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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