“DISEÑO DE UNA SUBESTACIÓN ELECTRICA DE DISTRIBUCIÓN”
2016
PROGRAMA DE CAPACITACION VIRTUAL
TECSUP Diseño de Subestaciones Eléctricas de Distribución
DIMENSIONAMIENTO DE UNA SUBESTACION ELÉCTRICA DE DISTRIBUCIÓN
OBJETIVOS:
1. Seleccionar el cable alimentador para una red subterránea, que va alimentar a una subestación convencional.
2. Dimensionar el calibre adecuado según los tres criterios tratados en el curso, capacidad de corriente, caída de tensión, y poder de soportar los cortocircuitos.
3. Seleccionar la aparamenta necesaria para la subestación convencional; Seccionador unipolar, Interruptor de potencia, seccionador de potencia, fusibles, barras de cobre etc..
4. Seleccionar la cantidad de transformadores para la potencia requerida.
SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS:
I. DATOS DE ENTRADA:
Potencia de la SED: 4800 kVATensión del sistema: 10 kV Potencia de cortocircuito: 290 MVA (10 kV) Tiempo de apertura de la protección: 0.20 sFactor de potencia: 0.85 inductivoProfundidad de tendido: 1.5 mTemperatura del suelo: 25°CResistividad térmica del terreno: 2.0 k m/WLongitud: 780 m
Observaciones:
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Al usar varios transformadores normalizados para cubrir la potencia demandada, explicar el criterio de selección.
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1. Seleccionar el cable alimentador para una red subterránea, que va alimentar a una subestación convencional.
Calculo de la corriente nominal de la planta
IN=S
√3∗U= 4800 kVA
√3∗10kV=277.45 A
Selección del cable alimentador:
Como la tensión del sistema es de 10 kV, el cable podría ser uno de tensión de
aislamiento 8,7/15 kV.
Parámetros Eléctricos 8,7/15 kV
Para determinar la capacidad de conducción real del cable a las condiciones de instalación, ya que esto afecta a la trasferencia de calor entre el cable y el medio, es necesario el uso de los factores de corrección:
Condiciones reales de instalación:
Temperatura del suelo: 25°C FCtProfundidad de tendido: 1.5 m FCptResistividad térmica del terreno: 2.0 k m/W FCrttVarias ternas de cables: 1 terna FCpc
FC = FCt * FCrtt * FCpc * FCpt
FCt = 0,93 FCrtt = 0,78 FCpc = 1,0 FCpt = 0,95
FC=0,93∗0,78∗1∗0,95=0,689
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La capacidad de cada calibre se ve afectada por este factor:
95 mm2 325 A 325*0689=223,95 A
120 mm2 370 A
370*0.689=254,93 A
150 mm2 410 A 410*0.689=282.49
Cálculo de la caída de tensión.
∆U=√3∗I N∗L(R .cosφ+X . senφ)
Para nuestro cable de 150mm2:
R=0.159 Ω/Km X=0.1264 Ω/Km
∆U=√3∗277.45∗0.689(0.159∗0.85+0.1264∗0.5266)
∆U=66.63V
%∆U=0.66%
Por caída de tensión que es menor al 3,5%, el cable seleccionado cumple. Por capacidad de conducción seleccionamos el cable seco N2XSY 8,7/15 kV
de 150 mm2
2. Dimensionar el calibre adecuado según los tres criterios tratados en el curso, capacidad de corriente, caída de tensión, y poder de soportar los cortocircuitos.
Corriente de carga.
La corriente a transportar a los transformadores es.
I= kVA√3∗kV
= 4800 kVA√3∗10kV
=277.45 A
Calculo de la corriente de cortocircuito
I cc=290MVA√3∗10kV
=16.763 kA
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Corriente de cortocircuito por el cable
La sección del cable esta dado por:
SCUcc=I cc∗√tk
ICC: Corriente de cortocircuito (kA)t: Tiempo de disparo del dispositivo de protección (0,05 s)k: Constante del conductor cobre (N2XSY = 0,143)
SCUcc=16.76∗√0.20
0.143
SCUcc=52.41mm2
Tabla de características de un terminal de MT para cable seco N2XSY.
Selección del terminal.
Calibre seleccionado: 150 mm2 Tensión máxima del sistema: 10 kV Subestación de uso interior: interior.
Según la tabla anterior se seleccionada el terminal:
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TMF2 – 150 mm2/ 17,5 – I
La tensión de operación máxima del terminal es de 17,5 kV, mayor a la tensión de
operación máxima del cable que es de 8,7/ 15 kV.
Cálculo de la caída de tensión
∆V= kVA∗LkV
∆V= kVA∗LkV
(R .cosφ+X . senφ )∗10−3
∆V=4800∗0.78010
(0.159∗0.85+0.1264∗0.5266 )∗10−3
∆V=75.52V
3. Seleccionar la aparamenta necesaria para la subestación convencional; Seccionador unipolar, Interruptor de potencia, seccionador de potencia, fusibles, barras de cobre etc.
Primero defina el esquema unifilar de la planta para esa potencia. Necesitamos 4800 kVA y las opciones de selección del transformador son múltiples.
01 transformador de 3 000 kVA.
01 transformador de 2 000 kVA.
Para la selección de 02 transformadores, existen varios criterios:
Confiabilidad del sistema, 2 transformadores son más confiables que solo uno.
Costo de la subestación, a más transformadores, se necesita más cantidad de equipos
de protección.
Reparto de carga de toda la planta.
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Aplicación
Cálculo de la corriente nominal:
IN=S
√3∗U= 4800 kVA
√3∗10kV=277.45 A
Tensión máxima del sistema: para nuestro sistema de 10 kV, la máxima tensión del sistema dado por la norma es: 10,5 kV.
Corriente de cortocircuito:
I cc=290MVA√3∗10kV
=16.763 kA
Esta altísima corriente pasará durante 0,20 s; que es el tiempo que demora la protección de la concesionaria en cortar esta corriente. En este tiempo los componentes deben soportar el calor producido y las fuerzas que se generen.
Selección del interruptor
Corriente nominal:
Esta debe soportar la corriente permanente calculada de 277 A, podría seleccionarse
uno de 400 o de 630 A.
Tensión asignada: la tensión del interruptor debe ser mayor a la tensión máxima del
sistema ya que nuestro sistema tiene una tensión de 10kV, para este caso: uno de 12
kV o de 17,5 kV.
Corriente de cortocircuito:
El interruptor debe tener la capacidad para cortar la corriente de cortocircuito máxima
de 16,76kA; se refiere al poder de corte del interruptor, para este caso uno de 16 o de
20 kA de poder de corte podría ser el adecuado.
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Selección de los seccionadores de línea y de potencia.
Esta debe soportar la corriente permanente calculada de 277 A, podría seleccionarse
uno de 400 o de 630 A.
Poder de corte de 16 o 20 kA.
Tensión máxima.
Corriente nominal.
Poder para soportar la corriente de cortocircuito.
Selección de fusibles.
Fusible para el transformador de 2 000 kVA:
La tensión del fusible debe ser mayor a la del sistema, puede ser de 12 o 17,5 kV.
Corriente nominal del fusible:
Debe al de 1,6 a 2,0 veces la corriente nominal del transformador.
IN=S
√3∗U= 2000 kVA
√3∗10kV=115.47 A
Corriente nominal del fusible:
I fusible=1.6∗115.47=184.75 A
Fusible para el transformador de 3000 kVA:
La tensión del fusible debe ser mayor a la del sistema, puede ser de 12 o 17,5 kV.
Corriente nominal del fusible:
Debe al de 1,6 a 2,0 veces la corriente nominal del transformador.
IN=S
√3∗U= 3000 kVA
√3∗10kV=173.20 A
Corriente nominal del fusible:
I fusible=1.6∗173.20=277.12 A
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4. Seleccionar la cantidad de transformadores para la potencia requerida.Para una potencia requerida de 4800kVA utilizaremos dos transformadores de:
01 transformador de 3 000 kVA.
01 transformador de 2 000 kVA.
Para la selección de 02 transformadores, existen varios criterios:
Confiabilidad del sistema, 2 transformadores son más confiables que solo uno.
Costo de la subestación, a más transformadores, se necesita más cantidad de equipos
de protección.
Reparto de carga de toda la planta.
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