Diseño Subestacion Nueva Ola

Proyecto de asignatura Subestaciones:

DISEO Y MEMORIAS DE CALCULO DE LA

SUBESTACIN ELECTRICA NUEVA OLA

PRESENTADO ANTE:

Ing. Jaime Galindo Crdenas

Por:

Luis Carlos Ramrez Rodrguez

Lennis Ernesto Chaparro Granados

Oscar Andrs Ramrez Rodrguez

Bucaramanga, abril de 2014

ESCUELA DE INGENIERASELCTRICA, ELECTRNICA

Y DE TELECOMUNICACIONES

ESCUELA DE INGENIERASELCTRICA, ELECTRNICA

Y DE TELECOMUNICACIONES

INTRODUCCIN

Las subestaciones elctricas son esenciales dentro del sistema de potencia ya que son instalaciones con un conjunto de dispositivos y circuitos que tienen la finalidad de modificar las variables de tensin y corriente y de dar un medio de interconexin y despacho entre las lneas del sistema. Al ser las subestaciones tan importantes se debe analizar la confiabilidad que se tiene que brindar al servicio as como la importancia de la subestacin en el sistema.

En este proyecto se realizara el diseo de una subestacin con tensiones de 230 KV y 115 KV con configuracin en anillo. Adems se contara con un sistema de distribucin a 34.5 y 13,8 KV con barra sencilla con equipo dentro de la caseta de control. Se llevara a cabo estudios para la seleccin adecuada de los elementos de cada patio, anlisis cuidadoso de las distancias exigidas por la normativa Colombiana.

1. SUBESTACIONES ELECTRICAS

1.1 Definicin

Una subestacin elctrica es la exteriorizacin fsica ce un nodo de un sistema elctrico de potencia, en el cual la energa se transforma a niveles adecuados de tensin para su transporte, distribucin o consumo, con determinados requisitos de calidad. Est conformada por un conjunto de equipos utilizado para controlar el flujo de energa y garantizar la seguridad del sistema por medio de dispositivos automticos de proteccin [1]

1.2 Ubicacin

La subestacin NUEVA OLA se ubicara a 30 metros sobre el nivel del mar (msnm) en la ciudad de Barranquilla, Colombia. Los aspectos climatolgicos se resumen en la tabla 1.

Tabla 1: Caractersticas climatolgicas de la zona de ubicacin

SELECCIN DE BARRAJES

Nivel de 230 kV

El barraje en el patio de 230 kV de la subestacin Nueva Ola presenta una configuracin en anillo donde se interconectarn 6 lneas y una salida a transformador. Aparte de una baha adicional de lnea por cuestiones de ampliaciones futuras.

Para la determinacin de la capacidad del barraje, por medio del flujo de cargas se determina las condiciones ms crticas a las cuales las subestaciones puede llegar; segn la informacin suministrada en el Plan de Expansin Nacional, se espera un flujo mximo aproximado de 1475 MVA en la subestacin Nueva Ola 230kV en el ao 2020.

Configuracin en anillo

Capacidad del barraje

Se tiene en cuenta los mximos valores de las derivaciones que presenta el anillo de 230 [kV] para el ao 2020. Las cuales se presenta a continuacin.

Para determinar la capacidad del barraje se tienen se presenta los siguientes escenarios de operacin.

De A Potencia [MVA] Corriente[A] Observacin

San Marcos N.Ola 230 518 1300

La Laguna N.Ola 230 498 1250

Armenia N.Ola 230 140 350 Expansin

Esmeralda N.Ola 230 319 800

N.Ola 230 Cao Frio 430 1080

N.Ola 230 Antonia 429 1078

N.Ola 230 Cigarra 398 1000

N.Ola 230 N.Ola 115 216 542 Salida TRF

Lineas Maximos Valores

1. Las corrientes presentadas en el anlisis corresponden a las capacidades de

transporte de emergencia de las lneas mencionadas, ya que estas son las ms

crticas.

2. Las lneas provenientes de la subestacin San Marcos y Esmeralda inyectan una

potencia de 518 [MVA] y 319[MVA].

3. La lnea dirigida a la subestacin Antonieta se encuentra fuera de servicio,

originando un flujo de corriente mximo de 2100[A] en el tramo de barraje entre las

derivaciones Esmeralda y Cao frio.

4. El trasformador de 180[MVA], 230/115 [kV] se encuentra sobrecargado un 20%.

5. La lnea proveniente de la subestacin Armenia se encuentra en servicio.

Barraje Flexible Dadas las condiciones ms crticas de operacin listadas anteriormente, el barraje en anillo de 230 kV se decide formarlo por conductores flexibles tipo 2.50 ACSR/AE (expandidos en aire) con una capacidad nominal de 2190 A(ver catalogo ACSR_AE)

Nivel de 115 kV El barraje de la subestacin Nueva Ola 115 [kV] tendr una configuracin en anillo con 6 derivaciones de lnea y dos derivaciones de transformadores; igual que el anillo de 230 kV el barraje posee una baha de lnea para ampliacin. Para determinar la capacidad del barraje se procede de la misma forma que se expuso anteriormente. Capacidad del barraje Se tiene en cuenta los mximos valores de las derivaciones que presenta el anillo de 115 [kV] para el ao 2020. Las cuales se presenta a continuacin.

Para determinar la capacidad del barraje se tienen se presenta los siguientes escenarios de operacin.

1. Las corrientes presentadas en el anlisis corresponden a las capacidades de

transporte de emergencia de las lneas mencionadas, ya que estas son las ms

crticas.

2. La lnea proveniente de la subestacin El Paso inyecta una potencia de 110

[MVA].

De A Potencia [MVA] Corriente[A] Observacin

El Poso N.Ola 115 110 550

N.Ola 230 N.Ola 115 216 1084 Entrada TRF

Canario N.Ola 115 80 400

San Marcos N.Ola 115 60 300

N.Ola 115 Pompa 80 400

N.Ola 115 Calera 175 880

N.Ola 115 Caracol 100 500

N.Ola 115 Remo 62 313 Expansion

N.Ola 115 N.Ola 34.5 48 241 Salida TRF

Lineas Maximos Valores

3. El banco de transformadores 230/115[kV] se encuentra trabajando a su mxima

cargabilidad 120%, inyectando un flujo de corriente de 1084[A] al anillo de 115[kV].

4. La lnea dirigida a la subestacin Pompa se encuentra fuera de servicio.

6. El interruptor entre las derivaciones Poso-Nueva Ola 34.5 se encuentre en

mantenimiento, originando un flujo de corriente mximo de 1634[A] en el tramo de

barraje entre las derivaciones N. Ola 230 y Cigarra

Barraje Flexible Dadas las condiciones ms crticas de operacin listadas anteriormente, el barraje en anillo de 115 kV se decide formarlo por conductores flexibles ACC-Lupine (2500 KCM) con una capacidad nominal de 1706 [A](ver catalogo ACC).

Seleccin de aislamiento

DETERMINACIN DE PARARRAYOS.

Para la determinacin de los pararrayos de ZnO utilizados en la subestaciones se procede a realizar el siguiente procedimiento.

Nivel de Tensin: 230 kV Tensin mxima del sistema: Um=245kV Tensin contina de operacin (COV)

Sobretensin temporal (TOV)

Para sistemas slidamente aterrizados: Para sistemas aislados

La tensin nominal del pararrayo La tensin nominal del pararrayo se elige entre el mayor valor entre Ro y Re

Ko= Factor se dise del pararrayos. Para este caso Ko=0.8

=: Es la capacidad del pararrayos contra sobretensiones temporales y depende del tiempo de duracin de la sobretensin temporal.

Kt = 1.15; Para 1 segundo

Kt = 1.10; Para 10 segundo

Kt = 0.95; Para 2 horas

Como la tensin nominal de pararrayo se selecciona respecto a teniendo en cuenta un margen de seguridad del 10% para tensiones menores a 100 kV y 5% para tensiones mayores a 100 kV.

Corriente nominal de descarga In: Es el valor pico del impulso de corriente atmosfrico (tipo 8/20) que el descargador puede absorber sin daarse. Segn la NTC 4616 para sistemas de rango 1 (1kv< Vm< 245kV) con tensiones mayores a Vm>72.5 kV se selecciona pararrayos con corriente nominal de descarga tipo rayo de 10 [KA] Corriente impulso maniobra (30/60) Sistemas con Vm362 kV se selecciona impulso de corriente de maniobra de 2 kA Como nuestro sistemas Vm=245 kV se selecciona el pararrayo con corriente de maniobra de 1 [KA] Pararrayo normalizado Segn los clculos realizados anteriormente y con el catlogo de ABB mostrado en el anexo Catalogo de Pararrayo, se selecciona el pararrayo con tensin nominal superior a 189.02 kV. Para el sistema de 230 kV se muestra a continuacin los valores del pararrayo escogido.

Clase de descarga la lnea del pararrayo Para determinar la mnima clase de descarga de la lnea del pararrayo se procede a determinar la energa de absorcin de este mediante la siguiente formula:

192 154 452

Tensin de trabajo

continuo COV

[kVrms]

Tensin

nominal

[kVrms]

Tensin residual maxima con onda de corriente

30/60 us; 1[kA] 8/20 us; 10[kA]

NPM [kVpico] NPR [kVpico]

381

( )

Donde W: Energa absorbida Ups: Nivel de proteccin al impulso de maniobra,NPM Ue: Sobretensin esperada sin pararrayos Z: Impedancia caracterstica Tw: Tiempo de viaje de la onda, el cual es igual a la longitud del tramo de la lnea sobre la velocidad de propagacin

v: Velocidad de propagacin.

Lneas areas:

Lneas subterrneas:

Los valores tpicos de la impedancia caracterstica y la sobretensin del sistema se toma mediante la siguiente tabla[IEC 6099-4]

Para determinar el tiempo de viaje de la onda se selecciona la lnea ms larga que llega a la patio de 230 kV en la subestacin Nueva Ola. Por lo tanto se selecciona la lnea que llega de la subestacin Caracol de 156 km de longitud.

Por lo tanto la capacidad de energa requerida por el pararrayo es:

Obteniendo la energa requerida del pararrayo se procede a determinar la energa especfica W de este.

Finalmente se procede a determinar la relacin del nivel de proteccin al impulso maniobra con la tensin nominal del pararrayo.

A partir de los valores de la energa especfica y de la relacin hallada anteriormente se determina a travs de la siguiente grafica la clase de descarga de la lnea mnima que se debe utilizar en el pararrayo.

Por lo tanto para las condiciones especificadas del sistema, la clase de descarga de la lnea del pararrayo se puede escoger clase 1; sin embargo, por proximidad de la curva se recomienda seleccionar pararrayos de clase 2.

El pararrayo a suministrar (segn catalogo) es de clase 3 con una energa especifica nominal W=7.8 [kJ/kV], por lo tanto el pararrayo escogido garantiza la absorcin de la energa en el momento de la sobretensin.

Para la seleccin de los pararrayos en los niveles de tensin de 115kV, 34.5 kV y 13.2 kV se procede a realizar el mismo anlisis.

Determinados los pararrayos que se van a utilizar, a continuacin se muestra las caractersticas de cada uno de estos, loa cuales los catlogos se encuentran adjuntos al presente trabajo

Notas:

Para tensiones menores a 145 [kV] se selecciona ondas de corriente tipo maniobra

de 0.5 [kA].

Las dems caractersticas, como dimensiones, distancias de fuga; se pueden

encontrar en el catalogo teniendo en cuenta la referencia mostrada.

El nivel de polucin para la escogencia del pararrayo corresponde a un ambiente

muy alto.

[kV] [kV] kV]

115 34,5 13,8

123 36,6 14,5

90,38 26,89 10,65

SELECCIN DE PARARRAYOS

Tensin nominal del sistema, Vn[kV]

Tensin maxima del sistema, Vm[kV]

8,3721,1371,01

Mayor entre Ro y Re

Margen de Seguridad

94,90 11,7229,585% para Vn> 100 kV

10% para Vn

CLCULOS DE COORDINACIN DE AISLAMIENTO Hay dos mtodos para el clculo de niveles de aislamiento. Un mtodo convencional que es utilizado para tensiones menores a 300 kV y alturas menores de 1000 msnm y un mtodo estadstico para tensiones mayores. Como los niveles de tensin en la subestacin Nueva Ola son menores a este, se procede a utilizar el mtodo convencional. Se define los factores de seguridad que se van a utilizar.

Nivel de aislamiento tensin 230 kV Ya con los pararrayos seleccionados a este nivel de tensin, se utilizan el NPM y el NPR de este. Segn la tabla mostrada en el numeral anterior estos valores para los pararrayos utilizados a 230 kV son: Pararrayo EXLIM192-V245 NPR: 452[Kv] NPM: 381[Kv] Factor se seguridad Kl: 1.25, Utilizados generalmente para sistemas mayores de 52 [kV]. Factor se seguridad KM: 1.15. AISLAMIENTO EN EL AIRE Factor se seguridad K: 0.75 Se selecciona el nivel mnimo de aislamiento al impulso atmosfrico BILMIN

Se elige un valor normalizado por encima del BIL encontrado.

Se determina el BSL

0.83

0.6 a 0.75

FACTORES DE SEGURIDAD PARA LA COORDINACIN DE AISLAMIENTO

Relaciona el BSL y el BILEquipos sumergidos en aceite

Eqipos aislados al aireK

Factor de

SeguridadDescripcin Valor Observacin

Relaciona el NPR y el BIL 1.2 a 1.4Para Vm < 52 kV el valor mas

utilizado es 1.4Kl

1.15Relaciona NPM y el BSLKM

Obteniendo el BSL se debe verificar si este valor cumple con el factor de seguridad KM, respecto al nivel de proteccin al impulso tipo maniobra NPM. Por lo tanto se debe que cumplir:

Como la condicin se cumple ( 1.87 > 1.15) se establece que el nivel de aislamiento al impulso tipo rayo BIL de los equipos aislados en aire es de 950[kVp]. Si la relacin no se hubiera cumplido se aumentara el valor del BIL normalizado hasta que dicha relacin superara el margen de seguridad. AISLAMIENTO EN ACEITE Factor se seguridad K: 0.83 Se selecciona el nivel mnimo de aislamiento al impulso atmosfrico BILMIN

Se elige un valor normalizado por encima del BIL encontrado.

Se determina el BSL

Como la condicin se cumple ( 2.07 > 1.15) se establece que el nivel de aislamiento al impulso tipo rayo BIL de los equipos aislados en aire es de 950[kVp]. Para determinar los niveles de asilamiento de los sistemas de 115 , 34.5 y 13.8 [kV] se realiza el mismo procedimiento ejecutado anteriormente.

En la tabla anterior se determina el nivel de aislamiento de los diferentes equipos que se dispondrn en la subestacin. El BIL de cada nivel de tensin se resume en la siguiente tabla.

DISTANCIAS MININAS Las distancias mnimas en el aire se determinan por medio de la tabla A1 de la norma IEC 60071-2, que relaciona el nivel de proteccin al impulso tipo rayo con la distancias mnima existente entre diferentes clases de electrodos. Para sistemas rango 1 (Vm1.15 1,80 1,96 2,43

BSL(aire)/NPM >1.15 1,62 1,77 2,20

Cumple condicin SI SI SI

Cumple condicin SI SI SI

Vs 230[kV] 115[kV] 34.5[kV] 13.2[kV]

BIL [kVp] 950 450 145 75

NIVELES DE AISLAMIENTO

230 950 10% 2,1

115 450 10% 1,0

34.5 145 10% 0,30

13.8 75 10% 0,13

DISTANCIAS MINIMAS EN AIRE

Fase-Fase

y/o

Fase Tierra

1,9

0,9

0,27

0,12

Tipo de

aislamiento

Tensin

Sistema BIL[kVp]

Distancia min. segn IEC

[m]

Factor de

SeguridadTOTAL [m]

Nota: Los valores de las distancias entre fase-fase y fase-tierra son los mismos y son los mostrados en la tabla. Zona de seguridad. Para que el personal que se encuentre dentro de los patios de las subestaciones y no presente riesgo ante posibles flameos a travs de ella, se debe asegurar que siempre se mantenga el valor bsico de aislamiento entre el personal y cualquier estructura energizada. Por lo anterior teniendo en cuenta los posibles movimientos del personal (circulacin, trabajo, etc) dentro de la subestacin se determina una distancia de seguridad que se debe sumar al valor base para determinar la distancias total de dichas estructuras. Circulacin de personas. Para la circulacin de personas dentro de los patios debe asegurar una zona de seguridad de 2.25[m] del nivel del piso.

Zona de trabajo En las zonas de trabajo cercanas a estructuras energizadas se debe mantener una distancia de seguridad de 1,75[m] para trabajos horizontales y 1,25[m] para trabajo verticales.

Circulacin de vehculos Para determinar las zonas de seguridad cuando exista circulacin de vehculos en el patio para cuestiones de mantenimiento, se debe saber el perfil del vehculo ms 0,7 [m] para imprevisiones en la conduccin; siempre teniendo en cuenta la distancia mnima de los conductores. En la figura siguiente se muestra el espaciamiento requerido para la circulacin de vehculos.

Distancia de seguridad para circulacin de vehculos.

Como el barraje a utilizar ser flexible se determina las distancia teniendo en cuenta el caso 2 de la figura anterior. Para la subestacin Nueva Ola se establece unas dimensiones cuadradas de carrocera de 2,5 [m] Los anteriores valores se deben respetar a parte de la distancia bsica de aislamiento. El valor mnimo recomendado es de 3[m]. A continuacin se muestra en resumen la distancia de seguridad de la subestacin

Nota:

No se determina estas distancias para el nivel de tensin de 13.8 ya que esta

subestacin se instalar en celdas.

Las distancias menores a 3[m] se aproximaron a esta.

Al valor total de la circulacin de vehculos se debe sumar el valor bsico de

aislamiento si los vehiculas estn pasando por zonas energizadas.

Distancias entre equipos Las distancias entre equipos de la subestacin se toman de la siguiente tabla. Tomada de Subestaciones de Alta y Extra Alta Tensin, Meja Villegas S.A.S.

Z. Seguridad Valor Total Z.Seguridad Valor Total

4,35 1,75 3,85 1,25 3,35230

115

2,1

1,0

Zona de

Seguridad

Valor Total

[m]

Circulacion de vehculos

Galibo [m]Valor Total

[m]Tolerancia

DISTANCIAS DE SEGURIDAD EN EL AIRE

2,5

2,5

0,7

0,7

5,3

4,2

Circulacin PersonasTensin del

Sistema

[kV]

Valor

Basico [m]Horizontal [m] Vertical[m]

Zona de Trabajo, sin maquinas pesadas

2,3 3,25 1,75 3,00 1,25 3,00

2,25

1,25 3,0 2,5 0,7 3,534.5 0,3 2,25 2,55 1,75 3,0

ANCHO DE BARRAJE Aunque la configuracin en anillo utilizada en la subestacin Nueva Ola carece de barras colectoras propias, se dispone una serie de barrajes que se utilizaran para sacar los circuitos del respectivo anillo. Para el clculo del ancho de barra cuando se utilizan conductores flexibles es necesario tener en cuenta el desplazamiento durante cortocircuitos. Para presentar una metodologa simple que determina el desplazamiento del conductor durante cortocircuitos. De ella se deduce que el rango de movimiento del conductor est dado por , el cual se puede tomar en funcin de la flecha mxima esttica .

En la siguiente figura se representa el comportamiento de los conductores de la barra en presencia de cortocircuito.

Donde: dmin: Distancia mnima entre fase a:Separacion entre fases. Yk: Rango de movilidad del conductor. Yo: Flecha mxima esttica En condiciones de cortocircuito.

;

De donde, la separacin entre fases es:

Donde: : distancia fase-fas.

En la practica se puede disear los barrajes con una flecha mxima del 3% del vano, L, por lo que la separacin de entre fases de la barra se puede representar.

L: Longitud del vano. Barras 230 [kV] Para determinar el ancho de barras en el patio de 230[kv], cmo se dispondrn los equipos. Segn el diseo, se dispondr una zona de circulacin de vehculos de mantenimiento en el interior del anillo (ver plano de planta). Por lo anterior teniendo en cuenta las distancias consideras anteriormente se establece una longitud del vano de 30,6[m]

1.2 Yo

Yo

Yo

Yk

40

a

d min

Seccin de la disposicin del anillo de la subestacin Nueva Ola 230[kV] Aplicando la relacin anterior se tiene:

Barras 115 [kV] Presentando el mismo criterio expuesto anteriormente se establece la longitud del vano L de 23.5 [m]. Aplicando la relacin anterior se tiene:

La anterior distancia se puede ajustar a 2,5 [m]

230kV

115kV

3.6 [m]

2.5[m]

Ancho de Barraje

ALTURA DE CAMPO Est determinada principalmente por el nmero de niveles de conexin que requiera la configuracin de la subestacin y por el tipo de conductores que se utilicen en la subestacin.

A continuacin se detallara las alturas de los prticos y de los niveles de conexin, estos se podrn apreciar de mejor manera en los planos detallados de disposicin fsica de la subestacin.

Primer Nivel El primer nivel de conexin es el correspondiente al nivel de conexin entre equipos, determinado por la distancia de seguridad bsica, para la circulacin del personal.

V.B: Valor bsico. P.N: Primer nivel de conexin

Segundo Nivel El segundo nivel corresponde a la altura de los barrajes y est dado por:

Donde: S.N: Segundo nivel de conexin P.N: Primer nivel de conexin V.B: Valor bsico de aislamiento. Yo:Flecha mxima estatica (3% del valo) Zsv: Zona de seguridad vertical.

3,5

4,5

Valor

establecido

[m]

PRIMER NIVEL DE CONEXIN

230 2,1 2,25 4,35

115 1,0 2,25 3,25

Tensin del

Sistema

[kV]

Valor

Basico [m]

Circulacin Personas

Zona de

Seguridad

Valor Total

[m]

Z.Seguridad

Valor

establecido[

m]

7,0

9,0

SEGUNDO NIVEL DE CONEXIN

Flecha

maxima, Yo

[m]

0,9

0,92

Valor

total[m]

6,65

8,77

115 1,0 1,25 3,5 30

230 2,1 1,25 4,5 30,6

Tensin del

Sistema

[kV]

Valor

Basico [m]

Longitud

del vano[m]

Trabajo

vertical [m]

Primer

Nivel de

conexin

SELECCIN DE INTERRUPTORES

Para la seleccin de los interruptores de potencia o disyuntores se establecen las siguientes caractersticas que dependen del nivel de tensin. Tensin Asignada [kV]: La tensin asignada o nominal del interruptor se selecciona con la tensin mxima del sistema en que se encuentra. Corriente Nominal [A]: La corriente nominal se refiere a la corriente que el interruptor es capaz de conducir en servicio continuo sin producir daos. Se debe tener en cuenta las condiciones ms desfavorables en la que el interruptor puede estar sometido en tiempo indefinido, por lo tanto se debe escoger un valor normalizado que supere este valor. A continuacin se muestra algunos valores normalizados ms comunes.

Corriente de corte de cortocircuito [kA]: Es la corriente de cortocircuito ms alta que el interruptor es capaz de interrumpir. Se caracteriza por tener una componente en AC y en DC. El valor se selecciona de acuerdo a los siguientes valores: 1- 1,25-1,6-2-2,5-3,15-4-5-6,3-8 [kA] y sus productos por 10^n. Frecuencia: Es la frecuencia a la cual el interruptor opera. Por lo tanto es de 60 Hz. Duracin de cortocircuito: Es el tiempo en el cual en posicin cerrada el interruptor es capaz de soportar el flujo de corriente de cortocircuito. Secuencia de maniobra nominal (interruptores automticos): Es una serie de operaciones de apertura y cierre y tiempos asociados para el cual est asociado el interruptor. Puede ser O-t-CO-t-CO CO-t-CO O: operacin de apertura CO: operacin de cierre seguida inmediatamente por una operacin de apertura.

t,t,t: Tiempo que tarda el interruptor en hacer los cambios de operacin. Corrientes de Corto Circuito Subestacin Nueva Ola Segn los datos proporcionado por el Plan de Expansin 2013-2027 para el ao 2020 se espera un nivel de cortocircuito en la subestacin de 230 [kV] de 25[kA]. Y en el barraje de 115 [kV] se espera 31.5 [kA] Para determinar la corriente de cortocircuito en las barras de 34.5 [kV] y 13.8[kV], se utiliza el mtodo de las potencias de cortocircuito. El procedimiento que se describe a continuacin se basa en el hecho que el barraje de media tensin (34.5 y 13.2 [kV]), solo presenta alimentacin del patio 115[kV] presentes en la misma subestacin; si en algn momento se presenta alimentacin aparte de la existente, es necesario tomar en cuenta esta aliementacin. Por lo tanto se tiene. Corriente de cortocircuito en la barra 34.5[kV]

Corriente de cortocircuito en la barra 13.8[kV]

El resumen de los niveles de cortocircuito se muestra a continuacin.

Interruptor anillo 230 [kV] Para la proteccin del sistema de 230 [kV], se escoge interruptores de tanque vivo y mecanismo de operacin monopolar. Tensin Nominal: La tensin mxima del sistemas es de 245 [kV] por lo tanto esta sera la tensin nominal del interruptor. Corriente Nominal: En el anlisis de la capacidad del barraje de 230[kV] se determin que en la condicin ms desfavorable por el anillo se puede presentar un flujo de corriente de 2100[A]. Por lo tanto la corriente nominal del interruptor puede ser superior a 2500 [A] Corriente de cortocircuito: La corriente de cortocircuito se tiene que escoger mayor a 25[kA], se recomienda escoger interruptores de 40[kA], para futuras ampliaciones. Teniendo en cuenta las siguientes caractersticas, se escoge un interruptor marca ABB referencia LTB245E1, donde sus caractersticas, como sus dimensiones se muestra en el catalogo adjunto Catalogo Interruptor. Interruptor anillo 115 [kV] El interruptor para el patio de 115[kV] se escoge con las mismas caractersticas anteriores. Tensin Nominal: 123[kV] Corriente Nominal: Segn la capacidad del barraje se debe escoger interruptores con capacidad a de corriente a operacin continua superiores a 2000[A]. Corriente de cortocircuito: Como el nivel de cortocircuito de la subestacin es de 31.5[kV], se escoge interruptores con capacidad nominal de cortocircuito de 40[kA] El interruptor a proporcionar por ABB referencia LTB123D1/B cumple con estas caractersticas, donde sus caractersticas se encuentra en el mismo archivo adjunto, Catalogo Interruptor.

Nivel de Cortocircuito de la subestacion NUEVA OLA

Tensin

Sistema230 [kV] 115[kV] 34.5[kV] 13.2[kV]

Nivel de

Cortocircuit25[kA] 31.5[kA] 6.02[kA] 5.75[kA]

Interruptor barra 34.5 [kV] El barraje de 34.5[kV] de la subestacin nueva Ola, posee una configuracin barra sencilla, mediante celdas ABB tipo UniGear ZS2 asiladas en aire. Se decide que los interruptores de la acometida y sus derivaciones tendrn las mismas caractersticas con el fin de aumentar confiablidad y seguridad del sistema. Tensin Nominal: 36[kV] Corriente Nominal: Para determinar la corriente nominal del interruptor se establece la condicin mas desfavorable, que se analiz en el calcul de la capacidad del barraje para este nivel de tensin; por lo tanto, la mxima corriente continua que se puede presentar es de aproximadamente 900[A]. Por disponibilidad del interruptor y para futuras ampliaciones se selecciona uno con In de 2000[A]. 40*1.2E6/(sqrt(3)*0.9*34.5E3) corriente nominal Corriente de cortocircuito: En el anlisis de corriente de cortocircuito se establece que el barraje de 34.5 [kV] presenta un nivel de cortocircuito de 6[kA], por lo tanto se debe escoger un interruptor con corriente de cortocircuito superior a este nivel. Por disponibilidad y futuros aumentos se selecciona de 20[kA]. Dadas las caractersticas anteriores y los tipos de interruptores disponibles para las celdas UniGear ZS2, se decide implementar el HD4 circuit-breaker de los proveedores ABB; este tipo de interruptor utiliza como medio de interrupcin gas SF6 y es de tipo extrable. El interruptor a seleccionar es el HD4/W 36.20.20. Las caractersticas generales se puede observar en el archivo adjunto Interruptores de media Tensin Interruptor barra 13.8 [kV] El barraje de 13.2[kV] de la subestacin nueva Ola, posee una configuracin barra sencilla, mediante celdas ABB tipo UniGear ZS1 asiladas en aire. Se decide que los interruptores de la acometida y sus derivaciones tendrn las mismas caractersticas con el fin de aumentar confiablidad y seguridad del sistema. Tensin Nominal: La mxima tensin permisible es de 14.5[kV], sin embargo por disponibilidad de la celda y del interruptor, se determina la tensin nominal de 17.5 [kV] Corriente Nominal: De acuerdo a la capacidad mxima del barraje de 13.8 [kV] se estable que la mxima corriente permanente que puede fluir a travs del barraje y por ende de la acometida es de 1116 [A]. Para futuras ampliaciones se escoge interruptores con corriente nominal de 2000[A] 20*1.2E6/(sqrt(3)*0.9*13.8E3) corriente nominal Corriente de cortocircuito: En el anlisis de corriente de cortocircuito se establece que el barraje de 13.8 [kV] presenta un nivel de cortocircuito de 5.75[kA], por lo tanto se debe escoger un interruptor con corriente de cortocircuito superior a este nivel. Por disponibilidad y futuros aumentos se selecciona de 25[kA]. Los interruptores HD4 mencionados anteriormente, tambin se proporcionan para celdas UniGear ZS1. Por lo tanto se selecciona interruptores tipo HD4/P 17.20.25

Las caractersticas generales se puede observar en el archivo adjunto Interruptores de media Tensin Enseguida se muestra el resumen de los interruptores a utilizar.

SELECCIN DE SECCIONADORES. Tipos de seccionadores: Los seccionadores que se escogern en las subestaciones Nueva Ola 230 y 115 [kv], son seccionadores de rotacin central, ya que estos presentan menos inconvenientes desde el punto de vista de distancias elctricas, lo que permite un diseo ms reducido y un menor rea de la subestacin. Para seleccionar los seccionadores de la subestaciones se establecen las siguientes caractersticas: Tensin Asignada [kV]: La tensin asignada o nominal del seccionador se selecciona con la tensin mxima del sistema en que se encuentra. Corriente Nominal [A]: La corriente nominal se refiere a la corriente que el seccionador es capaz de conducir en servicio continuo sin producir daos. Se debe tener en cuenta las condiciones ms desfavorables en la que el seccionador puede estar sometido en tiempo indefinido, por lo tanto se debe escoger un valor normalizado que supere este valor. La corriente nominal son vlidos nicamente para seccionadores, no para seccionadores de puesta a tierra. Corriente de corte de cortocircuito [kA]: Es la corriente de cortocircuito ms alta que seccionador puede conducir sin provocar daos. Si el seccionador de puesta atierra est combinado con el seccionador, la corriente de cortocircuito del seccionador de puesta a tierra debe, como mnimo, igual a la del seccionador. El valor se selecciona de acuerdo a los siguientes valores: 1- 1,25-1,6-2-2,5-3,15-4-5-6,3-8 [kA] y sus productos por 10^n. Frecuencia: Es la frecuencia a la cual el interruptor opera. Por lo tanto es de 60 Hz. Duracin de cortocircuito: Es el tiempo en el cual en posicin cerrada el interruptor es capaz de soportar el flujo de corriente de cortocircuito.

230[kV] LTB245E1 SF6 245 4000 40 O-0.3s-CO-3min-CO

115[kV] LTB123D1/B SF6 123 3000 40 O-0.3s-CO-3min-CO

34.5[kV] HD4/W 36.20.20 SF6 36 2000 20 O-0.3s-CO-15s-CO

13.8[kV] HD4/P 17.20.25 SF6 17 2000 25 O-0.3s-CO-15s-CO

Secuencia de

Maniobra

INTERRUPTORES EN SUBESTACION NUEVA OLA

AislamientoCorriente

nominal [A]Sistema Tipo

Tensin

Nominal [kV]

Corriente de

Cortocircuito [kA]

Seccionador anillo 230 [kV] Tensin Nominal: La tensin mxima del sistemas es de 245 [kV] por lo tanto esta sera la tensin nominal del interruptor. Corriente Nominal: En el anlisis de la capacidad del barraje de 230[kV] se determin que en la condicin ms desfavorable por el anillo se puede presentar un flujo de corriente de 2100[A]. Por lo tanto la corriente nominal del interruptor puede ser superior a 2500 [A] Corriente de cortocircuito: La corriente de cortocircuito se tiene que escoger mayor a 25[kA]. Teniendo en cuenta las siguientes caractersticas, se escoge un interruptor marca ABB referencia LTB245E1, donde sus caractersticas, como sus dimensiones se muestra en el catalogo adjunto Catalogo Interruptor. Seccionador anillo 115 [kV] Para el seccionador de 115 kV se procede de la misma forma anterior y se resumen en la siguiente tabla.

Solo se especifica los seccionadores de alta tensin, ya que los interruptores de media tensin son de tipo extrable.

eDB245 245 2500 40

eDB123 123 2500 40

Referencia

Seccionadores alta tensin

Tensin

nominal

Corriente

nominal[A]

Corriente

Cortocircuito [kA]

SELECCIN DE TRANSFORMADORES DE TENSIN

APANTALLAMIENTO O BLINDAJE DE LA SUBESTACION

Su objetivo es verificar que la geometra de la disposicin fsica de equipos y la localizacin del cable de guarda ofrezcan un apantallamiento adecuado para que los equipos no reciban descargas que superen su caracterstica nominal de aislamiento (BIL).

DISTANCIA DE DESCARGA CRTICA.

Ic: corriente crtica de flameo KA

K: coeficiente que tiene en cuenta las diferentes distancias de descarga.

a) 1,0 para cables de guarda. b) 1,2 para mstiles y punta pararrayos.

CORRIENTE CRTICA.

Zo : Impedancia caracterstica del barraje a proteger,

BIL : Tensin soportada al impulso tipo atmosfrico del aislamiento del equipo , kV

Se va a hacer el clculo de apantallamiento para el barraje de 230 KV y 115 Kv que es la condicin ms desfavorable.

Impedancia caracterstica.

nucleos clase nucleos Tipo

2 0,5 5 5P20

2 0,5 5 5P20

1 0,5 1 5P20

1 0,5 1 5P20

1 0,5 1 5P20

1 0,5 1 5P20

TENSIN DE

SERVICIO

230kV

115kV

34.5 kV

13.8 kV

TPU50.51 600 115VA 15VA

TPU54.51 1500 130VA 30VA

TPU70.51 600 115VA 30VA

TPU74.51 1500 130VA 30VA

IM123 2400 120 VA 20VA

120 VA 20VA

2000IMB245

ReferenciaCorriente

Primaria[A]

Corriente

Secundaria

Medicion Proteccion

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

Impedancia caracterstica para 230

Impedancia caracterstica para 115

APANTALLAMIENTO DE BARRAS DE 230 kV

Se calcula ahora la corriente crtica para 230 kV.

Se calcula ahora la corriente crtica para 115 kV.

Calculamos la distancia de descarga crtica:

Para cable de guarda 230

Para cable de guarda 115

Altura efectiva del cable de guarda 230

Altura efectiva del cable de guarda115

Figura Apantallamiento del cable de guarda [1]

Servicios auxiliares

LIMITES DE TENSIN ADMISIBLES EN LAS CARGAS

Segn la norma IEC 60694, los componentes de cierre y apertura de los equipos de maniobra deben operar correctamente entre 85% y el 110% de la tensin de trabajo. La bobinas de los interruptores deben trabajar entre los rangos 70% y 110% en el caso de corriente continua y del 85% al 110% en corriente alterna.

FUENTES DE ALIMENTACIN DE LOS SERVOS AUXILIARES

En el caso de la subestacin NUEVA OLA las fuentes de alimentacin para los servicios auxiliares provendrn del nivel de tensin 34.5 kV presente en la subestacin, y para mayor confiabilidad se tomara la energa de una lnea de distribucin cercana que maneja el mismo nivel de tensin.

En caso de ausencia de las dos fuentes de alimentacin de 34.5 Kv entraran en operacin dos grupos electrgenos que abastecern la energa de los servicios auxiliares de la planta .

La lnea area proviene de la electrificacin urbana o rural o de otra subestacin y el grupo electrgeno, se usara como suministro de emergencia o de respaldo a estas lneas de alimentacin.

CONFIGURACIONES DE CORRIENTE CONTINUA

Para los sistemas de corriente continua se indican varias configuraciones las cuales pueden ser sistema centralizado o sistema distribuido.

El sistema centralizado es un nico sistema para toda la subestacin, mientras que el distribuido puede tomar dos valores de tensin.

En nuestra subestacin como ya se mencion antes la tensin de corriente continua es de 125 V lo que significa que es un sistema centralizado. Esta tensin se usa para alimentar: los motores de los seccionadores y los disyuntores, los sistemas de control y de proteccin, los localizadores de fallas, registro de fallas, entre otros.

ANALISIS DE CARGAS

La estimacin de las cargas sirve para dimensionar la potencia necesaria para cada uno de los equipos de alimentacin de servicios auxiliares.

10.4.1 BANCO DE BATERIAS

Ciclo de trabajo del banco de bateras: es el rgimen de demanda de energa que

se exige al banco de bateras conformado por cargas permanentes, no

permanentes y momentneas que este alimenta, lo cual determina su capacidad.

Cargas permanentes o fijas: son las cargas conectadas al sistema de corriente

continua en forma permanente durante todo el ciclo de trabajo y que estn

alimentadas normalmente por el cargador de bateras, el cual es respaldado por el

banco de bateras. Las cargas permanentes en el sistema de corriente continua

son la iluminacin, los motores de operacin de los equipos, los sistemas de

proteccin y de comunicaciones.

Cargas no permanentes o de emergencia: son las cargas conectadas al sistema

de corriente continua que solo demandan energa durante una parte del ciclo de

trabajo y que pueden operar durante un tiempo determinado, continuar hasta el

final del ciclo o ser desconectadas por el operador. Las cargas que se toman como

no permanentes o de emergencia son los motores para bombas de emergencia,

los sistemas de motores de ventilacin de emergencia y los sistemas de

proteccin contra-incendios.

Cargas momentneas o transitorias: Son las cargas cuya conexin al sistema de

corriente continua puede ocurrir en forma repentina durante el ciclo de trabajo pero

siendo su demanda de energa de corta duracin (no excediendo un minuto).

Amperios-hora: Definen la capacidad nominal del banco de bateras y dan la idea

de que cantidad de corriente puede entregar el banco en un periodo de tiempo

determinado.

En nuestra subestacin se utilizaran bateras de plomo-acido, cuyas caractersticas principales son:

Tensin mxima por celda: 2.3 V

Tensin mnima: 1.9 V

Calculo del nmero de celdas: Teniendo en cuenta el voltaje mximo permisible, el nmero de celdas de la batera viene dada por la siguiente relacin:

Donde Um es la tensin mxima permisible del sistema, que en este caso es el 110% de 125 V, Uc es la tensin de recarga de una celda que es aproximadamente 2.3 V/celda.

TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION

La seleccin del transformador se considera de acuerdo a los KVA necesarios, el nivel tensin, la relacin de transformacin, el nivel de aislamiento, entre otros.

La forma de evaluar la capacidad total del transformador consiste en la determinacin de la mayor demanda permanente sobre la base del listado de consumos del sistema que se alimenta. La determinacin de la capacidad del transformador se hace sumando todas las potencias alimentadas por cada circuito, multiplicando cada una de ellas por un factor de demanda (En este caso no se tiene en cuenta debido al desconocimiento de los factores de demanda de las cargas). A este subtotal se le agrega un 10% de su valor, el cual se toma como un factor para cubrir los eventuales aumentos de cargas que no pudieron ser tenidos en cuenta. Al final se debe aplicar un factor de coincidencia puesto que todos los circuitos no van a consumir energa simultneamente evitando el sobredimensionamiento del transformador (En este caso aplicaremos factor de coincidencia de 1).

CARGAS PARA SERVICIOS AUXILIARES AC

Para modo de explica del proceso de clculo de la regulacin explicaremos con el motor cambia tap del autotraformador

Motor cambia tap del transformador

Por las corriente demandada por el motor y la distancia de la caseta de control al autotransformador 108 m se selecciono as un conductor #10cu-AWG, y una proteccin de 30 A. Tomando un factor de potencia del 0.85 como dice la norma, al observar en la tabla 3.25 de la Norma ESSA, Kg=320.14. El circuito es bifsico con una tierra (FF) luego FC=2.

Calculo regulacin:

la siente tabla muesta el calculo de la regulacin de todo los elementos de

corriente ac de la subestacin NUEVA OLA

Calefaccion 171 5 8 10 337,154 224 38,304 2,388007917

Luces caja de control 171 5 8 10 337,154 224 38,304 2,388007917

Tomas 171 5 8 10 337,154 224 38,304 2,388007917

Toma 171 5 8 10 337,154 224 38,304 2,388007917

bombilla 171 5 8 10 337,154 224 38,304 2,388007917

seccionadores

morizados de lineabombilla

174 4 8 10 337,154 280 48,72 3,037378491

CT's Calefaccion 171 4 8 10 337,154 280 47,88 2,985009896

PT's Calefaccion 171 4 8 10 337,154 280 47,88 2,985009896

Toma 174 4 8 10 337,154 280 48,72 3,037378491

bombilla 174 4 8 10 337,154 280 48,72 3,037378491

Calefaccion 76,75 2 8 10 337,154 560 42,98 2,679526428

Luces caja de control 76,75 2 8 10 337,154 560 42,98 2,679526428

Tomas 76,75 2 8 10 337,154 560 42,98 2,679526428

Toma 76,75 2 8 10 337,154 560 42,98 2,679526428

bombilla 76,75 2 8 10 337,154 560 42,98 2,679526428

Toma 78,8 2 8 10 337,154 560 44,128 2,75109684

bombilla 78,8 2 8 10 337,154 560 44,128 2,75109684

CT's Calefaccion 78,8 2 8 10 337,154 560 44,128 2,75109684

PT's Calefaccion 78,8 2 8 10 337,154 560 44,128 2,75109684

Toma 78,8 2 8 10 337,154 560 44,128 2,75109684

bombilla 78,8 2 8 10 337,154 560 44,128 2,75109684

calefaccion 78,8 2 8 10 337,154 560 44,128 2,75109684

iluminacion 78,8 2 8 10 337,154 560 44,128 2,75109684

calefaccion 1 8 10 337,154 1120 0 0

iluminacion 1 8 10 337,154 1120 0 0

Motor cambiador taps 108 1 2 10 320,14 1120 120,96 1,790131953

Motor de ventilacion 108 6 2 10 337,154 186,666667 20,16 0,314211568

Bombas de aceite 108 3 2 10 337,154 373,333333 40,32 0,628423136

Iluminacion tablero proteccion108 3 8 10 337,154 373,333333 40,32 2,513692544

Motor cambiador taps40 1 2 12 532,18 1120 44,8 1,102147929

Motor de ventilacion 40 2 2 10 337,154 560 22,4 0,349123964

Iluminacion tablero proteccion40 1 8 10 337,154 1120 44,8 2,792991716

Bombas de aceite 40 1 2 10 337,154 1120 44,8 0,698247929

Bomba de aceite 4 0 2 10 337,154 1120 4,48 0,069824793

Iluminacion tablero proteccion4 1 8 14 842,141 1120 4,48 0,697631598

Iluminacion 24 1 8 12 532,18 1120 26,88 2,64515503

toma 24 1 8 12 532,18 1120 26,88 2,64515503

bomba sisterna agua 10 1 2 12 532,18 1120 11,2 0,275536982

Alumbrado general 0 0 0 0 0 0 0 0

Tomas caseta 13 2 8 14 842,141 560 7,28 1,133651346

Aires acondicionados 15 7 2 12 532,18 160 2,4 0,059043639

bomba contra incendios 15 1 2 14 532,18 1120 16,8 0,413305473

Alumbrado Exterior Patio 230 180 6 2 14 842,141 186,666667 33,6 1,308059246

Alumbrado Exterior Patio 115 85 5 2 14 842,141 224 19,04 0,741233572

alumbrado caseta 15 2 8 14 842,141 560 8,4 1,308059246

alumbrado bao 15 1 8 14 842,141 1120 16,8 2,616118491

Alumbrado Perimetral 200 6 8 14 532,18 186,666667 37,3333333 3,67382643

extractor sala baterias 20 1 2 14 842,141 1120 22,4 0,872039497

cargador de baterias 20 1 2,25 2/0 30,7 1120 22,4 0,035763683

potencia(w) M regulacion %circuitos FS

caseta vigilancia

otros

conductor KGequipo elemento distancia

seccionadores de

tierra

TRANSFORMACION

Banco de

autotransformador

es 230/115

Transformador

115/34.5

Transformador

34.5/13.8

patio 230 kv

Disyuntores

seccionadores

motorizador de

seccionadores de

tierra

patio 115 Kv

Disyuntores

seccionadores de

barra

seccionadores de

linea

CARGAS PARA SERVICIOS AUXILIARES DC

Cada de tensin

10.4.4 ILUMINACION DE INTERIORES:

Niveles de iluminacin recomendados por norma internacional para la seleccin de

luminarias:

motores disyuntores 230 171 9 8 6 842,141 900 153900 5,26 7,2 0,86 1,32 2,6002944

motores disyuntores 115 76,75 10 8 10 842,141 900 69075 5,26 7,2 0,86 3,34 2,9530944

iterruptores 34,5 4 2 8 10 842,141 1000 4000 5,26 8 0,9 3,34 0,171008

interruptores 13,8 4 2 8 10 842,141 1400 5600 5,26 11,2 0,9 3,34 0,2394112

seccionador barra 230 motor 171 16 8 10 842,141 400 68400 5,26 3,2 0,86 3,34 2,9242368

seccionador de barra 115 motor 76,75 18 8 10 842,141 400 30700 5,26 3,2 0,86 3,34 1,3124864

seccionadores de linea 230 motor 174 7 8 10 842,141 400 69600 5,26 3,2 0,86 3,34 2,9755392

seccionadores de linea 115 motor 78,8 8 8 10 842,141 112,5 8865 5,26 0,9 0,86 3,34 0,37899648

seccionador de tierra 230 motor 174 7 8 6 842,141 900 156600 5,26 7,2 0,86 1,32 2,6459136

seccionador de tierra 115 motor 78,8 8 8 10 842,141 900 70920 5,26 7,2 0,86 3,34 3,03197184

autotransformador control 108 3 8 10 842,141 200 21600 5,26 1,6 0,9 3,34 0,9234432

transformador 115/34,5 control 40 1 8 10 842,141 200 8000 5,26 1,6 0,9 3,34 0,342016

transformador 34,5/13,8 contorl 4 1 8 12 842,141 200 800 5,26 1,6 0,9 8,4 0,086016

inversor 3,5 1 8 10 842,141 9106 31871 5,26 72,848 0,9 3,34 1,362548992

rho caida tensiondistancia (m) circuitos FS M seccion corrienteconductor KG potencia(w) FP

Para la iluminacin de interiores se utilizarn lmparas fluorescentes tipo 'rapid start' o 'slime line' de dos tubos cada uno de 48 pulgadas con un consumo de 40 W a 120 VAC que proveen una iluminacin adecuada para niveles entre 100 y 700 luxes y en locales con alturas inferiores a 5 m.

A pesar de que los niveles mnimos de iluminacin requeridos para la sala de bateras, de comunicaciones y baos son de 200 luxes se utilizar aqu un nivel de iluminacin uniforme de 500 luxes para toda el rea interior de la casa de control.

Se efectuar a continuacin el clculo del nmero de luminarias fluorescentes utilizadas de acuerdo a la expresin:

FDCFDFCUn

EA=N

****

*

Donde:

N = Nmero de luminarias.

A = rea del local en metros cuadrados.

E = Nivel de iluminacin en Luxes.

= Flujo luminoso inicial de la lmpara (Lmenes).

n = Nmero de lmparas de la luminaria.

C.U = Coeficiente de utilizacin.

FDF = Factor de depreciacin del flujo luminoso.

FDC = Factor de depreciacin por contaminacin.

En el rea de la casa de control se tiene lo siguiente:

A=30,3 m x 7,7 m

A=233.31 m2

Nivel de

iluminacin.

(luxes)

Salas de

control500

Sala de

bateras200

Bao 500

Alumbrado

de

emergencia

100

rea

Y tomando ndices de reflexin para techo y paredes de 80 y 50% respectivamente, obtenemos un coeficiente de utilizacin de 0.78.

Por otra parte se considera lo siguiente:

92.0FDF

93.0FDC

La lmpara seleccionada tiene un flujo luminoso inicial de 2600 lmenes por tanto:

Se toman entonces 34 luminarias. Teniendo en cuenta que el nmero de lmparas por luminaria es 2 y que cada una de ellas consume 40W, entonces la carga total que representa el conjunto de luminarias ser:

Carga total=2*40*34= 2720 W

Habindose escogido luminarias fluorescentes cuyo factor de potencia es de 0.9.

Carga tota=2720/0.9 = 3022 VA

ILUMINACION DE EXTERIORES:

ILUMINACIN DEL PATIO de 500 kV y 230 kV:

Para la iluminacin de los patios de conexiones se utilizarn reflectores de vapor de sodio de alta presin de 400 W a 208 V AC con un fp: 0.9.

Para el clculo del alumbrado de los partios de 230 y 115 Kv se seguir el siguiente proceso.

Patio 230KV 10442,32 m2 cada 400 m2 habra un punto de iluminacin

Carga total=400*2*26= 20 KW

Utilizaremos 26 puntos de iluminacin cada uno con dos lmparas

De la misma forma el patio de 115 kV

Se escoge 22 puntos de iluminacin con dos lmparas cada uno

Carga total=400*2*22= 17.6 KW

Alumbrado perimetral:

El nmero de luminarias es el siguiente:

El permetro de la subestacin es de 770 m y cada 30 m se va ubicar las luminarias

Se dispondr de 26 puntos con 2 reflectores cada uno.

Carga total=400*2*26= 20 KW

Dimensionamiento inversor

Para el calculo del inversor se suman las cargas individuales conectadas al barraje de 120 Vac regulada, las cuales son las cargas criticas.

De esta forma encontramos la potencia de salida del inversor, y se selecciona el inversor

El calculo de la potencia de entrada del inversor se realiza de la siguiente manera

10.6 DIMENSIONAMIENTO BANCO DE BATERAS:

Para saber la carga total que debe tener el banco de bateras, se debe tener en cuenta factores como la autonoma que debe tener el sistema de bateras, las cargas esenciales

P [w] unitario cantidad P [w] FP S[VA] Tensin

Alumbrado de emergencia X 80 18 1440 0,95 1515,8

TOTAL 7740 0,91 8515,8

Equipo de Telecomunicacion y

Computox 700 9 6300

Cargas Criticas

0,9 7000

120

Corriente de salida Eficiancia

70,96 0,8510000

Potencia Consumida [kW]

11765

Inversor

Potencia Normalizada [W]

las cuales no pueden dejar de recibir energa en ningn caso, la vida til de la batera, su descarga mxima y futuras ampliaciones del sistema de servicios auxiliares.

Para realizar el calculo del banco de bateras se calculara la sumatoria de las cargas conectadas al barraje de 125 Vcc y sus respetivos siclos de trabajo

La batera que se va a utilizar tiene las siguientes especificaciones

El resumen del calculo de batera es el siguiente

El nmero de bateras en paralelo se aproxima a 2

Dimensionamiento del Cargador de bateras

Para dimensionar el cargador de bateras se utilizar la siguiente expresin, que permite calcular la capacidad amprica del mismo.

Elemento AC DC

Motor X 900 19 17100 136,8 125 1min 0,016667 2,2800456

Bobina Apertura X 200 36 7200 57,6 125 1min 0,016667 0,9600192

Bobina de cierre X 200 18 3600 28,8 125 1min 0,016667 0,4800096

Control X 200 14 2800 22,4 125 10 horas 10 224

Motor X 400 12 4800 38,4 125 1min 0,016667 0,6400128

Control (Reles) X 500 12 6000 48 125 10horas 0,016667 0,800016

Motor X 400 34 13600 108,8 125 1min 0,016667 1,8133696

Motor X 400 15 6000 48 125 1min 0,016667 0,800016

Motor X 400 15 6000 48 125 1min 0,016667 0,800016

Control y Proteccion X 200 3 600 4,8 125 10 horas 10 48

Control y Proteccion X 200 1 200 1,6 125 10 horas 10 16

Control y Proteccion X 500 1 500 4 125 10 horas 10 40

X 9106 1 9106 72,848 125 10 horas 10 728,48

TOTAL 77506 total 1065,053505

voltaje

tiempo de

operacin horas A-h

Seccionador barras

Seccionador de lineas

seccionador tierra

Autotransformador

Potencia

Total [W]

DISYUNTOR Patio 230 -

115

INTERRUPTORES CELDAS

MEDIA TENSIN

Trafo 115/34.5

Trafo 34.5/13.8

Sistema Carga

Unitaria [W] Numero

inversor

corriente

2,00

1200,00

Batera seleccionadaTensin nominal

Capacidad [A.h]

125

1,2

0,9

0

1065

1420,071

1,2

63

125,0

Tensin Sistema dc [V]

A-h Nominal

Factor Ampliacion

Factor de descarga

#baterias en serie

Total de baterias

Baterias

A-h Tabla

# baterias paralelo

A+

T

h-*AK*

KK

1 = A 0

th

'

*

Dnde:

A = capacidad nominal del cargador

A-h = Amperios-hora de descarga de la batera

KT = Factor de correccin por temperatura

KH = Factor de correccin por altura sobre el nivel del mar

K' = 1/n, donde n es la eficiencia mnima de carga. K' =1.11 para las bateras a usar.

T = Tiempo de recarga de las bateras (en horas)

Ao = Corriente que toma el sistema DC, independientemente de que se alimente de las bateras, del cargador o de ambos.

El resumen del clculo del cargador de batera es el siguiente

Dimensionamiento del Transformador

Se dimensiona el transformador con el total de cargas que se tienen en los barrajes de corriente continua y corriente alterna.

32,8

0,3

139,92

172,72

8

360,22

45027,5

47397,3684

50000

52631,5789

0,85

58823,5294

Capacidad del cargador [A]

Potencia Slaida

I consumo continuo

F.diversificacion

Corriente Transitoria

Corriente TOTAL Carag Ao

Tiempo carga h

Potencia Aparente

Potencia Entrada

Potencia normalizada salida [w]

Factor de Potencia

potencia normalizada de entreda

cargador

ter

Para el clculo del trasformador se suma la carga total de AC y la potencia demandada por el cargador de bateras.

S(VA)= 152319,6 + 58823,52=211143,129 VA

equipo elemento DC AC

Motor x 900 9 8100 0 0

Bobina Apertura x 200 16 3200 0 0

Bobina de cierre x 200 8 1600 0 0

Calefaccion x 140 8 1120 1 1120 1 1120

Luces caja de control x 12 8 96 1 96 0,9 86,4

Tomas x 180 8 1440 0,7 1008 0,9 907,2

Motor x 900 16 14400 0 0 0

Toma x 180 16 2880 0,7 2016 0,9 1814,4

bombilla x 12 16 192 1 192 0,9 172,8

Motor x 900 7 6300 0 0 0

Toma x 180 7 1260 0 0 0

bombilla x 12 7 84 1 84 0 0

CT's Calefaccion x 140 8 1120 1 1120 1 1120

PT's Calefaccion x 140 8 1120 1 1120 1 1120

Motor x 900 7 6300 0 0,9 0

Toma x 180 7 1260 0,7 882 0,9 793,8

bombilla x 12 7 84 1 84 0,9 75,6

reles de proteccion x 200 7 1400 0 0 0

Motor x 900 10 9000 0 0 0

Bobina Apertura x 200 20 4000 0 0 0

Bobina de cierre x 200 10 2000 0 0 0

Calefaccion x 140 10 1400 1 1400 1 1400

Luces caja de control x 12 10 120 1 120 0,9 108

Tomas x 180 10 1800 0,7 1260 0,9 1134

Motor x 900 18 16200 0 0 0

Toma x 180 18 3240 0,7 2268 0,9 2041,2

bombilla x 12 18 216 1 216 0,9 194,4

Motor x 900 8 7200 0 0 0

Toma x 180 8 1440 0,7 1008 0,9 907,2

bombilla x 12 8 96 1 96 0,9 86,4

CT's Calefaccion x 140 9 1260 1 1260 1 1260

PT's Calefaccion x 140 8 1120 1 1120 1 1120

Motor x 900 8 7200 0 0 0

Toma x 180 8 1440 0,7 1008 0,9 907,2

bombilla x 12 8 96 1 96 0,9 86,4

reles de proteccion 200 7 1400 1 1400 0,9 1260

Motor x 400 5 2000 0 0 0

Control (Reles) x 200 5 1000 0 0,9 0

calefaccion x 140 5 700 1 700 1 700

iluminacion x 12 5 60 1 60 0,9 54

Motor x 400 7 2800 0 0 0

Control (Reles) x 7 0 0 0 0

calefaccion x 140 7 980 1 980 1 980

iluminacion x 12 7 84 1 84 0,9 75,6

Motor cambiador taps x 3000 3 9000 0,3 2700 0,9 2430

Motor de ventilacion x 2000 12 24000 1 24000 0,9 21600

Bombas de aceite x 3000 3 9000 1 9000 0,9 8100

Iluminacion tablero proteccion x 12 3 36 1 36 0,9 32,4

Control y Proteccion x 200 3 600 0 0 0

Motor cambiador taps x 3000 1 3000 0,3 900 0,9 810

Motor de ventilacion x 2000 4 8000 1 8000 0,9 7200



Bombas de aceite x 3000 1 3000 1 3000 0,9 2700

Bomba de aceite x 3000 1 3000 1 3000 0,9 2700



Iluminacion x 80 1 80 1 80 0,9 72

toma x 180 1 180 0,7 126 0,9 113,4

bomba sisterna agua x 500 1 500 0,3 150 0,9 135

Alumbrado general x 500 1 500 1 500 0,9 450

Alumbrado de emergencia x 80 18 1440 0 0,9 0

Tomas caseta x 180 15 2700 0,7 1890 0,9 1701

Aires acondicionados x 4500 7 31500 1 31500 0,9 28350

6300 0 0,9 0

0 0 0,9 0

bomba contra incendios x 500 1 500 1 500 0,9 450

Alumbrado Exterior Patio 230 x 400 52 20800 1 20800 0,9 18720

Alumbrado Exterior Patio 115 x 400 44 17600 1 17600 0,9 15840

alumbrado caseta x 80 34 2720 1 2720 0,9 2448

alumbrado bao 80 6 480 0 0,9 0

Alumbrado Perimetral x 400 52 20800 1 20800 0,9 18720

extractor sala baterias x 200 1 200 1 200 0,9 180

TOTAL 285192 168348 152319,6

otros9

seccionadores motorizado de

barra


lineas


barra

factor de

divercificacion

Potencia AC FP s


lineas

Disyuntores

700

Sistema

Equipode Telecomunicacion y

Computox

Carga

Unitaria [W] Numero

Potencia Total

[W]

PATIO 230 Kv

PATIO 115 KV

Banco de autotransformadores

230/115

caseta vigilancia

CELDAS 13.8 KV Interruptores motorisados

Transformador 34.5/13.8

TRANSFORMACIONTransformador 115/34.5

seccionadores de tierra

seccionadores de tierra

Interruptores motorisados CELDAS 34.5 KV

Disyuntores

Este valor se multiplica por un factor de potencia minima 1,1

211,143 KVA *1,1= 232,25 KVA

Debido a ese valor se escoge un transformador normalizado de 300 KVA de nivel de tensin 34,5 KV/ 208 V

Dimensionamiento grupo electrgeno

grupo electrogeno

748867,442

374433,721

455 kVA

valor

normalizado

Como se puede ver en los cuadros se escoje un dos grupos electrgenos con valor normalizado de 455 KVA para suplir energa de 749 KVA.

DISEO DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA

La normativa seguida son:

Reglamento Tcnico de Instalaciones Elctrica, RETIE; IEEE 80-81; NTC 2050.

Toda instalacin elctrica a la que se le aplique el RETIE, excepto donde se indique expresamente lo contrario, tiene que disponer de un Sistema de Puesta a Tierra (SPT).

La subestacin est ubicada en la ciudad de Barranquilla a una altura sobre el nivel del mar de 33 metros (msnm=33 m) y una temperatura ambiente mxima de 40 C.

AREA Y CONFIGURACIN DE LA MALLA El rea y forma de la malla se define por medio de la disposicin, tamaos y distancias de separacin de los equipos, as como tambin se tiene en cuenta la disponibilidad del terreno; dado lo anterior se da un diseo preliminar de una malla rectangular de 230 metros de ancho por 160 metros de largo. Los espaciamientos tpicos entre conductores (D) estn en el rango:

Las profundidades tpicas (h) estn en el rango:

Los calibres tpicos de conductores (ACM) estn en el rango:

El dimetro del conductor de la malla tiene un efecto despreciable sobre la tensin de malla pero el rea del sistema de puesta a tierra (A) es el factor ms importante en la determinacin de la resistencia de malla ( ). Entre mayor sea A, menor ser y por lo tanto, es menor la elevacin del potencial de tierra (GPR). La norma IEEE Std. 80 supone que la prctica ms comn con respecto al diseo del sistema de tierra corresponde a una malla horizontal de conductores enterrados, complementada por un nmero de varillas verticales conectadas a la malla.

Todas las estructuras metlicas en la subestacin, incluidas las no energizadas, se tienen que conectar a la malla, adems el diseo de la malla para subestaciones nuevas tiene que cubrir toda el rea de la subestacin y extenderse un metro hacia afuera de la verja. La figura 1 muestra una disposicin comnmente utilizada en estos tipos de subestaciones y que se asemejan a la empleada en este proyecto con varillas de cobre en la periferia y en el interior de la malla.

Figura 1. Configuracin de malla utilizada.

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del suelo es la propiedad que tiene ste, para conducir electricidad. Se

define como la tensin medida en los extremos de un cubo de 1 dividido en la corriente que lo atraviesa y la normativa a seguir es ANSI/IEEE 81. El valor de resistividad depende de varios factores: profundidad, tipo, temperatura humedad entre otras. Existen diferentes formas de medir la resistividad del terreno tales como: toma de muestras, de cuatro electrodos, de Schlumberger o de gradiente, de Schlumberger modificado, de Wenner o de potencial; pero finalmente el diseador del sistema de Puesta a Tierra es el que define que mtodo utilizar de acuerdo a los requerimientos del sistema. Para el valor de resistividad del terreno se consulta en diferentes bibliografas y teniendo en cuenta su variacin horizontal y vertical (con respecto al terreno) aunque esta ltima en ms proporcin que la primera. Se toma tambin valores de referencia de la tabla mostrada en la figura 2 para diferentes tipos de suelos. El valor escogido de resistividad del terreno es de 400 -m.

TIPO DE SUELO RESISTIVIDAD [.M]

Pirita, galena, magnetita 0,000001-0,01

Agua de mar 1

Suelo orgnico 1-50

Arcilla 1-100

Esquisto(roca foliada) 10-100

Arena o grava 50-1000

Arcenisca 20-2000

Piedra caliza, colcita, dolomita 5-10000

Cascajo (75% de piedras de 2 cm de Dimetro) 3000

Cuarzo, granito, basalto 1000-10000

Figura 2. Resistividad para diferentes tipos de suelo

CONDUCTOR DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA

El conductor a utilizarse para la construccin y reparacin de mallas tiene que ser de cobre sin cubierta, generalmente se utiliza calibre 4/0. Mnimo 2/0, mximo 500 KCM. El material para el conductor de la malla por norma debe ser de cobre; para el diseo se eligi Cobre recocido semejante al mostrado en la figura 3.

Figura 3. Material conductor para el SPT

Valores de resistividad tpicas de materiales conductores es mostrada en la figura 4.

Tipo de conductor Resistividad[-m]

Cobre puro 1.6 *10^-8

Aluminio 2.7*10^-8

Acero inoxidable 72*10^-8

Suelos ms comunes 1 a 10000

Figura 4. Valores tpicos de resistividad para conductores

VARILLAS

Se requiere utilizar varillas de acero revestidas de cobre de 3/4" de dimetro por 8 pies de largo (mnimo 2.4 m de longitud); semejantes a las mostradas en la Figura 5. El nmero de varillas a instalarse y la distancia entre stas se determinan por el diseo de la malla.

Figura 5. Varillas para SPT

CONECTORES

Conectores a utilizar deben ser aprobados de acuerdo a la IEEE 837 o la norma NTC 2206 que pueden ser soldables, mecnicos o a compresin. De tal forma que las temperaturas de fusin en la unin no sea menor a la temperatura de fusin del conductor que se conecte y que la unin no se deteriore por el medio ambiente en el que se instale. Es razonable disear estos conectores para un rango entre 250C y 350C.

Para construccin de mallas nuevas se prefiere utilizar conexiones por soldadura exotrmica. Tambin, pueden utilizarse conexiones por compresin como el mostrado en la Figura 6.

Figura 6. Conectores tipo compresin

Todos los SPT deben tener los valores de resistencia de puesta a tierra especificados:

UTILIZADA PARA VALOR MXIMO DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA []

Estructuras de lneas de transmisin 20

Subestaciones de alta y extra alta tensin 115kV

1

Subestaciones de media tensin de uso exterior en poste

10

Subestaciones de media tensin de uso interior

10

Proteccin contra rayos 4

Neutro de acometida en baja tensin 25

Descargas electrostticas 25

Equipos electrnicos sensibles 5

Para el diseo de la malla de tierra consideramos el flujo descrito en la IEEE 80 Figura 33, el cual se presenta a continuacin:

En ese orden se inicia con el Paso 1: Datos de campo

Aunque la malla de tierra de la subestacin est localizada dentro de un rectngulo de

230m * 155 m (35650 ), para los clculos del diseo inicial se asume una malla rectangular de 230 m * 160 m, con algunas varillas de puesta a tierra en el interior (obligatorio para los pararrayos) y en la periferia, por lo tanto:

A = 230 * 160 = 36800 Resistividad del terreno: 400 .m

Paso 2: Tamao del conductor de la malla

Del estudio de cortocircuito del sistema seleccionamos la corriente de falla mayor, para nuestro caso se presenta al nivel de 115 kV con un valor de 31.5 kA.

Para determinar el tamao del conductor se utiliza la siguiente expresin:

(

)

Donde: I: corriente eficaz kA = 31.5 kA

Amm

2

: rea del conductor

Tm: temperatura mxima permitida C = 350 C

Ta:

temperatura ambiente C = 40 C

Tr: temperatura de referencia para el material C

0: coeficiente trmico de resistividad a 0C, [1/C]

r: coeficiente trmico de resistividad a temperatura T

r [1/C]

r: resistividad del conductor de tierra a temperatura de referencia T

r, [*cm]

K0: 1/

0, [C]

tc: tiempo que fluye la corriente, [s] = 0.5 [s]

TCAP: factor de capacidad trmica,[J/(cm3

*C)] El conductor escogido fue el cobre recocido; a continuacin se presentan sus constantes y las de otros materiales:

MATERIAL

CONDUCTIVIDAD (%)

Tm(C)

a 20C

[1/C]

a 0C

[C]

20 C

[cm]

TCAP

[J/ C]

Kf

Cobre recocido

100 1083 0,00393 234 1,72 3,42 7

Cobre estirado en frio

97 1084 0,00381 242 1,78 3,42 7,06

Acero Cobrizado

40 1084 0,00378 245 4,40 3,85 10,45

Acero Cobrizado

30 1084 0,00378 245 5,86 3,85 12,06

Aluminio 61 657 0,00403 228 2,86 2,56 12,12

comercial EC

Aleacin de aluminio 5005

53,5 652 0,00353 263 3,22 2,60 12,41

Aleacin de aluminio 6201

52,5 654 0,00347 268 3,28 2,60 12,47

Aleacin de acero recubierto de aluminio

20,3 657 0,00360 258 8,48 3,58 17,2

Acero galvanizado

8,6 419 0,00320 293 20,1 3,93 28,96

Acero inoxidable

2,4 1400 0,00130 749 72,0 4,03 30,05

Al reemplazar los valores anteriores se tiene:

El conductor comercial con un valor de rea cercano por encima es el 250 kCM con un

rea de 126.7 y un dimetro de 14.63

Paso 3: Determinacin de las tensiones mximas permisibles

Para una capa superficial de:

Resistividad de la roca triturada (cascajo):

Espesor de la capa de roca triturada:

Resistividad del terreno: El factor de reduccin de la resistividad de la capa superficial es:

(

)

( )

Para 50 Kg:

Para 70 Kg:

Paso 4: Diseo preliminar

Un diseo inicial considera una malla rectangular de 230 m por 160 m, con una separacin de cables paralelos de 10 m; tambin se considera el uso de 40 varillas de 2.4m de longitud en la periferia y en el interior de la malla.

;

Nmero de conductores en el eje X : N=17

Nmero de conductores en el eje Y : M=24

Longitud total de cable

Longitud total de varillas enterradas.

Longitud efectiva de conductor de la malla

Longitud del permetro

Paso 5: Calculo de la resistencia de puesta a tierra

Con una profundidad de enterramiento de 0.5 m, la resistencia de puesta a tierra de la malla es:

Para profundidades de la malla entre 0,25 m y 2,5 m

[

(

)

]

[

(

)

]

Valor dentro de lo permitido por norma IEEE/80

Paso 6: Clculo de la mxima corriente por la malla

El estudio de corto circuito determino que la mxima corriente de falla es trifsica con un valor de 31.5 kA presente en el nivel de 115 kV. La subestacin tendr una lnea de transmisin con una puesta a tierra en las torres de 15 y sin lneas de distribucin.

A continuacin se presenta una tabla con valores de referencia para el factor de correccin de fallas Df.

Dnde:

= corriente simtrica de falla a tierra. = factor de decremento para corrientes de falla.

= factor de divisin de corriente. Figura c.13 IEEE/80

= factor de crecimiento futuro de la subestacin, considera el incremento futuro de la corriente de falla.

Paso 7: Clculo GPR (potencial de la malla de tierra con respeto a la tierra remota)

Como el potencial de la malla de tierra con respecto a la tierra remota es mayor que la mxima tensin de toque permitida:

Como no cumple se requiere entonces determinar las tensiones de retcula y de paso que se presentan en la subestacin. Como este valor excede Etouch (50kg) (4904.4>754.6244) continuamos al siguiente paso. Paso 8: Clculo de Em Y Es estimadas:

0,008 0,5

0,1 6

0,25 15

0,5 ms 30 ms

1,65

1,25

1,1

1

DURACIN DEL SHOCK

Y LA FALLA

SEGUNDOSCICLOS

(60 Hz, C.A)

FACTORES DE CORRECIN PARA CORRIENTES DE FALLA

FACTOR DE DECREMENTO

Df

[

]

[

]

Para mallas rectangulares.

Para mallas con varillas en el permetro o en las esquinas.

Ahora procedemos a calcular el factor de correccin que tiene en cuenta los efectos de la profundidad de la malla.

= con

Ya calculado el factor de correccin de profundidad se realiza el clculo de factor de geometra de la malla de puesta a tierra.

[ [

]

[

]]

[ [

]

[

]]

es el factor de irregularidad y se define como:

Finalmente, se calcula la tensin de retcula estimada:

* (

)+ * (

)+

Calculo de la tensin de paso estimada:

[

]

[

]

Paso 9: La tensin de retcula estimada Em es menor que la tensin de toque mxima permitida Etouch (50 kg) (738.12

resistencia total de malla y mejora la forma de disipar corrientes en la tierra

bajo condiciones normales o de cortocircuito.

Se realiz el estudio completo de la subestacin, dicho estudio contienen las

medidas de seguridad que se deben cumplir en la subestacin, se selecciono cada

uno de los equipos que cumplieran respectivamente con las necesidades de

subestacin, con la seguridad para su correcto funcionamiento y su capacidad

para soportar esfuerzos mecnicos y elctricos, se analiz la malla de puesta a

tierra a fin de que pudiera descargar la energa de una corriente de corto, se

analizo la carga de todos los aparatos elctricos de la subestacin para proveer la

energa suficiente para que ellos trabajen, se diseo los sistemas de medicin y

proteccin de la subestacin, se dimensiono la planta de emergencia y bateras

para alimentar los servicios que son necesarios, se aadieron sistemas

estructurales, adems de las medidas necesarias para garantizar la seguridad

dentro de la subestacin e ingreso a la misma. Todo el estudio se encuentra

explicado con claridad dentro de este documento y dentro de los planos en

Autocad adjuntos.

El diseo de servicios auxiliares es muy importante debiado a que este permite el

c funcionamiento de la subestacin.

Diseño Subestacion Nueva Ola

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