CALCULOS JUSTIFICATIVOS

5/8/2018 CALCULOS JUSTIFICATIVOS - slidepdf.com

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SISTEMA DE UTILIZACION EN M.T. 10 KV PROCESADORA “INDURLAC” - CHICLAYO JOPAING SAC

4.0 CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS

4.1. CALCULO DE LAS REDES ELÉCTRICAS AÉREAS

4.1.1 Condiciones básicas

- Conductores de Cobre, desnudo, temple duro

- Temperatura ambiente : 20º C.- Temperatura máxima de operación : 50º C.- Tensión nominal : 10 KV- Distribución : Subterránea- Disposición : Horizontal

4.1.2 Fórmulas consideradas

- Capacidad de Corriente

PI = --------------------

√ 3 VL x Cos ø

- Caída de tensión

P* L* (R 5øºc Cos ø + X3ø Sen ø )V = ------------------------------------

10 V2. Cos ø

V = K 3ø * P * L Donde:

(R 5øºc Cos ø + X3ø Sen ø )K 3ø = -----------------------------

10 V2. Cos ø

Donde:R 5ø ºc = R 2øºc [1 + α (50ºC – 20º C)]

DGM 3ø

X3ø ºc = 0.377 0.05 + 0.46 x Log -----------Dm

___________ DMG3ø =

3√ D1 x D2 x D3

_ Dm = 0.5642 x √S x 10-3




4.1.3 Distancias mínimas de seguridad

Para el dimensionamiento de las ménsulas en la S.E. aérea barbotante del punto de diseño (S.E. EN2207) se ha utilizado las prescripciones del Código

Nacional de Electricidad – Suministros 2001 en el que se establece losiguiente:

1.- Separación mínima horizontal y vertical entre conductores de un mismocircuito en los apoyos.

D = 0.70 m

Esta distancia es valida tanto para la separación entre dos conductores defase, como entre un conductor de fase y uno neutro

2.- Distancia mínima entre los conductores y sus accesorios bajo tensión yelementos puestos a tierra.

La distancia mínima que puede presentarse, en las condiciones másdesfavorables, entre conductor y apoyo, esta limitada por la siguienteexpresión.

150/1.0 Vn L A += (m)

Donde:

LA : Distancia mínima entre Conductor y Apoyo (m)

Para nuestro caso tenemos LA = 0.25 m

3.- La distancia horizontal mínima entre conductores de un mismo circuito amitad de vano será:

Para conductores de sección menores a 35mm2.

6104.206.7max−+×= F V L

nC (mm)

Para conductores de sección 35mm2 ó más :

max12.286.7 F V L

nC ××+×= (mm)

Donde:

Vn : Tensión Nominal de las Líneas entre fases (Kv)

Fmax : Flecha máxima por cada vano de regulación sin viento (mm)




4.- Distancias mínimas a edificaciones y otras construcciones

Según el C.N.E. - Suministro 2001, las distancias mínimas desdeestructuras, como edificios, postes de comunicaciones o de energía, hasta

cualquier posición que pueda alcanzar el conductor durante susmovimientos de meneo y ondulatorios, se dan en el cuadro siguiente.

A Verticalmente encima de cualquier techo o estructurasimilar sobre la cual se puede parar una persona.

4.0 m

B Verticalmente encima de cualquier techo o estructurasimilar sobre la cual se puede parar una persona

3.5 m

C En cualquier dirección desde paredes planas u otras

estructuras normalmente no accesibles.

2.0 m

D En cualquier dirección desde cualquier parte de unaestructura normalmente accesible a personas (incluyeabertura de ventanas, balcones o similares).

2.5 m

E Al cruce y a lo largo de Carreteras y Avenidas 7 y 6.5 m

F Al cruce y a lo Largo de Calles y Caminos 7 y 6.0 m

G Al cruce y a lo Largo de Áreas Transitables por vehículos 5 m

Estos parámetros deberán permitir alcanzar una distribución adecuada de lasestructuras y determinación de la separación y configuración de las redes primarias.

4.1.4 Configuración de los conductores en la S.E. EN2207

D = 0.90

D = 0.90




4.1.5 SIMBOLOGIA UTILIZADA

I = Corriente de diseño (Amp)P = Potencia eléctrica de máxima demanda (KW)VL = Tensión nominal de línea (10 KV Actual)

Cosø = Factor de PotenciaV = Caída de tensión (%)L = Longitud considerada en Km.R = Resistencia del conductor (ohm/km)X3ø = Resistencia inductiva trifásica (ohm/km)α = Coeficiente térmico de resistenciaDMG3ø = Distancia media geométrica trifásica (m)Dm = Radio medio geométrico (m)D1, D2, D3 = Distancia entre conductores (m)F = Flecha máxima (m)

4.1.6 PARAMETROS CONSIDERADOSa. Factor de Potencia : 0.80 b. Factor de diversidad entre SS.EE. : 0.9 b. Coeficiente térmico p/resistencia : 0.00382 1 /ºC (Cobre duro)

0.00393 1/ºC (Cobre suave)c. Distancia entre conductores aéreos : D1 = 0.9 m D2 = 0.9 m D3 = 0.90 m

4.1.7 TABLA DE VALORES

PARAMETROS PARA LA RED AEREA

SECCIÓN(mm2) DIÁMETROConductor (mm)

R 20 ºc

Ohm/kmR 50 ºc

Ohm/kmX3ø

Ohm/kmK 3ø

Ohm/km

35 Cu 7.6 0.534 0.5952 0.4529 9.35 x 10-4

PARAMETROS PARA LA RED SUBTERRANEA

SECCIÓN(mm2)

DIÁMETROConductor

(mm)

R 20 ºc

Ohm/kmR 50 ºc

Ohm/kmX3ø

Ohm/kmK 3ø

Ohm/km

35 Cu 7.4 0.524 0.5858 0.2849 7.99 x 10-4




4.1.8 CÁLCULO DE CAÍDA DE TENSIÓN

a) DIAGRAMA DE CARGA

C-211 ENSA

125 KVAL = 25m

PROCESADORAINDURLAC EIRL

b) CUADRO DE CAIDA DE TENSIÓN

EN 2207 SE.”A”

1




4.1.9 CÁLCULO DE AISLAMIENTO

Los cálculos se han elaborado para la tensión de 10 KV

A ) Condiciones de trabajo

. Altura de trabajo sobre el nivel del mar : 3 m.s.n.m..

. Temperatura promedio : 20º C

. Densidad relativa del aire (δ )h = 18400 * (1 + α * t) log

(Bo/B).............................................................I δ = 0.386 * B/(273 +t)..............................................................................II

Donde:

δ : Densidad del aireB : Presión atmosférica a la altura Hg.Bo : Presión atmosférica a la altura h en mm. Hg.t : Temperatura promedio en ºC.h : Altura sobre el nivel del mar en m.α : Coeficiente de expansión térmica del aire (0.003670)

Despejando I y II tenemos

δ : 0.989

δ 2 : √δδ 1 : 0.995

B) AISLADORES PARA LÍNEAS DE 10 KV.

Tensión de descarga bajo lluvia

Uc = 2.2 x U x s/δ 1

Donde:

U = Tensión en KV (10)δ 1 = 0.995s = Coeficiente de suciedad (3)

Reemplazando tenemos:

Uc = 66.33 KV.




* Tensión de Impulso (Ui)

Tensión equivalente: U/√δ = 10.05 KV.Interpolando según Tabla 3-II C.N.E.

7.2 ---------------- 6010.05 --------------- X12.0 --------------- 75

X = 68.91 KV.

* Tensión de descarga en seco (Uds)

Uds = 3.3 * U * 1.05Uds = 34.65 Kv.

* Selección de Aisladores

. TIPO PINClase : ANSI 56-2Tensión disruptiva en seco : 110 kv.Tensión disruptiva bajo lluvia : 75 kv.Tensión de perforación a baja frecuencia : 145 kv.Longitud línea de fuga : 43.2 cm. (17”)Tensión disruptiva al impulso- Positivo : 175 KV- Negativo : 225 KV

Esfuerzo al voladizo : 1360 Kg. (13.5 KN.)

4.2 CÁLCULO DE LAS REDES ELÉCTRICAS SUBTERRANEAS

Los cálculos se determinan por la capacidad térmica de los cables subterráneos.

4.2.1 Características de la red subterránea

a.- Características de la carga

- Capacidad instalada : 125 KVA- Factor de utilización / S.E. : 1.0- Factor de simultaneidad/ S.E. : 0.95- Máxima demanda diversificada : 118.75 KVA- Intensidad de carga (Id) : 6.85 A- Máxima intensidad d carga (Im) : 18.51 A (Por arranque de motores)- Tensión nominal : 10 KV- Longitud de la red subterránea : 25 m




La acometida en media tensión hacia la S:E. Modular Compacta, se instalarácon cable de energía tipo N2XSY – 8.7/15 KV de 35 mm² de sección yterminales termocontraible para cable seco; uso interior y exterior; que sirve para la conexión eléctrica desde la estructura de seccionamiento aéreo

existente, de la red de derivación, hasta la celda de llegada y protección.

b.- Características del cable de energía

- Tipo : N2XSY- Sección : 1 x 35 mm²- Tensión nominal : 8.7 / 15 KV- Resistencia a 20 ºC : 0.524 Ohm/Km- Capacidad de corriente : 215 A (enterrado)- Diámetro exterior : 23.2 mm. (Agrupado en triangulo)- Diámetro de c/conductor : 7.4 mm

- Peso : 832 Kg/Km.

Según el fabricante el cable de energía esta diseñado para operar bajo lassiguientes condiciones:

- Temperatura de operación : 90º C- Temperatura del suelo : 20º C- Resistividad térmica del suelo :100º C-cm / w- Profundidad de instalación : 0.70m

c.- Características de la Instalación

Las condiciones de operación según el proyecto son:

- Resistividad térmica del terreno (tierra de cultivo) : 120 ºC – cm / w- Temperatura del terreno a la profundidad del cable : 25 º C- Profundidad de instalación (ductos de concreto) : 1.0 m- Cantidad de cables en la zanja : 3

d.- Selección del cable de energía por capacidad térmica

Según se puede observar las condiciones de fabricación del cable varían

respecto a las condiciones de la instalación en el terreno. Los factores decorrección son las siguientes (Ver tablas XXI, XXIII):

Fc, por profundidad de instalación Fc1 = 0.96Fc, por resistividad térmica del terreno Fc2 = 0.96Fc, por temperatura del terreno a la profundidad del cable Fc3 = 0.94Fc, por proximidad de otros cables en la zanja Fc4 = 1.0




Luego la capacidad de corriente del conductor (Icr) se afectará por los factoresde corrección

Icr = In (Fc1 x Fc2 x Fc3 x Fc4)

Donde: Icr = 215 (0.96 x 0.96 x 0.96 x 0.94 x 1.0)

Icr = 186.25 A

Luego Icr >> Im

Por lo tanto el cable de energía N2XSY – 8.7/15 KV de 35 mm² de secciónelegido, cumple con las condiciones térmicas requeridas.

Los valores de caída de tensión se muestran en el cuadro de caída de tensióntanto para la red aérea y para los cables subterráneos.

4.3 CAPACIDAD DE RUPTURA DE LOS EQUIPOS Y ACCESORIOS

La potencia de cortocircuito en el punto de diseño se ha asumido en 330 MVA.La corriente de cortocircuito trifásico será alrededor de 19 KA. y la de cortocircuitoasimétrico de 48.36 KA respectivamente.La potencia de cortocircuito en la Subestación proyectada se calcula por las fórmulas:

V2

Ncc = ---------------- ............... ( I )V2

------- + | Z |M

NccIcc = ----------- ............... ( II ) √3 * V

Is = 1.8 √2 Icc ............... ( III )

Z = R 50ºC + j X3ø

Donde:

V = Tensión nominal (10 KV)M = Potencia de cc en el punto de alimentación (330 MVA)Z = Impedancia de línea aérea (ohm/km)

La impedancia de cada uno de los conductores es:

Z135 = 0.5858 + j 0.2849 (Ohms/Km).




Reemplazando valores en las fórmulas anteriores obtenemos el siguientecuadro:

S.E. | Z | (Ohms) Ncc (MVA) Icc (KA) Is (KA)

Pto.Diseño - 330.00 19.0 48.36

S.E. “A” 0.0162 313.28 18.11 46.10

Luego los equipos de protección, seccionamiento y maniobras deberán ser capaces de soportar las capacidades de ruptura (MVA) indicados en elcuadro y asimismo deberán ser garantizados para soportar una corrientedinámica (Is) de 25 KA.

Selección de los cables por corriente de cortocircuito

Para la selección del cable de energía N2XSY, se han considerado lossiguientes datos.

Potencia de cortocircuito en el punto de falla (factibilidad) 330 MVATensión mínima de la red 10 KVTiempo de eliminación de la falla 0.2 sCorriente de Cortocircuito en la S.E. Modular 18 KA

Se considera que el cable debe ser continuo en toda su longitud, sinconsiderar empalmes intermedios. Solo deberá realizarse conexiones

prensadas en las terminaciones de dichos cables.La fórmula basada en la temperatura máxima de cortocircuito para cablessubterráneos de polietileno reticulado XLPE, es la siguiente

142 SI = ------------ √ t

Donde:

I = Corriente de cortocircuito (A)S = Sección nominal del conductor (mm2)

t = tiempo de duración del cortocircuito (seg) Para una temperatura T2, máxima admisible de cortocircuito del conductor de 250 °C y una temperatura T1, máxima admisible de operación normaldel conductor de 90 °C, .




De catalogo (Gráfico) y reemplazando datos en la fórmula, obtenemos: S= 17.88 mm2Por tanto, la sección mínima de conductor que satisface esta exigencia es:17.88 mm² . Pero hemos seleccionado el cable de energía N2XSY, 35mm².

4.4 CÁLCULO DE BARRAS EN MEDIA TENSIÓN 10 KV.

Los parámetros a calcular son:

- Corriente nominal en las barras- Esfuerzos electrodinámicos producidos por la Icc.- Esfuerzos térmicos producidos por la Icc.- Resonancia- Flecha.

La corriente nominal en las barras de media tensión, operando el transformador de

125 KVA, a plena carga, es de 7.23 Amperios.

La potencia de cortocircuito en la S.E. Modular, según el cuadro anterior es de 313.3MVA aprox., para el diseño del sistema de barras, se ha tomado como potencia decortocircuito Ncc = 330 MVA, según factibilidad.

De donde:Icc = 18 KAIs = 46 KA (Corriente dinámica)

a) ESFUERZOS ELECTRODINAMICOS EN LA BARRA

LF = 13.265 --------- Icc2 x 10-2 Kgf.

DDatos:

L = Long. de la barra entre soportes : 90 cmD = Separación entre barras : 25 cmIcc = Corriente de c.c. simétrico : 18 KA

90

F = 13.265 ----------- (18)2

x 10-2

25

F = 154.72 Kgf.

b) MOMENTO ACTUANTE EN LA BARRA

F x L




M = ----------- (Caso de una barra empotrada en sus dos extremos)8

M = 1740.63 Kgf-cm.

c) MOMENTO FLECTOR MÁXIMO (Mf)

MMf = ------- Kgf/cm²

W

Donde W = Módulo de sección en cm³

El momento de flexión debido a la fuerza F, para las barras debe ser menor alesfuerzo máximo admisible que soporta el material.

Para el cobre σf Cu = 1000 Kgf/cm².

Para una barra de Cu rectangular (platina) de 50 x 5 mm, en posición horizontaltenemos:

El momento de flexión de la barra es:

1740.63σf = ------------- = 835.62 Kg./cm²

2.083

σf << σf cu.

La barra de sección 50 x 5 mm. Cumple con las condiciones de cortocircuito.

d) DIMENSIONAMIENTO DE AISLADORES PORTABARRAS

Los aisladores porta barras deben soportar el esfuerzo electrodinámico producidoentre barras; la fuerza que actúa es:

F = 154.72 Kgf

Para un coeficiente de seguridad 2 tenemos:

Fn = 2F = 309.44 Kg.

Se usará aisladores porta barras con un esfuerzo de rotura de 300 Kg. (Tipo AClase 4) a una tensión de 12 KV.




La separación mínima de las partes bajo tensión a los cierres metálicos según elC.N.E. es de 10 cm. mas un 1 cm / KV. Para tensiones mayores a 10 KV.Luego la longitud de fuga del aislador será de 145 mm.

e) RESONANCIA

La frecuencia de oscilación mecánica propia de la barra esta dada por:

112 √(E.J)Fn = --------- ---------------

L² √GDatos: E = Modulo de elasticidad de la barra de Cu. (1.25 x 106 Kg./cm²)

J = Momento de inercia de la barra, referente al eje del conductor perpendicular al plano de oscilación.

H (b) 3 5 (0,5)³J = ---------- = --------------- = 0.052 cm4.

12 12

G = Peso del conductor en Kgf/cm ( 0.0223)L = Longitud de la barra (90 cm)

Reemplazando datos tenemos:

112 √1.25 x 106 x 0.052Fn = ------------ -----------------------------------

(90)2 √0.0223

Fn = 23.61 c/s

Siendo la frecuencia material de la barra Fn < 75% de la frecuencia eléctrica (Fe =60 c/s), no se producirá el fenómeno de resonancia.

f) EFECTOS TÉRMICOS PRODUCIDOS POR LA Icc.

0.0058T = 40º + ----------- Icc2 ( t + 0.6 ) x 102 (ºC)

A2

Donde:

T = Temperatura máxima alcanzada durante el cortocircuitoA = Area de la barra (2.5 cm²)




Icc = Corriente de cortocircuito permanente. (18KA)t = tiempo de desconexión del relé en seg. ( t = 0.03 seg.)

T = 58.94 º CSegún Norma VDE, la máxima temperatura admisible en cortocircuito para el

cobre, es de 200ºC la misma que resulta mayor que 58.94ºCg) FLECHA ( Fl )

5 x 0.0223 (90 )4 Fl = ------------------------------------

384 x 1.25 x 106 x 0.052

Fl = 0.293 cm

4.5 VENTILACIÓN DE LA SUBESTACION MODULAR

En la subestación de distribución se hace necesario instalar una adecuada ventilación através de una circulación natural de aire y evacuar el calor disipado por eltransformador de distribución; tratando de evitar el ingreso de polvo de tierra, ydisminuir la frecuencia de limpieza por año.

La ventilación natural de la S.E. consiste en una abertura o toma de aire del exterior situada a 10 cm. por encima del nivel de vereda como mínimo, y en el techo, una ovarias salidas, situadas lo más alta posible.

La temperatura caliente alcanzada por el aire en el interior de la subestación disminuye

su densidad, por lo tanto el aire frío del exterior, da origen a una fuerza ascensionalque origina la circulación del aire.

El aire en su recorrido por la subestación, cambia de dirección produciéndoseturbulencia, pasa por ductos de distinta sección y está sometido a fricciones en las paredes de los ductos. Todas estas resistencias al movimiento reducen la velocidad delflujo de aire. El aire dentro de la subestación debe poseer suficiente fuerza ascensional, para superar las pérdidas de presión mencionadas que se oponen a la circulación deaire.

Es importante conocer el volumen de aire necesario para evacuar el calor disipado por

el transformador de distribución. En el caso que por circulación natural no se alcanceel volumen de aire necesario, se empleará extractores de aire.

4.5.1 CÁLCULO DE LA VENTILACIÓN NATURAL EN SUBESTACIÓNCONVENCIONAL

Para la determinación de la sección del ducto de ventilación se tendrá en cuentalo siguiente:




Se considera las condiciones más desfavorables:

- El sistema de ventilación admitirá un salto térmico de 15 ºC. El aireexterior sea caliente, con 35°C de temperatura. (Época de verano) y la

temperatura de salida del aire de la subestación asumimos a 50ºC (Valor experimental).

a) Dimensionado de la ventilación de la S.E. de distribución

Para calcular la superficie de la reja de entrada de aire utilizamos la siguienteexpresión:

3***24.0 t h K

WfeWcuS

∆

+=

Donde:

Wcu = Pérdidas en cortocircuito del transformador en Kw.Wfe = Pérdidas en vacío del transformador en Kw

h = Distancia vertical entre centros de rejillas (3.5m) ∆ t = Diferencia d temperatura entre el aire de salida y el de entrada(15ºC)

K = Coeficiente en función de la reja de entrada de aire (0.6)S = Superficie mínima de la reja de entrada de ventilación de la S.E.

Las pérdidas totales, Wcu + Wfe para el trafo de 125 KVA sonaproximadamente 2.07 Kw.

Remplazando datos obtenemos:

S = 0.1323 m²

Que representa la sección de la rejilla por donde debe ingresar el aire.

Para nuestro caso, las celdas de la S.E., cuenta con tres conductos deentrada de aire, provista de una rejilla de dimensiones 0.40 m x 0.25 m(Sección 0.10m2) ubicada en la parte inferior, según como se muestra enel plano SU - EPAI-01 y 02 y en la parte del techo cuenta con tresventanas de salida de aire de dimensiones 0.4 x 0.25 m2. (Sección total0.60m²).

Las rejillas cuentan con platinas de fierro tipo persiana, para evitar elingreso de polvo de tierra al interior de la S.E. y en la parte alta también seha instalado una malla metálica para impedir el ingreso de insectos y/oroedores.




4.6 CÁLCULO DE LA PUESTA A TIERRA DE LA S.E. DE SUPERFICIE

La finalidad básica del sistema de puesta a tierra en las subestaciones de distribucióncon neutro aislado, tanto en media como en baja tensión, es la de evitar riesgos a la

seguridad personal.

Todas las partes metálicas no pertenecientes a los circuitos energizados de corrientede servicio (pantallas de cables, tableros de distribución, carcazas de transformadores,equipos de protección, maniobra, medición y control, etc.), se conectan al sistemarespectivo de pozos de puesta a tierra en media o en baja tensión según el equipo(porque al producirse alguna falla o avería, dichas partes metálicas normalmente noenergizadas pueden entrar en contacto con los circuitos de corriente de servicio, yluego pueden estar expuestas al toque.

La premisa básica de la metodología es la de seleccionar el numero de pozos aun en

las condiciones de aislamiento mas desfavorable para la persona (sin guantes ydescalza), de tal manera que las tensiones de paso y toque a las que este expuesta nosuperen los limites máximos establecidos por normas o recomendaciones deseguridad personal.

La metodología propuesta se basa entre otros factores en la condición de falla de fasea tierra y posterior contacto de la persona con las partes metálicas normalmente noenergizadas (no obstante de que el riesgo para la persona también se puede originar debido a un contacto franco de la misma con dos fases, ó debido a una falla de fase atierra y posterior contacto de la persona con una fase “sana” cerrando el circuito atierra; consideramos que la protección contra estas condiciones de falla sólo puede

estar dada por el cumplimiento de las disposiciones de seguridad, las cualesestablecen que todo operador que efectúa maniobras en una estación debe estar debidamente aislado con guantes, zapatos, pértigas y/o taburetes.

La condición de falla monofásica a tierra en el sistema de M.T. con neutro aislado,actualmente es una condición de falla que no ocasiona la operación prevista de losdispositivos de protección contra sobrecorrientes y además, es la más frecuenteestadísticamente hablando.

Selección por Tensión de Paso o por Tensión de Toque.

Se ha verificado que la gravedad del daño ocasionado por el paso de la corrienteeléctrica a través del cuerpo, depende no sólo de la tensión y corriente, sino tambiénde la región del cuerpo que atraviese, del tiempo de exposición a la corriente, einclusive, de la frecuencia de la misma.

El diseño del sistema de puesta a tierra por tensión de paso ó por tensión de toque es bastante práctico y común. Así lo han entendido normas o recomendaciones técnicas




de seguridad personal como la IEEE Std. 80 ó la VDE0100 (tensión de paso máximo:90 voltios, tensión de toque máximo: 65 voltios).

El primer paso de la metodología consiste en definir si la selección del número de pozos típicos se hará de acuerdo al diseño por tensión de paso o por tensión de toque.

En las Subestaciones de Distribución cuyo sistema de M.T. esté aislado del toquehumano, sólo requieren diseñar el sistema de puesta a tierra por tensión de paso (por ejemplo, en el caso de las Subestaciones Compactas tipo Subterránea).En las Subestaciones de Distribución cuyo sistema de M.T. esté expuesto al toque,necesariamente deberán seleccionar el número de pozos típicos de acuerdo a latensión de toque, porque ésta es potencialmente más peligrosa que la tensión de paso.

4.6.1 METODO DE CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE PUESTA ATIERRA DE LA S.E. MODULAR COMPACTA.

Se ha confeccionado un pozo de tierra típico en la S.E. modular, conformado por un electrodo o varilla Cooperwell enterrado a 0.30 m del piso, y luego setomó la medición de la resistencia del pozo (Rp), aplicando el Método deWerner; dando como resultado: Rp = 2.35 Ω

Calculamos por la formula de Dwight, para obtener la resistividad equivalentedel terreno que rodea al electrodo:

)(

)1

4

ln(

2*m

a

L

L Rp−Ω

−

=π

ρ

Donde:

L = longitud del electrodo (m)a = radio del electrodo (m)Rp = Resistencia de dispersión a tierra, medida con el telurómetro (Ω )

a = d/2 = 5/8”Ø / 2 = 0.0159/2 = 0.008 m

Reemplazando datos obtenemos:

5

)1003.0

)40.2(4(ln

)40.2)(2)(35.2(=

−

=π

ρ Ω -m

ρ = 5 Ω -m




4.6.1.1 TENSIONES DE PASO Y CONTACTO PERMISIBLES

A.- Tensión de paso (Ep)

Es la diferencia de potencial entre dos puntos de un terreno que pueden

ser tocados simultáneamente por una persona, su valor permisible estádado por:

t Ep s

ρ +=165

Donde:

Ep = Tensión de paso permisible en voltios.ρ s = Resistividad de la superficie del terreno (Ω -m)t = Duración máxima de falla en segundos.

La resistencia de contacto del pie con la superficie del terreno se puedeobtener aproximadamente como 3 veces la resistividad eléctrica delterreno superficial.

ρ s = 3ρ = 3 x 5 = 15 Ω - m

ρ s = 15 Ω - m

El tiempo máximo de falla (t) consideramos t = 1 seg.

Reemplazando en la formula:

V Ep 1801

15165 +=

Ep = 180V (permisible)

B.-Tensión de contacto (Et)

Es la diferencia de potencial entre el punto de superficie del terreno y

cualquier otro punto que pueda ser tocado simultáneamente por una persona; su valor permisible está dado por:

t Et s ρ 25.0165 +

=

Donde:

Et = Tensión de contacto permisible en voltios.




ρ s = Resistividad de la superficie del terreno (ρ s = 15 Ω -m)

t = 1s (tiempo máximo de falla)

Reemplazando en la formula:

1

)15(25.0165 += Et

Et = 168.75 V (permisible)

Como recomendación ENSA solicita colocar un pozo a tierra más para elsistema de medición en baja tensión (medidor electrónico), además del pozo de tierra de media tensión.

Luego la resistencia total del sistema se calcula por la siguiente formula,

considerando dos electrodos enterrados dispuestos en línea recta, yseparados 2m el uno del otro.

A B

2m

[ ] K Rp Rt += 12

1

=a

L D

L

K 2ln.

Donde:

Rp = Resistencia medida del pozo típico para M.T. en la S.E. (2.35Ω ).L = Longitud del electrodo (2.40m)A = radio el electrodo (0.008m)D = Separación entre pozos típicos (2.00m)

Reemplazamos:

=

+= 39.1

008.0

)4.2(2ln0.2

4.21)35.2(

2

1T

R

R T = 1.39 Ω




Por lo tanto, se puede concluir que esta es una buena red de tierra yaque el Código Eléctrico considera una resistencia de 10 Ω comomáximo.

4.6.1.2 Comprobación del sistema de puesta a tierra

En esta parte vamos a calcular la tensión de defecto y la tensión de pasoreales para ver si está dentro de los límites permisibles.

a.- Tensiones reales de contacto y paso

Antes de calcular la tensión de defecto hay que calcular la corriente defalla a tierra con la resistencia de puesta a tierra de 1.39 Ω .

Considerando el sistema por unidad del método de las componentessimétricas y teniendo como dato la Ncc = 330 MVA en el punto dediseño y la impedancia de la línea obtenemos:

Características del sistema eléctrico:

Impedancia de la línea : | Z| = 0.0162 Ω .Tension de la línea : 10 KV.Potencia de c.c. : 330 MVA.

Capacidad del transformador : 125 KVATensión de corto circuito : 4 %.Corriente nominal (MT/BT) : 7.23 / 190..14 A.Relación de transformación : 10 000 / 380-220 V.

Realizando cálculos obtenemos una corriente de falla a tierra máxima de:

Icft = 1.20 A.

Luego la tensión de defecto Vd se calcula de la siguiente manera:

Vd = Ict x R t = 1.20 x 1.39

Vd = 1.67 V << Et = 168.75 V. !Ok¡




Como la tension de defecto (contacto) Vd es menor q la Et (168.75 V) permisible y menor q la tension de aislamiento de los elementos de bajatension (1000 V) se puede afirmar que esta dentro del limite aceptado.

b.- Tensión de paso (Vp)

Antes de calcular la tensión de paso hay que conocer el valor delcoeficiente K p.

Para un valor de coeficiente K r :

m s

Rr Kr ΩΩ=== /093.0

15

39.1

ρ

Se tiene un coeficiente de K p de valor de 0.012 V/Ω .m.A.

Luego la tensión de paso será:

V p = Icft x K p x Ps = 1.20 x 0.012 x 15

V p = 0.216 Volt.

Como la tensión de paso es menor a la tensión de paso admisible, se puede afirmar que esta dentro del límite aceptado y que la red de tierraesta bien dimensionada.

4.6.1.3 Sección mínima del conductor de tierra

La sección mínima de los conductores de tierra deberá ser determinada enfunción de la corriente máxima previsible de falla. No obstante, en el diseño de la red se ha mantenido, basado en un criterio de prevención de los daños producidos por corrosión, como sección mínima 35mm² que corresponde al conductor de cobre desnudo Nº 2 AWG. Además para el caso de los suelos agresivos para el cobre, el diseño contempla la posibilidad de la reducción de la sección durante la vida útil de la malla.




4.7. CÁLCULO DE CIMENTACIÓN DE ESTRUCTURAS

El presente cálculo tiene por objeto comprobar la estabilidad de los postes de la S.E.aérea mediante sus bloques de anclaje.

Fig. 5

De acuerdo a la fórmula de Valenci

Momento actuante < Momento resistente

Fp = (h + t) ≤ P (a – 4P ) + cbt3

1 3bσDonde:

P = Peso total (poste + equipo + transformador + macizo) (kg)C = Coeficiente definido por la densidad del terreno y el

Ángulo de talud......................................................................(2000 kg/m3)He = Altura libre del poste ................................................................. ( 10.50 mt)

Fp

11.50 m.

a

b

tt1




σ = Presión admisible del terreno................................................ .(2x104kg/m2)a = Ancho del macizo................................................................... .......(0.90 m) b = Largo del macizo............................................................................(0.90 m)t1 = Profundidad enterrada del poste.................................................... .(1.50 m)t = Profundidad del macizo.......................................................... ........(1.60 m)τ c = Peso especifico del concreto........................................... ......(2,200 kg/ m3)Fp = Fuerza que admite la punta del poste.............................................. (400 kg)

Diámetro del poste en el empotramiento = 352.5mm

Peso del macizo (pm) = (Volumen macizo – Volumen troncocónico)

Volumen troncocónico = t1 ( A1 + A2 + √ ( A1 x A2))3

A1

=π

(0.3525) 2

= 0.0976 m2

4A2 = π (0.375) 2 = 0.1104 m2

4Volumen troncocónico = 0.1559 m3

Volumen Macizo = a x b x t = 1.296 m3

Peso macizo = (1.296 – 0.1559) x 2200 = 2,508.22 kg.

P = P . Poste + P . equipo + P. transformador + P. Macizo

P = 1600 + 100 + 750/2 + 2,508.22 = 3 634.98 kg

P = 4 583.22 kg

Remplazando datos obtenemos

Ma = 400 (11.50 + 1.50)

Ma = 5,200 kg-m

Mr = 4 583.22 ( 0.9 - 4 x 4 583.22) + 2000 x 0.9 (1.6) 3

2 3 x 0.9 x 2 x 104

Mr = 8 ,657.25 ¡ Mr > Ma !

CALCULOS JUSTIFICATIVOS

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