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