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títulopresentación

Direccióngeneral……………. (u otro subtítulo aplicado a toda la presentación)

11| 2013

EFEC TO C A R S ONSistema de Puesta a Tierra Carson y

su impacto en reducción de impedancia de puesta a tierra

Creador: Humberto Forero

Equipo de trabajo:

Mario AnzolaMiguel Garzón Germán HernándezFernando PérezCarlos Julio Quintero


Direccióngeneral……………. (u otro subtítulo aplicado a toda la presentación) 2

1. Introducción y problemática2 . Antecedentes3 . Objetivos del Sistemas de Puesta a Tierra (SPT)4 . Sistema de Puesta a Tierra Carson5 . Seguridad Humana y Tensiones Tolerables6 . Modelo Electromagnético de Sistemas de Puesta a Tierra (SPT)7 . Resultados del Sistema de Puesta a Tierra Carson8. Desempeño, mediciones y resultados 9. Sistema de Puesta a Tierra Tradicional Vs SPT Carson

10. Conclusiones

Índice


Direccióngeneral……………. (u otro subtítulo aplicado a toda la presentación)3

Niveles isoceráunicos extremadamente altos en algunas zonas de Cundinamarca como: La Palma, Caparrapí, Villagómez y Topaipí,

Problemática con implicaciones de nivel social, económicas y ambientales para la

compañía CODENSA S.A.E.S.P.

Principal causa de falla en las zonas rurales:D E S C A R GA S A TM OS FÉ R IC A S

Ejemplo: Municipio La Palma

2150 Descargas atmosféricas3.5 Descargas por Km2

6 0.000 parque trafos15 .000 parque trafos Cund.2 000 trafos fallan en Cund. 6 0% transformadores fallados

Int r oducción y Pr oblemát ica



US$1.489.000 aprox. Costo año 2010 reposición de

transformadores de distribución.

Grandes esfuerzos y labores por parte del personal operativo

para restablecer servicio.

Alta reincidencia en falla de transformadores, ( + de cuatro

ocasiones) por descarga atmosférica.

A nt ecedent es

Z onas r ur ales de dif ícil acceso



Realizar una conexión de baja resist encia a t ier ra y puntode referencia para los equipos.

Garantizar condiciones de segur idad a los seres vivos.Permitir a los equipos de protección despejar r ápidament e las f allas.

Servir de r ef er encia común al sist ema eléct r ico.

Conducir y disipar con suficiente capacidad lascor r ient es de f alla, elect r ost át ica y de r ayo.

Objet ivos del S PT C ar son



S PT Tradicional

S PT C arson

S PT t r adicional VS S PT C ar son



S ist ema de Puest a a Tier r a C ar son



Ejecución: Instalación en terrenode Transformadores

reincidentes

Zona de Cobertura CODENSA.

Especialmente Zona Rural

Cumplir normatividad y

prácticas de ingeniería vigentes

Cumplimiento de las exigencias de

seguridad humana y de la infraestructura

eléctrica

Et apas de Pr oyect o S PT C ar son

Acompañamiento académico Universidad de los Andes



80,1Ω 8,05 Ω

90% REDUCCIÓN

CD57932

247Ω 3.5 Ω

98% REDUCCIÓN

CD 17040

Inst alación de S PT C ar son

E jemplos:



S egur idad humana y Tensiones t oler ables



Modelopar amét r ico

Crecimiento

dS

lS

dl

(x, y, z)

AIRE

TIERRA

Conductividadσ

2 22

2 2 2

1 ( , , ) 1 ( , , ) ( , , )( , , ) 0V r z V r z V r zV r z rr r r r z

φ φ φφφ

∂ ∂ ∂ ∂ ∇ = ⋅ + + = ∂ ∂ ∂ ∂

Ecuación de L aplace

M odelo de un S PT C ar son



[ ] [ ] [ ][ ]1 1I FDT V−=

[ ] [ ]1

1n

tT j

jI I I

=

= =∑

T

VRI

=

Fact ores D ist r ibución de Tensión (Meliopoulos A.P.)

Factores de Distribución de Tensión FDTM odelo de un S PT C ar son



Componente

Coordenadas Centrales del Conductor (m)

Longitud (m)

Diámetro (m)

Orientación

x y z1 0 0 -1,5 2,4 0,0159 32 1,2 0 -2,7 2,4 0,005189 13 2,4 0 -1,5 2,4 0,0159 3

R esult ados del S PT C ar son



Los datos fueron tomados con relación a:

Análisis de S ensibilidad

Resistividad de 50 Ω*m. Numero de Segmentos 10. Profundidad 0,3 metros

D esempeño S PT C ar son



Varilla 1 Cable Varilla 2

Parámetro Cicuital Elemento 1

Elemento 2

Elemento 3

Elemento 4

Elemento 5

Elemento 6

Capacitancia_Shunt(pF)

162,1 166,9 121,0 121,0 162,1 166,9

Resistencia_Shunt(Ω)

196,7 191,0 263,4 263,4 196,7 191,0

Inductancia (μH) 1,777 1,726 2,380 2,380 1,777 1,726Resistencia Propia

(mΩ)0,104 0,104 0,976 0,976 0,104 0,104

ATPdraw M odelo del S PT




ATP Simulación de Ondas Tipo R ayo

Onda 1000 A y 1,2-50 μs

Onda 1000 A y 8-20 μs




Onda 1000 A y 8- 2 0 μs Onda 1000 A y 1,2 - 5 0 μs

ATP SPT Tr adicionalCarson disminuye la máxima tensión de

20 kV/kA

S ist ema S PT Tr adicional Vs S PT C ar son



ATP C or t o- C ir cuit o

Corto-Circuito 10 Amperios SPT

Carson

Corto-Circuito 10 Amperios SPT

Tradicional

S ist ema S PT Tr adicional Vs S PT C ar son



CDResistencia

SPT Tradicional (Ω)

Resistencia SPT Carson (Ω)

Reducción

14533 461 4,3 99,07%15314 137 9,33 93,19%15316 697 9,25 98,67%14848 187,9 1,89 98,99%46706 483 7,51 98,45%16864 70 5 92,86%56301 200 6 97,00%56076 47 9 80,85%48594 30,4 9,4 69,08%

La normatividad exige una Impedancia de puesta a tierra < 10Ω

M ediciones S PT C ar son



Espaciamiento "A" (m)

Resistencia Medida (Ω)

Resistividad (Ω*m)

1 2,86 17,972 2,13 26,774 1,17 29,416 0,76 28,658 0,56 28,15

10 0,43 27,02Promedio 26,33Box-Cox 28,39

CD 52192 R esist ividad




CD 52192 R esist encia de Puest a a Tier r a

Distancia Electrodo de Corriente (m)

Distancia Electrodo de Tensión (m)


3021,6 4,318,6 4,1315,6 4,06




CD 61001 R esist ividad

M ediciones S PT C ar son Espaciamiento "A" (m)


Resistividad (Ω*m)

Perfil 11 23,7 148,912 10,77 135,344 3,59 90,236 2,59 97,648 0,7 35,1910 0,31 19,4812 0,19 14,33

Promedio 77,30Perfil 2

1 14,01 88,032 5,12 64,344 1,77 44,486 0,99 37,328 0,49 24,6310 0,27 16,9612 0,17 12,82

Promedio 41,23Promedio

Total59,26

Box - Cox 63 73



CD 61001 R esist encia de Puest a a Tier r a

Resistividad Capa Superior(Ω*m) 63,42

Resistividad Capa Inferior(Ω*m) 6,24

Profundidad Capa Superior(m) 4,36Factor de Reflexión (K) -0,82

Distancia Electrodo de Corriente (m)

Distancia Electrodo de Tensión (m)


3021,6 8,5418,6 8,315,6 8,22




RETIE Tensiones Toler ables y M at er iales

Variables normativas UnidadesTransformador CD 52192

Transformador

CD 61001

Resistividad

Capa Superior (Ω*m)

26,33 63,42

Capa Inferior (Ω*m)

0,00 6,24

Profundidad (m) 0,00 4,36

Tensiones Permisibles (V)

Tensión de Paso 1343,26 1601,40Tensión de Contacto

1205,81 1270,35

Tensiones Máximas (V)

Tensión de Paso 75,10 174,00Tensión de Contacto

441,40 830,06

C umplimient o de nor ma S PT C ar son



C onclusiones S PT C ar son

Reducción Impedancia de puesta a tierra superior al 90% respecto al sistema de puesta a tierra convencional

Mayor disipación de las corrientes por tierra y disminución en las tensiones de paso y contacto a valores por debajo de los tolerables para el ser humano (Cumplimiento de norma).

Reduce la máxima elevación de la tensión de tierra (GPR) en 20 kV/kAcomparado con el sistema de puesta a tierra tradicional

96% de reducción de fallas por sistemas de protección inadecuados.

Disminución en $115.000.000 en pérdidas por depreciación de los activos (tomado para prueba piloto de 30 transformadores).



Aumento de 3 meses a 30 años en la vida útil de los activos.

Más de $6.900.000 Pesos COP de ahorro en costos de reposición por el periodo de vida útil a periodo de 30 años para los 30 transformadores de la prueba piloto.

Reducción en posibles derrames de aceite producto de la descarga atmosférica.

Reducción costos por compensación e indicador ITAD.

C onclusiones S PT C ar son



1) ICONTEC, 2004, “Norma técnica Colombian NTC- 4552 Protección contra rayos principios generales”, Bogotá, Diciembre.

2) M. Garzón, M. Salgado, “Mejoramiento de índices de calidad de los Circuitos de distribución rural de Codensa en Zonas de alta actividad eléctrica atmosférica,", Programa de Investigación sobre Adquisición y Análisis de Señales PAAS – UN, Universidad Nacional – Codensa, pp.1-104, Bogotá, Julio, 2010.

3) IEEE Std 80, 2000, IEEE Guide for Safety in AC substation Grounding”. Nueva York, Enero.

4) Ministerio de Minas y Energía, Colombia, “Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas- Retie”. Bogotá, Agosto, 2008.

5) IEEE Std 81, 2012, “IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Grounding System”, Nueva York, Diciembre.

6) Tagg. G. F., “Earth Resistance”, Gran Bretaña, Whitefriars Pres , 1964.

7) Thug, G. F., “Earth Resistances”, London: Georges Newnes Limited, 1964.

8) Moreno O.G., Valencia V. J., Cárdenas A. C., Villa A. W., “Fundamentos e Ingeniería de las Puestas a Tierra, Respuesta ante fallas eléctricas y rayos”, Universidad de Antioquia, Septiembre de 2007.

9) ICONTEC 2012, “PROYECTO DE NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC DE 389/03 Sistemas de Puesta a Tierra (SPT)” Bogotá, Colombia.

10) ASTM G5795a “Standard Test Method for Field measurement of Soil Resistivity Using the Wenner Four Electrode Method”, 2012.

11) Meliopoulos A.P. “Power System Grounding and Transient An Introduction”. New York, Marcel Dekker, Inc., 1988.

12) G.A. Ramos, Análisis y Simulación en Estado Estable y Transitorio de los Sistemas de Puesta a Tierra. Caso de las Subestaciones de Alta y Media Tensión. Universidad de los Andes, Tesis de Maestría en Ingeniería Eléctrica, 1999, Colombia.

13) A.P. Meliopoulos y M.G. Moharan, “Transient Analysis of Grounding Systems”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-102, N°2, p.p. 389 - 399, February 1983.

14) Quesada Ocampo, Juan D., “Modelo físico de un electrodo en contacto con un terreno que consta de un o dos capas cuando se le inyecta corriente eléctrica”, Universidad de los Andes, Trabajo de grado en Física, 2003, Colombia.

15) F. Dawalibi y D. Mukhedkar, “Optimum Design of Substation Grounding in a Two Layer Earth Structure; PART1 – Analytical Study”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-94, N° 2, p.p. 252 – 261, March/April 1975.

16) Y.L. Chow, J.J. Yang y K.D. Srivastava, “Grounding Resistance of Buried Electrodes in Multi-Layer Earth Predicted by Simple Voltage Measurements along Earth Surface – A Theoretical Discussion”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 10, N° 2, p.p. 707 – 715, April 1995.

17) Dalziel, C. F., “Electric shock hazard” IEEE Spectrum, pp. 103-110, febrero, 1974.

18) A. Elices, L. Rouco, “Estudio de sobretensiones de origen atmosférico transferidas a baja tensión en transformadores MT/BT de poste”, Instituto de Investigación Tecnológica, Universidad Pontificia Comillas, 1999, Julio.

19) ICONTEC, 1998, “Norma técnica Colombian NTC- 2050 Código Eléctrico Colombiano”, Bogotá, Noviembre.

20) ICONTEC, 2001, “Norma técnica Colombian NTC- 2206 Equipo De Conexión Y Puesta A Tierra”, Bogotá, Septiembre.

R ef er encias B ibliográf icas



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