datos y calculos para diseño de subestaciones

7/25/2019 Datos y Calculos Para Diseo de Subestaciones

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3. DISEO DE SUBESTACIONES

DATOS Y CALCULOS

3.1. SELECCIN DE PARARRAYOS

Consideraciones:

Sistema slidamente aterrizado. Pararrayos de Oxido de Zinc (ZnO). Tensin mxima de 245 !.

"a tensin nominal de los #ararrayos de ZnO$ R$ se enc%entra teniendo en c%enta lossi&%ientes #armetros:

Tensin Contin%a de O#eracin (CO!):

So'retensin Tem#oral (TO!):

Como es %n sistema slidamente aterrizado$ e*.4

"a tensin nominal del #ararrayos R, se eli&e seleccionando el mayor +alor entre Roy Re.

donde o es el ,actor de dise-o se&n el ,a'ricante el c%al de'e ser es#eci,icado #or este. /n+alor de o normalmente encontrado es 0.1.

donde t es la ca#acidad del #ararrayos contra so'retensiones tem#orales el c%al de#ende deltiem#o de d%racin de la so'retensin.

t *.*5 #ara * se&%ndo.

t *.*0 #ara *0 se&%ndos.

t 0.5 #ara 2 3oras.

l mayor entre Roy Re$ es Re#or lo consi&%iente Res i&%al a:


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.*.*. 67!" 8 P9OTCC76 P;9; 7rico (6P9). 8e i&%al manera se considero I%e el ni+el

cera%nico no era re#resentati+o$ #or lo c%al se decidir I%e la corriente de c3oI%e I%eso#ortara los #ararrayos ser de *0;$ de'ido al ni+el de tensin a maneGar (D0!).

3.#. CORRIENTES

.2.*. CO9976T 6Ormicos I%e de'e so#ortar %na instalacin el>ctricaen las condiciones de o#eracin normal mas des,a+ora'les.

Con 'ase en s% +alor se determinan la seccin de las 'arras colectoras y las caracterFsticas decond%ccin de corriente de los eI%i#os (interr%#tores$ seccionadores$ trans,ormadores de

medida$ etc.).
http://www.angelfire.com/nc2/misdocumentos/subestacion/Image48.gifhttp://www.angelfire.com/nc2/misdocumentos/subestacion/Image48.gif


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8e'ido a las condiciones de ca#acidad de las car&as a alimentar$ I%e en n%estra s%'estacin+a a ser de 400

T9;6S=O9


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"as so'retensiones atmos,>ricas de am#lit%des &randes #%eden entrar a %na s%'estacincomo res%ltado de descar&as atmos,>ricas directas so're %na lFnea o como ,lameos in+ersosen %na torre. "a s%'estacin de'e estar #rote&ida contra descar&as directas mediante %na#antallamiento e,iciente.

Para tensiones de 220! s% +alor esta entre 4 y H #.%. es decir$ entre 110! y *520!.

8e ac%erdo con la 7C H0@2$ la tensin de #r%e'a normalizada #ara so'retensionesatmos,>ricas tienen %n tiem#o de ,rente de *.2s y %n tiem#o de cola medio de 50s.

n la =i&%ra 1$ se o'ser+a la re#resentacin esI%emtica de los di,erentes ti#os deso'retensiones.

3.%. COORDINACIN DE AISLA&IENTO

Para entender la seleccin del aislamiento de este dise-o$ se de,inir #rimero al&%nosconce#tos:

COO9876;C7O6 8 ;7S";n llamado medio o de se&%ridad. sta constit%ido #or el ni+el deaislamiento a%torec%#era'le de las #artes +i+as de los di,erentes eI%i#os$ I%e estn en


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contacto con el aire. ste ni+el se adec%a de ac%erdo con la alt%ra so're el ni+el delmar de la instalacin y se %tiliza en todos los aisladores de a#aratos$ 'arraGes y#asam%ros de la s%'estacin I%e estn en contacto con el aire.

Nivel 3: Tam'i>n llamado 'aGo o de #roteccin. sta constit%ido #or el ni+el deo#eracin de los ex#losores de los #ararrayos de #roteccin.

.4.*. T6S76 SOPO9T;8; ;" 7rico el c%al caracteriza el aislamientodel eI%i#o en lo I%e se re,iere a #r%e'as. sta tensin se es#eci,ica solamente en seco$ ya I%ela so#orta'ilidad de los eI%i#os a estos im#%lsos$ de manera m%y &eneral$ se a,ecta #oco #orla ll%+ia.

.4.2. T6S76 SOPO9T;8; ;" 7ndose asF el E7"normalizado del eI%i#o en consideracin (E7"6).5. O'tener el ni+el mFnimo de aislamiento al im#%lso de manio'ra: ES"AE7"6.


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H. O'tener la relacin entre ES" y 6P


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Para el dise-o de la S%'estacin Paez$ se determinara el E7" con el #rocedimiento anterior asF:

6P< del #ararrayos: 3(%$V

6P9 del #ararrayos: %%#$V


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=actor de Se&%ridad (7): 1.#'Para sistemas mayores a 52!.

=actor de Se&%ridad (


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3.*. DI&ENSIONA&IENTO DE LA SUBESTACIN.

l dimensionamiento de %na s%'estacin es %na de las acti+idades #rinci#ales dentro de laeta#a de dise-o$ #%esto I%e incide #rcticamente en todas las dems acti+idades y #or lo tantoa,ecta el costo &lo'al.

"os ni+eles de tensin determinan las necesidades de aislamiento I%e &arantizan la o#eracincon,ia'le y se&%ra #ara el #ersonal y el eI%i#o instalado en %na s%'estacin. 8ic3o aislamiento

im#one la es#eci,icacin de materiales aislantes y ,de distancias entre los di,erentes elementosde #atio$ de tal ,orma I%e los &radientes de tensin a los c%ales estn sometidos no rom#an lari&idez diel>ctrica del material aislante. 8ic3o de otro modo$ los ni+eles de tensin y el materialaislante determinan las distancias entre los di,erentes elementos de #atio de %na s%'estacin.; s% +ez$ dic3as distancias en conG%nto con la #otencia de tra'aGo determinan el tama-o de loseI%i#os a %tilizar.

n tal sentido$ los #rinci#ales ,actores a considerar en el dimensionamiento de %na s%'estacinson las distancias criticas ,ase @ ,ase y ,ase @ tierra I%e de'en existir en la s%'estacin #ara&arantizar %n ni+el de aislamiento adec%ado y las distancias de se&%ridad reI%eridas #ara lasla'ores de re+isin y mantenimiento sin #eli&ro al&%no #ara el #ersonal.

.H.*. 8T9


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Para o'tener la adec%ada coordinacin de aislamiento en %na s%'estacin es necesario ,iGar lasdistancias a tra+>s del aire entre #artes +i+as de ,ases di,erentes y entre #artes +i+as de ,ase ytierra. Para ello +amos a de,inir ciertos conce#tos I%e se %tilizan #ara com#render el #ro'lema.

Tensin critica de flameo (TCF) :s la tensin o'tenida en ,orma ex#erimental I%e#resenta %na #ro'a'ilidad de ,lameo del 50Q.

n las normas se calc%la el +alor de TC= a #artir del ni+el 'sico de im#%lso$ E7"$ ani+el del mar sea:

Como no se reI%ieren ,actores de correccin$ el TC= de dise-o ser de *02.H!.

Distancia de fase tierra (m) :

TABLA *.

Distancia de fase fase (m) : Para los 'arraGes ,lexi'les 3ay I%e tomar losdes#lazamientos de'idos al +iento o a los sismos. Para ello las distancias mFnimas dedise-o se #%eden ex#resar como el #rod%cto de %n ,actor I%e +aria de *.1 a 2 #or la


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distancia mFnima de ,ase a tierra dada de ac%erdo con la alt%ra so're el ni+el del mardel l%&ar de la instalacin$ #ara los ni+eles de tensin nominal /6B 20!.

Para el dise-o de la s%'estacin Paez$ la distancia mFnima ,ase R ,ase ser

Distancias criticas para conductores flexiles (m) : n la determinacin de la distanciadiel>ctrica #ara cond%ctores ,lexi'les se de'e tener en c%enta$ adems del E7" de las%'estacin$ la ,lec3a mxima del cond%ctor. "a si&%iente ,orm%la em#Frica se a#lica#ara o'tener la se#aracin mFnima I%e de'e existir entre dic3os cond%ctores:

donde:

J.5 #ara cond%ctores de co're y *0 #ara cond%ctores de acero@al%minio

d$ es la distancia 3orizontal entre ,ase #ara cond%ctores rF&idos.

,$ es la ,lec3a mxima del cond%ctor en centFmetros.

Para el caso de cond%ctores en acero R al%minio:

Para el caso de cond%ctores de co're:

.H.2. 87ST;6C7;S 8 SK/978;8

Se entiende como distancia mFnima de se&%ridad aI%ellos es#acios I%e se de'en conser+ar enlas s%'estaciones #ara I%e el #ersonal #%eda circ%lar y e,ect%ar manio'ras sin I%e existaries&o #ara s%s +idas. "as distancias de se&%ridad a tra+>s de aire estn com#%estas #or dost>rminos: el #rimero es la distancia mFnima de ,ase a tierra$ corres#ondiente al ni+el deaislamiento al im#%lso de la zona. l se&%ndo termino se s%ma al anterior y de#enden de latalla media de los o#eradores.

"as distancias mFnimas de se&%ridad se #%eden ex#resar con las si&%ientes relaciones:

8 d 0.

N d 2.25

8$ es la distancia 3orizontal en metros I%e se de'e res#etar en todas las zonas de circ%lacin.

N$ es la distancia +ertical en metros I%e de'e res#etarse en todas las zonas de circ%lacin.6%nca de'e ser menor de metros.

d$ es la distancia mFnima de ,ase a tierra corres#ondiente al E7" de la zona.

Para n%estro dise-o:


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8 2.2 m 0. .*m

N 2.2 m 2.25 4.45m

"a distancia mFnima #ara +e3Fc%los ser:

8 (d0.J) 0. (2.20.J) 0. .1m

N (d0.J) 2.25 (2.20.J) 2.25 5.*5m

"a distancia mFnima #ara reas de tra'aGo ser:

8 (d*.J5) 0. (2.2*.J5) 0. 4.15m

N (d*.25) 2.25 (2.2 *.25) 2.25 5.J0m

3.(. DISTANCIAS DE DISEO

ste #%nto se re,iere al dimensionamiento de las distancias entre #artes +i+as I%e se reI%ierenen instalaciones con+encionales (ya sea interiores e intem#erie). 6o se tiene en c%enta lasinstalaciones enca#s%ladas o aisladas en &as. "a determinacin de estas dimensiones see,ecta mediante el calc%lo de las distancias diel>ctricas entre las #artes +i+as del eI%i#o yentre estas y las estr%ct%ras$ m%ros$ reGas y el s%elo$ de ac%erdo con el si&%iente orden.

1. 8istancia entre ,ases.2. 8istancia entre ,ase y tierra.3. 8istancia de se&%ridad.4. ;lt%ra de los eI%i#os so're el ni+el del s%elo.5. ;lt%ra de las 'arras colectoras so're el s%elo.6. ;lt%ra de remate de las lFneas de transmisin I%e lle&an a la s%'estacin.

"os tres #rimeros n%merales ya 3an sido tratados y +eremos los tres restantes.

.J.*. ;"T/9; 8 "OS /7POS SOE9 " 67!" 8" S/"O

sta alt%ra se considera tam'i>n como el #rimer ni+el de 'arras (3s).

"a alt%ra mFnima 3s$ de las #artes +i+as so're el ni+el del s%elo en nin&n caso de'e ser in,eriora metros$ si no se enc%entran aisladas #or 'arreras de #roteccin. "a alt%ra mFnima de la'ase de los aisladores I%e so#ortan #artes +i+as no de'e ser menor de 2.25 metros.

Prescindiendo de las ta'las$ la alt%ra mFnima de las #artes +i+as de c%alI%ier eI%i#o se calc%lade ac%erdo con la si&%iente ex#resin:

3s 2.0 0.0*05A/m

donde /mes la mxima tensin de dise-o del eI%i#o en c%estin.

3s 2.0 0.0*05A245! 4.1Jm

.J.2. ;"T/9; 8 ";S E;99;S CO"CTO9;S SOE9 " 67!" 8" S/"O

"a alt%ra de las 'arras so're el ni+el del s%elo de'e considerar la #osi'ilidad de I%e al #asar%na #ersona #or de'aGo de las 'arras$ esta reci'a la sensacin del cam#o el>ctrico. "a


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ex#resin I%e #ro#orciona la alt%ra de las 'arras colectoras (3e)$ considerando la sensacin decam#o el>ctrico es la si&%iente:

3e 5.0 0.0*25A/m

3e 5.0 0.0*25A245! 1.*m

.J.. ;"T/9; 8 9


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..*. 76T99/PTO9S W SCC7O6;8O9S

n las ta'las J y 1 se #resentan las dimensiones mas im#ortantes de interr%#tores yseccionadores ti#o exterior$ tomadas de catlo&os de ,a'ricantes. 8ic3as dimensiones sons%sce#ti'les de +ariacin en la medida en I%e se #resentan los a+ances tecnol&icos$ tanto delos #rinci#ios de o#eracin como de los materiales aislantes.


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n la ta'la se res%men los datos %tilizados en dimensionamiento de s%'estaciones y #ara ele,ecto se tomaran los +alores mximos dados #or los ,a'ricantes de s%'estaciones de 220! y**5!.

TABLA "

..2. 8T9


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"* 2540mm

"*?2 *2J0mm

d=@= 2444mm

d=@T *55mm

;c *400mm

8istancias entre seccionadores :

dss "*?2 d=@= *2J0 2444 J*4mm X 4000mm

8istancia entre col%mna y seccionador de ,ase exterior :

dc@s dc@e "*?2 Y ;c?2 *2J0 *1J0 J00 140mm X 4000mm

dc@s dc@e 8istancia entre col%mna y seccionador de ,ase exterior.

... 8T9


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Para calc%lar las alt%ras del se&%ndo ni+el #odemos %tilizar n%e+amente las ex#resionesconocidas:

6i+el de Tensin 220!

Tensin


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"a lon&it%d de cam#o esta determinada #or la con,i&%racin de la s%'estacin y #or lasdistancias entre los di,erentes eI%i#os. 8ic3a lon&it%d no se determina #or las distanciasmFnimas o de se&%ridad$ sino mas 'ien #or razones de mantenimiento$ montaGe y est>tica. Parael montaGe y mantenimiento se recomienda I%e los terminales de los eI%i#os sean accesi'les#or el #ersonal desde c%alI%ier #%nto. Se considera como %na distancia ace#ta'le entre losterminales de eI%i#o *.5m. Partiendo de esta 'ase y considerando las dimensiones de los

di,erentes eI%i#os$ se #%ede determinar la distancia entre eI%i#os de %n mismo cam#o.C%ando se tienen eI%i#os de as#ecto exterior similar$ #or eGem#lo trans,ormadores deinstr%mentacin y #ararrayos$ #ero de dimensiones li&eramente distintas$ es #osi'le #orrazones est>ticas ado#tar distancias i&%ales entre estos eI%i#os.

Ta-la 1).

..5. ;P;6T;"";ricas) rica o #or %na o#eracin de s[ic3eo$ transmitidas #or los cond%ctores y en+iarlas atierra #ara im#edir I%e da-en el aislamiento de los eI%i#os. Pero el #ararrayos no #rote&e el

eI%i#o de %na descar&a directa. l o'Geti+o del 'lindaGe es #ro#orcionar la #roteccin adec%ada


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a los eI%i#os contra las descar&as directas creando %n ni+el de #otencial cero #or encima deestos (lo mismo a#lica #ara lFneas de transmisin).

Cale de #uarda : Son ca'les desn%dos %'icados so're el eI%i#o a #rote&er y conectados atierra a tra+>s de los #rticos de la s%'estacin$ ,ormando %na red I%e acta como 'lindaGe#ara #rote&er las #artes +i+as de la s%'estacin de las descar&as atmos,>ricas directas$

red%ciendo la #ro'a'ilidad de la caida de %n rayo so're los cond%ctores de ,ase. "a red deca'les de &%arda act%a como contra#arte del sistema de tierra.

"as caracterFsticas ms im#ortantes de los ca'les de &%arda son:

Prote&en a lo lar&o de todo el ca'le. S% costo es 'aGo: son cond%ctores li+ianos con tensiones de tem#las 'aGas$ #or lo I%e

no reI%ieren estr%ct%ras m%y ,%ertes. ;#ro+ec3an los #rticos como estr%ct%ras de so#orte y slo reI%ieren de %n castillete

adicional. "as estr%ct%ras #ara tem#las se #%eden %'icar relati+amente aleGadas %nas de otras

(H0m o ms).

"a corriente del rayo se di+ide en dos direcciones con lo c%al la corriente I%e de'edisi#ar cada estr%ct%ra se red%ce a#roximadamente a la mitad.

"a im#edancia caracterFstica #resentada al rayo es nota'lemente in,erior (cerca de lamitad de la I%e #resentarFa %na sla estr%ct%ra)$ red%ciendo asi la ind%ctancia de laestr%ct%ra y$ en consec%encia$ el ries&o de ,lameo in+erso en los dos aisladoresens%s#ensin$ ,enmeno I%e se #%ede #rod%cir c%ando 3ay descar&as re#etidas a tra+>sdel mismo canal ionizado #or el rayo.

"a #resentacin de los ca'les de &%arda no contrasta con las lFneas #or lo I%e nodesmeGora la estetica de la s%'estacion.

Para #rote&er reas #eI%e-as y aisladas de la s%'estacin$ el ca'le de &%arda #%edeno res%ltar mas econmico I%e las #%ntas.

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