INFORME DE CÁLCULO DE PUESTA A TIERRA

INFORME DE CÁLCULO DE PUESTA A TIERRA
PROYECTO LINEA AFH-3
PAPELES INDUSTRIALES S.A.
Diseño y Cálculo
Fecha
: Alejandro Aguila Z.
: Junio 2008
INFORME DE CALCULO DE PUESTA A TIERRA
PROYECTO LINEA AFH - 3
PAPELES INDUSTRIALES S.A.
ÍNDICE
1
OBJETIVO Y CONTENIDO ............................................................................................. 3
1.1
Objetivo....................................................................................................................... 3
1.2
Contenido ................................................................................................................... 3
2
DOCUMENTOS DE REFERENCIA................................................................................. 3
2.1
Especificaciones Técnicas ......................................................................................... 3
2.2
Normas ....................................................................................................................... 3
3
INFORME DE MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DE TERRENO ...................................... 4
3.1
Identificación del Lugar .............................................................................................. 4
3.2
Metodología ................................................................................................................ 4
3.3
Tabla de Valores Medidos en Terreno....................................................................... 5
3.4
Resultados de la Medición ......................................................................................... 6
4
MEMORIA DE CÁLCULO DE LA PUESTA A TIERRA................................................. 6
4.1
Bases Generales de Cálculo...................................................................................... 6
4.1.1
Valores de Cortocircuito............................................................................................. 6
4.1.2
Características del Terreno........................................................................................ 7
4.2
Bases Teóricas de Cálculo de los Parámetros Geoeléctricos .................................. 7
4.2.1
Cálculo de la Resistividad Equivalente ...................................................................... 7
4.2.2
Cálculo de la Resistencia de Malla ............................................................................ 8
4.3
Resultados.................................................................................................................. 9
4.3.1
Parámetros Físicos de la Malla de Tierra .................................................................. 9
4.3.2
Parámetros Geoeléctricos........................................................................................ 10
4.3.3
Parámetros Eléctricos.............................................................................................. 10
4.3.4
Diseño de la malla MT.............................................................................................. 10
4.4
Sección del Conductor ............................................................................................. 11
4.5
Características Constructivas Definitivas ................................................................ 12
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PROYECTO LINEA AFH - 3
PAPELES INDUSTRIALES S.A.
1
OBJETIVO Y CONTENIDO
1.1
Objetivo
El propósito de esta memoria de cálculo, es fijar las características constructivas de la
malla de puesta a tierra para las instalaciones eléctricas de la nueva Subestación para el
proyecto AFH-3 de la empresa Papeles Industriales S.A (PISA), ubicada en
Panamericana Norte Nº 22550, Comuna de Lampa Región Metropolitana.
1.2
Contenido
Este documento entrega el dimensionamiento de la malla de puesta a tierra común de
MT, BT y de protección del edificio contra transferencias de potenciales peligrosos.
2
DOCUMENTOS DE REFERENCIA
2.1
Especificaciones Técnicas
2.2
Normas
Las mallas de tierra para su dimensionamiento deberán cumplir, en lo que corresponda,
las normas emitidas por los siguientes organismos:
Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC).
Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEE).
Las normas específicas a considerar serán las siguientes:
NCh 2/84,
Elaboración y Presentación de Proyectos.
NCh 4/2003
Instalaciones Interiores en BT.
NCh 10/84
Trámite para la Puesta en Servicio de una Instalación Interior.
NSEC20.Ep78
Electricidad. Subestaciones Transformadoras Interiores.
IEEE 80
Guía de Seguridad para Puesta a Tierra de Subestaciones de Corriente
Alterna.
IEEE 81
Mediciones de Puestas a Tierra.
Como guía para la interpretación de las mediciones de resistividad se consideró el texto:
“Tablas y Curvas para Sondeos Eléctricos Verticales Sobre Terreno Estratificados”, de
Ernesto Orellana y Harold Monney, Ed. Interciencias – 1966 (Madrid).
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3
INFORME DE MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DE TERRENO
3.1
Identificación del Lugar
3.2
INTERESADO:
PAPELES INDUSTRIALES S.A.
DIRECCIÓN :
Panamericana Norte Nº 22550.
COMUNA
Lampa. Región Metropolitana.
:
LA MEDICIÓN SE DESARROLLÓ EN:
Terreno natural frente a nave de producción
ENCARGADO DE LA MEDICIÓN:
Emelta S.A.
Metodología
Se efectuó una medición de resistividad de terreno en las siguientes condiciones:
Fecha de medición:
26.06.2003
Personal a cargo:
Un ingeniero - dos ayudantes
Condiciones ambientales:
Día asoleado
Descripción general del terreno:
Seco- homogeneo
Metodo de medición:
Schlumberger - Cuatro Electrodos
Instrumento Empleado:
Saturn Geo X, modelo A188506510
Circuito de Medición
I
V
V
I
B/2
A
a
A
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Descripción del procedimiento: Se efectuó una medición con diez lecturas.
3.3
Tabla de Valores Medidos en Terreno
N
a
A
R
ρ
1
1
1
4.40
28
2
1
1.5
1.53
18
3
1
2
0.90
17
4
1
3
0.40
15
5
1
4
0.30
19
6
1
5
0.24
23
7
1
7
0.10
18
8
1
10
0.08
28
9
1
15
0.04
30
10
1
20
0.02
26
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3.4
Resultados de la Medición
La interpretación de la medición se obtuvo por la aplicación de las Curvas Patrón de
Orellana y Mooney, entregando los siguientes resultados:
Configuración del terreno: Tres capas.
Curva Patrón
H 3-2
p1 =
22
O-m
E1 =
1,7
m
p2 =
14,3
O-m
E2 =
3,4
m
p3 =
110
O-m
E3 =
∞
m
ρ1, ρ 2 y ρ 3 corresponden a las resistividades específicas de cada estrato encontrado.
E1, E2 y E3 corresponden a los espesores de cada estrato.
4
MEMORIA DE CÁLCULO DE LA PUESTA A TIERRA
4.1
Bases Generales de Cálculo
Los cálculos que se presentan a continuación son el resultado del procesamiento de los
datos de terreno y la información definida en los párrafos precedentes; este
procesamiento se hace a través de la aplicación del Programa de Cálculo DIMATIC V2.
Este programa a su vez desarrolla sus algoritmos sobre la base del método IEEE 80,
modificado.
En el cálculo se han considerado los siguientes valores base:
4.1.1 Valores de Cortocircuito
De acuerdo a la información entregada por la compañía distribuidora los parámetros
valores de cortocircuito en MT en la Subestación de la Planta serán:
I3φ = 2527 A tiempo operación = 0.748 seg.
I1φ = 1852 A
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Xcc(+) = Xcc (-) = 5,25 (Ω)
Xcc(0)
= 11,00 (Ω)
XCC( +) =
V
3 * Icc 3φ
3V
Xcc(0) =
3 * Icc1φ
− ( Xcc( +) + Xcc( −) )
4.1.2 Características del Terreno
Las características necesarias para el cálculo se obtuvieron de la medición de resistividad
cuyos resultados se muestran en el numeral 3.3.
4.2
Bases Teóricas de Cálculo de los Parámetros Geoeléctricos
4.2.1 Cálculo de la Resistividad Equivalente
El primer paso requerido por el programa es la determinación de la resistividad
equivalente, lo cual se logra por la aplicación de las ecuaciones de Bugsdorff y Yakobs las
cuales establecen que:
Siendo ρeq, la resistividad equivalente buscada, su valor se obtiene de la expresión.
ρeq =
Fn
, siendo
1
[
F
−
F
]
∑
i
i −1
i =1 ρi
n
V i2
Fn =
1−
ro =
r2 − b2
r 02
; a su vez en esta ecuación
, en donde
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S
π
r =
,y
[
Vi2 = 0,5 u i − u i2 − 4q 20 r02
]
, siendo
q02 = 2r (r + b)
u i2 = q 02 + r02 + hi2 ,
La simbología de estas fórmulas de cálculo, es la siguiente:
b =
Longitud del semieje del elipsoide que contiene la puesta a tierra de resistencia
equivalente.
S =
Superficie cubierta por la puesta a tierra proyectada.
r =
Radio equivalente de la malla proyectada.
pi =
Resistividad del estrato iésimo.
hi =
Profundidad del estrato iésimo.
Fn, Fi, Vi, ro, qo, ui son parámetros empíricos, intermedios de cálculo.
La aplicación de estas ecuaciones sobre los datos obtenidos de la medición de terreno
conduce al valor de resistividad equivalente mostrado en el numeral 4.3.2.
4.2.2 Cálculo de la Resistencia de Malla
El paso siguiente del programa es el cálculo de resistencia de la malla de tierra
proyectada; esto se logra por la aplicación de las ecuaciones de Schwarz, que establecen
para una puesta a tierra reticulada que:
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Rm =
ρ eq  2 L K1L

+
− K 2 , siendo
ln
πL 
S
hd

K1 = 1,43 −
K 2 = 5,5 −
h
S
− 0,044
A
,y
B
8h 
h A
− 0,15 −

S 
S B
A
= Lado mayor de la malla (m).
B
= Lado menor de la malla (m).
S
= Superficie de terreno delimitada por la malla (m2).
L
= Largo de conductor enterrado (m).
d
= Diámetro del conductor (m).
h
= Profundidad de enterramiento de los conductores de la malla (m).
ρeq = Resistividad equivalente del terreno (Ω-m).
4.3
Resultados
4.3.1 Parámetros Físicos de la Malla de Tierra
Sección conductor
67
mm2
Conductores al largo
8
c/u
Conductores al ancho
8
c/u
K1 (factor de forma geométrica)
1,188
K2 (factor por condiciones constructivas)
4,878
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4.3.2 Parámetros Geoeléctricos
Resistividad superficial zona mall (ph)
5.000
O-m
Resistividad equivalente terreno
23,23
O-m
(peq)
4.3.3 Parámetros Eléctricos
Resistencia de malla (Rm)
: 1.46 (Ω)
4.3.4 Diseño de la malla MT.
El diseño de la malla se muestra en la siguiente figura:
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4.4
Sección del Conductor
Considerando que es imposible separar las mallas se trata como una malla común MT –
BT, la sección del conductor de malla se dimensionó considerando la máxima corriente de
falla a tierra estimada para la distribución en 380 V, la que se estimó producida por un
cortocircuito en barras de la subestación que es de 1x1500 kVA. Adoptando un valor de
impedancia de 6% para el transformador y considerando las condiciones de cortocircuito
en el empalme indicadas en el numeral 4.1.1 el cortocircuito en BT de la subestación será:
Icc ( BT ) =
3
Zcc
V = 400(V )
Zcc = Zcc(+)s+Zcc(-)s+Zcc(0)s+Zcc(+)t+Zcc(-)t+Zcc(0)t
Siendo: Zcc(+)s, Zcc(-)s y Zcc(0)s, las componentes de secuencia de la impedancia de
cortocircuito del sistema, expresadas en Ω según lo indicado en 4.1.1, y
Zcc(+)t, Zcc(-)t y Zcc(0)t las componentes de secuencia de la impedancia del
transformador de 1x1500 kVA tomado como base de cálculo, expresadas en Ω.
Los valores numéricos de las componentes de secuencia de la impedancia de
cortocircuito del transformador se calcularán según la expresión:
ZΩcc( +) = ZΩcc( −) =
ZΩ(0)
Z (o / 1) * kV 2
y
MVA
= 0,9*ZΩcc(+)
Siendo:
Z(o/1)
= 0,06 impedancia de circuito equivalente del transformador expresada en
tanto por uno
KV
= 0,4 tensión nominal del secundario expresada en kV.
MVA
= potencia nominal del transformador expresada en MVA
Los valores de impedancia mostrados en 4.1.1 están expresados en Ω referidos a la
tensión primaria de 23 kV, para obtener estos mismos valores expresados en Ω referidos
a la tensión secundaria de 400 V se utilizó la expresión:
ZΩbaseB =
ZΩbaseA * kV 2baseB
kV 2baseA
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Haciendo los correspondientes reemplazos numéricos en las expresiones indicadas se
obtiene una impedancia final de cortocircuito de
Zcc = 0.0186 Ω
Con lo cual se obtiene una corriente de cortocircuito a malla de:
Icc =
3xV
3Zcc
=
3 x400
3Zcc
= 37.114( A)
Introduciendo este valor de cortocircuito en la expresión de Onderdonk se obtiene una
sección mínima de conductor de:
S min =
Icc
 TA − ta

lg 10 
+ 1
 234 + ta 
1973 *
33 * top
= 69.19mm 2
TA = Tº máxima.
Admisible 450ºC
ta = temperatura ambiente 30º
top = tiempo de operación de las protecciones.
Smin = 37.58 mm²
4.5
Características Constructivas Definitivas
De acuerdo a los resultados obtenidos, el conductor considerado para el diseño de la
malla es superior al mínimo exigido por el cálculo, por lo que se construirá una malla de
tierra en cables de cobre desnudo de 67,43 mm2, de las dimensiones y forma mostradas
en plano, enterrada a 0,6 m de profundidad bajo el terreno natural, las uniones entre los
conductores de la malla, y los chicotes de salida se harán mediante fusión termoquímica,
tipo Cadweld, modelo XAC- 2G-2G y TAC-2G-2G, con cargas 115 y 90 respectivamente.
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