Dimensionado de una subestación (página 2)

Usaremos el valor de: 50 Om = ?

Determinar la reactancia del transformador

La subestación cuenta con dos transformadores conectados en paralelo, por lo cual la impedancia total será el resultado de la combinación del valor de ambos transformadores.

La conexión de transformadores en paralelo se hace necesaria debido a los incrementos de la demanda que superan la capacidad existente o cuando los requerimientos de confiabilidad y continuidad de operación lo exigen, este es el caso, que si un transformador falla, el otro continuará alimentando la carga sin interrupción .

Cuando la demanda de energía se reduce temporalmente, resulta más económico operar un transformador pequeño cerca de su límite de capacidad a plena carga que un transformador mayor a capacidad reducida. Por lo que, cuando le demanda energética es muy fluctuante resulta mas provechoso la instalación de dos o más transformadores en paralelo que utilizar un transformador de gran capacidad. En estas condiciones el sistema es más flexible porque tiene la posibilidad de agregar una parte de los transformadores en paralelo cuando sea necesario.

Por otra parte el reglamento de servicio de compañías de distribución de energía eléctrica como Eleoccidente, exigen como demanda contratada (cobrada en Bs/KVA) por lo menos el 30% de la capacidad de transformación instalada en la industria y si se están operando los transformadores por debajo de ese nivel de carga, resultará costoso mantener un transformador de gran capacidad subutilizado.

Dos transformadores monofásicos operarán en paralelo si se conectan con la misma polaridad. Dos transformadores trifásicos operarán en paralelo si tienen el mismo arreglo en los devanados (por ejemplo, Y-delta), están conectados con la misma polaridad, tienen la misma rotación de fase y su desplazamiento angular es el mismo.

Para conectar dos transformadores en paralelo, los diagramas de tensión deben, coincidir. Por supuesto, es necesario que los dos transformadores tengan impedancia, capacidad nominal y frecuencia similares. La división de la corriente de carga, en proporción a las capacidades de KVA de los transformadores en paralelo está determinada por la igualdad de sus voltajes nominales, relación de vueltas en los devanados, porcentaje de impedancias y relaciones de su reactancia a su resistencia.

Si estas condiciones no se cumplen, las corrientes de carga no se pueden dividir proporcionalmente en las capacidades nominales de KVA de los transformadores, y puede surgir una diferencia de fase entre las corrientes.

Transformador 1. Impedancia 1 = 4.2%

Transformador 2. Impedancia 2 = 5.29 %

Impedancia total = Zd = 1/[1/Impedancia1 + 1/Impedancia2] =1/[1/4.2% + 1/5.29%] = 2.34%

Determinar los parámetros de alta y baja tensión del transformador

Transformador 1

Potencia: 500 KVA

Alta tensión 20 000 / 23 000 v

Baja tensión 220 / 127 v

Frecuencia 50/60 ciclos

Transformador 2

Potencia: 500 KVA

Alta tensión 23 000 / 20 000 v

Baja tensión 220 / 127 v

Frecuencia 60 ciclos

Determinar: Corriente de corto circuito

Diagrama unifilar de la instalación eléctrica

Para calcular la impedancia de la red Zr, se usara la siguiente formula:

Zr = [(KVA base)100] / KVA régimen

KVA base = 500 KVA

KVA régimen = 100 000 KVA

Zr = [1000 x 100] / 100 000 KVA = 1%

Zequivalente = Zr + Zd = 1% + 2.34% = 3.34 %

Z total = (Zequivalente x Zm) / (Zequivalente + Zm) = [(3.34%)(20%) / (3.34% + 20%) = 2.86 %

Iccs = 100KVA / Ztotal v3 KV = 100 (500KVA) / 2.86% v3 .220 KV = 45 879.70 A

Icc = 1.25 x Iccs = 1.25 (45 879.70 A) = 57 349.63 A = Corriente de corto circuito

Nota: Se tomo un valor de .220 KV debido a que la falla se considera en cualquier punto de la instalación después de la tensión entregada a la salida del transformador

Calibre del conductor de cobre desnudo tipo THW para 90º C

Primero se debe calcular la corriente corregida de corto circuito

Iccc = Icc x A x D = 57 349.63 A x 0.5 x 1.65 = 47 313.45 A

Nota: Se tomo A = 0.5 segundos y D = 1.65

Calibre del conductor = S = Iccc / d = 47 313.45 A (160 A/mm2) = 295.70 mm2

Por lo cual se usara cable del calibre 600 AWG, ya que posee un área transversal de 304.02 mm2

Nota: Se considero dcobre = 160 A/mm2

Numero de electrodos

Numero de electrodos = N = 0.60 vA = 0.60 v(5.77m x 8.77m) = 0.60 v(50.6029 m2) = 4.26 ~ 5 electrodos

Longitud del conductor

Longitud del conductor = L = (0.7 x ? x Iccc) / Vc = [(0.7) (50 Om) (47 313.45 A)] / 60 V = 27 599. 51 metros

Nota: Se considero un Vc = 60 V

Distancia mínima entre conductores

Voltaje de paso

Vp = 0.16 ? Iccc / hL = [(0.16)(50 Om)(47 313.45 A)] / [(2.4 m)(27599.51m)] = 5.71 volts

Nota: Se considero h = 2.4 metros para electrodos de varilla cooperweld o similar, en una tierra promedio.

Voltaje de contacto

Vc = 0.7 ? Iccc / L = [(0.7)(50 Om)(47 313.45 A)] / (27599.51m)] = 60 volts

Gradiente de potencial

Gp = ?Iccc / (D/2)2 = [(50 Om)(47 313.45 A)] / [10.49m/2]2 = 85 863.81 volts

D = v(L2 + a2) = v([8.77m]2 + [5.77m]2) = 10.49 m

Realizar una tabla con los datos obtenidos

Dibujar a escala 1:50 el diagrama de conexión para la malla de tierra

Autor:

Andrés Fragoso