MEMORIA DE CALCULO SELECCIÓN PARARRAYOS …los pararrayos de las subestaciones : San Martin,...
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LUIS EDUARDO SOLÍS I.E. INGENIERÍA ELÉCTRICA LS-F-CON-297-10 30 –Abr-09 FORMATO MEMORIAS DE CÁLCULO Rev. 01 Pág. 1 de 12 Luis Eduardo Solís I.E., garantiza que lo presentado se ha realizado cumpliendo con las condiciones requeridas por el Sistema de Calidad de la empresa. Si desean expresar algún comentario les rogamos se dirijan al responsable del proceso que lo ha elaborado, o si lo prefieren, al Gerente General en la Cra. 33ª No. 40 – 50 oficina 302 edificio Office Center – Villavicencio (Meta). Teléfono: 6 62 53 74, fax: 6 62 85 13, E-mail: [email protected] MEMORIA DE CALCULO SELECCIÓN PARARRAYOS 34.5/13.2kV SUBESTACIONES SAN MARTIN, ACACIAS Y CUMARAL REVISIÓN FECHA DESCRIPCIÓN ELABORÓ APROBÓ LA SALIDA AL CLIENTE APROBÓ CLIENTE A 06-05-10 Revisión inicial CAO CAO MAC FIRMAS Nombre del documento: MEMORIA DE CALCULO SELECCIÓN PARARRAYOS SUBESDTACIONES : SAN MARTIN, ACACIAS Y CUMARAL 34.5/13.2kV Consecutivo del documento: LS-F-CON-ASC297-MC-17
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Luis Eduardo Solís I.E., garantiza que lo presentado se ha realizado cumpliendo con las condiciones requeridas por el Sistema de Calidad de la empresa. Si desean expresar algún comentario les rogamos se dirijan al responsable del proceso que lo ha elaborado, o si lo prefieren, al Gerente General en la Cra. 33ª No. 40 – 50 oficina 302 edificio Office Center – Villavicencio (Meta). Teléfono: 6 62 53 74, fax: 6 62 85 13, E-mail: [email protected]
MEMORIA DE CALCULO SELECCIÓN PARARRAYOS 34.5/13.2kV SUBESTACIONES SAN MARTIN, ACACIAS Y CUMARAL
REVISIÓN FECHA DESCRIPCIÓN ELABORÓ APROBÓ LA SALIDA AL CLIENTE
APROBÓ CLIENTE
A
06-05-10 Revisión inicial CAO CAO MAC
FIRMAS
Nombre del documento: MEMORIA DE CALCULO SELECCIÓN PARARRAYOS SUBESDTACIONES : SAN MARTIN, ACACIAS Y CUMARAL 34.5/13.2kV
Consecutivo del documento: LS-F-CON-ASC297-MC-17
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CONTENIDO
1 OBJETO _________________________________________________________________ 3
2 ALCANCE ________________________________________________________________ 3
3 CONTENIDO _____________________________________________________________ 3
3.1 PARARRAYOS 115 kV – SiSTEMA SÓLIDAMENTE PUESTA A TIERRA _______________ 3 3.1.1 DATOS BÁSICOS __________________________________________________________________ 3 3.1.2 TENSIÓN DE OPERACIÓN Y TENSIÓN ASIGNADA _______________________________________ 3 3.1.3 CHEQUEO DE VALORES DE PROTECCIÓN _____________________________________________ 5 3.1.4 GRAFICA DE CONTROL ____________________________________________________________ 6 3.1.5 CALCULO DE ENERGIA ____________________________________________________________ 7
3.2 PARARRAYOS 34,5 kV – SISTEMA SÓLIDAMENTE PUESTA A TIERRA ______________ 8 3.2.1 DATOS BÁSICOS __________________________________________________________________ 8 3.2.2 TENSIÓN DE OPERACIÓN Y TENSIÓN ASIGNADA _______________________________________ 8 3.2.3 CHEQUEO DE VALORES DE PROTECCIÓN _____________________________________________ 9 3.2.4 GRAFICA DE CONTROL ___________________________________ ¡Error! Marcador no definido. 3.2.5 CALCULO DE ENERGIA ____________________________________________________________ 9
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1 OBJETO
El propósito de este documento es presentar los cálculos de selección de los pararrayos a ser tenidos en cuenta para la automatización de las subestaciones: San Martin, Acacias y Cumaral 34.5/13.2kV.
2 ALCANCE
Definir los parámetros esenciales a ser tomados en cuenta para efectos de especificación de los pararrayos de las subestaciones : San Martin, Acacias y Cumaral 34,5kV.
3 CONTENIDO
A continuación se presenta la metodología de selección de los pararrayos ZnO a ser utilizados en la automatización de las subestaciones : San Martin , Acacias y Cumaral 34.5kV.
3.1 PARARRAYOS 34,5 kV – SISTEMA SÓLIDAMENTE PUESTA A TIERRA
3.1.1 DATOS BÁSICOS
Tensión máxima del sistema Us = Um = 36 kV
Nivel de aislamiento al impulso tipo rayo LIWL = 190 kV
Factor de puesta a tierra k = 1,4
Máxima duración de sobretensión temporal 10 s
Corriente nominal de descarga 10 kA
Línea de descarga requerida Cl 3
Máxima corriente de cortocircuito 40…50 kA
3.1.2 TENSIÓN DE OPERACIÓN Y TENSIÓN ASIGNADA
Uc = tensión de operación
33605,1
305,1min
kVxUsUc =21,84 kV
Ur = tensión asignada
minmin *25,11 UcUr
min1Ur = 1,25 x 21,84 kV = 27,31 kV
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sktov
Us
Ur10,
34,1
2min
075,1
3364,1
2min
Ur =27,1 kV
Ktov,10s según figura No.1
Figura No.1 ktov
Ur, min = Ur1min=27,10 kV este valor se redondea al máximo superior múltiplo de 3, la tensión asignada Ur, min = 30 kV.
Tomando como base los catálogos de los fabricantes se toma una tensión asignada Ur normalizado de Ur = 30 kV y una tensión de operación continua Uc = 21,84 kV.
De acuerdo con la norma IEC99-3 y para dar cumplimiento a las características técnicas garantizadas el valor normalizado tomado es 30 kV, el cual posee los siguientes niveles de protección:
Nivel de protección al impulso tipo rayo U 10 kA, 8/20 s = 72 kV
Nivel de protección al impulso tipo maniobra U 1kA, 30/70 s = 61,2 kV
Nivel de protección al impulso tipo maniobra U 0,5kA, 30/70 s = 59,4 kV
Nivel de protección al impulso tipo escarpado U 10kA, 1/2 s = 78,5 kV
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En el anexo 1 se muestra el catalogo del pararrayo escogido.
3.1.3 CHEQUEO DE VALORES DE PROTECCIÓN
36,272170
1 20/8,0
kVkV
ULIWL
skA
El factor de protección debe ser mayor o igual 1 , el valor obtenido de 2,36 cumple con las exigencias de la instalación.
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3.1.4 GRAFICA DE CONTROL
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3.1.5 CALCULO DE ENERGIA
La energía a disipar por el pararrayos está dada por:
W = 2*Ups*( Ue-Ups)*Tw/Z
Para una longitud de 100 km: 4,85 kJ <= 144 kJ
Para una longitud de 40 km: 1,94 kJ <= 144 kJ
Siendo:
Ups = Nivel de protección al impulse maniobra = 61,2 kV
Ue = Amplitud de sobretensión=3,7 valor conservativo Ue = 3,7 Us*2/3
Z = Impedancia de la línea = 400 Ohm
Tw = Tiempo de viaje=longitud línea/velocidad de la luz = 100 km/300000 km/s = 0,00033 s
Tw = Tiempo de viaje =longitud línea/ velocidad de la luz = 40 km/300000 km/s = 0,000133 s
La energía a disipar por el pararrayos para descargas atmosféricas está dada por:
W = [2*Uf-N*Upl*(1+ln(2*Uf/Upl))]*Upl*Ti/Z
34,0 kJ <= 144 kJ
Con Ur min = 30 kV
La capacidad de absorción de energía por kV para el mayor valor:
Calculada: 1,13 kJ/kVUr
Pararrayo seleccionado 6,7 kJ/kVUr
Siendo:
Upl = Nivel de protección al impulse tipo rayo = 72 kV
Uf = flashover negativo sobre el aislamiento Uf = 441 kV según norma
N = Número de líneas conectadas al pararrayos N = 1
Z = Impedancia de la línea = 400 Ohm
Ti = Tiempo de duración del impulso = 0,0003 s. Duración equivalente de la corriente de la descarga, incluyendo la primera y las descargas subsecuentes (Valor recomendado por la norma IEC60099-5)
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3.2 PARARRAYOS 13,2 kV – SISTEMA SÓLIDAMENTE PUESTA A TIERRA
3.2.1 DATOS BÁSICOS
Tensión máxima del sistema Us = Um = 15 kV
Nivel de aislamiento al impulso tipo rayo LIWL = 70 kV
Factor de puesta a tierra k = 1,4
Máxima duración de sobretensión temporal 10 s
Corriente nominal de descarga 10 kA
Línea de descarga requerida Cl 3
Máxima corriente de cortocircuito 40…50 kA
3.2.2 TENSIÓN DE OPERACIÓN Y TENSIÓN ASIGNADA
Uc=tensión de operación
31505,1
305,1min
kVxUsUc =9,1 kV
Ur=tensión asignada
minmin 25,11 UcUr =1,25x 9,1 kV=11,37 kV
sktov
Us
Ur10,
34,1
2min
075,1
3154,1
2min
Ur =11,29 kV
Ktov,10s según figura No.2
Figura No.2 ktov
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Ur, min = Ur1min=11,9 kV este valor se redondea al máximo superior múltiplo de 3, la tensión asignada Ur, min = 12 kV.
Tomando como base los catálogos de los fabricantes se toma una tensión asignada Ur normalizado de Ur = 12 kV y una tensión de operación continua Uc = 24 kV, para ello se tienen los siguientes parámetros.
Nivel de protección al impulso tipo rayo U 10 kA, 8/20 s = 30,4 kV
Nivel de protección al impulso tipo maniobra U 1kA, 30/70 s = 25,8 kV
Nivel de protección al impulso tipo maniobra U 0,5kA, 30/70 s = 25,1 kV
Nivel de protección al impulso tipo escarpado U 10kA, 1/2 s = 33,1 kV
3.2.3 CHEQUEO DE VALORES DE PROTECCIÓN
3,24,3070
1 20/8,0
kVkV
ULIWL
skA
Factor de protección suficiente.
3.2.4 CALCULO DE ENERGIA
La energía a disipar por el pararrayos está dada por:
W = 2*Ups*( Ue-Ups)*Tw/Z
Para una longitud de 100 km: 1,30 kJ <= 144 kJ
Para una longitud de 40 km: 1,94 kJ <= 144 kJ
Siendo:
Ups = Nivel de protección al impulse maniobra = 25,8 kV
Ue = Amplitud de sobretensión=3,7 valor conservativo Ue = 3,7 Us*2/3=36,25
Z = Impedancia de la línea = 138 Ohm
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Tw = Tiempo de viaje=longitud línea/velocidad de la luz = 100 km/300000 km/s = 0,00033 s
Tw = Tiempo de viaje =longitud línea/ velocidad de la luz = 40 km/300000 km/s = 0,000133 s
La energía a disipar por el pararrayos para descargas atmosféricas está dada por:
W = [2*Uf-N*Upl*(1+ln(2*Uf/Upl))]*Upl*Ti/Z
55,0 kJ <= 144 kJ
Con Ur min = 12 kV
La capacidad de absorción de energía por kV para el mayor valor:
Calculada: 4,58 kJ/kVUr
Pararrayo seleccionado 6,7 kJ/kVUr
Siendo:
Upl = Nivel de protección al impulse tipo rayo = 30,4 kV
Uf = flashover negativo sobre el aislamiento Uf = 441 kV según norma
N = Número de líneas conectadas al pararrayos N = 1
Z = Impedancia de la línea = 138 Ohm
Ti = Tiempo de duración del impulso = 0,0003 s. Duración equivalente de la corriente de la descarga, incluyendo la primera y las descargas subsecuentes (Valor recomendado por la norma IEC60099-5).
3.2.5 Coordinación de Aislamiento de equipos aislados al aire procedimiento con Pararrayos Zno.
DESCRIPCION
TENSION DEL SISTEMA
36 kV 15 kV
- Pararrayos seleccionado
- Tensión asignada- Ur 30 kV 12 kV
- Nivel de protección al impulso –NPI 72 kV 30,4 kV
-Nivel básico de aislamiento-BIL 170 75
-Factor de protección 2,36 2,3
-Energía disipada por el pararrayos 6,7 KJ/KV Ur 6,7 KJ/KV Ur
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Los valores de nivel de protección al impulso, fueron obtenidos del fabricante .
Figura No 3-Caracteristicas técnicas pararrayos 34. 5kV.
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Figura No 4-Caracteristicas técnicas pararrayos 15 Kv.
