RFE-1-YE_-ECE-IDO-002-REVC Cálculo de la red de tierras. Aprobado CPI.pdf

PLANTA DE RESERVA FRÍA DE GENERACIÓN DE ETEN S.A

PROYECTO PROJECT

RESERVA FRÍA ETEN CONTRATISTA CONTRACTOR

TÍTULO TITLE

CÁLCULO DE LA RED DE TIERRAS

Nº DE DOCUMENTO PROYECTO PROJECT DOCUMENT Nº

RFE-1-YE__-ECE-IDO-002

REV C EDITADO PARA ISSUED FOR

Para diseño FECHA DATE

21/02/2014

XGR

PRV

JSA

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pbona

Cuadro de texto

Aprobado sin comentarios por COBRA

Cálculo de la red de tierras

RFE-1-YE_-ECE-IDO-002

Rev.C Pág/ de/of 11

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CONTROL DE MODIFICACIONES/CHANGE LOG

Revisión

Revision

Fecha

Date

Modificaciones

Modifications

A 08/06/2012

EDICIÓN INICIAL

B 15/10/2013 CON DATOS ACTUALIZADOS

C 21/02/2014 ACTUALIZACIÓN INTENSIDAD DE CORTOCIRCUITO








ÍNDICE

1. OBJETO ............................................................................................................................. 4

2. NORMATIVA Y DOCUMENTACIÓN DE REFERENCIA ..................................................... 5

3. DATOS DE PARTIDA ......................................................................................................... 6

3.1. CONDICIONES ELÉCTRICAS ................................................................................... 6

3.2. CONDICIONES DEL TERRENO ................................................................................ 6

4. DIMENSIONAMIENTO DE LA RED DE TIERRAS ............................................................. 7

4.1. HIPÓTESIS DE PARTIDA .......................................................................................... 7

4.2. COMPROBACIÓN DE LA SECCIÓN DEL CONDUCTOR .......................................... 7

4.3. CÁLCULOS ................................................................................................................ 8

5. CONCLUSIONES .............................................................................................................. 10

6. ANEXOS ........................................................................................................................... 11








1. OBJETO

El objeto del presente documento es recoger el dimensionamiento de la malla de red de tierras

enterrada que se instalará en la Planta de Reserva Fría de Eten (Perú).

Para la realización del presente estudio se empleará, como herramienta gráfica y de cálculo, la

versión del software “CDEGS” 14.0, de SAFE ENGINEERING SERVICES & TECHNOLOGIES

LTD.








2. NORMATIVA Y DOCUMENTACIÓN DE REFERENCIA

Para el diseño de la red de tierras se tendrán en cuenta las siguientes normativas y documentos

de referencia:

• IEEE Std 80-2000 Guide for Safety in AC Substation Grounding.

• IEEE Std 665-1995 Guide for Genarating Station Grounding.

• IG RESERVA FRIA ETEN: Informe geotécnico (21 de diciembre de 2012).

• Estudio de Preoperatividad de CT Recka”.

• RFE-1-YE_-EDA-IDO-005 “Plano General de la Red de Tierras”.

• RFE-1-YE_-ERD-IDO-001 “Criterios de diseño eléctrico”








3. DATOS DE PARTIDA

A continuación se indican los datos de partida utilizados para el cálculo de la red de tierras:

3.1. CONDICIONES ELÉCTRICAS

Para dimensionar la red de tierras se considera que la situación más desfavorable es un

cortocircuito monofásico en la red de 220 kV.

Según el Estudio de Preoperatividad de CT Recka, los datos de la red son los siguientes:

• Intensidad máxima de cortocircuito monofásica ................................................. 13,12 kA

• Tiempo máximo de despeje de falta ....................................................................... 0,50 s

3.2. CONDICIONES DEL TERRENO

Para el diseño de la red de tierras, se utilizarán los valores de resistividad del terreno facilitados

en el informe geotécnico.

De acuerdo a los resultados obtenidos en la campaña geofísica, la resistividad media del terreno

en los primeros 40 metros de profundidad es de 50 Ω·m.








4. DIMENSIONAMIENTO DE LA RED DE TIERRAS

4.1. HIPÓTESIS DE PARTIDA

Como hipótesis para la realización de los cálculos de la red de tierras se han tomado las

siguientes consideraciones:

• No se consideran las mejoras que incorporan las picas a la red de tierras en el cálculo,

por lo que se estará del lado de la seguridad.

• Se considera que en la isla de combustible, en la subestación y en zonas con equipos

principales, el área ocupada por la red de tierras estará cubierta por una capa

superficial de material de resistividad elevada (hormigón, grava o asfalto) de al menos

10 cm. La resistividad considerada para la capa superficial será 2500 Ω*m.

• La profundidad de enterramiento de la malla de tierra será de 0,5 m.

• La red de tierras estará formada por conductor de cobre desnudo de 120 mm2 de

sección según las indicaciones de la norma IEEE Std 665-1995, que recomienda una

sección mínima de 4/0 AWG (aproximadamente 107 mm2), para conseguir un servicio

de larga duración y la protección mecánica del conductor.

• El área de la planta se mallará con la retícula indicada en el plano “RFE-1-YE_-EDA-

IDO-005 Plano General de la Red de Tierras” (superficie de 21.600 m2).

4.2. COMPROBACIÓN DE LA SECCIÓN DEL CONDUCTOR

De acuerdo con la norma IEEE 80-2000, la sección necesaria para conductores de puesta a

tierra que transportan la corriente máxima de falta a tierra se puede calcular como








Donde,

I : Intensidad eficaz en kA

Akcmil : Sección del conductor en kcmil

Kf : Constante de temperatura de fusión del material (k = 11,78, para material

cobre comercial es el factor más desfavorable)

tc : duración de la intensidad en segundos

Con los valores definidos en los datos de partida, la sección mínima es de 109,28 kcmil,

equivalente a 55 mm2. Por tanto la sección de 120 mm2 es válida.

4.3. CÁLCULOS

Los cálculos serán realizados con el software informático CDEGS y con los datos detallados en

el capítulo 3.

En la siguiente tabla aparecen los cálculos de tensiones de contacto y de paso calculados para

la red de tierras diseñada y los valores admisibles de acuerdo con la norma IEEE 80-2000.

Caso de estudio 1:

con capa de alta

resistividad

Valores

calculados (V)

Valores admisibles

(V)

Tensión de contacto 350,33 576,80

Tensión de paso 109,08 1839,30

Caso de estudio 2:

sin capa de alta

resistividad

Valores

calculados (V)

Valores admisibles

(V)

Tensión de contacto 131,54 168,20

Tensión de paso 184,35 204,70








Con el diseño propuesto de la red de tierras enterrada, se cumple que los valores de tensión de

paso y de contacto que pueden aparecer en la planta son inferiores a los admisibles.

El valor de la resistencia de puesta a tierra obtenido en la malla (0,146 Ω) cumple con el valor

recomendado en la norma IEEE 80-2000 (inferior 5 Ω).

En el Anexo II se adjuntan los cálculos realizados de la red de tierras acorde a la norma

IEEE 80-2000.








5. CONCLUSIONES

Como conclusión de los cálculos realizados se obtiene que las características de la red de tierras

de la planta son:

• Profundidad de enterramiento de la malla .............................................................. 0,5 m

• Sección de conductor (cobre) ............................................................................ 120 mm2

• Tamaño mínimo de la retícula....................................................................... según plano

• Resistencia de puesta a tierra.......................................................................... 0,14591 Ω

De los valores indicados se concluye que con la red propuesta y los valores de intensidades de

defecto y tiempo de despeje, las tensiones de paso y de contacto esperadas según el cálculo

realizado son inferiores a los máximos valores admisibles, y la resistencia de puesta a tierra

cumple con los valores recomendados.








6. ANEXOS

Anexo 1: Informes CDEGS.

Single-Electrode/Step Voltages (Spherical)/Worst Spherical20-febrero-2014 13:31:40

Report #1:

DATE OF RUN (Start)= DAY 20 / Month 2 / Year 2014 STARTING TIME= 13:31:35:34

>> Safety Calculations Table

System Frequency............................(Hertz).: 60.000 System X/R..........................................: 20.000 Surface Layer Thickness.....................( m ).: 0.10000 Surface Layer Resistivity...................(ohm-m).: 2500 Equivalent Sub-Surface Layer Resistivity....(ohm-m).: 50.000 Body Resistance Calculation..........: IEEE Std.80-2000 Fibrillation Current Calculation.....: IEEE Std.80-2000 (50kg) Foot Resistance Calculation..........: IEEE Std.80-2000 User Defined Extra Foot Resistance: 0.0000 ohms

============================================== | Fault Clearing Time ( sec)| 0.500 | +----------------------------+---------------+ | Decrement Factor | 1.052 | | Fibrillation Current (amps)| 0.164 | | Body Resistance (ohms)| 1000.00 | ==============================================

====================================== | | FAULT | | | SURFACE | CLEARING TIME | | | LAYER |-----------------| | | RESIST- | 0.500 sec. | FOOT | | IVITY |-----------------| RESIST-| | (OHM-M) | STEP | TOUCH | ANCE: | | | VOLTAGE| VOLTAGE| 1 FOOT | | | (VOLTS)| (VOLTS)| (OHMS) | ====================================== | 2500.0| 1839.3| 576.8| 5395.9| |---------+--------+--------+--------+

* NOTE * Listed values account for short duration asymmetric waveform decrement factor listed at the top of each column.

End of Report #1

MALT (Job Id: TUT1) Page 1

Working Directory: C:\Users\Public\Documents\SES Software\14.0.380

20-febrero-2014 13:32:22

Report #1:


>> Safety Calculations Table

System Frequency............................(Hertz).: 60.000 System X/R..........................................: 20.000 Surface Layer Thickness.....................( m ). : NONE Surface Layer Resistivity...................(ohm-m).: NONE Equivalent Sub-Surface Layer Resistivity....(ohm-m).: 50.000 Body Resistance Calculation..........: IEEE Std.80-2000 Fibrillation Current Calculation.....: IEEE Std.80-2000 (50kg) Foot Resistance Calculation..........: IEEE Std.80-2000 User Defined Extra Foot Resistance: 0.0000 ohms

============================================== | Fault Clearing Time ( sec)| 0.500 | +----------------------------+---------------+ | Decrement Factor | 1.052 | | Fibrillation Current (amps)| 0.164 | | Body Resistance (ohms)| 1000.00 | ==============================================

====================================== | | FAULT | | | SURFACE | CLEARING TIME | | | LAYER |-----------------| | | RESIST- | 0.500 sec. | FOOT | | IVITY |-----------------| RESIST-| | (OHM-M) | STEP | TOUCH | ANCE: | | | VOLTAGE| VOLTAGE| 1 FOOT | | | (VOLTS)| (VOLTS)| (OHMS) | ====================================== | NONE | 204.7| 168.2| 156.2| |---------+--------+--------+--------+

* NOTE * Listed values account for short duration asymmetric waveform decrement factor listed at the top of each column.

End of Report #1



20-febrero-2014 13:32:04

Report #1:


===========< G R O U N D I N G ( SYSTEM INFORMATION SUMMARY ) >===========

Run ID......................................: TUT1 System of Units ............................: Metric Earth Potential Calculations................: Single Electrode Case Type of Electrodes Considered...............: Main Electrode ONLY Soil Type Selected..........................: Uniform or Two-Layer Horizontal SPLITS/FCDIST Scaling Factor................: 1.0000 1

EARTH PARAMETERS FOR HORIZONTALLY-LAYERED SOIL ----------------------------------------------

TOP LAYER RESISTIVITY = 50.000 ohm-meters BOTTOM LAYER RESISTIVITY = 50.000 ohm-meters REFLECTION COEFFICIENT = 0.000000 per unit TOP LAYER HEIGHT = 10000. METERS

1

CONFIGURATION OF MAIN ELECTRODE ===============================

Original Electrical Current Flowing In Electrode..: 13120. amperes Current Scaling Factor (SPLITS/FCDIST/specified)..: 1.0000 Adjusted Electrical Current Flowing In Electrode..: 13120. amperes Number of Conductors in Electrode.................: 390 Resistance of Electrode System....................: 0.14591 ohms

SUBDIVISION =========== Grand Total of Conductors After Subdivision.: 1166

Total Current Flowing In Main Electrode......: 13120. amperes Total Buried Length of Main Electrode........: 5073.1 meters

EARTH POTENTIAL COMPUTATIONS ============================

Main Electrode Potential Rise (GPR).....: 1914.4 volts

End of Report #1



1000 1050 1100 1150 1200 1250

X AXIS (METERS)

5000

5050

5100

5150

5200

5250

Y A

XIS

(M

ET

ER

S)

Touch Voltage Magn. (Volts) [Wors]

Single-Electrode/Touch Voltages/Worst Spherical [ID:TUT1] LEGEND

Maximum Value : 437.846

Minimum Value : 0.270

437.85

394.09

350.33

306.57

262.82

219.06

175.30

131.54

87.79

44.03

20-febrero-2014 13:37:56


MALT (Job Id: TUT1)Single-Electrode/Touch Voltages/Worst Spherical

1000 1050 1100 1150 1200 1250

X AXIS (METERS)

5000

5050

5100

5150

5200

5250

Y A

XIS

(M

ET

ER

S)

Step Voltage-Worst Magnitude (Volts)

Single-Electrode/Step Voltages (Spherical)/Worst Spherical [ID:TUT1]

LEGEND

Maximum Value : 184.351

Minimum Value : 0.732E-03

184.35

165.92

147.48

129.05

110.61

92.18

73.74

55.31

36.87

18.44

20-febrero-2014 13:38:18


MALT (Job Id: TUT1)Single-Electrode/Step Voltages (Spherical)/Worst Spherical

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