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5/28/2018 DISEO TIPICO SUBESTACION RURAL.ppt
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Calculos para una subestacin
deDistribucin tipo rural
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CONTENIDO
Clculo de Corto Circuito
Verificacin de las Barras Colectoras
Clculo de las Cargas que Interviene en el Prtico
Distancia de DiseoDiseo de Malla de Tierra
Servicios Auxiliares.
Clculo del apantallamiento.Coordinacin de Aislamiento.
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Clculo de Corto Circuito
Clculo del nivel de cortocircuito
El estudio de los niveles de cortocircuito se inicia con el diagramaunifilar del sistema de potencia por estudiar.
115 kV 13,8 kV34,5 kV 34,5 kV20 MVA
Z = 8,2 %10 MVA
Z = 6,52 %
27 Km (2 / 0 ACSR)
Y Y Y
If
If
S/E Transmisin S/E Rural
Diagrama unifilar para el estudio de cortocircuito de la Subestacin Rural
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Niveles de cortocircuitos en la barras de 115 kV de la subestacin de Transmisin
Clculos de las Impedancias de Secuencia Positiva, Negativa y Cero de la Lnea
Z+ext Z+T1 Z+
L Z+
T2
10
115 kV 115 kV34.5 kV 34.5 kV
Diagrama de impedancia de secuencia positiva
Subestacin
ElctricaMVA3F MVA1F
Rural 1056,93-17,7 336, 94-14,9
Clculo de Corto Circuito
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Z-ext Z-T1 Z-L Z
-T2
115 kV 13.8kV34.5 kV 34.5 kV
Diagrama de impedancia de secuencia negativa
Z0ext Z0T1 Z0
L
115 kV 13,8 kV34.5 kV
Diagrama de impedancia de secuencia cero
Clculo de Corto Circuito
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Impedancia de secuencia positiva y negativa
)x(xjrZZ daa
Donde:
ra: 0,2989 / Kmxa: 0,3306 / Km
xd: 0,279 log Deq = 0.,1207 /Km
re= 0,0047760 =0,17783 / Km
xe: Reactancia mutual a Tierra = 1,9187 / Km
Impedancia de secuencia cero
deaea x2xxjrrZ
puZZ 4830,562279,1
puZ 64,7668,40
Clculo de Corto Circuito
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Impedancia del Sistema Externo
MVAcc
PbaseZextZext upup
1..
Donde:Pbase: 100 MVA
MVAcc: 1056,93 -17,7 MVA
Impedancia del sistema externo de secuencia positiva y negativa
puZextZext 7,171046,9 2
Impedancia del sistema externo de secuencia cero
ZextI
Zextcc
20131
0
Donde:
Icc1: Corriente de cortocircuito monofsica en p.u = 3,37-14.9
puZext 14,1470,00
Clculo de Corto Circuito
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Impedancia del Transformador
T
TupTTTT
MVA
MVAbase
kVbase
kVZZZZ
2
.
0
Datos del Transformador de la Subestacin Cuman
IIICapacidad = 20 MVAImpedancia = 8,2%
9041,00
111 TTT ZZZ
Subestacin Cumana III
puZZZ TTT 90652,00
222
Datos del Transformador de la Subestacin Puerto de la Madera
Capacidad = 10 MVA
Impedancia = 6,52%
Clculo de Corto Circuito
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Clculos de las Corrientes de Cortocircuito Trifsicas
ZTIf
01
3
Clculos de las Corrientes de Cortocircuito Monofsicas
Para este tipo de clculo los diagramas de impedancias de secuencias seconectan en serie, como se muestra el figura
10
Z+eq
Z-eq
Z0eq
Ia1Va1 1
3 IaIa eqZeqZeqZ
Ia01
01
eqZeqZeqZIf
01
013
Clculo de Corto Circuito
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Niveles de Cortocircuito en la barra de 34,5 kV y 13,8 kV
Subestacin
Elctrica
Nivel de Tensin
En la Barra Icc3F(A) Icc1F (A)
Rural 34,5 kV 1004,0874 568,9828
13,8 kV 1863,42 2452,90
Clculo de Corto Circuito
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Calculo de las Barras
Verificacin de la capacidad trmica de las Barras
Se bas en el modelo de la Westinghouse modificado.
Para este clculo se seleccion un conductor de cobre desnudo decalibre A.W.G # 4/0, y se verific si cumple con las condiciones exigidas.
Datos del Conductor en 13,8 kV
Conductor = A.W.G #4/0 de cobreSeccin del conductor = 107,2 mm2
Dimetro exterior = 13,3 mm = 0,522 pulgModulo de elasticidad del conductor (E) = 13.000Kg/mm2Coeficiente de dilatacin trmica () = 1710-6Temperatura ambiente (Ta) = 30CTemperatura en condiciones normales (Tc) = 70CTemperatura en condiciones de emergencias (Tc) = 110C
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Verificacin de la Capacidad Trmica de los Conductores en CondicionesNormales y de Emergencia
AWiWcWrRacI 2/2
Wc = Energa Trmica por Conveccin tdTmVP
Wc
039.0
28.30128.0123.0
Wr = Energa Trmica por radiacin
4412 2742746,0108,36 TaTcWr
Wr = Energa Trmica por Insolacin 31045.6 SaWi
A = rea longitudinal del conductor dA
Calculo de las Barras
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Rac = Resistencia Alterna efectiva a la Temperatura del Conductor
DCAC RKR Donde K se obtiene a partir del Valor de X
millaDCR
fX
063598,0'
EL Valor de RDCa cualquier temperatura se obtiene a partir de
CTRoR OTDC 201 2)( 2
Calculo de las Barras
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Capacidad de las Barras en 13,8 kV y 34,5 kV
217,65167,3434,5
543,87418,3613,8
Capacidad de la Barra
en Condiciones de Emergencia(A)
Capacidad de la Barra
en Condiciones Normales (A)Tensin
(kV)
V
PI
3
409,22280,7134,5
588,47435,9513,8
Capacidad de la Barra
en Condiciones de Emergencia(A)
Capacidad de la Barra
en Condiciones Normales (A)Tensin
(kV)
Capacidad de las Barras en 13,8 kV y 34,5 kV Calculada mediante la Ec deBalance Trmico
Calculo de las Barras
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Clculos de la Capacidad de los Conductores bajo Cortocircuito
TaKo
TmKoLn
at
TCAP
IccAc
rr
410
1,42867,4334,5
6,159107,213,8Rural
Seccin de los Conductoresrequerida por
Cortocircuito (mm2)
Seccin de
los Conductores seleccionado(mm2)Tensin
(kV)
Subestacin
Calculo de las Barras
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Cargas que Intervienen en losPrticos
Clculo MecnicoConductor = AWG # 4 / 0 de cobre 7 hilos (13,8kV) y AWG# 2/0 de cobre (34,5kV)Seccin del conductor = 107,2 mm2(13,8kV) y 67,43mm2(34,5kV)
Dimetro exterior = 13,3 mm 0,522 pulg (13,8kV) y 10,5mm 0,413 pulg
Peso del conductor = 0,972 kg/m (13,8kV) y 0,611 kg/m (34,5kV)
Resistencia de rotura del conductor = 2789 kg (13,8kV) y 2150 kg (34,5kV)
Modulo de elasticidad del conductor (E) = 13.000kg/mm2
Coeficiente de dilatacin trmica () = 1710-6Clculo de las Cargas que Intervienen en los prticos
Para el dimensionamiento del prtico de las Subestacin, se determina las fuerzas
actuantes sobre l:
BATT ''2
Fuerza Longitudinal TT
WoELEA
2
22
24'
24
' 22
ELWcB
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Fuerza Transversal Fuerza del Viento que ejerce sobre las cadenas de aisladores
LcVFt 26,0007,0Donde:
= Dimetro de las cadenas de aisladores = 0,254 mLc = Longitud de la cadenas de aisladores = 0,435 m (13,8kV) y 0,725 m (34.5kV)V = Velocidad del viento = 120 km/h
Fuerza del Viento que ejerce sobre el conductor
2' LWcFvc
Donde:
Wc= Peso compuesto del conductor por unidad de longitud con viento
1,266 kg (13,8kV) y 0,885 kg (34,5kV)
L = Vano = 10 m
Carga que Interviene en los Prticos
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Fuerza Vertical
Son todos los pesos de equipos que actan sobre la estructura
Fases
Fuerzas R (kg) S (kg) T (kg)
Fuerzas Longitudinales 175,53 175,53 175,53Fuerzas Transversales 13 13 13
Fuerzas Verticales 50 250 50
Fases
Fuerzas R (kg) S (kg) T (kg)
Fuerzas Longitudinales 82,41 82,41 82,41
Fuerzas Transversales 17 17 17
Fuerzas Verticales 68 268 68
Fuerzas que Actan Sobre el Prtico de 34,5 kV
Fuerzas que Actan Sobre el Prtico de 13,8 kV
Carga que Interviene en los Prticos
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Distancias de Diseo
Distancia entre Fases y Distancias entre Fase y Tierra
Estas distancia estn normalizadas por CADAFE, sin embargo, para elresto de las distancias se usaran las ecuaciones para las distancias mnimas.
Tensin
Nominal(kV)
Tensin
Mxima de
Diseo (kV)
Nivel de
Impulso(NBI)
(kV)
Distancia de
Fase a Fase
(m)
Distancia de
Fase a Tierra
(m)13,8 15,5 110 0,6 0,46
34,5 38 200 1 0,6
Altura de los Equipos Sobre el Nivel del Suelo (hS)
kVhs 0105,030,2
Donde
kV = Tensin Mxima de Diseo
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Equipos deLa Subestacin
Tensin Nominal(kV)
Tensin MximaDe Diseo (kV)
hs(m)
Transformador de potencia 13,8 15,5 2,5
Reconectador 13,8 15,5 2,5
Cortacorriente 13,8 15 2,5Seccionador 13,8 15 2,5
Transformador de Corriente 13,8 15 2,5
Transformador de Potencial 13,8 15 2,5
Transformador de Potencia 34,5 38 2,7Disyuntor 34,5 38 2,7
Seccionador 34,5 38 2,7
Cortacorriente 34,5 38 2,7
Distancias de Diseo
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Altura de las Barras sobre el Nivel del Suelo (hb)
kVhb 0105,00,5
Equipos de
La Subestacin
Tensin Nominal
(kV)
Tensin Mxima
De Diseo (kV)hb(m)
BarrasColectoras
13,8 15,5 5,234,5 38 5,5
Altura de llegada de las Lneas a la Subestacin (hL)
Equipos de
La Subestacin
Tensin Nominal
(kV)
Tensin Mxima
De Diseo (kV)hb(m)
Lneas de Distribucin 13,8 15,5 5,1
Lneas de Transmisin 34,5 38 5,5
kVhL
0105,00,5
Distancias de Diseo
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Distancia Horizontal y Vertical para la circulacin del Personal
9,0 TFh dd 25,2 TFV dd
Circulacin
Del
Personal
Tensin Nominal
(kV)dh(m) dv (m)
13,8 1,36 2,7134,5 1,5 2,85
Distancia Horizontal y Vertical para la circulacin de vehculos
VVV dd 30,2
7,0 VVHV dd
Circulacin
Del
Personal
Tensin Nominal
(kV)dh(m) dv (m)
13,8 5,74 5,01
34,5 5,85 5,15
Distancias de Diseo
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Datos de Campo
A,Corriente de Malla
Icc, Ds, Cs
Voltajes PermisiblesVpaso, Vtoque
Seccin del Conductordc
Parmetros del ArregloNb, D, h
Longitud Mnima del Cond.(L)
Resistencia de Malla de Tierra(Rmt, Ltc)
Voltaje de Malla de TierraVmtVmt
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Datos de la Malla de Puesta a Tierrarea y longitud de la Subestacin = 900 m2
Resistividad del terreno () = 300 - mResistividad Superficial (s) = 3000 - mProfundidad de enterramiento de la malla (h) = 0,5 m
Tiempo de despeje de la falla (t) = 0,5 sCorriente de cortocircuito monofsica para el primer diseo de la
Subestacin (Icc) = 2452,90 A
Temperatura ambiente (Ta) = 40C
Por Norma de la Empresa CADAFE normalizo el Conductorde Malla a Tierra A.W.G 4/0 desnudo 19 hilos
Diseo de Malla de Tierra
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Tensiones de Paso y de Toque permisibles
Tensiones de Paso Permisible t
sKhsCsEPP157,0
,61000
Tensiones de Toque Permisible t
sKhsCsETP
157,0,5.11000
Factor de Reflexin (K)
SuperficieSuelo
SuperficieSueloK
Donde:
Suelo= 300 -mSuperficie= 3000 -m 81,0K
Diseo de Malla de Tierra
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Factor de Reduccin (Cs)
Cs = 0,71
VEPP 59,3058
VETP 42,931
Longitud del Conductor2211 LnLnL
Donde:
n1= n2= 17 = Es el Numero de Conductores Perpendiculares a la mayor direccin
L1= L2= 32 = Representa los Lados de la Malla
mL 1088
Diseo de Malla de Tierra
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Resistencia de la Malla
Ah
ALRM
201
11
20
11 33,4MR
Mxima Tensinde Malla
MMM RIE
Donde:
IM= Corriente de Malla = 2452,90 AIccCqDqIM
Dq = Factor de decremento para la duracin de falla = 1
Cq = Factor de correccin = 1
VEM 057,10621
Diseo de Malla de Tierra
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VEM
057,10621
>VE
TP 42,931
Verificacin de la Tensin de Paso y de Toque en la Periferia de la Malla
L
IKiKsE MPM
yL
IKiKmE MTM
Donde:
Ks = Factor de espaciamiento para el voltaje de paso
Ki = Factor de Correccin de IrregularidadnKi 172,0656,0
Km = Factor de Espaciamiento
12
8
48
2
162
1 22
n
Ln
Kh
Kii
d
h
dD
hD
dh
DLnKm
25,01
11
2
11 n
DhDhKs
Diseo de Malla de Tierra
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VVEE PMPP 48,146259,3058 VVEE
TMTP 09,82842,931
Cumple con la Seguridad
de la Malla
Subestacin Rural
Diseo de Malla de Tierra
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Mtodo Para Mejorar una Malla de Puesta a Tierra Segura
Este mtodo es llamado H icamiento profundo, este trata de ir enterrando
barras de cobre una tras o otra de 1,5 metro y 2 centmetro de dimetros
con un equipo apropiado, y hacer luego mediciones de resistencia hasta
conseguir valores aceptable de resistencia, la cual brinde a las
instalaciones elctricas y a las personas que laboran en ella, una buena
seguridad, adems de un buen funcionamiento,.
Diseo de Malla de Tierra
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Servicios AuxiliaresEl clculo de los servicios auxiliares de corriente continua y alterna,
se determinar de acuerdo a las especificaciones tcnicas de CADAFE(NS-P-371 y NS-P- 372).
SERVICIOS AUXILIARES
Clculo de los servicios auxiliares de corriente alternaEl clculo de los servicio auxiliares de corriente alterna se
determina de la siguiente ecuacin
FdFsVIW Donde
Fs y Fd = son factores de demanda.
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Armario de Proteccin
2 tomacorriente de 20 amp220 V y 15 amp120 V1 rectificador de 1 amp220 V
1 resistencia de calefaccin de 60W220 V
Gabinete del Interruptor
2 tomacorriente de 20 amp220V y 15 amp120 V
1 rectificador de 2 amp220 V
1 resistecia de calefaccin de 60 W220 V
1 condensador tripolar 1 amp220 V1 motor en el gabinete del interruptor 620 W120 V
WWTotal 1490
WWTotal 2050
SERVICIOS AUXILIARES
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Alumbrado del Interruptor
Se tendr 4 luminarias de vapor de sodio de 400 vatios de cada una
4004W WW 1600
Capacidad del Transformador
WWWW 5140160020501490 Carga del Transformador
Considerando una reserva del 30%, la capacidad del transformador ser:
Carga del Transformador W7342
La capacidad del Transformador para los servicios auxiliares
de corriente alterna ser
10 kVA34,5 kV/120220V
SERVICIOS AUXILIARES
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Blindaje de las Subestaciones
Clculo del Blindaje
Las subestaciones elctricas de tipo exterior deben estar protegida enforma semejante a las lneas de transmisin contra las descargaatmosfrica directas e indirectas ya que los pararrayos sirven paraproteger al equipo nicamente contra las ondas entrantes, por lo que esnecesario instalar hilos de guarda.
2
23
11
9
11
3
2
Lhh
Donde:
h1 = Altura mxima del objeto por proteger = 6m
L = Distancia entre los ejes de columnas que forma el modulo = 4m
= 6 m
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Ubicacin de los pararrayos
Datos del Sistema
Transformador trifsico de 10 MVA. 34,5/13,8 kV delta estrella.
Con neutro conectado a tierra (KT= 0,8) y nivel de aislamiento de 200 kV
Tensin Nominal
maxVKV Tn Donde:
Vmax= 38 kVkVVn 30
Corriente de Descarga Nominal
Zo
NBIId
2 Donde:
Zo = 243
kAId 166,1
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Datos del Pararrayos (Anexo D)
Tensin Nominal = 30 kVTensin Mxima en el Pararrayos (Vm) = 36 kV
Corriente de descarga (Id) = 10 kA
Tensin de descarga = 105 kV
Tensin Residual para una onda de corriente de 1020seg. 10kA = 88 kV
Margen de proteccin por Rayo
100
Vp
VpNBIMP %5,90MP
Tensin mxima permisible
dt
dv
VoVD
m
2
)(300
metrosD 33
Coordinacin del Nivel de Aislamiento
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DIAGRAMA UNIFILAR TIPICO DE LASUBESTACION
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