diseÑo tipico subestacion rural.ppt

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 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



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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



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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



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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



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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%



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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



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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



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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



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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



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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)


en Condiciones Normales (A)Tensin

(kV)

V

PI

3

409,22280,7134,5

588,47435,9513,8


en Condiciones de Emergencia(A)


en Condiciones Normales (A)Tensin

(kV)

Capacidad de las Barras en 13,8 kV y 34,5 kV Calculada mediante la Ec deBalance Trmico



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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



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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



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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



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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



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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



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VVEE PMPP 48,146259,3058 VVEE

TMTP 09,82842,931

Cumple con la Seguridad

de la Malla

Subestacin Rural



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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,.



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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



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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



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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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