subestaciones electricas

DISEÑO DE BARRA COLECTORAS

Caracteristicas del TR seleccinadoDescripcion

Tension en lado de altaTension en lado de bajaPotencia Maxima de la cargaPotencia Nominal FrecuenciaConexion

Calculo de Corto Circuito para el Lado de Alta (kv) 138.00

Tabla de TR (Raul Martin)

100.00 15,000.00 10.50

Reactancia del sistema (p.u)

100.00 15,000.000.006667

Reactancia del TR (PU)Const

100 64 10.50 0.010.16

Potencia de Corto Circuito

100.00 0.0067 0.16

585.72

Corriente de Corto CircuitoConst

585.72 138.002,450.49

MVABASE MVACCTO VCCTO

MVABASE MVACCTO

Xs

MVABASE MVANOMINAL vCCTO %

XT

MVABASE Xs XT

MVA0CCTO

MVA0CCTO VLL

√3ICCTO (Amp)

El adecuado diseño de las barras colectoras implica la selección idonea del conductor en lo que respecta al material y caracteristicas de este.Tambien es necesario tomar en cuenta la selección de los aisladores y sus accesorios; las distancias entre apoyos y entre fases. El diseño se realiza se realiza segun los esfuerzos estaticos y dinamicos a que se veran sometidas las barras y segun las necesidades de conduccionde corriente, disposicion de fisicas etc.Sin embargo la seleccion final de las barras se hace segun criterios economicos, la existencia del material en el mercado y las normas.

Calibre minimo posible de la barra(Asumiendo que el incremento de la demanda es de un 30 % se tiene que)

Barra (KV) 138.00

Corriente nominal (amp)Sobrecarga

32.00 138.00 1.3174.04

Constante para Conductor según magnitud de CorrienteSeccion del Alimentador

ζ (A/mm^2)No de cables a utilizar 174.04 1.50

1 A (mm2) 116.03

3,5 Propiedades Fisicas del Cable ACSR mas usados (Raul Martin)

Calibre No de hilos Diametro (mm)

MCM Aluminio Acero Total de Cable

171.36 336.00 26.00 7.00 18.31 6.75

688.00 6,373.00 0.17 420.00 0.70

Momento de Inercia

D. Ext. (mm^4) D. Inter. (mm^4)18.31 1.83 3.14

0.5517

Longitud del ClaroE (kg/cm2) I (cm4) W (kg/cm)

700000 1.540 0.01L (Mts) 10.452

FLECHAL (mts)10.452 150.00

0.07

SN (MVA) Carga VLL (KV)

IN (Amp)

IN (Amp)

mm2 Nucleo de Acero

Peso Total del cable (Kg/Km)

Carga de Ruptura (kg)

Resistencia 25 C (Ohm /Km)

Cap. Cond. De Corriente 30 c.

Amp

Modulo de Elasticidad

(Kg/cm^2 x10E6)

∏

I (MOMENTO) CM^4

CONST

F (M)

Tabla 1.Pag 64 HARPERComo se puede observar el area de la barra para el lado de baja tension es mucho menor a la calculada , sin embargo debido a que esta seccion de barra es capaz de soportar la corriente nominal que en ella circulara a un temperatura ambiente mayor a la esperada en el lugar de diseño, entonces se considera que esta seccion de barra es la adecuada para este diseño.

Los calculos se realizaron para la barra de13.8kV a la intemperie, pero se ha decidido utilizar en la Subestacion, barras para interiores. Estas se seleccionaron debido al poco espacio que estas requieren. En la parte de los anexos se puede ver todas las especificaciones de las baras seleccionadas.

DISEÑO DE BARRA COLECTORAS

Caracteristicas del TR seleccinadoDescripcion Valores Unidades

Tension en lado de alta 138 kvTension en lado de baja 13.8 kvPotencia Maxima de la carga 60.9 MVAPotencia Nominal 64 MVAFrecuencia 60 HzConexion Delta-Estrella(Y aterrizada)

Calculo de Corto Circuito para el Lado de Baja (kv) 13.80

Tabla de TR (Raul Martin)

100.00 15,000.00 10.50

Reactancia del sistema (p.u)

100.00 15,000.000.006667

Reactancia del TR (PU)Const

100 64 10.50 0.010.16

Potencia de Corto Circuito

100.00 0.0067 0.16

585.72

Corriente de Corto CircuitoConst

585.72 13.8024,504.88

MVABASE MVACCTO VCCTO

MVABASE MVACCTO

MVA BASE= Potencia base en P.uMVA CCTO= Potencia de corto circuito P.u Xs

MVABASE MVANOMINAL vCCTO %

XT

MVABASE Xs XT

MVA0CCTO

MVA0CCTO VLL

√3ICCTO (Amp)

El adecuado diseño de las barras colectoras implica la selección idonea del conductor en lo que respecta al material y caracteristicas de este.Tambien es necesario tomar en cuenta la selección de los aisladores y sus accesorios; las distancias entre apoyos y entre fases. El diseño se realiza se realiza segun los esfuerzos estaticos y dinamicos a que se veran sometidas las barras y segun las necesidades de conduccionde corriente, disposicion de fisicas etc.Sin embargo la seleccion final de las barras se hace segun criterios economicos, la existencia del material en el mercado y las normas.

X t=0 .0 1∗V ccPU∗M VA ba seM VA n om

I CCTO=MVACCTO

o

3 12∗V LL

MVAo=MVABASEX SX T

X s=MVABASEMVACCTO

Calibre minimo posible de la barra(Asumiendo que el incremento de la demanda es de un 30 % se tiene que)

Barra Kv 13.80

Corriente nominal (amp)Sobrecarga

Factor de sobrecarga =1.3 32.00 13.80 1.31740.42

Constante para Conductor según magnitud de Corrienteζ (A/mm2) Seccion del Alimentador

1.50 <1200 ζ (A/mm2)0.75 >1200 1,740.42 0.75

A (mm2) 2,320.56

3,5 Propiedades Fisicas del Tubo de Aluminio (Raul Martin)

Diametro Nominal del Tubo Diametro (mm)

mm Pulg. Interior Intemperie Exterior

125 5.00 3,100.00 3,600.00 141.30Area mm2

7,515.00 631.00 0.655 0.70 2,773.50

Longitud del ClaroE (kg/cm2) I (cm4) W (kg/cm)

700000 301.04 0.06L (Mts) 28.58

FLECHAL(mts) Const28.58 150.00

F(m) 0.19

SN (MVA)CARGA VLL (KV)

PMAX=Potencia Maxima.. IN (Amp)

VLL=Voltaje de linea a linea.

IN (Amp)IN (Amp)

Cap. Cond. De Corriente 30 c. Amp (Intemperie)

Peso Total del tubo (Kg/Km)

Momento de Inercia(cm^4)

Grueso de la Pared (cm)

Modulo de Elasticidad (Kg/cm^2

x10E6)

I n=Pmáx

3⋅V barra

I CCTO=MVACCTO

o

3 12∗V LL

L=4608∗E∗I750W

F=L

150

I=Π∗d 4

64

Como se puede observar el area de la barra para el lado de baja tension es mucho menor a la calculada , sin embargo debido a que esta seccion de barra es capaz de soportar la corriente nominal que en ella circulara a un temperatura ambiente mayor a la esperada en el lugar de diseño, entonces se considera que esta seccion de barra es la adecuada para este diseño.

Los calculos se realizaron para la barra de13.8kV a la intemperie, pero se ha decidido utilizar en la Subestacion, barras para interiores. Estas se seleccionaron debido al poco espacio que estas requieren. En la parte de los anexos se puede ver todas las especificaciones de las baras seleccionadas.

3,5 Propiedades Fisicas del Tubo de Aluminio (Raul Martin) 18.56

Diametro (mm)

interior

128.19

Barra de 138.00

Diametro para n. No ConductoresNo Hilos Diametro

1 18.31Radio Total 18.31

Barra de 13.80Diametro para n. No ConductoresNo Hilos Diametro

0 141.30Radio Total 0.00

TENSION CRITICA DE FLAMEO

Factor de Densidad Valores proporcionados por INETERConst Const Descripcion

75.75 31 273 3.92 b = Presion atmosfericaδ 0.9768 t = temperatura ambiente

Para Barra (kv) 138.00 Para Barra (kv)

Tension Critica de Flameo Tension Critica de FlameoNBI (Kv) Const

650 0.961676.3788 NBI = Nivel basico de Aislamiento

Tension Critica de Diseño Tension Critica de Diseñoδ

676.38 0.82 0.98 131.11570.7950

DISTANCIAS MINIMAS DE FASE

Distancia Minima de fase a tierra Distancia Minima de fase a tierragradiente KV/mts

570.7950 550.001.04

Dft diseño 1.20 Dft diseño

Distancia Minima de fase a fase Distancia Minima de fase a faseConst

1.04 1.801.87

Dff diseño 2 Dff diseño

b (cm Hg) t (celcius)

TCFNORMAL TCFNORMAL

TCFNORMAL Kh TCFNORMAL

TCFDISEÑO Kh =Factor de correccion por humedad TCFDISEÑO

TCFDISEÑO

dft dft

dft

dff dff

El nivel de aislamiento de una subestacion se fija en fucnion de la tension nominal de operación, de las normas correspondientes y de los niveles de sobretensiones existentes en el sistema.Para poder proporcionar un nivel de tension adecuado, se deben fijar las distancias entre partes vivas de fases diferentes y entre partes vivas de fase a tierra.Para definir estas distancias primero debemos encontrar la tension critica de flameo y el nivel basico de impulso(NBI)

Es de suma importancia para el buen diseño eléctrico de cualquier índole saber la relación que existe entre la diferencia de voltaje entre dos puntos y la distancia que nos controla que no se produzcan descarga entre dichos punto. Es por ello que dentro de la subestación los adecuados cálculos pertinentes nos determina el funcionamiento seguro de nuestra subestación respetando las medidas entre fases y tierra que deben existir para que no se presenta fases.

TCFNORMAL=NBI

0 .961

T C FD IS E Ñ O=T C FN O R M A L∗K h

δ

d ft=TC FD ISE Ñ O

5 5 0

d ff=1.8∗d ft

δ=3.92∗b273t

Los calculos se realizaron para la barra de 13.8kV a la intemperie, pero se ha decidido utilizar en la Subestacion, barras para interiores. Estas se seleccionaron debido al poco espacio que estas requieren. En la parte de los anexos se puede ver todas las especificaciones de las baras seleccionadas.

TENSION CRITICA DE FLAMEO

Valores proporcionados por INETERValores Localizacion

75.75 chinandega31 chinandega

Para Barra (kv) 13.80

Tension Critica de FlameoNBI (Kv) Const

126 0.96131.11

Tension Critica de Diseñoδ

0.82 0.98110.65

Distancia Minima de fase a tierraConst

110.65 550.000.201

0.300

Distancia Minima de fase a faseConst

0.20 1.800.36

0.5

Kh

TCFDISEÑO

dft

El nivel de aislamiento de una subestacion se fija en fucnion de la tension nominal de operación, de las normas correspondientes y de los niveles de sobretensiones existentes en el sistema.Para poder proporcionar un nivel de tension adecuado, se deben fijar las distancias entre partes vivas de fases diferentes y entre partes vivas de fase a tierra.Para definir estas distancias primero debemos encontrar la tension critica de flameo y el nivel basico de impulso(NBI)

Es de suma importancia para el buen diseño eléctrico de cualquier índole saber la relación que existe entre la diferencia de voltaje entre dos puntos y la distancia que nos controla que no se produzcan descarga entre dichos punto. Es por ello que dentro de la subestación los adecuados cálculos pertinentes nos determina el funcionamiento seguro de nuestra subestación respetando las medidas entre fases y tierra que deben existir para que no se presenta fases.

ESFUERZOS QUE SE PRESENTAN EN LAS BARRAS

Para Barra (Kv) 138.00Fuerzas Horizontales Devida a Cortocircuito

L (pies) Const78.730 2,450.49 34.29 43.2 D= distancia entre centro de buses rigidos (Pulg)

11.30L= longitud del claro (Pies)Fcc= Fuerz horizontal de cortocircuito (Lbs).

Fuerza del Viento

0.48 10.452 0.0183 P= Presion del Viento.0.09 L= longitud del claro.

Fv (lb) 0.2 d= Diametro del conductorV = velocidad del viento (m/seg) =

Velocidad del viento en p/seg

Fuerza maxima

11.30 0.2011.50

Resistencia del aislador Factor de Seguridad = 1.25Const

11.50 1.2514.38

d (pulgs)14.38 2,450.49 78.73 10.17 0.721

3410.37

Dff (pulg) Icc (Amp)

FCC (lbs) Icc= Corriente de Cortocircuito

P (Kg/m^2) L (mts) d (m)

Fv (kg)

FCC (lbs) Fv (Lba)

Fmax (Lbs)

Fmax (Lbs)

Ra (Lbs)

Longitud del claro maximo entre dos apoyos considerando la fuerza horizontal maxima

RA (Lbs) ICCTO (Amp) D (Pulg) V (Pies/seg)

LMAX (pies)

LMAX (mts))

Debido a que gran parte de la sub estacion esta a la intemperie, es necesario conocer los esfuerzos ambientales, esfuerzos debidos a al propio peso de estos y al de cortocircuito, a los que estaran sometidos los conductores.En todos los esfuerzos las componentes horizontales que se originan se consideran aplicados sobre los aisladores de soporte de las barras y su verificacion de acuerdo con la resistencia del aislador a seleccionar es la que nos permite aceptar la longitud del claro entre dos soportes continuos.

Al determinar los esfuerzos al que someteremos los aisladores podemos calcular la distancia extrema o máxima que lo podemos separar de tal manera que conducimos los esfuerzos a su limite para saber de manera segura cual es limite de los aisladores.

Fcc =43 .2∗I cc

2

D∗10−7∗L

Fv =P∗L∗d

F MAX=FCCFV

Ra=1. 25∗F MAX

L=RA

1.2 5 4 3. 2 x1 0−7∗I C C T O

2

D∗1.1 9x 1 04∗V 2∗d

ESFUERZOS QUE SE PRESENTAN EN LAS BARRAS

Para Barra (Kv) 13.80Fuerzas Horizontales Devida a Cortocircuito

Dff (pulg) L (pies) ConstD= distancia entre centro de buses rigidos (Pulg) 19.68 24,504.88 93.76 43.2

12355.18

Fcc= Fuerz horizontal de cortocircuito (Lbs).

Fuerza del Viento

0.48 28.58 0.12701.74

Fv (lb) 3.843.110.17

Fuerza maxima

12355.18 3.8412359.02

Resistencia del aisladorConst

12359.02 1.2515448.77

d (pulgs)15448.77 24,504.88 19.68 10.17 5.000

10,114.493083.69

Icc (Amp)

FCC (lbs)

P (Kg/m^2) L (mts) d (m)

Fv (kg)

FCC (lbs) Fv (Lba)

Fmax (Lbs)

Fmax (Lbs)

Ra (Lbs)

Longitud del claro maximo entre dos apoyos considerando la fuerza horizontal maxima

RA (Lbs) ICCTO (Amp) D (Pulg) V (Pies/seg)

LMAX (pies)

LMAX (mts))

Debido a que gran parte de la sub estacion esta a la intemperie, es necesario conocer los esfuerzos ambientales, esfuerzos debidos a al propio peso de estos y al de cortocircuito, a los que estaran sometidos los conductores.En todos los esfuerzos las componentes horizontales que se originan se consideran aplicados sobre los aisladores de soporte de las barras y su verificacion de acuerdo con la resistencia del aislador a seleccionar es la que nos permite aceptar la longitud del claro entre dos soportes continuos.

Al determinar los esfuerzos al que someteremos los aisladores podemos calcular la distancia extrema o máxima que lo podemos separar de tal manera que conducimos los esfuerzos a su limite para saber de manera segura cual es limite de los aisladores.

Fcc =43 .2∗I cc

2

D∗10−7∗L

DISTANCIAS DE DISEÑO

Barra (kv) 138.00 Barra (kv) 13.80

Altura de los equipos sobre el nivel del suelo

Const. Const Voltaje f-f(Kv)2.3 0.01 138.00

hs 3.75

Altura de las barras colectoras (segundo nivel)

Const. Const Voltaje f-f(Kv)5 0.01 138.00

6.73

Altura de remate de las lineas de transmision Altura de remate de las lineas de transmision

Const. Const Voltaje f-f(Kv) Const. Const Voltaje f-f(Kv)5 0.01 138.00 5 0.01 13.80

5.83 5.08

Distancias de seguridad (horizontal) Distancias de seguridad (horizontal)

Const Const1.20 0.90 0.252 0.90

2.10 1.15

Distancias de seguridad (vertical)

Const1.20 2.25

3.45

Zona de circulacion de vehiculosConst Const. Ancho del Movil

1.20 0.7 2 2.2Zona del movil (mts) 6.00

hb

hL hL

d ft d ft

dh dh

d ft

dv

d ft

Consideremos las distancias entre partes vivas que se requieren en una instalación de tipo convencional, ya sea interior o intemperie.La separación entre aparatos de una instalación y la disposición física delos mismos de acuerdo con el diagrama unifilar, seleccionando la capacidad de su instalación y su tensión nominal, estos factores no solo afectan el tamaño de los componentes, sino también a las distancias a tierras y entre fases.

La determinación de estas dimensiones se efectúan por medios del calculo de las distancias eléctricas entre las partes vivas del equipo, entre estas y las estructuras, muros, rejas y el suelo, de acuerdo con el siguiente orden:

Con la realización de los cálculos de distancia de Diseño, nos aseguramos que las debidas distancias entre los equipos que existirán dentro de la subestación sean los mas adecuados y cumplan con los estándares de diseños internacionales.


hs=2.30.015kv

d v=d ft2.25

d h=d dt0. 9

hL=5. 00 .006kv

hb=5. 00 .0125kv

d zonaveh.=2∗ d ft0. 7 AnchoVehiculo

BLINDAJE DE LA SUBESTACION

Para Barra (Kv) 138.00

Flecha de Cable de GuardaConst

15.00 0.020.30

Caracteriticas del area de torres L= Claro (mts)H (altura)(mts) H= altura en mts

17.00 9.00 6.40 0.30 Ancho= ancho entre las torres (mts)Fc= flecha del hilo de guarda (mts)

Como se soportan con cadena de aisladores de tension entonces el punto inferior del cable de fuerzas es.

Punto inferior del cable de fuerza

9.00 0.30hi 9.30

Altura minima del cable de guardahi

9.30 17.0012.00

Angulo de Blindaje b= halt. Min. de la posicion del cable de G.

3.12 1.20

21.04

Distancia Protegida (a nivel del suelo)

12.00 0.384.62

L (mts)

FC

L (Mts) Ancho (mts) Fc (mts)

H (mts) FC

L (mts)

y (mts)

b (mts) a (Dft (mts))

ӨB

y (mts) Tan(ӨB)

XT1

Es una malla para proteger las partes vivas de la subestación del tipo exterior contra descargas directas o indirectas provocadas por rayos.Se entiende por hilo de guarda una serie de cables desnudos comúnmente de acero, que se fijan sobre la estructura de la subestación, creando una red que se actúa como blindaje . Esta red actúa como contraparte del sistema de tierra. Diríamos que es crear un reflejo de la tierra por encima de los quipos que conforman nuestra subestación.

Los cálculos presentes en esta tabla nos muestran físicamente la construcción de nuestro hilo de guarda. Cabe mencionar que es de suma importancia el buen calculo del Angulo de blindaje, el cual según teoría debe ser menor de 45 grados, debido a que en nuestro calculo tenemos valores menor de los 45 grados nos determina que nuestro hilo de guarda realizara de manera optima y segura la función de proteger los equipos que se encuentre por debajo de el o en la línea de proyección no mayor a los 45 grados.

F C=0. 02∗L

Y=23hi 1

9∗hi

213∗

L22

hi=h f c

X t1=Y *tanθB

θB=tan−1ab

b=γ−hi

Metodo Electrogeometrico (Para el lado de Alta)

Altura efectiva del Conductor Impedancia Caracteristica del ConductorYt flecha _Const Y

5.83 0.07 0.67 5.785.78

Corriente del Rayo Calculada (Kamp) Tension en los conductoresTCF Const

183.78 676.38 2 7.367.36

Const7.36 9.06

34.28

12.00

Y (mts) Zo (Ohms)

Zo (Ohms) Io (Kamps)

Io (Kamps) V (volts)

Zona de Atraccion del Rayo (rcf)Io (Kamps)

rcf

rsg


Y=Y t−23∗ f

Io=2∗TCF

Zo

BLINDAJE DE LA SUBESTACION

Como se soportan con cadena de aisladores de tension entonces el punto inferior del cable de fuerzas es.

Es una malla para proteger las partes vivas de la subestación del tipo exterior contra descargas directas o indirectas provocadas por rayos.Se entiende por hilo de guarda una serie de cables desnudos comúnmente de acero, que se fijan sobre la estructura de la subestación, creando una red que se actúa como blindaje . Esta red actúa como contraparte del sistema de tierra. Diríamos que es crear un reflejo de la tierra por encima de los quipos que conforman nuestra subestación.


Metodo Electrogeometrico (Para el lado de Alta)

Impedancia Caracteristica del Conductorre Const

0.01 60183.78

Tension en los conductoresConst

183.78 2676.38

Zo (Ohms)


V=Zo∗Io

2

Z o=6 0* lo g2∗Yre

o hm s

rcf=9. 06∗Io23

RADIO INTERFERENCIA


Const P11(Cm)1.00 14.58

Q 0.07

Maximo Gradiente por unidad de superficie del ConductorConst s (cm) d (cm) Q

4.00 200.00 1.83 0.07 S = distancia de diseño entre fasesgm (Kv/Cm/Kv) 0.151 d = diametro de conductor

Coeficiente de potencia de MaxwellConst h(Cm) d(Cm)

2.00 672.50 1.831P11(Cm) 14.58 h = haltura considerada por el nivel de barra.

Para el calculo del voltaje de inicio del efecto corona

Gradiente para niveles de radiointerferencia

r (cm) Const. δ Const. Const.0.92 21.16 0.98 1.00 0.301

27.25 δ = factor de correcion de la densidad del aire.

Para calculo de linea a tierra

Voltaje de inico de efecto coronaev (kv/cm) gm (Kv/Cm/Kv)

27.25 0.151Ev(Kvrms) 180.26 gm = max de gradiente x unidad de

superficie del conductorCalculo para ajuste para superficiek (micro-volt) Ev(Kvrms)

0.82 180.26E' kvrms 147.81 kmicro-volt=Factor de superficie recomendado

voltaje a tierra en kv rms

Carga x unidad de longitud y x unidad de voltaje del conductor

Se llama radio interferencia al efecto obtenido en una recepción de radio, cuando la relación de la intensidad de campo deseada, a al intensidad de campo indeseable (ruido atmosférico, ruido producido por el hombre o señal de radio) es menor que el valor detectado por el oído humano en la frontera entre lo satisfactorio y lo insatisfactorio. Se procede entonces a calcular si nuestra configuración de barra dispuesta en forma horizontal produce una señal de ruido arriba de un nivel tolerable. Para ello se calcula el voltaje a tierra del sistema para un nivel seguro de ruido. Comparando este resultado con el voltaje real de línea a tierra que se tiene en la subestación se puede saber si los conductores propuestos no causan radio interferencia.

gm=4∗1S

1dQ

P 11=2*ln4hd

e v=2 1.1 6∗δ 10 .3 0 1

r∗δ

E V=e vgm

Q=1P n

e v Kv/ cm

E ,=KEv [KV ]

E = E r S u p { s i z e 8 { , } } K r S u p { s i z e 8 { , } } l e f t [ i t a l K V r i g h t ] } { }¿

k"micro-volt Ev' (KvKVrms)1.07 147.81

E" kvrms 158.16 k"micro-volt= factor de multiplicacion de RIV

ComparacionE" kvrms

79.67 158.16

Campo electrico en (mocrovol/m)d (cm) V (Khz) D (cm) x (mts)

1.831 158.16 200.00 30.00E (mvol/m) 0.98 D = distancias entre fases

d= diamtero de conductor en cm

Nivel de ruido en db x =distancia de la fuente en metros

E (mvol/m) Const0.98 20

dB -0.187

como el voltaje de Vln de 138 Kv es de 79.67 Kv y este esta por debajo del valor calculado de 204.48 Kv se puededecir que el sistema operara seguro con pocas probabilidades de radio interfereancia a una distancia de 100 pies de la fuentede radio interferencia

Vlinea -tierra

Según la literatura publicada por Raul Martin (Pag 161) podemos saber que no se presenta radio interferencia en los cables, si y solo si los voltajes de linea a tierra .


dB=20log10E

RADIO INTERFERENCIA


Const P11(Cm)1.00 6.69

Q 0.15

Maximo Gradiente por unidad de superficie del ConductorConst s d Q

S = distancia de diseño entre fases 4.00 50.00 14.13 0.15d = diametro de conductor gm (Kv/Cm/Kv) 0.05

Coheficiente de potencia de MaswellConst h(Cm) d(Cm)

2.00 100.00 14.13h = haltura considerada por el nivel de barra. P11(Cm) 6.69

Para el calculo del voltaje de inicio del efecto corona

Gradiente para niveles de radiointerferencia

r Const. fit Const. Const.7.065 21.16 0.91 1.00 0.30

δ = factor de correcion de la densidad del aire. 21.54

Para calculo de linea a tierra

Voltaje de inico de efecto coronaev (kv/cm) gm (Kv/Cm/Kv)

21.54 0.05gm = max de gradiente x unidad de Ev(Kvrms) 430.80

superficie del conductorCalculo para ajuste para superficiek (micro-volt) Ev(Kvrms)

1.00 430.80kmicro-volt=Factor de superficie recomendado E' kvrms 430.80

voltaje a tierra en kv rms

Carga x unidad de longitud y xunidad de voltaje del conductor

Se llama radio interferencia al efecto obtenido en una recepción de radio, cuando la relación de la intensidad de campo deseada, a al intensidad de campo indeseable (ruido atmosférico, ruido producido por el hombre o señal de radio) es menor que el valor detectado por el oído humano en la frontera entre lo satisfactorio y lo insatisfactorio. Se procede entonces a calcular si nuestra configuración de barra dispuesta en forma horizontal produce una señal de ruido arriba de un nivel tolerable. Para ello se calcula el voltaje a tierra del sistema para un nivel seguro de ruido. Comparando este resultado con el voltaje real de línea a tierra que se tiene en la subestación se puede saber si los conductores propuestos no causan radio interferencia.

gm=4∗1S

1dQ

P 11=2*ln 4hd

e v=2 1.1 6∗δ 10 .3 0 1

r∗δ

E V=e vgm

Q=1P n

e v Kv/ cm

E ,=KEv [KV ]


k"micro-volt Ev' (KvKVrms)1.04 430.80

k"micro-volt= factor de multiplicacion de RIV E" kvrms 448.03

ComparacionE" kvrms

14.38 448.03

D = distancias entre fases

d= diamtero de conductor en cm

x =distancia de la fuente en metros

Vlinea -tierra

Radio interferenciaDistancia entre fases (D): cmCarga por unidad de longitud y de voltaje (Q)Coeficiente de potencial Maxwell (P)Altura al centro del haz de la barra al suelo (h): cmDiámetro de la barra (d): cmAltura de la barra (hb): m; tomado de alturas de diseñoFlecha de barra (F): mMáximo gradiente de superficie unitario gm

Según la literatura publicada por Raul Martin (Pag 161) podemos saber que no se presenta radio interferencia en los cables, si y solo si los voltajes de linea a tierra .


E=V

x Ln∗2∗Dd

dB=20log10E

CALCULO TERMICO

Temperatura momentanea permisible.


Aguante Termico:

Para la barra de: 138 KV

Integral de Joule para cond. Ccto.Icc (Amp)

2,450.49 0.53.00 Icc= Corriente de Corto circuito

tm= Tiempo de duracion de corto cicuito

Con estos valores se determinara la temperatura final de los conductores despues de un corto circuito la temperatura de. Xon este valor se recurre a la curva para la determinacion de la temperatura inicial de los conductores.

Valor de la integral poe wel limite bajo

3.00 6 Eexp. 3 567.636000.93

De la curva de temperatra final es:

Selección minima del permisible bajo condicion de calculo termico .

300244.55 90Stermica (mm^2) 6.09

θmp =

θmp =

BK = Intergral de Joul para condicones de corto circuito.It C= Corriente de Aguante Termico.It n= Tiempo normado o pèrmisible. (0.1-0.5)

tt n (Seg)

BK (*10^6)(Ampe-Seg)/1000

BK (*10^6)(Ampe-Seg) AH S (sec. del cond)

Ak (A S^(1/2)/33^2)

S (sec. del cond)=Seccion del conductorAH= Determinacion de la temp. final

BK (*10^6)(Ampe-Seg) CT (A S^(1/2)/33^2

CT= Coheficiente para el aluminio= 90 (A S^(1/2)/mm^2)

El calculo térmico nos ayuda ha determinar que durante un fallo las barras no se calentaran, para las barras (limites térmicos).

Este valor representa el máximo valor de temperatura que soportaran las barras, por lo que no debe exceder esta valor.

θ q=700C

θ K=70 .30C2000C

AK=AHBK

S 2

BK= Icc 2∗t tn

S termica= BK∗1C t

CALCULO TERMICO



Para la barra de: 24.90

Integral de Joule para cond. Ccto.Icc (Amp)

8,833.05 0.5Icc= Corriente de Corto circuito 39.01

tm= Tiempo de duracion de corto cicuito

Con estos valores se determinara la temperatura final de los conductores despues de un corto circuito Para ello se parte de considerarXon este valor se recurre a la curva para la determinacion de la temperatura inicial de los conductores.

Valor de la integral poe wel limite bajoBK (*10^6)(Ampe-Seg) AH S (sec. del cond)

39.01 6 Eexp. 3 2126.36000.86

Selección minima del permisible bajo condicion de calculo termico .BK (*10^6)(Ampe-Seg)

3901139.14 90Stermica 21.95

= Intergral de Joul para condicones de corto circuito.= Corriente de Aguante Termico.= Tiempo normado o pèrmisible. (0.1-0.5)

tt n (Seg)

BK (*10^6)(Ampe-Seg)

Ak (A S^(1/2)/33^2)

(sec. del cond)=Seccion del conductor= Determinacion de la temp. final

CT (A S^(1/2)/33^2

= Coheficiente para el aluminio= 90 (A S^(1/2)/mm^2)

El calculo térmico nos ayuda ha determinar que durante un fallo las barras no se calentaran, para las barras (limites térmicos).

Este valor representa el máximo valor de temperatura que soportaran las barras, por lo que no debe exceder esta valor.

I tn2∗t tn≥BK

θ q

AK=AHBK

S 2

BK= Icc 2∗t tn

S termica= BK∗1C t

EFECTO CORONA


Factor de superficie

0.9 0.9

m 0.81

No de Conductores 1

Distancia Media Geometrica

2.00 2.00 4.000DMG 2.52

Radio medio Geometrico (mts)No Conduct r (cm) R

1 0.92 3.66 r = radio del conductor (cm)RMG (mts) 0.00916 R = radio del circulo que contiene a los onductores

Nota: Cuando es un solo conductor el radio es igual al Radio Medio Geometrico

h = altura media de las fases

δ m RMG (mts) DMG (mts) r (cm) δ : Factor de densidad

0.98 0.81 0.0092 2.52 0.92

Vo 209.3055

Vo V (f-f) V (ft)209.3055 138.00 79.67

Cs 2.63

mf

ms

mf = Coef. de forma del conductor.

ms = Coef. de superficie del conductor.

dab

(mts) dbc

(mts)

dca

(mts)

dab

: distancias entre fases (mts)

Tension critica disruptiva en KVrms de fase a neutro

Las ecuaciones difieren porque dependen del numero de conductores.

Coeficiente de seguridad del efecto corona (Cs >1)

El efecto corona es una descarga provocada por la ionización del aire que rodea al conductor cuando este se encuentra energizado. Se debe al gradiente de potencial presente en la superficie del conductor y es función del diámetro de este. Puede escucharse como un zumbido y es visible en la noche como un resplandor violeta.

La formula no determina que para que no se presente el efecto corona en un línea el Coeficiente de seguridad debe ser mayor que la unidad.

C S=VoV ft

1

V 0=69∗mδ23∗1−. 07 r r *log10

DMG∗100RMG

HMG =3ha∗hb∗hc

RMG =nnr∗Rn−1

DMG =3d ab∗d bc∗d ca

m=m f∗ms

Como podemos observar los valores obtenidos para el coeficiente de seguridad son mayores de la unidad, en ambos casos en lado de alta y lado de baja. Por lo que nos indica que en nuestra subestación no se presentara el efecto corona. Previamente las literaturas nos indican que este fenómeno se comienza a presentar en línea mayores o iguales a los 230 Kv.

EFECTO CORONA


Factor de superficie

1 0.9

m 0.9

No de Conductores 1

Distancia Media Geometrica

0.50 0.50 1.000DMG 0.63

Radio medio Geometrico (mts)No Conduct r (cm) R

r = radio del conductor (cm) 1 7.07 706.50R = radio del circulo que contiene a los onductores RMG (mts) 0.0707

Nota: Cuando es un solo conductor el radio es igual al Radio Medio Geometrico

h = altura media de las fases

δ : Factor de densidad δ m RMG (mts) DMG (mts) r (cm)

0.98 0.9 0.071 0.63 7.07

Vo 644.1

Vo V (f-f) V (ft)644.066 24.90 14.38Cs 44.80

mf

ms

= Coef. de forma del conductor.= Coef. de superficie del conductor.

dab

(mts) dbc

(mts)

dca

(mts)

: distancias entre fases (mts)

Tension critica disruptiva en KVrms de fase a neutro

Coeficiente de seguridad del efecto corona (Cs >1)

El efecto corona es una descarga provocada por la ionización del aire que rodea al conductor cuando este se encuentra energizado. Se debe al gradiente de potencial presente en la superficie del conductor y es función del diámetro de este. Puede escucharse como un zumbido y es visible en la noche como un resplandor violeta.

La formula no determina que para que no se presente el efecto corona en un línea el Coeficiente de seguridad debe ser mayor que la unidad.

C S=VoV ft

1

HMG =3ha∗hb∗hc

RMG =nnr∗Rn−1

DMG =3d ab∗d bc∗d ca

δ=3.92∗b273t

m=m f∗ms

V 0=69∗mδ23∗1−. 07 r r*log10

DMG∗100RMG

Como podemos observar los valores obtenidos para el coeficiente de seguridad son mayores de la unidad, en ambos casos en lado de alta y lado de baja. Por lo que nos indica que en nuestra subestación no se presentara el efecto corona. Previamente las literaturas nos indican que este fenómeno se comienza a presentar en línea mayores o iguales a los 230 Kv.

Calculo de Capacidad y Localizacion del Pararrayo

Barra (kv) 138.00

Tension Nominal

0.8 145 Vmax= voltaje maximo del apararrayo116

Corriente de descargaNBI

650 300 28.67

Alternativa Zo= Impedancia Caracteristica del Apartarrayo.

Tension Nominal (Kv) 144

5

1200

375

Margen de proteccion en porcentajeNBI (Kv) Vp (Kv)

650 375Mp (%) 73.33

520.00

Distancia max de PararrayoVp (kv) Const

520.00 375 300 1200X (mts) 18.13 S= Indice de elevacion de tension en Kv/m*seg

Ke Vmax (KV)

VN (KV) VN = voltaje Nominal

Z0 (ohm) Kr

Id (Kamp)

Corriente de descarga (Kamp)

Indice de elevacion de tension (Kv/micr*seg)tension de descarga con una onda de impulso de 1,2/50 Microseg

Vmax 1= 0,8*NBI (KV) =

Vmax (kv) S (Kv/microf*seg)

Cuando determinamos la magnitud de la corriente nodirigimos a la tabla 4,8 del Harper y extaremos la selección de Parrayo.

Ke= 0,8, nos representa que el sistema tiene el neutro conectado solidamente a tierra.Para un nivel ceraunico igual a 40, Kr =2.

Tabla. 4,8. E.Harper.Pag,366

Vp=Tension de descarga con una onda de impulso de 100/12 KV/microseg.

Una vez calculado todos los parámetros para la adecuada selección de nuestro apartarrayo, es de suma importancia calcular la máxima distancia a la que lo podemos ubicar de los equipos, esto con el fin de no cometer el error de sobrepasar esta distancia hasta una zona donde nos deje de garantizar la protección de nuestros equipos.

Pararrayo: Dispositivo que limita la amplitud de las sobretensiones originadas por descargas atmosféricas, operación de interruptores o desbalanceo de sistemas.

Un dispositivo de protección efectivo debe tener tres características principales: Comportarse como aislador mientras la tensión aplicada no exceda de cierto valor predeterminado, convergiéndose en conductor al alcanzar la tensión ese valor y conducir a tierra la onda de corriente producida por la onda de sobre tensión. Una vez desaparecida la sobre tensión y restablecida la tensión normal, el dispositivo de protección debe de ser capaz de interrumpir la corriente.

El debe activarse bajo los diferentes ambientes: 1.- Sobre tensiones por impulso por rayo. 2.- Sobre tensiones de impulso por maniobra 3.- Sobre tensiones de baja frecuencia.

Vn=Ke∗V MAX

id=K r∗2∗NBIZ 0

Mp=NBI−Vp

Vp∗100

X=300∗V max1−Vp

2∗S

Calculo de Capacidad y Localizacion del Pararrayo

Barra (kv) 13.8

Tension Nominal

Vmax= voltaje maximo del apararrayo 0.8 14.4911.59

Corriente de descargaNBI

126 50.4 210.00

Zo= Impedancia Caracteristica del Apartarrayo. Alternativa

Tension Nominal (Kv) 30

5

250

80

Margen de proteccion en porcentajeNBI (Kv) Vp (Kv)

126 72Mp (%) 75.00

100.80

Distancia max de PararrayoVp (kv) Cosnt

100.80 72 300 250S= Indice de elevacion de tension en Kv/m*seg X (mts) 17.28

Ke Vmax (KV)

= voltaje Nominal Vs (KV)

Z0 (ohm) Kr

Id (Kamp)

Corriente de descarga (Kamp)

Indice de elevacion de tension (Kv/microseg)tension de descarga con una onda de impulso de 1,2/50 Microseg

Vmax 1= 0,8*NBI (KV) =

Vmax (kv) S (Kv/microf*seg)

Cuando determinamos la magnitud de la corriente nodirigimos a la tabla 4,8 del Harper y extaremos la selección de Parrayo.

Ke= 0,8, nos representa que el sistema tiene el neutro conectado solidamente a tierra.Para un nivel ceraunico igual a 40, Kr =2.

Tabla. 4,8. E.Harper.Pag,366

Vp=Tension de descarga con una onda de impulso de 100/12 KV/microseg.

Una vez calculado todos los parámetros para la adecuada selección de nuestro apartarrayo, es de suma importancia calcular la máxima distancia a la que lo podemos ubicar de los equipos, esto con el fin de no cometer el error de sobrepasar esta distancia hasta una zona donde nos deje de garantizar la protección de nuestros equipos.

Pararrayo: Dispositivo que limita la amplitud de las sobretensiones originadas por descargas atmosféricas, operación de interruptores o desbalanceo de sistemas.

Un dispositivo de protección efectivo debe tener tres características principales: Comportarse como aislador mientras la tensión aplicada no exceda de cierto valor predeterminado, convergiéndose en conductor al alcanzar la tensión ese valor y conducir a tierra la onda de corriente producida por la onda de sobre tensión. Una vez desaparecida la sobre tensión y restablecida la tensión normal, el dispositivo de protección debe de ser capaz de interrumpir la corriente.

El debe activarse bajo los diferentes ambientes: 1.- Sobre tensiones por impulso por rayo. 2.- Sobre tensiones de impulso por maniobra 3.- Sobre tensiones de baja frecuencia.

Vn=Ke∗V MAX

id=K r∗2∗NBIZ 0

X=300∗V max1−Vp

2∗S

subestaciones electricas

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