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CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
BARRAS RIGIDAS
Las barras tubulares o rígidas, se usan principalmente en
subestaciones donde las corrientes a ser transmitidas sean
grandes y/o las tensiones sean muy elevadas. También se usan en
las subestaciones blindadas o GIS, donde los espacios son
reducidos.
Al igual que en las barras flexibles, el material mas usado para las
barras rígidas es el aluminio con sus diferentes aleaciones.
Las barras rígidas, a pesar de su alto costo en comparación con
los otros tipos de barras ofrecen las siguientes ventajas:
- Igual resistencia a la deformación en todos los planos, teniendo
además, capacidad de conducción de corriente relativamente
grande por unidad de área.
- Reduce el número de soportes necesarios debido a su rigidez.
La selección del diámetro y sección de los tubos se hace en base a
la capacidad de conducción de corriente y a su deflexión.
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
METODOLOGÍA PARA CÁLCULO DE LA CAPACIDAD
TÉRMICA EN BARRAS DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
Se describirán las metodologías para el cálculo de la capacidad
térmica en las barras de las subestaciones eléctricas que
constituyen los patios de la subestación primaria de 115 kv.
Las normas que se utilizan como referencia para el desarrollo
de dichas metodologías son las siguientes:
- IEEE Std 605 (1998) “Guide for desing of substations Rigid-Bus
Structures” [15].
- IEEE Std 738 (1993) “Calculating the current-temperature
relationship of bare overhead conductors” [29].
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
• Objetivo del cálculo de la capacidad térmica en barras de
subestaciones eléctricas
El cálculo de la capacidad térmica es obtener las magnitudes de las
corrientes que manejarán las barras de la subestación a diseñar con
el fin de determinar si violan sus capacidades térmicas, tomando en
consideración bajo qué condiciones de operación estará sometida
dicha subestación.
los procedimientos expresados por las dos normas que se
estudiarán en ésta presentación son similares desde un punto
de vista general; no así desde el punto de vista de variables y
constante a utilizar. Para visualizar el procedimiento macro a
seguir para determinar la capacidad térmica en barras de
subestaciones, ya sean flexibles o rígidas, se puede ver el
diagrama de flujo de la figura
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
Diagrama de flujo para cálculo de capacidad térmica en barras
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
Las condiciones de operación se deben definir en base al
arreglo de barras de la subestación, así como la consideración
de la potencia que manejará la misma, de ésta forma se
establecen las corrientes nominales y de sobrecarga en el
sistema. Se deberá disponer el dato de la resistencia de la
barra; en el caso de tener el dato de la resistencia AC el efecto
pelicular está considerado dentro de la misma, en caso
contrario es necesario aplicar factores de corrección por efecto
Skin para poder obtener la capacidad térmica de las barras.
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
• Capacidad térmica de conductores (rígidos) según IEEE Std
605 [15]
La metodología para cálculos de capacidad térmica propuesta por la IEEE
Std 605 [15] aplica únicamente para barras rígidas. Su formulación para
éste cálculo es la ecuación
A continuación se describirá el desarrollo de las potencias empleadas en la
ecuación tomando en cuenta que, el procedimiento y el uso de sus constantes
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
Potencia absorbida por insolación:
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
Potencia perdida por convección:
La norma IEEE Std 605 [15] propone
diferentes metodologías para el caso de
configuraciones
de barras planas o tubulares. Para el caso
más común (barras tubulares) la
formulación es la siguiente:
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
Donde:
- ΔT: es la diferencia de temperatura entre la
superficie del conductor y el ambiente, [ °C].
- d: diámetro de la barra, [in].
- A: área de la superficie del conductor,
[pulgadas cuadradas por pies].
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SUBESTACIONES PRIMARIAS
• Potencia perdida por radiación:
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SUBESTACIONES PRIMARIAS
• Potencia perdida por conducción
Su valor es despreciable, la norma IEEE 605 [15], no expresa
formulaciones para su cálculo
Capacidad térmica de conductores (flexibles) según IEEE Std 738 [29]
La metodología para cálculo de capacidad térmica para barras
flexibles expuesta por la norma IEEE Std 738 [29]. En el anexo G se
expresan todas éstas ecuaciones de potencia bajo la metodología
IEEE 738 [29].
Las metodologías de las normas IEEE Std 738 [29] yy otras normas se
basan ambas en el uso de la ecuación de balance térmico, involucrando
las mismas potencias (Insolación, convección y radiación). Se ha realizado
una adaptación de la norma IEEE para casos de
diseños de subestaciones adaptados en la línea ecuatorial
Recordemos que la norma IEEE Std 738 expresa un procedimiento
únicamente para diseño de barras flexibles ó conductores trenzados.
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
Un dato interesante, es que la velocidad del viento no está involucrada
dentro de las ecuaciones de convección de la norma IEEE 605 [15],
La norma IEEE 605 [15] aplica únicamente para casos de diseños de
barras rígidas
Capacidad por cortocircuito
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
Consideraciones para el cálculo de la capacidad térmica de
barras en subestaciones eléctricas
Las condiciones ambientales en la zona de Acajutla son las siguientes
Temperatura Ambiente: Máxima 40°C, Mínima 20.0°C.
- Altitud: Menor a 1000 metros sobre el mar.
- Velocidad del Viento: Máxima 110 km/h, Mínima 13 km/h.
- Barras flexibles: ACAR calibre KCM 1024.
- Barras rígidas: ASA Schedule 40 (4´´).
Resultados de la aplicación para metodología propuesta para
diseño capacidad térmicas de barras en subestación ACAJ 115 kV
Para el estudio del sistema de barras flexibles, la empresa PDVSA
exigió el uso de un conductor_________, por lo cual para el cálculo de
capacidad térmica se trabajó con los siguientes valores (ver tabla):
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
• Por ej. Tabla Propiedades físicas y eléctricas
del ACAR KCM 1024
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
Las corrientes manejadas por la subestación se obtienen con la
ecuación
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
Tomando el peor caso de operación, se tendría todas las unidades de Sub
Acajutla trabajando a su máxima capacidad (despacho alto de generación
época seca 316 MVA), que sería la peor condición de sobrecarga y que
provocaría las mayores circulaciones de corrientes dentro de la subestación
• Para esta potencia se tendrán 1588.0 Amp o 1600.0 amp
Resultados de capacidad térmica para barras flexibles – Norma IEEE 738
[15]
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
Capacidad térmica en barras rígidas
Para el estudio del sistema de barras rígidas se propone el uso de un
conductor ASA Schedule 40 de 4´´ cuyas características se reflejan en la tabla
Propiedades físicas y eléctricas del ASA Schedule 40 4´´
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
•
La resistencia AC de la barra tubular en estudio en condiciones de
:
contingencia (110°C) es
Resultados de capacidad térmica (barra Schedule 40 4¨) - IEEE
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
Los resultados obtenidos mediante la aplicación de la metodología IEEE 605
[15], la cual es una norma específica para barras rígidas, demuestra que para
una Schedule 40 4’’ la capacidad de corriente en la zona de implantación de la
subestación soporta sin ningún problema las corrientes nominales, de
sobrecarga
El Capacidad de cortocircuito
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
• FACTORES DE DISEÑO
Para el diseño de las barras colectoras tanto rígidas como
flexibles, se deben realizar todo o parte de los
siguientes cálculos:
a) Corriente nominal
b) Esfuerzos electrodinámicos ejercidos por las corrientes
de cortocircuito.
c) Efectos térmicos provocados por la corriente nominal y
cortocircuito.
d) Resonancia
e) Flecha
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
• CORRIENTE NOMINAL
La corriente nominal de las barras se determina en función de la
potencia y de los parámetros del sistema, con la siguiente
formula.
Para determinar la capacidad de corriente de los conductores de la
subestación se deben no solo tomar en cuenta la corriente nominal, sino
también la temperatura ambiente, velocidad del viento y la radiación
solar.
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
COMO EJEMPLO DE APLICACIÓN
ESFUERZOS ELECTRODINAMICOS EJERCIDOS POR LA CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
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SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
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SUBESTACIONES PRIMARIAS
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SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
EJEMPLO DE APLICACIÓN
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE
SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE SUBESTACIONES PRIMARIAS
CALCULO DE BARRAS DE SUBESTACIONES
PRIMARIAS
• Existen modelos para el calculo de barras y estos son los
siguientes:
1. Westinghouse
2. Referencia “ Transmission and Distribution Reference Book.”
3. Westinghouse Modificado ( Incluye el efecto de insolacion
solar).
4. Referencia “ Transmission and Distribution Reference Book.”
5. Azimuth Solar
6. Murray W. Davis, IEEE, Vol. 89, Marzo 1970.
• Modelo Westinghouse
• Partiendo de la ecuacion general de balance termico para
este modelo la cual es:
• Pg = (Wr +Wc ) A
CALCULO DE BARRAS DE SUBESTACIONES
PRIMARIAS
• Calor o Potencia generado por efecto
Joule.
• Es el calor generado por el propio
conductor debido al efecto Joule su valor
se obtiene mediante la siguiente ecuacion: