1.03 2 UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS Subestaciones Eléctricas Calculo de red de tierra Ejemplo del diseño de una red de tierra para una subestación de 400/230 kV, con potencia de cortocircuito de 7500 MVA. A continuación se presentan los datos para el desarrollo del Sistema de Tierras de una Subestación, por el método de una capa. Para el diseño se toma como área básica de la red, la que ocupa el equipo eléctrico y las estructuras. Datos para el cálculo: Potencia de cortocircuito máximo Corriente de cortocircuito máximo Resistividad de terreno (?) Resistividad superficial (piedra) (?s) Profundidad de la red (h) Tiempo de duración de la falla Longitud de la red de tierra Frecuencia Ancho de la red de tierra Relación x/R en el bus (para x”/R = 20) Hilos de guarda Resistencia del hilo de guarda conductor PIGEON SUBESTACIOENES ELECTRICAS 7500 MVA (trifásica a tierra) 21,300 Amp 50 O-m 2500 O-m 0.30 m 20 ciclos 650 m 60 ciclos/segundo 25 m 12 Material de Estudio
25 5 3 UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS Subestaciones Eléctricas Calculo de red de tierra Solución: Calculo del diseño preliminar Superficie cubierta por la red de tierra A = (650 x 25) m = 16,250m2 1. Corriente de cortocircuito Icc = 21.3 KA 2. Cálculo de número de conductores La separación entre conductores será de 5m lado corto y 25m lado largo, entonces se tiene: Lado corto: + 1 = 6 (Lado longitudinal) Lado largo: 650 25 SUBESTACIOENES ELECTRICAS + 1 = 27 (Lado transversal) Material de Estudio
= = x = D 4 UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS 3. Radio equivalente de la superficie del terreno Subestaciones Eléctricas Calculo de red de tierra r = área del terreno p r = 16, 250 m² p = 71.92 m 4. Longitud total de conductor LT = 650m × (6 conductores) + 25m × (27 conductores) = 4575m 5. Corriente de diseño ID tiempo que dura la falla = ID = ICC × FC × FD FC = 1.5 # ciclos frecuencia (f ) t= 20 ciclos 60 = 0.33 seg Interpolando para encontrar x”/R se tiene: T(duración de la falla) 0.30 0.33 0.50 x”/R 1.08 x 1.03 Encontrando el valor x: 0.30 – 0.33 1.08 – x 0.33 – 0.50 x – 1.03 -0.03 1.08 – x -0.17 x – 1.03 -0.33( x – 1.03) = -1.07(1.08 – x) -0.33x – 0.0309 = -0.1836 – 0.17 x -0.2 x = -0.2145 0.2145 0.2 x = 1.07 = factor de decremento (F ) SUBESTACIOENES ELECTRICAS Material de Estudio
+ + 5 UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS Introduciendo datos a la ecuación: ID = ICC × FC × FD ID = (21.3KA)(1.5)(1.07) = 34.19 KA Subestaciones Eléctricas Calculo de red de tierra 6. Resistencia de la red Rred = ? ? 4r LT Rred = 50 50 4(71.92) 4575 = 0.1847? 7. Radio equivalente de la superficie de cada torre, tomando en cuenta que las bases de las torres son de 8 x 8 m: rT = A torre p 8. Resistencia de cada torre: rT = 8 × 8 p RTo = = 4.51 m ? 2p rT RTo = 50 2p (4.51) = 1.76? 9. Resistencia por kilómetro de línea RKm = RTo # torres /Km RKm = 1.76? 3 = 0.59? 10. Impedancia equivalente Ze = Z1RKm Ze = (0.472)(0.59) = 0.53? SUBESTACIOENES ELECTRICAS Material de Estudio
6 UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS Subestaciones Eléctricas Calculo de red de tierra *0.472O / Km. dato equivalente de tabla para un conductor PIGEON para el cual se tiene una resistencia de 0.144O / 1000ft. 11. Impedancia resultante al utilizar 10 hilos de guarda Z= Ze 10 Z= 0.53 10 = 0.053? 12. Corriente de red, para este cálculo podemos hacerlo de dos formas. a) por divisor de corriente IZ = 34190 A × 0.1847? 0.053? + 0.1847? = 26566.65 A Ired = 34190 A × 0.053? 0.053? + 0.1847? = 7623.35 A b) por el cálculo Ired = ID × %red %red = Z Z + Rred Introduciendo datos: %red = 0.053? 0.053? + 0.1847? = 0.2229701 Ired = (34.19KA)(0.2229701) = 7.62 KA SUBESTACIOENES ELECTRICAS Material de Estudio
? + ln ? × × … × ? ln ? ?? ln ? ? + ln ? × × × ? = 1.4919 K m = ? ? 7 UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS 13. Potencia de la malla de la red Emalla = K m × Ki × ? × Calculando Km Ired LT Subestaciones Eléctricas Calculo de red de tierra K m = 1 ? D 2 ? 1 ? 3 5 ? 2n – 3 ?? 2p ? 16hd ? p ? 4 6 ? 2n – 2 ?? Donde D: separación longitudinal de los conductores d: diámetro del conductor en este caso se trata de un PIGEON (0.1672 in = 0.00424688 m) h: profundidad de enterramiento n: número de conductores longitudinales (n = 6) Introduciendo los anteriores datos se tendrá: 1 ? 252 ? 1 ? 3 5 7 9 ? 2p ? 16 × 0.30 × 0.004246 ? p ? 4 6 8 10 ? Calculando Ki Ki = 0.65 + 0.172(n) Ki = 0.65 + 0.172(6) = 1.682 Calculando Emalla se tendrá: Emalla = 1.419 ×1.682 × 50 ?.m × 14. Potencial de paso 7.62KA 4575m = 198.77v Calculando Ks E´paso = K S × Ki × ? × Ired LT K S = 1 p ? 1 1 1 1 1 ? ? 2h + D + h + 2 D + 3D + … + (n – 1) D ? Donde: D: separación transversal de los conductores h: profundidad de enterramiento n: número de conductores transversales (n = 27) SUBESTACIOENES ELECTRICAS Material de Estudio
1 1 1 1 1 1 1 1 1 K S = [ + + + + + + + + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + + + + + + + + + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + + + + + + + + 8 UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS Subestaciones Eléctricas Calculo de red de tierra Introduciendo los anteriores datos se tendrá: p 2 × 0.30 5 + 0.30 2 × 5 3 &tim
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