MEMORIAS DE CÁLCULO PROYECTO:
MOLINO FLORHUILA S.A.
PROPIETARIO: FLORHUILA S.A. DIRECCIÓN:
VILLANUEVA - CASANARE
DISEÑADO POR: JHONNY FERNANDO ORTIZ PORTILLA Ingeniero Electricista Esp. T&D Mat. Prof. No. CN205 - 44825 APROBACIÓN ENERCA S.A E.S.P.:
Yopal, Mayo de 2009
MEMORIAS DE CÁLCULO
RED DE MEDIA TENSIÓN A 34.5 kV Y SUBESTACIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DEL MOLINO FLORHUILA S.A. EN EL MUNICIPIO DE VILLANUEVA - CASANARE
Diseñador
JHONNY FERNANDO ORTIZ PORTILLA INGENIERO ELECTRICISTA Esp. T&D MP No. CN205 – 44825
YOPAL – MAYO DE 2009
CONTENIDO
1.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
2. PARÁ PARÁME METR TROS OS ELÉCT ELÉCTRI RICO COS S 3. LÍNEA LÍNEA DE DE MEDIA MEDIA TENSIÓ TENSIÓN N A 34.5 34.5 kV 3.1. .1.
CÁLCU LCULOS LOS ELÉ ELÉCTRI CTRIC COS
3.1.1. 3.1.1. Coordinaci Coordinación ón de Aislamient Aislamiento o 3.1.2. 3.1.2. Distan Distancia ciass de Diseño Diseño 3.1. 3.1.3. 3. Cond Conduc ucto tor r 3.1.4. 3.1.4. Regulación Regulación del Conductor Conductor 3.1.5. 3.1.5. Efecto Efecto Corona Corona 3.2. .2.
CÁLCULOS ME MECÁNICOS
3.2.1. 3.2.1. Cálculo Cálculo Mecánic Mecánico o de Conductore Conductoress 3.2.2. 3.2.2. Flecha Flechass y Vanos Vanos 3.2.3. 3.2.3. Curvas Curvas Caracter Característ ística icass 3.2.4. 3.2.4. Cadena Cadenass de Aislado Aisladores res
4. SUBEST SUBESTACI ACIÓN ÓN DE DE DIST DISTRIB RIBUCI UCIÓN ÓN 4.1. .1.
CÁLCU LCULOS LOS ELÉ ELÉCTRI CTRIC COS
4.1.1. 4.1.1. Descarga Descargador dor de de Sobrete Sobretension nsiones es 4.1.2. 4.1.2. Transforma Transformadores dores de Medición Medición 4.1.3. 4.1.3. Malla Malla de Pues Puesta ta a Tierra Tierra 4.1.4. 4.1.4. Cuadro Cuadro de Carg Cargas as 4.1.5. 4.1.5. Cálculo Cálculo de Transforma Transformador dor 4.1.6. 4.1.6. Regulación Regulación de Acometidas Acometidas
5. ESPECI ESPECIFIC FICACI ACIONE ONES S TÉCNIC TÉCNICAS AS 6. ANEXOS ANEXO 1. NIVELES DE AISLAMIENTO IEC 71-1 ANEXO 2. DISTANCIAS MÍNIMAS IEC 71-2 ANEXO 3. NIVELES DE PROTECCIÓN
PLANOS PLANO 1. TRAZADO DE LA LÍNEA DE MEDIA TENSIÓN A 34.5 kV PLANO 2. SUBESTACIÓN DE DISTRIBUCIÓN 34.5/0.46 kV PLANO 3. SUBESTACIÓN DE DISTRIBUCIÓN 34.5/0.46 Kv
1. DESCRI DESCRIPCI PCIÓN ÓN DEL PROY PROYECT ECTO O
El presente proyecto tiene como objeto el suministro de energía eléctrica a las instalaciones del Molino Flurhuila S.A. ubicado a las afueras del casco urbano del Municipio de Villanueva – Casanare, a través de una red de media tensión a 34.5 kV y una subestación a 34.5/0.46 kV 2.5 MVA. Por tratarse de una instalación industrial dedicada al procesamiento del arroz, el principal componente de la carga será inductivo con factor de potencia menor a 0.9, por lo tanto se prevé la instalación de un banco de capacitores.
2. PARÁME PARÁMETRO TROS S ELÉCTR ELÉCTRICO ICOS S
Tensión Primaria: 34.5 kV Tensión Máxima Primaria: 37.95 kV Tensión Mínima Primaria: 31.05 kV Tensión Secundaria: 460/220 V Crecimiento de la carga: 15% - 4 años Potencia de la Carga: 2.5 MVA Altura Sobre el Nivel del Mar: 287 m Temperatura Promedio: 30 °C Temperatura Mínima: 15 °C Temperatura Máxima: 40 °C
3. LÍNEA DE MEDIA MEDIA TENSIÓN TENSIÓN A 34.5 kV
3.1. .1.
CÁLCU ÁLCUL LOS ELÉC ELÉCT TRICO RICOS S
3.1.1. 3.1.1. Coordina Coordinación ción de Aislamiento Aislamiento Se establece el Nivel Básico de Aislamiento (BIL) ante sobretensiones externas (Tipo rayo), debido a que en niveles de tensión inferiores a los 500 kV, estas sobretensiones son más importantes que las sobretensiones internas (Tipo maniobra). Kl: Kl: (Fac (Facto torr de Seg Segur urid idad ad para para rela relaci cion onar ar el el NPR NPR con con el BIL BIL))
1.25 1.25
KM: (Factor de Seguridad para relacionar el NPM con el BSL)
1.15
NPM: (Nivel de Protección Tipo Maniobra)
59.50 kV
NPR: (Nivel de Protección Tipo Rayo)
70.50 kV
BIL: (Nivel Básico de Aislamiento a Impulso Tipo Rayo) BIL = NPR*Kl
BIL: (Normalizado)
88.125 kV 145 kV 0.83
K: (Factor de Aislamiento de Equipos)
Equi Equipos pos Sumer Sumergi gidos dos en Aceite
0.6 Equipos Secos 0.75
BSL: BSL: (Niv (Nivel el Bási Básico co de Aisl Aislam amie ient nto o a Impu Impuls lso o Tipo Tipo kV (Equipo sumergido en 120.35 Maniobra) BSL = K*BIL aceite) Relación BSL/NPM KM <= BSL/NPM
BIL: (Definitivo)
2.02 SI 145 kV
3.1.2. 3.1.2. Distan Distancia ciass de Diseño Diseño Se determinan las distancias mínimas y de seguridad que no deben excederse en la construcción del proyecto para garantizar el correcto funcionamiento del mismo y evitar accidentes de las personas que circulen por las zonas aledañas a las redes. Altura sobre el nivel del mar:
287 m
Distancia mínima Fase - Tierra: (0 - 1000 msnm IEC 71-2)
270 mm
Distancia mínima Fase - Fase: (0 - 1000 msnm IEC 71-2)
270 mm
d: (Distancia mínima entre barras rigidas)
297 mm
K: (Factor para Tipo de Conductor)
10 ACSR 7.5 Cobre
f: (Flecha de Conductores de barraje)
150 mm mm
D: (Distancia mínima entre Conductores de barraje) Um: (Tensión máxima de diseño)
419.47
mm (ACSR)
37.95 kV
hb: (Altura de barraje) hb = 5 + 0.0125*Um
5.47 m
hl: (Altura de remate de la línea de transmisón) hI = 5 + 0.006*Um
5.23 m
f-t + 900 Dhc: (Distancia mínima horizontal de circulación de personal) Dhc = d f-t
1170 mm
Dvc: (Distancia mínima vertical de circulación de personal) Dvc = df-t + 2250
2520 mm
DhV: (Distancia mínima horizontal para circulación de vehiculos) DhV = df-t + 1600
1870 mm
DvV: (Distancia mínima vertical para circulación de vehiculos) DvV = df-t + 2950
3220 mm
DhT: (Distancia mínima horizontal para áreas de trabajo) DhT = df-t + 2650
2920 mm
DvT: (Distancia mínima vertical para áreas de trabajo) DvT = df-t + 3500
3770 mm
3.1. 3.1.3. 3. Cond Conduc ucto tor r Las características eléctricas y mecánicas del conductor ACSR 1/0 ( Raven) son las siguientes: Nombre Calibre
RAVEN 1/0
radio
0.51 cm
Diámetro
1.01 cm
Área de la sección aluminio
53.52 mm2
Área de la sección acero
8.925 mm2
Área de la sección total
62.445 mm2
Capacidad de Corriente
213 A
Carga de rotura
1986 kg
Resistencia Eléctrica DC
0.521 Ohm/km
Radio Medio Geométrico
0.326 cm
Peso del Conductor
0.216 kg/m
Presión del viento E: Modulo de elasticidad
α: Coeficiente de dilatación
3.1.4. 3.1.4. Regulació Regulación n del del Conducto Conductor r
60.000 kg/m2 8000 kg/mm2 1.93 1.935E 5E-0 -05 5 1/°C 1/°C
Teni Tenien endo do en cuen cuenta ta las las cara caract cter erís ístitica cass eléc eléctr tric icas as del del cond conduc ucto torr y los los paramentos eléctricos del proyecto, los cálculos de regulación del conductor y las pérdidas de tensión son los siguientes: Potencia a plena carga:
2500 kVA
Longitud de la Línea:
1100 m
Resistencia eléctrica del Conductor:
0.521 Oh Ohm/km
Pérdida de tensión en la Línea:
42 V
Tensión en el extremo receptor:
34458 V
Porcentaje de Regulación:
0.120 %
3.1.5. 3.1.5. Efecto Efecto Coron Coronaa Se establecen las pérdidas por efecto corona, teniendo en cuenta que cabe la posi posibi bililida dad d de que que en tiem tiempo po húme húmedo do la dens densid idad ad del del aire aire varí varíe e y por por consiguiente su capacidad dieléctrica también lo haga.
mc: (Coeficiente de rugosidad del conductor)
1 0.93 0.98 0.83 0.87
Cond Conduc uctor tores es liso lisoss Conductores oxidados Cables
mt: (Coeficiente meteorológico)
1.00 1.00 Tiem Tiempo po Seco Seco 0.8 0.8 Tiem Tiempo po Hume Humedo do
r: (Radio del conductor)
0.51 cm
d : (Distancia entre fases)
D: (Distancia media geométrica entre fases) h: (Presión atmosferica en centimetros de mercurio)
1.9 m 239.385 cm 73.417 cmHg
δ : (Factor de corrección de la densidad del aire)
0.950
(Tensión crítica crítica eficaz para la cual empieza el efecto efecto corona) corona) Uc : (Tensión
71.66 kV
f : (Frecuencia del sistema)
60.00 Hz Hz
Umax : (Tensión máxima)
36 kV
p: (Pérdidas por efecto corona)
41.997 kW/km
3.2. .2.
CÁLCULOS ME MECÁNICOS
3.2.1.
Cálculos Mecánicos de Conductores
Dadas las condiciones de variación de la temperatura en la zona del proyecto, y el cambio de las condiciones mecánicas del material de los conductores por la acción de la temperatura, se determinan las tensiones a las que estará sometido el conductor debido a la acción del clima (Frío y Calor).
Ecuación de Estado:
s p s a s∝ a +T T + (θ − θ ) − T = P 2 λ T 4 λ 2 λ 2
2
2
Condiciones Extremas 2 de Frio Factor de Seguridad:
1
2 2
2
2 1 1
T1: (Tensión Inicial - Condiciones normales)
2 2
1
3 662 kg
θ 1: (Temperatura - Condiciones normales)
30 °C
θ 2: (Temperatura - Condiciones extremas)
15 °C
P 1: (Carga del Conductor - Sobrecarga inicial)
0.216 kg/m
P 2 2 : (Carga del Conductor - Sobrecarga final)
0.644 kg/m
s: (Sección del conductor)
1/λ 1/ λ : (Coeficiente de Elasticidad) α : (Coeficiente de dilatación) a: (Vano Total)
62.445 mm2 8000 kg/mm2 0.00001935 1/°C 800 m
Cálculo de la Tensión Final A:
616.494
B:
5525700034
T2: (Tensión final - Condiciones extremas)
1584 kg
Flecha: (Condición critica) f
A2
ω =
32.518 m
8T
Condiciones Extremas de Calor Factor de Seguridad:
3
T1: (Tensión Inicial - Condiciones normales)
662 kg
θ 1: (Temperatura - Condiciones normales)
30 °C
θ 2: (Temperatura - Condiciones extremas)
40 °C
P 1: (Carga del Conductor - Sobrecarga inicial)
0.216 kg/m
P 2 2 : (Carga del Conductor - Sobrecarga final)
0.644 kg/m
s: (Sección del conductor)
62.445 mm2
1/λ 1/ λ : (Coeficiente de Elasticidad)
8000 kg/mm2
α : (Coeficiente de dilatación)
0.00001935 1/°C
a: (Vano Total)
800 m
Cálculo de la Tensión Final A:
858.157
B:
5525700034
T2: (Tensión final - Condiciones extremas) Flecha: (Condición critica) f
1523 kg A2
ω =
33.824 m
8T
3.2.2. 3.2.2. Flecha Flechass y Vanos Vanos Una vez se determinan las tensiones para las condiciones de frío y de calor, se determinan las flechas de la catenaria que describe el conductor en dichas
condiciones y vanos establecidos. Además, se verifican los vanos, que para las flech flechas as calc calcul ulad adas as,, cump cumple len n con con la dist distan anci cia a de segu segurid ridad ad fase fase a tierra tierra (Distancia Vertical).
f =
A 2
h
8h
T =
ω
f: Flecha en metros A: Vano en metros h: Parámetro del conductor T: Tensión del conductor w: Peso del Conductor h:(Frio) h:(Caliente)
2460.202538 2365.157388
FLECHA [m] VANO (A) [m]
CONDICIÓN DE FRIO
CONDICIÓN DE CALOR
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300
0.01 0.02 0.05 0.08 0.13 0.18 0.25 0.33 0.41 0.51 0.61 0.73 0.86 1.00 1.14 1.30 1.47 1.65 1.83 2.03 2.24 2.46 2.69 2.93 3.18 3.43 3.70 3.98 4.27 4.57
0.01 0.02 0.05 0.08 0.13 0.19 0.26 0.34 0.43 0.53 0.64 0.76 0.89 1.04 1.19 1.35 1.53 1.71 1.91 2.11 2.33 2.56 2.80 3.04 3.30 3.57 3.85 4.14 4.44 4.76
VERIFICACIÓN DISTANCIA DE SEGURIDAD SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE
310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800
4.88 5.20 5.53 5.87 6.22 6.58 6.96 7.34 7.73 8.13 8.54 8.96 9.39 9.84 10.29 10.75 11.22 11.71 12.20 12.70 13.22 13.74 14.27 14.82 15.37 15.93 16.51 17.09 17.69 18.29 18.91 19.53 20.17 20.81 21.47 22.13 22.81 23.49 24.19 24.90 25.61 26.34 27.08 27.82 28.58 29.35 30.12 30.91 31.71 32.52
3.2.3. 3.2.3. Curva Curvass Caract Caracterí erísti sticas cas
5.08 5.41 5.76 6.11 6.47 6.85 7.24 7.63 8.04 8.46 8.88 9.32 9.77 10.23 10.70 11.18 11.67 12.18 12.69 13.21 13.75 14.29 14.85 15.41 15.99 16.57 17.17 17.78 18.40 19.03 19.67 20.32 20.98 21.65 22.33 23.02 23.72 24.44 25.16 25.90 26.64 27.40 28.16 28.94 29.73 30.53 31.34 32.15 32.98 33.82
SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE SI CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE
Se determinan las curvas características o curvas de plantillado a partir de las flechas de cada vano, teniendo en cuenta la aproximación de la parábola. La ecuación de la parábola es la siguiente:
CURVA DE CAMBIO DE CONDICIONES 35 33 31 29 27
Curva deFrio
25
Curva de Caliente
23
] m [ a r u t l A
21 19 17 15 13 11 9 7 5 3 1 -1
0 0 - 4
0 3 1 -
0 2 2 -
0 3 - 1
0 5 -
0 4
0 2 1
0 2 1
0 0 3
0 9 3
3.2.4. 3.2.4. Cadena Cadena de Aisl Aislado adores res Los conductores de la línea se instalaran en estructuras de suspensión, por lo tanto se calculan las tensiones máximas que deben soportar las cadenas de aisladores. Zona del Proyecto:
Forestal
Nivel de Aislamiento para la zona:
0.526 cm/kV
BIL:
145 kV
Diametro del Aislador
25.4 cm
Número de Aisladores por cadena:
3
Tensión Nominal:
36 kV
Tensión de Aguante a Frecuencia Industrial:
70 kV
Cálculo Mecánico Coeficiente de Seguridad Teórico Tracción Máxima:
3 662 kg
Cargas Normales
Peso de una fase en el vano máximo: Sobrecarga de de viento en el vano máximo:
86.56 kg 257.62 kg
Peso de los aisladores:
12.9 kg
Peso de los herrajes:
3.35 kg kg
Total:
1022.428 kg
Coeficiente de Seguridad Mecánica:
11.737 > 3
Cargas Anormales
Ruptura de un conductor de fase: Coeficiente de Seguridad Mecánica:
331 kg 36.254 > 3
4. SUBEST SUBESTACI ACIÓN ÓN DE DISTRIBU DISTRIBUCIÓ CIÓN N
4.1. .1.
CÁLCU ÁLCUL LOS ELÉC ELÉCT TRICO RICOS S
4.1.1. 4.1.1. Descargad Descargador or de Sobretension Sobretensiones es (Pararrayos (Pararrayos))
Se calculan los niveles de tensión de protección para los cuales el descargador debe actuar y la distancia máxima a la cual se debe instalar el descargador desde los bornes del transformador de la l a subestación. Tensión Continua de Operación (COV): 21.91 kV
Ke: (Factor de Aterrizamiento)
Sobretensión Temporal (TOV): Ko: (Factor de Diseño) Kt: (Factor de acuerdo a la duración de la Sobretensión)
1.4
Para Sistemas solidamente aterrizados
30.67 kV 0.8 Factor de Diseño 1.15 1.15 Para Para 1 segu segund ndo o 1.1 1.1 Para Para 10 segu segundo ndoss 0.95 0.95 Para Para 2 hor horas as
Ro: 27.39 kV
Re 27.8 27.89 9 kV (Kt (Kt = 1.1 1.1)) R: (Ten (Tensi sión ón Nomi Nomina nall del del Para Pararr rray ayos os,, May Mayor or entr entre e Ro Ro y Re) Re)
27.8 27.89 9 kV
R: (Tensión Nominal Normalizada)
30.00 kV
NPM: (Nivel de Protección Tipo Maniobra)
59.50 kV
NPR: (Nivel de Protección Tipo Rayo)
70.50 kV
Lmax: (Distancia máxima de instalación del pararrayos) 11.18 m
du/dt : (Frente de Onda)
ν : (Velocidad de la Onda errante)
4.1.2. 4.1.2. Transfor Transformado madores res de Medici Medición ón
1000.00 kV kV/ms 300. 300.00 00 m/ms /ms
Teniendo en cuenta la potencia máxima instalada y el nivel de tensión, se determinan los parámetros de diseño de los transformadores de corriente y de potencial para medir la energía que consuma la instalación en el nivel de 34.5 kV. Pote Potenc ncia ia Apare Aparente nte Tensión Nominal Corriente Nominal
2.5 2.5 MVA MVA 34.5 kV 41.837 A
Selección de Transformadores de Corriente Umax: (IEC)
36 kV
Voltaje de Aguante a Frecuencia Industrial:
70 kV
BIL:
145 kVpico
Clase: (IEC) Clase: (ANSI)
0 .5 0.6
Corriente del Primario:
50 A
Corriente del Secundario: Potencia de Salida: (IEC) Potencia de Salida (Burden): (ANSI)
5 A 15 VA VA B0.5 (12.5 VA)
Selección de Transformadores de Potencial Umax: (IEC)
36 kV
Voltaje de Aguante a Frecuencia Industrial:
70 kV
BIL: Tipo de Transformador:
145 kVpico Inductivo
Tensión Nominal del Primario:
34.5 kV
Tensión Nominal del Secundario: (IEC) Tensión Nominal del Secundario: (ANSI)
100 V 120 V
Tipo de TP: Factor de Conexión: Conexión:
Monofásico
√(3) Trifásica en Y
Clase: (IEC) Clase: (ANSI)
0 .5 0.6
Potencia de Salida: (IEC) Potencia de Salida (Burden): (ANSI)
15 VA VA W (12.5 VA)
4.1.3. 4.1.3. Malla Malla de Puest Puestaa a Tierra Tierra Sigui iguien endo do las las reco ecomen mendaci dacio ones nes de la Norm Norma a IEE IEEE 80, 80, se aplica lica el procedimiento estipulado. Impedancia Típica de Corto Circuito para 2.5 MVA
3%
Tensión de Operación:
34.50 kV
Ik: (Corriente de falla a tierra típica)
1673.48 A
Tm: (Temperatura de fusión del material)
400 °C
Ta: (Temperatura Ambiente)
3 0 °C
tc: (Tiempo de despeje de Falla)
0.1 s
Kf: (Constante de fusión de diferentes Materiales)
0.17
Ac: (Área del Conductor de la Malla) Ac =
Calibre de Conductor Normalizado
k: (Constante de Choque de eléctrico)
ρ : (Resistividad del terreno)
ρ s:(Resistividad del Cascajo)
I K f
t c
45.57 mm2
1.9740
Área = 67.44 mm2 2/0 Diámetro = 10.63 mm 88.74755773 Personas 0.116 promedio 50 kg Personas 0.157 promedio 70 kg
Ω .m Mejoramiento de terreno 311.65 con reducción del 80% de la resistividad 3000 Ω .m
hs: (Espesor del Cascajo)
0.1 m I B
IB: (Corriente máxima que soporta una persona)
0.157 =
t c
0.50
A (Persona 70 kg)
C s: (Coeficiente del terreno y la capa superficial)
0.72
Tensión de paso máxima tolerable: 6947.76 V
Tensión de contacto máxima tolerable: 2109.30 V L1: (Largo de la malla de puesta a tierra)
16 m
L2 : (Ancho de la malla de puesta a tierra)
16 m
D: (Espaciamiento entre conductores de la malla de puesta a tierra) N: (Número de varilla de la malla de puesta a tierra)
2 m 10 100% pureza
Lc: (Longitud de conductor de cobre) Lc = (
L1 D
+ 1) * L2
L2 +( D
Lv: (Longitud de la varilla de cobre) LT: (Longitud total de cobre) A: (Área de la malla de puesta a tierra) h: (Profundidad de la malla de puesta a tierra)
+ 1) * L1
288 m 2.44 m 312.4 m 256 m2 1 m
Rg: (Resistencia de la malla de puesta a tierra) 8.76 Ω
IG: (Corriente de la malla de puesta a tierra) I G = 1.9*I GPR: (Máximo potencial de tierra) GPR = I G*Rg GPR > Ucontacto tolerable ?
3179 179.6102 A 27843.60 V SI Se debe calcular las tensiones de paso y contacto en
caso de falla
Kii: (Factor de corrección por electrodos tipo varilla)
1
Kh: (Factor de corrección por la profundidad de la malla) 1.41 Lp: (Longitud del perímetro de la malla) na:
64 m
9
nb: 1
nc:
1
n: n = na*nb*nc
9
d : (Diámetro del conductor de la malla de puesta a tierra)
0.01063 m
Km: (Factor de espaciamiento para tensión de malla) 2
Ki: (Factor de corrección por geometría de la malla de puesta a tierra) Ki = 0.644 + 0.148*n
0.21
1.98
Tensión de la retícula: 1271.46 V
Uretícula < Ucontacto tolerable ?
Ks: (Factor de Espaciamiento para la tensión de paso)
Se debe calcular la SI tensión de paso para fallas 0.42
Tensión de paso para fallas: 3499.98 V
Upaso < Upaso ¿tolerable?
SI
Fin del Proceso
4.1.4. 4.1.4. Cuadro Cuadro de Carg Cargas as El tipo de cargas y su demanda de potencia de que se compone la instalación del proyecto se especifica a continuación: POTENCIA (kW)
F.P.
POTENCIA (kVA)
T1: Recibo, Prelimpieza, Torre 1
384
0.85
451.76
T2: Torre 2, Torre 3, Torre 4
206
0.85
242.35
T3: Albercas de Secamiento
206
0.85
242.35
T4: Cargue y Descargue, Silos, Almacén, Aspiración
172
0.85
202.35
86
0.9
95.56
CARGA
T5: Banco de Condensadores T6: Oficinas, Alumbrado y Control
TOTAL
1234.38
Las cargas serán las que entrarán en operación en el primer año, y en los siguientes cuatro años dichas cargas crecerán a una tasa del 15% - anual, puesto que se pretenden efectuar ampliaciones en la planta industrial para aumentar la producción.
4.1.5. 4.1.5. Cálculo Cálculo del Transform Transformador ador Teniendo en cuenta las cargas descritas en el numeral 4.1.5., la tasa de crecimiento y el horizonte de tiempo establecido para las ampliaciones, se determina la capacidad del transformador de la subestación.
Potencia Instalada:
1234.38 kVA
Corriente de del Devanada de de Al Alta Te Tensión:
20.730 A
Corriente nte del del Devanado de de Baj Baja a Ten Tenssión:
1623 1623.4 .42 28 A
Capacidad del Trafo:
1238.73 kVA
Tasa de Crecimiento:
15 %
Horizonte de Tiempo
4 Añ Años
Capacidad del Trafo en el Horizonte: Capacidad Nominal:
2166.54 kVA 2500 kVA
4.1.6. 4.1.6. Regulació Regulación n de Acometid Acometidas as Parciales Parciales Se determina la regulación de las acometidas que desde el tablero general de la subestación alimentaran los tableros de protecciones dispuestos en la zona de la planta industrial, los cuales alimentaran las cargas finales.
TRAMO GENERAL T1 T2 T3 T4 T5 T6
LONGITUD [KVA] [m] 20 130 95 60 100 10 15
2200 451.76 242.35 242.35 202.35 0.00 95.56
I [A]
CONDUCTOR
2761.2 4 x (750 MCM) 567.01 2 x (300 MCM) 300 MCM 304.18 300 MCM 304.18 4/0 AWG 253.98 2 x (4/0 AWG) 464 119.93 2 AWG
RESISTENCIA % CONDUCTOR REGULACIÓN [ohm/km] 0.0114 0.14 0.116 1.86 0.116 0.73 0.116 0.46 0.164 0.91 0.164 0.17 0.20 0.523
5. ESPECI ESPECIFIC FICACI ACIONE ONES S TÉCNIC TÉCNICAS AS
NORMAS TÉCNICAS Para todo el diseño y la elaboración de estas especificaciones se han utilizado norm normas as y reco recome mend ndac acio ione ness expe expedi dida dass por por Inst Institituc ucio ione ness Naci Nacion onal ales es e Internacionales usualmente aplicables, entre las que se mencionan:
• Instituto Colombiano de normas técnicas (ICONTEC)
• Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE) • American National Standard Institute (ANSI) • Institute of Electrical and Electronics Engineers, USA. (IEEE) • International Electro technical Commission (IEC) • Instituto Colombiano de Electrificación (ICEL) Los equipo equiposs y materia materiales les que se sumini suministr stren en para para este este proyec proyecto to deberá deberán n cumplir con los requisitos de estas especificaciones y de las normas aquí indicadas.
CONDUCTORES ACSR Los alambres que forman el núcleo de acero deberán ser preformados de tal manera que permanezcan estables cuando el conductor sea cortado. El aluminio utilizado, debe ser de la más alta calidad y se deberán juntar certificaciones de los análisis, dando los porcentajes y naturaleza de cualquier impureza encontrada. Durante la fabricación, transporte, almacenaje y tendido se deberá prevenir la contaminación por cobre, compuestos alcalinos, derivados sulfurados y demás materiales que puedan afectar adversamente el aluminio. Los conductores se deberán enrollar en carretas de madera, que cumplan con la Norma Canadiense C.S.A C-49 u otra norma aprobada. En los carretes se deberá indicar con una flecha la dirección del rollo, el calibre, el peso, el tipo y la longitud del conductor que contenga.
CONDUCTORES DE BAJA TENSION Todos los conductores que se utilicen deberán ser de cobre rojo electrolítico, conductibilidad 98% o mejor, temple suave, temperatura máxima 75°C, con
aislamiento plástico para 600 V, tipo THW –THWN sobre el cual deberán estar debidamente marcados en fábrica a todo lo largo de su longitud el calibre del conductor, tipo de aislamiento y el voltaje de su aislamiento. Los conductores para para salid salidas as podr podrán án ser ser THW THW o THWN THWN,, pero pero todo todoss los los cond conduc ucto tore ress para para cablear por ductos subterráneos (conductores para acometidas) deberán ser THWN. Los materiales y las pruebas de estos conductores corresponderán a requisitos aplicables según normas americanas IPCA-S-19-81 última revisión. Los conductores hasta el calibre #10 inclusive podrán ser de un solo hilo; del calibre AWG # 8 inclusive, hasta el calibre AWG # 2 inclusive, deberán ser de 7 hilos; del calibre AWG # 1 inclusive, al calibre AWG # 4/0 inclusive, deberán ser de 19 hilos; del calibre 250 MCM hasta el calibre 500 MCM inclusive, deberán ser ser de 37 hilo hilos. s. Para Para el sist sistem ema a de tier tierra ra podr podrán án util utiliz izar arse se cond conduc ucto tore ress desnudos del calibre especificado en los planos, con temple medio o duro para las mallas enterradas. Durante el proceso de cableado, se utilizará un lubricante apropiado para el conductor especificado. No se permitirá el empleo de grasa mineral. En el mome moment nto o de intro introdu duci cirr los los cond conduc ucto tore ress dent dentro ro de la tube tuberí ría a se tend tendrá rá el cuidado de evitar la formación de ángulos agudos, quiebres o dobleces en el cable. No se permitirá en ningún caso la ejecución de empalmes de cable y alambres dent dentro ro de la tube tuberí ría a cond condui uitt y por por lo tant tanto, o, los los cond conduc ucto tore ress debe deberá rán n ser ser continuos desde la salida de los interruptores en su correspondiente tablero, hasta las cajas de salida, derivación o empalme. Todas las conexiones para empalme y derivaciones en conductores hasta el calibre AWG #10 inclusive, que deban hacerse dentro de las cajas de paso, se ejecutarán por medio de conectores iguales o similares al tipo “Scotchlook” distribuidos por 3M de Colombia. Los empalmes en conductores calibres AWG # 8 y supe superi rior ores es se hará harán n utili utiliza zand ndo o cone conect ctor ores es del del tipo tipo de comp compre resi sión ón apropiados, y recubriendo con cinta aislante marca Scotch # 33 o similar, en un espesor de 1 ½ veces el aislamiento del conductor.
Todos los conductores del calibre AWG # 8 y superiores deberán tener sus terminaciones con un conector del tamaño apropiado y del tipo de compresión, hechos con herramienta adecuada. Durante los cambios de dirección de los cables, se tendrá extremo cuidado que estos estos cambio cambioss se hagan hagan por medio medio de curva curvatura turass suaves suaves,, consid considera erando ndo necesario no exceder un radio mínimo de curvatura de 20 veces el diámetro del conductor. Para Para la alamb alambra rada da gene genera rall se debe deberá rá tene tenerr en cuen cuenta ta la utili utiliza zaci ción ón de conductores con los siguientes colores, en todo caso de acuerdo con la norma RETIE: Conductor de puesta a tierra: Conductor neutro: Conductor de fases:
Verde Blanco o gris Amarillo, azul y rojo.
La totalidad de los cables que conforman las acometidas tanto de alumbrado como como de fuerza fuerza,, deber deberán án ser plenam plenament ente e identif identifica icados dos dentro dentro del tablero tablero general con la nomenclatura especificada en los planos. Para este propósito el contratista presentará para aprobación de la interventoría muestra de rótulos en material aislante e incombustible que se proponga utilizar. Dura Durant nte e el cabl cablea eado do la tens tensió ión n debe deberá rá ser ser aplic aplicad ada a grad gradua ualm lmen ente te a los conduc conductor tores es evitan evitando do halone haloness fuerte fuertes. s. No deberá deberá ser excedi excedida da la tensió tensión n máxima máxima recomendada recomendada por el fabricante fabricante del conductor conductor y por la buena buena práctica para para ningún ningún conduc conductor tor..
Los conduc conductor tores es deberán deberán ser empalm empalmado adoss a los
disp dispos osititiv ivos os de hala halado do de tal tal mane manera ra que que los los esfu esfuer erzo zoss se tran transm smititan an uniformemente a todos los conductores que integran el conjunto a introducir. Ningún conductor deberá ser introducido dentro de la tubería hasta que esta no haya sido completamente limpiada y secada.
Las acometidas deberán ser del mismo tamaño a través de toda su longitud y los alimen alimentad tadore oress para para motore motores, s, panel paneles, es, interr interrupt uptore ores, s, etc. etc. deberá deberán n ser continuos sin empalmes en su trayecto. El tamaño del conductor más pequeño que se permitirá será el AWG # 12, excepto donde se especifique.
POSTERÍA DE CONCRETO Los postes serán fabricados de conformidad con la norma ICONTEC 1329, postes de hormigón armado para líneas aéreas de energía sin perjuicio de lo establecido en estas especificaciones. La postería deberá deberá tener las siguientes siguientes características. características. - Será utiliz utilizado ado cemen cemento to portla portland nd tipo I. de una sola sola marca, marca, sin mezcl mezclar ar cementos de diferente procedencia u origen. - Los Los agre agrega gado doss del del conc concre reto to cump cumplir lirán án con con las las norm normas as ACIACI-31 3188-77 77 o equiva equivalen lente. te.
El agua agua emple empleada ada será será potabl potable e y libre libre de sulfa sulfatos tos ácidos ácidos,,
sustan sustancia ciass alcali alcalinas nas,, materi materias as orgáni orgánicas cas y demás demás elemen elementos tos perjud perjudici iciale aless disueltos y/o en suspensión. - El concre concreto to ofrece ofrecerá rá una resiste resistenci ncia a promed promedio io a la compres compresión ión de 250 KG/cm2, medida a los 28 días. - El tiempo de curado ser de 28 días preferiblemente preferiblemente por inmersión en piscina piscina y adop adopta tand ndo o las las prec precau auccione ioness nece necesa sari rias as para para evit evitar ar evap evapor orac ació ión n o resquebrajamientos por cambios térmicos. - El hierro tendrá un límite a la fluencia fluencia mínimo de 4.200 Kg. Kg. /cm2.
- Los postes podrán ser vibrados o centrifugados, pero sin alterar las medidas y/o composiciones normalizadas. Las refacciones manuales (con el el palustre o similar similar)) no serán serán admitid admitidas as por falta de homogen homogeneid eidad ad en la mezcla mezcla..
El
espesor del recubrimiento en concreto sobre el hierro, será uniforme o mayor a 4.0 cm. - Los postes deberán llevar una franja pintada de rojo, de 3 cm. de ancho y 15 cm. de longitud en el punto correspondiente a su centro de gravedad. - Todos los postes deberán llevar una franja pintada de color verde de 3 cm. de ancho y 15 cm. de longitud indicando la altura de empotramiento la cual debe ser de un décimo de la longitud total del poste en metros más 0.60 m.
AISLADORES El dise diseño ño de los los aisl aislad ador ores es de susp suspen ensi sión ón debe deberá rá perm permiti itirr form formac ació ión n de cadenas, en consecuencia se deberán diseñar de tal forma que cualquier posición que pueda adoptar la cadena, una vez ensamblada, no haga contacto entre las partes de porcelana de las unidades adyacentes. Los elementos de sujeción (chavetas o pasadores) deberán ser en bronce y de tal forma que no permitan la separación de las unidades de la cadena. cadena. Además debe deberá rán n dise diseña ñars rse e de form forma a que que perm permititan an el reem reempl plaz azo o de unid unidad ades es sin sin necesidad de desprender la cadena de aisladores de la estructura. La fijación fijación de la caperuza caperuza y el espigo deben deben hacerse hacerse mediante mediante una capa de cemento delgado y homogéneo. Los aisladores deberán tener impreso como mínimo el nombre del fabricante, la fecha de manufactura y la referencia ANSI y no se aceptaran con fecha de fabricación superior a 5 años. Las normas Técnicas de los aisladores deben ajustarse a las definiciones, códigos y características de las normas ANSI (NEMA).
CORTACIRCUITOS Los cortacircuitos deberán cumplir con la homologación sectorial del CIDET así como como con las caract caracterí erísti sticas cas requer requerida idass en las normas normas ICONTE ICONTEC C 2132 2132 y 2133 / ANSI / NEMA / Y/O IEC que estipulen estipulen aspectos aspectos relaciona relacionados dos con su diseño y fabricación. Prueba: Los cortacircuitos deberán estar diseñados para la operación por sobrecorriente en los sistemas de distribución de clase 36 KV monofásicos y trif trifás ásic icos os,, inde indepe pend ndie ient ntem emen ente te del del tipo tipo de cone conexi xión ón de las las carga arga y se sumini suministr strará arán n cortac cortacirc ircuit uitos os del tipo tipo abiert abierto, o, diseñ diseñado adoss para para aplica aplicació ción n en sistem sistemas as de distrib distribuci ución ón de clase clase 36 KV monofás monofásico icoss o trifási trifásicos cos con las siguientes características técnicas: Aisladores de porcelana elaborados con procesos húmedos y recubiertos con esmalte gris de alta rigidez dieléctrica conforme a norma ANSI,
Tubo Tubo porta porta fusi fusibl ble e de fibr fibra a de vidr vidrio io prov provis isto to de un mate materi rial al inte interio riorr auto auto-extinguible para propiciar una rápida extinción del arco Deben estar provistos de un mecanismo con el fin de operar el cortacircuito con carga. Contactos fijos de amplia superficie que garanticen un excelente contacto eléctrico y eviten los calentamientos. El sopo soport rte e y las las cruc crucet etas as de mont montaj aje e debe deberá rán n ser ser fabr fabric icad adas as en acer acero o galvanizado, según según norma ASTM A – 575 Y NTC NTC 2133 El conector debe ser apto para alojar conductores con calibres en un rango del No. 6 AWG y el 4/0 ACSR en cobre trenzado o en aluminio
Los cortacircuitos serie 38 kV deben cumplir con las siguientes especificaciones:
Tensión nominal máx. de operación
:
36 kV
Nivel Básico de Aislamiento BIL
:
145 KV
Corriente nominal
:
50 A
Corriente de descarga
:
10 KA
CRUCETEARÍA METÁLICA Toda la crucetearía tanto la de 2 ½” x 3/16 x 4 m como las de 3” x 31/4 x 2m deberán cumplir con las normas NTC 2, 1920, 2076, 2616.
DESCARGADORES DE SOBRETENSIONES Los pararrayos deben cumplir con las características requeridas en las normas ICONTEC /ANSI/ NEMA/ Y/O IEC que estipulen aspectos relacionados con su diseño y fabricación. Los pararrayos serie 30 kV deben cumplir como mínimo con las siguientes especificaciones NPM (Nivel de Protección tipo Maniobra)
:
59.5 kV
NPR (Nivel de Protección tipo Rayo)
:
70.5 kV
VIGUETAS DE FERROCONCRETO Las viguetas en concreto para anclaje tendrán una longitud de 60 centímetros y de base cuadrada de 15 centímetros, con refuerzo en varilla de acero de 1/2" según especificación 0080. Las viguetas deberán tener una perforación centrada de 5/8
VARILLAS DE ANCLAJE Las varillas de anclaje deben ser fabricadas en acero ASTM-A242 con un esfue esfuerzo rzo mínimo mínimo fluenci fluencia a de 3150 Kg./cm2 Kg./cm2 y deben deben ser galvan galvaniza izadas das en caliente después de dobladas, soldadas y roscadas. Las grapas deben deben ser fabricadas en acero y galvanizadas galvanizadas en caliente.
SISTEMA DE TIERRA Todos los materiales y accesorios mencionados o no mencionados en esta descri descripc pción ión pero pero que que sean sean neces necesari arios os para para la confor conformac mación ión comple completa ta del sistema de tierra se consideran incluidos en el precio que el oferente dé para este item. El oferente declara ser idóneo y conocer perfectamente todos los pasos pasos necesa necesario rioss para para la constr construcc ucción ión aunqu aunque e no estén estén especí específic ficame amente nte mencionados en esta descripción. El sistema general de puesta a tierra tendrá una resistencia máxima de 10 Ohmi Ohmios os y esta estará rá cons constititu tuid ido o por por una una mall malla a ente enterr rrad ada a a un lado lado de la subestación (Ver Plano No. 3) compuesta por electrodos de tierra formados por varillas Cobre-Cobre entrelazadas con conductor de cobre desnudo calibre AWG 2/0 desnudo. Todos los cruces de conductores así como las conexiones a varillas serán del tipo Termo soldado con soldadura exotérmica. En caso de que al medirse la resistencia de puesta a tierra, su valor es mayor de 10 ohms, el contratista deberá colocar varillas de Cobre-Cobre adicionales y hacer tratamiento superficial, hasta obtener el valor exigido para el efecto < 10 ohm. En su propuesta incluirá precios unitarios adicionales para este evento, pero sin estimar cantidades.
Toda Todass las las caja cajas, s, part partes es metá metálilica cass de equi equipo poss eléc eléctr tric icos os,, neut neutro ro de los los tra transfo nsform rma adore doress, deber eberán án ser puesto estoss a tier tierra ra de acu acuerdo erdo con con las las estipulaciones de la norma ICONTEC 2050 y el RETIE. Cada equipo o parte que deba ser aterrizada, deberá ir conectada a la red cole colect ctor ora a o mall malla a de tierra tierra,, por por medi medio o de una una unió unión n dire direct cta, a, indi indivi vidu dual al y continua. Para la conexión del cable de tierra a los equipos propiamente dichos, se emplearán conectores, tornillos y tuercas de bronce fosfatado. En caso de que el equipo se encuentre bajo tierra como ejemplo un tanque subterráneo, su conexión al sistema de tierra se hará con el proceso de soldadura exotérmica. Todas las partes metálicas de la subestación se conectarán a la malla de puesta a tierra con conductor de cobre desnudo calibre AWG 2/0 desnudo. La cont contin inui uida dad d del del sist sistem ema a de tier tierra ra debe deberá rá mant manten ener erse se a trav través és de todo todo el sist sistem ema a de dist distri ribu buci ción ón para para aseg asegur urar ar la oper operac ació ión n de los los elem elemen ento toss de protec protecció ción n y elimin eliminar ar volta voltajes jes peligr peligroso ososs causad causados os por altas altas corrie corriente ntess de cortocircuito. Los empalmes en los conductores de tierra no serán más frecuentes que los que sean absolutamente necesarios y todas sus uniones y empalmes deberán ser soldadas exotérmicamente. Cuando un conductor de tierra pase por un sitio donde este sujeto a la posibilidad de daño mecánico, deberá ser protegido por medio de un tubo conduit. Cuando un conductor de tierra vaya con aislamiento dentro de un tubo conduit o ducto, deberá ser de color verde. Las Las carc carcas asas as de los los moto motore ress eléc eléctri trico coss se ater aterriz rizar arán án con con un cond conduc ucto tor r independiente que se origina en el barraje de tierra en el respectivo centro de control y se lleva conjuntamente con los conductores de alimentación.
A lo largo de toda la tubería PVC o metálica se llevará un conductor aislado que garantice el sistema de continuidad a tierra, interconectando todas las cajas para salidas.
TABLEROS DE AUTOMÁTICOS Y DE DISTRIBUCION El tablero general de distribución así como el de Alumbrado Exterior y el de Bombas, contendrán interruptores interruptores automáticos tipo industrial, ensamblados ensamblados en una unidad (en caja moldeada, o MCCB 1), de las capacidades indicadas en los planos y en las cantidades de obra. El barraje será tetrapolar en barras de cobre electrolítico rojo de mínimo 98% de pureza, de la longitud apropiada, de capacidad amperimétrica suficiente, barra para puesta a tierra independiente, espacio para reservas, profundidad adecuada para manejar cómodamente los calibres de conductores que llegan y salen de él y que se muestran en los diagramas unifilares. La caja deberá ser fabricada en lámina de acero calibre americano no inferior al #16 y su ejecución deberá ser del tipo para uso general NEMA 1 presentando un acabado en esmalte gris al horno especial para un clima tropical, aplicado sobre un inhibidor de corrosión.
1
Molded Case Circuit Breaker
6. ANEXOS
ANEXO 1. NIVELES DE AISLAMIENTO IEC 71-1
Tensión Máxima (KV)
Voltaje de 60 Hz de Corta e Corta Duración(KV)
BIL (KV)
3 ,6
10
20 40
7 ,2
20
12
28
17.5
38
40 60 60 75 95 75 95
24
50
95 125 145
36
70
145 170
52 72,5
95 140 -185 230
250 325 450 550
-185 230 275 -230 275 325
-450 550 650 -550 650 750
-275 -325 360 395 450
-650 -750 850 950 1.05
123 145 170
245
ANEXO 2. DISTANCIAS MÍNIMAS IEC 71-2
BIL (kV.) 40 60 75 95 125 145 170 250 325 450 550 650 750
DISTANCIA MINIMA FASE-TIERRA (mm) 60 90 120 160 220 270 320 480 630 900 1100 1300 1500
BIL (KV) 20 40 60 75 95 125
145 170 250 325 450 550 650 750 850 950 1050
DISTANCIA MINIMA FASE-FASE (mm) 60 60 90 120 160 220 270 320 480 630 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100
ANEXO 3. NIVELES DE PROTECCIÓN
