
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Transformador tipo pedestal trifásico Voltaje primario: 13.2kV Voltaje secundario: 440 V KVA: 112.5 Z%=3
= 68.004112.5 ∙100% = 60.44% 4.2.-Transformador de Baja Tensión
26. 3 7610 = 0.9 =29.306 510 = 0.9 =5.55 Por lo tanto obtenido las capacidades por KVA ahora se procederá a elegir en el catálogo de SQUARE D, los siguientes transformadores con sus siguientes características:
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Transformador de propósitos generales trifásico
Transformador de Carga A Voltaje primario: 440 V Voltaje secundario: 220 V KVA: 45
= 29.30645∙100% = 65.12% Transformador de Carga B Voltaje primario: 440 V Voltaje secundario: 127 V KVA: 15
= 5.55 15∙100% = 37% Cumple con las normas: IEEE NEMA ANSI
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5.-CORRIENTE DE FALLA SIMÉTRICA Y ASIMÉTRICA POR EL MÉTODO DEL BUS INFINITO Determinamos la corriente de falla simétrica en el punto indicado que está en el lado secundario de nuestro transformador de 112.5 KVA;
=440 =112.5 =0.03
Corriente simétrica
112. 5 10 = √ 34400.03 =4920.59 Una vez determinada la corriente simétrica, se multiplicara por el coeficiente 1.25 para determinar la corriente asimétrica ya que es uno de los parámetros para poder elegir las capacidades de los interruptores. Corriente asimétrica
= =1.254920.59 =6150.73 13
NOTA: El factor se forma con la relación X/R de la red resultante o equivalente ZK=RK+JXK en el punto de falla, en cuyo caso, la corriente de cortocircuito asimétrica se puede calcular como: 1.15K, es decir, que el mínimo valor seria 1.15 y normalmente el máximo no excede de 1.8. NOTA: Todos los artículos estarán dirigidos conforme a NOM-001-2012
6.-CALCULO DE INTERRUPTORES Se procede a determinar la corriente de cada carga que se encuentran en el diagrama unifilar, en el caso de los transformadores de las cargas A y B se utiliza el voltaje del lado de alta tensión; Eficiencia: 90% RPM: 1200
MOTOR
CARGA A
CARGA B
7. 4 5710 = √ 34400.90.9 =12.07 4510 = √ 3 440 =59.04 1510 = √ 3440 =19.68
Obtenido las corrientes de cada carga se multiplicara por 1.25 para escoger las capacidades de los interruptores individuales;
CARGA A
CARGA B
=59.041.25=73.8 =19.681.25=24.6
En el caso de los 4 motores, aplica el artículo 430-24 que en base al artículo 430-6(a)(1) donde utilizamos nuestra corriente nominal para tomar un motor con
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valor nominal más alto, el cual en nuestro caso es cualquiera debido a que son de igual capacidad de HP
MOTOR
=12.071.25=15.08 =15.08+12.07+12.07+12.07 =51.29
Corriente total de los 4 motores
Por lo tanto se eligieron los siguientes interruptores individuales de caja moldeada;
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Cumple con las Normas: Nema UL489
Por lo tanto, Interruptor de 3 polos de cada motor es de:
Capacidad del interruptor: 50 A Capacidad interruptiva: 18 kA
Interruptor de 3 polos de la Carga A
Capacidad del interruptor: 80 A Capacidad interruptiva: 18 kA
Interruptor de 3 polos de la Carga B
Capacidad del interruptor: 30 A Capacidad interruptiva: 18 kA
Y sumamos las corrientes para determinar la capacidad del interruptor principal:
=51.29+73.8 +24.6 =149.69
Interruptor principal
=149.69
Por lo tanto se eligió el siguiente interruptor de caja moldeada;
Interruptor de 3 polos del interruptor principal:
Capacidad del interruptor; 150 A
Capacidad interruptiva: 18 kA
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7.-SELECCIÓN DEL TABLERO Los interruptores individuales como el interruptor principal de caja moldeada se encontrara alojadas dentro del tablero CCM, buscando los datos de tensión y la corriente que se adecuen a nuestro sistema:
=149. =440 69 Eligiendo así el tablero que cumple con nuestros datos que necesitamos, se mostrara en la siguiente figura:
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8.-CALCULO DE CALIBRES 8.1.-Calibre de la acometida al transformador de 112.5KVA En la Norma de Distribución-Construcción-Instalaciones Aéreas en media y baja tensión, “Generalidades”. Dice que eléctricamente se puede calcular el calibre en
función de la carga por alimentar y la distancia de la fuente a la carga. (Analizando regulación y perdidas de energía por conducción). Se emplea como mínimo 1/0 (ACSR), 3/0 (AAC) y Nº 2 (Cu). A continuación se especifican cada uno de los lugares que se utiliza para cada conductor:
AAC: En áreas urbanas y de contaminación. ACSR: Líneas y áreas rurales en todos los calibres normalizados. COBRE: En áreas donde se justifique técnica y económicamente. Por lo tanto, escogimos el tipo AAC (calibre 3/0 XLPE) para nuestra acometida al transformador, debido a que nuestra subestación se encuentra dentro de un área urbanizada.
8.2.-Calibre del lado secundario del transformador principal 112.5 KVA al tablero
112. 5 10 = √ 3440 =147.61 Se determina el factor de temperatura según la tabla 310-15(b)(2)(a) a 45°C como máximo. Factor de temperatura= 0.87
= 147.0.8671 =169.66 De la tabla 310-15(b)(16) se tomara el conductor para 90°C.Por lo tanto el conductor será:
VIAKON LS 90°/75°: THHW-LS Calibre 1/0, Rango: hasta 170 A
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8.3.-Calibre de los motores de 440 V Obtenido la corriente nominal de los motores de acuerdo al Artículo 430-24.
=51.29 En el Artículo 430-24 que se basa en artículo 430-6(a)(1) se utiliza la Tabla 31015(b)(2)(a) donde se divide con el factor de temperatura según a 45°C como máximo. Factor de temperatura= 0.87
= 51.0.8279 =58.95
El Articulo 430-6 nos dice que se tomara la Tabla 310-15(b)(16) para calcular el calibre de alimentación de cada motor. Por lo tanto: : VIAKON LS 90°/75°: THHW-LS Calibre 6, Rango: hasta 75 A
8.4.-Calibre de las cargas A y B Corriente de la Carga A
=59.04 =19.68
Corriente de la Carga B
Se determina el factor de temperatura según la tabla 310-15(b)(2)(a) a 45°C como máximo. Factor de temperatura= 0.87
Carga A
= 59.0.8074 =67.86 = 19.0.8678 =22.62 Carga B
De la tabla 310-15(b)(16) se tomara el conductor para 90°C.Por lo tanto los conductores será:
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Carga A VIAKON LS 90°/75°: THHW-LS Calibre 6, Rango: hasta 75 A Carga B Conforme a la tabla tabla 310-15(b)(16) tenemos un calibre 14, pero como estamos trabajando a un voltaje de 440 V de forma segura se implementara a un conductor:
VIAKON LS 90°/75°: THHW-LS Calibre 10, Rango: hasta 40 A 9.-CALCULO DE CAIDA DE VOLTAJE Trifásico
∆= √
9.1.-Transformador de 15 KVA (Carga B) Distancia del tablero principal hacia el transformador de 15 KVA es de 16m. Para el cálculo de la impedancia se tomara el valor que viene del fabricante (Manual del electricista VIAKON). Los conductores irán por ductos de PVC: VIAKON LS 90°/75°: THHW-LS Calibre 10.
Z= 3.6 L= 0.016 km I= 22.62 A Vff= 440 V
3 3. 6 0. 0 16 km22. 6 2 A √ ∆= 100=0.51% 440 V 20
9.2.-Transformador de 45 KVA (Carga A) Distancia del tablero principal hacia el transformador de 45 KVA es de 18m. Para el cálculo de la impedancia se tomara el valor que viene del fabricante (Manual del electricista VIAKON). Los conductores irán por ductos de PVC: VIAKON LS 90°/75°: THHW-LS Calibre 6.
Z= 1.5 L= 0.018 km I= 67.86 A Vff= 440 V
3 1. 5 0. 0 18 km67. 8 6 A √ ∆= 100=0.72% 440 V
9.3.-Motores Distancias del tablero CCM hacia los 4 motores. Motor A=13m, Motor B=10m, Motor C=9m, Motor D=6m. Para el cálculo de la impedancia se tomara el valor que viene del fabricante (Manual del electricista VIAKON). Los conductores irán por ductos de PVC: VIAKON LS 90°/75°: THHW-LS Calibre 6. MOTOR A
Z= 1.5 L= 0.013 km I= 58.95 A Vff= 440 V
MOTOR B
3 1. 5 0. 0 13 km58. 9 5 A √ ∆= 100=0.45% 440 V
Z= 1.5 L= 0.01 km I= 58.95 A Vff= 440 V
3 1. 5 √ ∆= 0.44001Vkm58.95 A 100=0.34% 21
MOTOR C
Z= 1.5 L= 0.009 km I= 58.95 A Vff= 440 V
MOTOR D
3 1. 5 √ ∆= 0.440009V km58.95 A 100=0.31%
Z= 1.5 L= 0.006 km I= 58.95 A Vff= 440 V
3 1. 5 0. 0 06 km58. 9 5 A √ ∆= 100=0.20% 440 V
De acuerdo a la Nota 4 del artículo 210-19(a)(1) dice que los circuitos derivados no deben de tener una caída de tensión mayor del 3% desde la salida más lejana que alimente a varias cargas y en los que la caída máxima de tensión combinada de los circuitos alimentadores y de los circuitos derivados hasta el contacto más lejano no supere el 5%.
10.-SISTEMAS DE TIERRAS 10.1.-Definición de un SPT Generalmente un sistema de tierra está formado por conductores o barras de cobre o aluminio, que interconectan materiales metálicos (gabinetes, carcazas, estructuras, tanques, placas, contenedores, pantallas, etc.), equipos y circuitos eléctricos, entre otros, con mallas o electrodos enterrados. En general, se dice que una estructura se encuentra conectada a tierra si esta eléctricamente unida a elementos metálicos directamente enterrados en el suelo. Los electrodos directamente enterrados forman el sistema de conexión a tierra y proporcionan una trayectoria de conducción de la corriente de falla o defecto a tierra. Un sistema de tierra de una subestación eléctrica está formado por un conjunto de conductores de cobre desnudos, enterrados en posición horizontal (malla de
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tierra), que se interconectan con elementos verticales (electrodos) y a su vez conectan a los elementos metálicos y equipos propios de la subestación. Es importante señalar que un sistema de tierra no es eterno, ya que su vida útil depende de la agresividad o reacción del terreno que está en contacto con el cable desnudo. Debe ser diseñada para una duración mínima de 20 años.
Su objetivo principal es:
Proporcionar seguridad a las personas
Proteger las instalaciones, equipos y bienes en general contra sobre corriente y sobre tensión.
Drenar las cargas estáticas a tierra.
10.2.-Electrodo tipo malla El sistema de malla es el más usado actualmente en las subestaciones eléctricas. Consiste, como su nombre lo indica, en un arreglo de conductores perpendiculares formando una malla o retícula, a la cual se conectan las derivaciones de cada uno de los equipos. En el perímetro de la malla, generalmente se colocan varillas o electrodos de tierra. Cuando las corrientes de falla circulan por el terreno natural se Generan potenciales que la red de tierras debe limitar para que no resulten peligrosos para el personal El sistema de malla limita estos potenciales en el área de la subestación y además proporciona valores bajos de resistencia a tierra par a el sistema eléctrico. Este sistema es más eficiente, pero también el más caro.
10.3.-Varilla Copperweld. Esta varilla es una de las más usadas, ya que es de bajo costo. Este tipo de electrodo es fabricado de acero cubierto de cobre (Copperweld), el cual combina las ventajas del cobre con la alta resistencia mecánica del acero, su longitud es de 3.05 metros y los diámetros nominales más comerciales son 5/8’’ y 3/4’’ o bien 14.3 mm2 y 19mm2. Esta varilla se debe enterrar en forma vertical y a una profundidad de por lo menos 2.4 metros, excepto si se encuentra roca, en cuyo casi el electrodo de 23
°
puesta a tierra se debe clavar a un ángulo oblicuo que no forme más de 45 con la vertical o se acepta que la varilla vaya enterrada en forma horizontal, siempre y cuando sea en una zanja de mínimo 800 mm de profundidad. (Según Art. 25083(c) (3) de la NOM-001-SEDE-2012). Ver figura 1.1 La varilla copperweld no tiene mucha área de contacto, pero si una longitud considerable, con la cual es posible un contacto con capas de tierra húmedas, lo cual se obtiene un valor de resistencia bajo.
10.4.-Configuración de los electrodos Si se conecta a una varilla existente otra varilla en paralelo, el valor de resistencia a tierra de las dos no es la mitad del valor que tenga una de ellas, a menos que se encuenren separadas una distancia igual a varias veces la longitud de una varilla. El articulo 250-84 de la NOM 001-SEDE-2012 especifica que la distancia minima de separacion entre electrodos debe ser de 1.80m entre si, sin embargo indica que aumenta su eficiencia si se separa mas la distancia
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10.5.-Resistencia de la malla de tierras. (RG) La NRF-011-CFE-2012 indica que la estimación de la resistencia de tierra preliminar debe efectuarse tomando en consideración los valores siguientes: o
Para subestaciones de potencia en Alta Tensión a nivel de transmisión y subtransmision, el valor de la resistencia de la malla de tierra debe ser alrededor de 1Ohm o menor
o
Para subestaciones de potencia de Media Tensión el valor de la resistencia debe ser entre 1 a 4 Ohms
o
Para subestaciones de distribución de Media Tensión el valor de la resistencia de tierra debe ser como máximo de 5 Ohms
10.6.-Registros Los registros también forman parte de la construcción del sistema de tierras y son muy importantes puesto que en el caso de las subestaciones, la norma específica en el artículo 921-25(b) que deben hacerse mediciones periódicas para comprobar que los valores del sistema de tierras se ajustan a los valores de diseño. Por ello, se recomienda dejar registros en los electrodos (Fig. 1.17).
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10.7.-Resistividad del terreno Una clasificación general se muestra en la tabla 1.4. Basada en la norma IEEE Std. 80-2000.
10.8.-Normatividad del sistema de tierra Características del terreno o
Resistividad
En cuanto a resistividad del terreno se refiere, la Norma IEEE Std . 80-2000 en su apartado 13.2 muestra una clasificación general de los tipos de terreno y sus valores de resistividad determinados. Elementos de la red de tierra o
Conductores La NOM-001-SEDE-2012 establece en su artículo 250-91 (a) el material a utilizar en los conductores de puesta a tierra La norma IEEE Std. 80-2000. En su apartado 11.2 nos da una descripción completa de los materiales con los que se fabrican los conductores y los problemas de corrosión que se puedan presentar en ellos. El artículo 921-10 (e) de la NOM-001-SEDE-2012 nos indica el límite de la capacidad de conducción de la corriente de falla a tierra y resistencia mecánica del conductor. En el apartado 11.3 de la norma IEEE Std 80-2000 nos indica los factores a considerar en el cálculo del calibre del conductor. 26
o
Electrodos El Articulo 250-84 de la NOM-001-SEDE-2012, menciona que la distancia mínima entre electrodos es de 1.80 m, ya sea de un mismo sistema de puesta a tierra o entre distintos sistemas de puesta a tierra. En el inciso (c) del artículo anterior en el subinciso (2), nos da a conocer el diámetro mínimo de la varilla según el material del cual está construida. La especificación 56100-16 de CFE establece las características técnicas con las que deben cumplir los electrodos de tierra tipo varilla
o
Conectores Las conexiones a emplear deberán satisfacer los siguientes criterios: conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión, capacidad de la corriente de carga y fuerza mecánica, los cuales están establecidos en la norma IEEE 80. El artículo 921-9 de la NOM, establece que la conexión del conductor de puesta a tierra y los diferentes elementos a que está unido, debe hacerse por medios que igualen las características del propio conductor y que sean adecuados para la exposición ambiental.
o
Construcción de la malla de tierra En la NRF-011-CFE-2004 en el punto 5.1 de elementos principales del sistema de tierra indica que para la malla de tierra se debe profundizar de 0.3 a 0.5 metros dependiendo del tipo de terreno.
o
Conexión de los elementos En el Articulo 250-115 de la NOM nos indica que el conductor de puesta a tierra se debe conectar al electrodo de puesta a tierra por medio de soldadura exotérmica, zapatas conectores a presión, abrazaderas o por otro medio siempre y cuando este aprobad.
o
Equipos que se conectan a la red de tierras (malla de tierra) Artículo 250.155 de la NOM-001_SEDE-2012 nos menciona que todas las carcasas de equipo fijo, móvil o portátil y de sus correspondientes cercas, alojamientos, envolventes y estructuras de soporte por las que no pase corriente normalmente, deben ser puestas a tierra.
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Este proyecto de tensión 13.8 kV está basado en la IEEE Std 80 2000 Guide for
Safety in AC Substation (Guía para la seguridad en aterrizamiento de subestaciones de CA). A continuación se presentan las condiciones y el cálculo de la red de tierras para esta subestación:
10.9.-Calculo del calibre a utilizar para la red de tierras de la Subestación Eléctrica (Samalayuca 3 NOMBRE DE LA SUB). Se utilizara el conductor de cobre (comercial hard-drawn) Las condiciones que aplican para esta subestación son las siguientes: 1084 Temperatura máxima del conector en ºC Tm =
Ta =
40 Temperatura ambiente promedio en ºC
Estas características son las del material que servirá para drenar la corriente, en el caso de esta subestación será cobre y los datos corresponden con el estándar IEEE 80-2000. Tabla 1 y 2 Pag. 42 y 44. 3.42 Capacidad térmica por unidad de volumen del conductor en J/(cm3*ºC) TCAP =
1.78
-cm
0.00381 Coeficiente térmico de resistividad a la temperatura de referencia en 1/ºC
242
- Tr
Ko =
A continuación se presentan dichas tablas de la IEEE 80-2000
28
Se considera un tiempo de duración de la falla de hasta 0.5 segundos con el cual se intenta brindar seguridad, la apertura de los interruptores esta debajo de los 30 ms. La corriente de falla máxima es:
tc =
0.5 Tiempo de duración de falla para determinar el diámetro del conductor en s
Icc = 6150.73 Corriente de falla máxima en A Ecuación para la selección del tamaño del conductor:
AMCM =6.15073kA 3.42 197.4ln 242+1084 ( 0.50.003811.78 242+40 ) 29
=. Y utilizando la formula simplificada:
AMCM = 6.150737.06√ 0.5 =.
Se emplearon los datos de la Tabla 1 y 2 de la IEEE 80 -2000, para Cu 97% de conductividad El conductor más cercano por encima es el
° 2
de cobre, 97% de
conductividad, el cual tiene como un área de 66.37 MCM, pero debido a requerimientos de esfuerzo mecánico el calibre mínimo a emplear es el AWG el cual tiene un diámetro d= 0.01m y A=133.1 MCM
°
2/0
Características del terreno = s= h=
160 Resistividad del terreno en
-m
3000 Resistividad de la superficie en
-m
1.4 Profundidad de la capa superficial en m
30
Considerando que se está sobre una superficie de concreto y ésta a su vez sobre arena húmeda (la cual reflejó el valor de 160
-m de acuerdo con las
dimensiones)
Diseño de la malla Lx= 10m
Ly=10m
8 Varillas con una longitud de 3m cada una LR=8x3= 24 LT= Lc+LR LT=40+24= 64m N=2 M=2 Lc=NLx+MLy Lc=2(10)+2(10)=40 Varilla copperwelt
31
10.10.-Determinación de la resistencia de la malla de puesta a tierra
Para la determinación de la resistencia de la malla se emplea la ecuación de Sverak:
1 1+ 1 =200 641 + √ 20100 2 0 1+1. 4 100 ] [ =4.6 Ω Ω < 5
Ω
Con el resultado de 4.6 , podemos calcular la corriente de malla, ya que la corriente de corto circuito es para una falla franca, la cual se verá atenuada por el
13. 8 = 6.15073 =2.13.248Ω = 2.24+4.6 Ω =2 =24.6Ω =9.32
efecto de ésta resistencia de malla.
Por lo tanto el Voltaje de la malla es:
32
11.- LISTA DE MATERIALES LISTA DE MATERIALES CANTIDAD
UNIDAD
MATERIAL
3
Piezas
3
Piezas
1
Pieza
1
Pieza
1
Pieza
1
Pieza
1
Pieza
4
Piezas
1
Pieza
1
Pieza
Apartarayos ADOM-12, 12 kV, Cortacircuito fusibles CFE-15-100-110-8000, 13.2kV,100A Transformador Tipo Pedestal Trifásico 112.5 KVA, 13200/440 V Transformador propósitos generales 45 KVA, 440/220 V Transformador propósitos generales 15 KVA, 440/127 V Interruptor Powerpact (Marco J) 600V-150 A de 3 polos I-Line Interruptor Powerpact (Marco H) 600V-80 A de 3 polos I-Line Interruptor Powerpact (Marco H) 600V-50 A de 3 polos I-Line Interruptor Powerpact (Marco H) 600V-30 A de 3 polos I-Line Centro de Control de Motores Inteligentes (CCM Modelo 6 Square D)
105
m
Cable (VIAKON) LS 90°/75°: THHW-LS, 3/0 AWG,XLP 13.2kV
18
m
Cable (VIAKON) LS 90°/75°: THHW-LS, 1/0 AWG,170 A
48
m
Cable (VIAKON) LS 90°/75°: THHW-LS, 10 AWG,40 A
168
m
Cable (VIAKON) LS 90°/75°: THHW-LS, 6 AWG,75 A
Varillas Copperweld de 3 m de longitud cada 9
Piezas
una, 5/8”
Cable de cobre de 97% de conductividad 2/0 40
m
AWG Conectores de paso cable-cable-varilla GT de
4
Piezas
PROTYPSA para varilla de 5/8” calibre 2/0 AWG.
Para las varillas de en medio.
33
LISTA DE MATERIALES CANTIDAD
UNIDAD
4
Piezas
MATERIAL Conectores cable cable varilla 06 MGA. Para las esquinas Ductos de PVC VIAKON LS 90°/75° THHW-LS CALIBRE 2/0 AWG
3
Piezas
Conector tipo estribo
3
Piezas
Amarre de aluminio suave
Pieza
Aislador tipo pin post.
Piezas
Conector tipo perico
m
Cable de cobre desnudo
1
Pieza
Cruceta tipo PT200
3
Piezas
Conector tipo bayoneta
3
Piezas
Terminal de uso exterior
3
Tubo tipo PAD de 4” de diam . Rd 13.5, color
Pieza
negro con protección UV
1
Pieza
Poste de concreto
1
Pieza
Fleje de acero inox. De ½ de espesor.
Pieza
Soldadura tipo Cadweld
Pieza
Registro de concreto prefabricado
Pieza
Abrazadera tipo UC.
Pieza
Sello termocontractil o contráctil en frio
1
34
12.-NORMAS EMPLEADAS
NORMA
ARTÍCULO Artículo 430-22 Artículo 430-6
NOM-001-SEDE-2012
Artículo 430-6 Artículo 210-19 a Artículo 280-23
NMX-J-162 NMX-J-321-ANCE NRF-003-CFE
Desconectadores-desconectadores en gabinete y de frente muertoespecificaciones y métodos de prueba Apartarrayos de óxidos metálicos
NRF-029-CFE
Apartarrayos de óxidos Metálicos para Subestaciones Apartarrayos de óxidos Metálicos para Redes de Distribución Cuchillas para Líneas y Redes de Distribución Sistema de Tierra para Plantas y Subestaciones Eléctricas Cortacircuitos Fusible de Distribución
ANSI-C37.42
Circuitos Corta Fusible
NEMA ICS-1
Safety Guidelines for the Application, Installation and Maintenance of Solid State Control
NRF-004-CFE NRF-006-CFE NRF-011-CFE
NEMA ICS-2
AC Vacuum-Break Magnetic Controllers Rated 1,500 V AC
CFE K0000-08 CFE K0000-07 “Productos eléctricos- Transformadores
NMX-J-285-ANCE
tipo pedestal monofásico y trifásico para distribución subterráneaEspecificaciones”
NMX-J-169-ANCE
Transformadores y autotransformadores de distribución y potencia- Métodos de Prueba 35
