puesta a tierra en instalaciones de alta tensiÓn …
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PUESTA A TIERRA EN
INSTALACIONES DE ALTA TENSIÓN
Parte 7 – Ejemplo de cálculo
FERNANDO BERRUTTI
AÑO 2015
1
Datos de diseño
CALCULO DE LA MALLA SUPONIENDO FALTA 1FT
DENTRO DE LA ESTACION.
- Caso típico de una instalación industrial.
- No es aplicable a una red de distribución pública.
Transformador 115/13.8kV – Dyn
Z1 = Z2 = 4 + 10j (115kV)
Z0 = 10 + 40j (115kV)
ZTR (13kV) = 0.034 + 1.014 j
2
Datos de diseño
tf = 0.5 seg.
Sf = 0.6
= 400 .m
s = 2500 .m
hs = 10 cm
h = 50 cm
A = 70 x 70 m
Ta = 40ºC
3
Método norma IEEE-80 4 (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7) (8)
(9)
(10)
(11)
Desarrollo de los cálculos
Primer punto: modelado del terreno.
= 400 .m
A = 70 x 70m
En un caso genérico habría que hacer el
análisis de datos a partir del método de
Wenner.
5
Método norma IEEE-80 6 (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7) (8)
(9)
(10)
(11)
Desarrollo de los cálculos
Segundo punto: dimensionado de los
conductores de la malla de tierra.
Se debe calcular la corriente de
cortocircuito máximo para determinar
la sección de conductor.
7
a0
am
4rrc
mm
TK
TT1Ln
TCAP
10ραt
IA 2
Desarrollo de los cálculos
Cálculo de cortocircuito en 115kV:
Cálculo de cortocircuito en 13kV:
8
3.33RX
3180A401010j1044
31153
ZZZ
3EI
021
FT
16.2RX
6814A1.0141.1422j0.0340.0852
3133
ZZZ
3EI
021
FT
Desarrollo de los cálculos
Segundo punto: dimensionado de los
conductores de la malla de tierra.
Se toma el peor cortocircuito: I = 6814A.
Tomando Tm = 700ªC.
A > 33.4 mm2 Conductor 50mm2.
9
a0
am
4rrc
mm
TK
TT1Ln
TCAP
10ραt
IA 2
Método norma IEEE-80 10 (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7) (8)
(9)
(10)
(11)
Desarrollo de los cálculos
Tercer punto: cálculo de corrientes
admisibles.
11
70kgpeso0.157k
50kgpeso0.116k
s
SSpaso_admt
kρ6C1000E
s
SStoque_admt
kρC1.51000E
0.092h
ρ
ρ10.09
1Cs
S
S
Desarrollo de los cálculos
Tercer punto: cálculo de corrientes
admisibles. Ejemplo con 70kg, k=0.157.
12
0.740.090.102
2500
40010.09
10.092h
ρ
ρ10.09
1Cs
S
S
2687Vt
kρ6C1000E
s
SSpaso_adm
838Vt
kρC1.51000E
s
SStoque_adm
Método norma IEEE-80 13 (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7) (8)
(9)
(10)
(11)
Desarrollo de los cálculos
Cuarto punto: diseño físico de la malla
Malla 70m x 70m.
D=7m
Sin jabalinas.
14
Método norma IEEE-80 15 (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7) (8)
(9)
(10)
(11)
Desarrollo de los cálculos
Quinto paso: Cálculo resistencia
= 400 .m
h = 0.50 m
A = 70 m x 70 m
L= 1540 m
16
2.78Ω20/Ah1
11
20A
1
L
1ρRg
Método norma IEEE-80 17 (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7) (8)
(9)
(10)
(11)
Desarrollo de los cálculos
Sexto punto:
Cálculo de corriente por la malla IG.
Cortocircuito en 13kV: 6814A.
Cortocircuito en 115kV: 3180A.
En este caso se toma 3180 A ya que se
supone que la falla se produce dentro
de la estación:
18
1908A31800.611IDSCI fffPG
Desarrollo de los cálculos
Séptimo punto: Cálculo de GPR.
No se cumple la desigualdad, por lo
tanto, habrá que evaluar los máximos
gradientes de potencial en la malla.
19
838VE
5304V19082.78GPR
EIRGPR
toque_adm
toque_admGg
Gradientes de potencial 20
Método norma IEEE-80 21 (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7) (8)
(9)
(10)
(11)
Evaluación de tensiones
de paso y toque. 22
838VEL
KKρIE toque_max
M
imGm
2687VEL
KKρIE paso_max
S
isGs
Tensión de toque 23
838VE
1002V1540
19082.2720.89400
L
KKρIE
toque_adm
M
imGm
0.891)(2n
8Ln
K
K
4d
h
8Dd
2h)(D
16hd
DLn
2
1K
h
ii22
m
ππ
1.225h
h1K0.57 (2n)
1K
0h
n2ii
2.272n0.1480.644K i
Método norma IEEE-80 24 (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7) (8)
(9)
(10)
(11)
Replanteo de la malla 25
Décimo paso: Modificación del diseño
No se cumple el criterio de toque.
Medidas a tomar:
Reducir corriente de falla.
Reducir tiempo de protecciones.
Redimensionar la malla de tierra.
Desarrollo de los cálculos
Cuarto punto: diseño físico de la malla
Malla 70x70m.
D=7m
20 Jabalinas en
el perímetro.
26
Método norma IEEE-80 27 (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7) (8)
(9)
(10)
(11)
Desarrollo de los cálculos
Quinto paso: Cálculo resistencia
= 400 .m
h = 0.50 m
A = 70 m x 70 m
L= 1540 + 20x7.5 = 1690m
LA RESISTENCIA PASA DE 2.78 A 2.75
28
2.75Ω20/Ah1
11
20A
1
L
1ρRg
Método norma IEEE-80 29 (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7) (8)
(9)
(10)
(11)
Desarrollo de los cálculos
Sexto punto:
Cálculo de corriente por la malla IG.
Cortocircuito en 13kV: 6814A.
Cortocircuito en 115kV: 3180A.
La corriente de cortocircuito no varía
en esta evaluación:
30
1908A31800.611IDSCI fffPG
Desarrollo de los cálculos
Séptimo punto: Cálculo de GPR.
Con el diseño sin jabalinas GPR = 5304V
31
838VE
5247V19082.75GPR
EIRGPR
toque_adm
toque_admGg
Gradientes de potencial 32
Método norma IEEE-80 33 (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7) (8)
(9)
(10)
(11)
Evaluación de tensiones
de paso y toque. 34
838VEL
KKρIE toque_max
M
imGm
2687VEL
KKρIE paso_max
S
isGs
Tensión de toque 35
838VE
747V
1507070
7.51.221.551540
19082.2720.77400
L
KKρIE
toque_adm
22
M
imGm
pasodetensiónevaluardebeseaceptable,
838VE747VE toque_admm
Observación 1: Se reduce Km.
Observación 2: Crece la longitud efectiva.
Tensión de paso 36
correctodiseño aceptable,
2687VE549VE toque_adms
2687VE
V54927.50.8515400.75
19082.2720.406400
L
IKKρE
paso_adm
S
Giss
Método norma IEEE-80 37 (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7) (8)
(9)
(10)
(11)
Diseño de detalle 38
Detalles constructivos:
Conexión equipos.
Jabalinas adicionales para equipos:
Neutros de trafos y generadores.
Neutros de bancos condensadores y
reactores.
Descargadores de sobretensión.
Estudio de potenciales de transferencia
Observaciones ejemplo 39
El diseño es válido suponiendo que no existen salidas de 13kV que alimenten consumidores fuera del área de aterramiento de la estación, es decir, todos los defectos se producen DENTRO DE LA ESTACION ATERRADA. Esto es válido para plantas de generación y consumidores cuyas mallas de tierra abarquen toda el área de la instalación.
En caso que la estación refiriera a una red de distribución pública y tuviera salidas en 13kV debería considerarse la corriente de 6.8kA a los efectos del diseño.