guia para la elaboracion de proyecto de redes y subestaciones

GUIA PARA LA ELABORACION DE PROYECTOS EN REDES Y
SUBESTACIONES ELECTRICAS
ELABORADO POR
GERMAN GRANADOS ROBAYO
I NGENIERO ELECTRICISTA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
Bogota, Octubre de 2013
Elaborado por, Ing Germán Granados Robayo, Octubre 22 de 2013
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Contenido
1.
CALCULOS EN MEDIA TENSION, RED AEREA ............................................................ 4
1.1 IMPEDANCIA DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION ..................................... 4
1.2 CAPACIDAD DE LOS FUSIBLES PARA REDES AEREAS ............................................ 4
1.3 CARACTERISTICAS DE LOS CONDUCTORES EN REDES AEREAS......................... 5
1.4 CALCULOS EN BAJA TENSION ........................................................................................ 5
1.4.1
Características de los conductores en baja tensión ............................................. 6
1.4.2
Capacidad de corriente en corto circuito para conductores en baja tensión ...... 6
1.4.3 Diagrama unifilar para tablero de distribución general de acometidas eléctricas.... 7
1.4.4 Dimensionamiento de acometidas, Norma AE 244 de Codensa .............................. 7
1.4.5 Características del cable monopolar de cobre THWN, THHN .................................. 8
1.4.6 Numero máximo de conductores por ducto ................................................................ 8
1.5 Calculo de barrajes eléctricos.............................................................................................. 9
1.6 EJEMPLO DE ESTRUCURA PARA MONTAJE DE TRANSFORMADOR EN POSTE
10
1.6.1 Lista de materiales estructura tipo H ......................................................................... 12
1.7 CALCULO DE LA RESISTENCIA DE TIERRA DE LA VARILLA DE PUESTA A
TIERRA DEL TRANSFORMADOR EN POSTE. .................................................................... 13
1.8 FORMAS DE MEDIR LA ENERGIA SEGÚN LA CARGA CONTRATADA ................... 14
1.8.1 Limites de carga para medición directa ..................................................................... 14
1.8.2 Limites de carga para medición indirecta en BT, cargas alimentadas con
transformador dedicado 120/208 Voltios ............................................................................ 15
1.8.3 Limites de carga para medición indirecta, cargas alimentadas con redes de MT
11.4 KV................................................................................................................................... 16
1.8.4 Limites de carga para medición indirecta, cargas alimentadas con redes de MT
13.2 KV................................................................................................................................... 16
1.8.5 Limites de carga para medición indirecta, cargas alimentadas con redes de MT
34.5 KV................................................................................................................................... 16
2.
DATOS PARA EL EJERCICIO DE LA SUBESTACION CAPSULADA ........................ 17
2.1 NORMA DE REFERENCIA PARA EL CALCULO DE LA MALLA DE PUESTA
ATIERRA DE LA SUBESTACION ELECTRICA .................................................................... 17
2.2 CORRIENTES DE CORTO CIRCUITO EN CONDUCTORES DE COBRE Y
ALUMINIO.................................................................................................................................. 18
2.3 CENTROS DE TRANSFORMACION INDUSTRIALES DE 34.5 KV ............................. 19
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2.3.1 Normas aplicables ....................................................................................................... 19
2.3.2 Centros de distribución industriales 34.5 KV, generalidades .................................. 19
2.3.3 Características principales de los transformadores .................................................. 20
2.3.4 Protecciones primarias de transformadores de 34,5 kV .......................................... 20
2.3.5 Ejemplo CTS552-1 Centro de transformación industrial 34,5 kV. Instalación exterior
del transformador ...................................................................................................................... 21
2.3.6 Ejemplo CTS555 Centro de transformación industrial 34,5 kV. Diagrama unifilar de
transformadores de 1000 a 2000 KVA .................................................................................... 22
2.3.7 Ejemplo CTS566 Centro de transformación industrial 34,5 kV. Disposición interior. 23
2.4 CENTROS DE TRANSFORMACION DE 11.4, 13.2 KV ............................................... 24
2.4.1
Normas aplicables ................................................................................................. 24
2.5 NORMAS DE CONSTRUCCION CABLES SUBTERRANEOS .................................... 24
2.5.1
Normas aplicables ................................................................................................. 24
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1. CALCULOS EN MEDIA TENSION, RED AEREA
Potencia
instalada
Potencia
demandada
Tensión
primaria
(KV)
Corriente
Primario
Impedancia del Corriente
transformador de corto
circuito
primario
(A)
Protección
primario
Longitud
(M)
Conductor
MT
Constante
K
conductor
en media
tensión
Caída de
tensión
primario
(%)
1.1 IMPEDANCIA DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
1.2 CAPACIDAD DE LOS FUSIBLES PARA REDES AEREAS
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1.3 CARACTERISTICAS DE LOS CONDUCTORES EN REDES AEREAS
1.4 CALCULOS EN BAJA TENSION
Corriente
Secundario
Impedancia del
transformador
(A)
(Z) %
I conductor
neutro
I conductor
tierra
(A)
(A)
Corriente de
corto circuito
primario (A)
Constante K
conductor en
baja tensión
Protección
secundario
Conductor BT
I conductor
fases
conductor de fases
(A) 1
THHN
(A)
(A)
Caída de
tensión (%)
(A)
Capacidad de Conductor de
corto en el
puesta a
secundario (A) tierra tablero
(A)
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(A)
Barrajes
tablero
principal
Medidores de
energía
(A)
(A)
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1.4.1 Características de los conductores en baja tensión
1.4.2 Capacidad de corriente en corto circuito para conductores en baja
tensión
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1.4.3 Diagrama unifilar para tablero de distribución general de acometidas
eléctricas
1.4.4 Dimensionamiento de acometidas, Norma AE 244 de Codensa
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1.4.5 Características del cable monopolar de cobre THWN, THHN
1.4.6 Numero máximo de conductores por ducto
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1.5 Calculo de barrajes eléctricos
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1.6 EJEMPLO DE ESTRUCURA PARA MONTAJE DE TRANSFORMADOR EN
POSTE
CTU510-2 Centro de distribución urbano. Montaje en estructura tipo H de
transformador trifásico de 225 kVA con final de circuito primario para servicio
dedicado
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1.6.1 Lista de materiales estructura tipo H
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1.7 CALCULO DE LA RESISTENCIA DE TIERRA DE LA VARILLA DE PUESTA A
TIERRA DEL TRANSFORMADOR EN POSTE.
Para el cálculo del electrodo tipo varilla se utiliza el método de TAGG, en el cual se halla la
resistencia propia de la varilla con la siguiente expresión:
RP =
ρ
2 ⋅ π ⋅ LB
L
3 ⋅ LB + 4 ⋅ t 

⋅  B ⋅
L B + 4 ⋅ t 
 rB
Donde: ρ: es la resistividad del terreno, en ohmio-metro
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LB: es la longitud de la barra, en metros
rB: es el radio de la barra, en metros
t: es la profundidad de enterramiento, en metros
Para una varilla en cobre de 5/8” de diámetro con una longitud de 2,44 metros enterrada 20
centímetros desde la superficie y con una resistividad del terreno de 23 Ω-m, se tiene:
RP =
 2,44
23
3 ⋅ 2,44 + 4 ⋅ 0,2 
 = 9,28 Ω
⋅ 
⋅
2 ⋅ π ⋅ 2,44  0,007938
2,44 + 4 ⋅ 0,2 
El valor calculado de 9,28 Ω cumple ya que es menor al exigido en la tabla No. 24 del artículo 15
del Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas RETIE vigente.
1.8 FORMAS DE MEDIR LA ENERGIA SEGÚN LA CARGA CONTRATADA
Para servicios cuya carga requerida sea inferior a cincuenta y cinco (55) kW, la
medida se realizará en baja tensión (nivel 1) con medidores de energía
electrónicos con clase de exactitud igual o mejor a 1, en conexión directa o
semidirecta por medio de transformadores de corriente con clase de exactitud
igual o mejor a 0.5S.
Estos equipos pueden ser multirango en tensión hasta 480 V.
Para cargas iguales o superiores a cincuenta y cinco (55) kW, e inferiores a
trescientos (300) kW, la medida se realizará en baja tensión (nivel 1) con
medidores de energía electrónicos y transformadores de corriente con clase de
exactitud igual o mejor a 0.5S
1.8.1 Limites de carga para medición directa
En la selección de los conductores de la acometida, debe tenerse en cuenta que
cumpla con los requerimientos de caída máxima de tensión de acuerdo con la
norma AE 200. En las siguientes tablas se señalan los calibres mínimos a utilizar.
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1.8.2 Limites de carga para medición indirecta en BT, cargas alimentadas con
transformador dedicado 120/208 Voltios
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1.8.3 Limites de carga para medición indirecta, cargas alimentadas con redes de
MT 11.4 KV
1.8.4 Limites de carga para medición indirecta, cargas alimentadas con redes de
MT 13.2 KV
1.8.5 Limites de carga para medición indirecta, cargas alimentadas con redes de
MT 34.5 KV
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2. DATOS PARA EL EJERCICIO DE LA SUBESTACION CAPSULADA
Proyecto redes aéreas
Proyecto subestación interna
Nombres y Apellidos
Potencia
instalada
(KVA)
Factor de
demanda
(%)
Resistividad del
terreno
Ohmios/m^2
Tensión
primaria
(KV)
Tensión
secundaria
(V)
Potencia
instalada
(KVA)
Factor de
demanda
(%)
Resistividad del
terreno
Ohmios/m^2
Tensión
primaria (KV)
Tensión
secundaria
(V)
Alejandro Martinez, Frank Rodriguez, Capsulada,
celda dúplex y protección transformador aceite
140,625
80
100
11.4
208-120
375
80
30
13.2
208-120
Edwin A Bernal, Edwin A Leon, pedestal
107,14
70
30
13.2
208-120
571.42
70
20
11.4
208-120
Manuel Moreno, Jhon Fredy Vallejo aceite
375
60
20
11.4
208-120
1166,66
60
10
11.4
208-120
Celiar Castilla, Edwin Ayala aceite
321,14
70
10
13.2
208-120
1428,57
70
40
34.5
440
Helmer Castro, Ismael Valbuena tiposeco
93,75
80
40
11.4
208-120
787,5
80
30
11.4
208-120
250
90
30
13.2
208-120
555,55
90
20
11.4
208-120
107,14
70
20
11.4
208-120
1166,6
70
10
13.2
208-120
375
60
10
13.2
208-120
1333,33
60
100
34.5
440
Carlos Alberto Plaza R, Julian Granados seco
93,75
80
100
11.4
208-120
375
80
30
13.2
208-120
Nelson Torres, Luis Edcuardo rodriguez aceite
107,14
70
30
13.2
208-120
571,42
70
20
11.4
208-120
375
60
20
11.4
208-120
1166,66
60
10
34.5
440
Carlos Arturo Cruz, Ivan Arturo Portela, Andres
Alexander segura seco
321,14
70
10
13.2
208-120
714,28
70
40
11.4
208-120
Cristian Wilches, Johan Saba, Alex Rey aceite
93,75
80
40
11.4
208-120
500
80
30
13.2
208-120
250
90
30
13.2
208-120
700
90
20
11.4
208-120
107,14
70
20
11.4
208-120
571.42
70
10
11.4
208-120
375
60
10
13.2
208-120
833,33
60
60
13.2
208-120
Polkan Yesid Pineda, Jose David Restrepo aceite
Cindy Viviana Pachon, Hugo Armando Ardila aceite
Marcelo Caceres, David Parra aceite
Orlando Ramirez, Jairo Atehortua seco
Nicolas, Jhon Ramirez aceite
Armando Castaneda, Andrey Castellanos aceite
Walter espitia, Andres Rojas aceite
2.1 NORMA DE REFERENCIA PARA EL CALCULO DE LA MALLA DE PUESTA
ATIERRA DE LA SUBESTACION ELECTRICA
El cálculo de la malla de puesta a tierra interna utilizar la siguiente norma CTS557 Centros de
transformación industriales de 34,5 kV.
El sistema de puesta a tierra (SPT) del centro de transformación está formado por varillas
de puesta a tierra (Norma ET-490) conectados entre sí, mediante cable de cobre calibre 2/0 AWG,
formando una malla, la cual es calculada de acuerdo con el procedimiento presentado en la
Norma IEEE-80 (Norma CS-556 y CS-557) con los siguientes datos: Resistencia máxima a tierra 10
Ohmios, profundidad de enterramiento de la malla 60 cm, tiempo de duración de la falla 0,1
segundos.
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2.2 CORRIENTES DE CORTO CIRCUITO EN CONDUCTORES DE COBRE Y
ALUMINIO
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2.3 CENTROS DE TRANSFORMACION INDUSTRIALES DE 34.5 KV
2.3.1 Normas aplicables
•
•
•
•
•
•
CTS 550 centros de transformación industriales
CTS 551 diagrama unifilar
CTS 552 Disposición típica
CTS 552-1 Celdas en local
CTS 553 distancias mínimas en las celdas
CTS 554 Diagrama unifilar de equipos de protección y medida de transformadores de 225
A 800 KVA
2.3.2 Centros de distribución industriales 34.5 KV, generalidades
•
•
•
•
Los Centros de transformación industriales de 34,5 kV pueden ser de instalación interior o
exterior, dependiendo de la disponibilidad de espacio en predios del usuario.
Estos Centros de Transformación podrán ser alimentadas por líneas aéreas, cables
subterráneos o por líneas aéreas con tramos de cable subterráneo entre la estructura
terminal y el Centro de transformación.
Los Centros de Transformación industriales tendrán transformadores de relaciones 34,5 –
11,4 kV y 34,5 kV – 480 V ó 440V, dependiendo de la necesidad del cliente.
Para los Centros de Transformación industriales de 34,5 kV las potencias normalizadas por
la Empresa para los transformadores son las siguientes:
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2.3.3 Características principales de los transformadores
Los transformadores deberán ser trifásicos a prueba de intemperie, auto - refrigerados y cumplir
con la norma ANSI C 57.12.00
Los arrollamientos de 34,5 kV deben estar conectados en delta y los arrollamientos secundarios
deben estar conectados en estrella con neutro sólidamente puesto a tierra, con el grupo vectorial
DY5.
Los valores de impedancia y pérdidas deben cumplir los valores de la norma NTC 819 última
versión. Las tolerancias de impedancia deberán estar dentro de los valores dados por la norma
NTC 380.
Todos los transformadores del tipo aislados en aceite deben estar equipados con válvula de
sobrepresión. Los transformadores de capacidad igual o mayor a 1 000 kVA deben estar equipados
con Relé Buchholz con dos flotadores y contactos, los cuales podrán ser utilizados para alarma y
desconexión.
2.3.4 Protecciones primarias de transformadores de 34,5 kV
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2.3.5 Ejemplo CTS552-1
1 Centro de transformación industrial 34,5 kV. Instalación
exterior del transformador
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2.3.6 Ejemplo CTS555 Centro de transformación industrial 34,5 kV. Diagrama
unifilar de transformadores de 1000 a 2000 KVA
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2.3.7 Ejemplo CTS566 Centro de transformación industrial 34,5 kV. Disposición
interior
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Página 23
2.4
CENTROS DE TRANSFORMACION DE 11.4, 13.2 KV
2.4.1 Normas aplicables
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
2.5
Configuración de centros de transformación de distribución de MT
CTS 500 Local para centros de transformación
CTS 501 Opciones para la acometida de MT a centro de transformación en sótano
CTS 503 Celda dúplex para MT
CTS 504 Seccionador tripolar para operación bajo carga
CTS 505 Disposición de equipos en la celda compacta dúplex
CTS 506 Celda compacta triplex
CTS 507 Fusibles limitadores de corriente
CTS 511-1 Centro de transformación capsulado
CTS 513 Centros de transformación capsulados , con celdas de maniobra y medida
CTS 518-2 Celda del transformador tipo seco
CTS 519 Centro de transformación subterráneo, transformador tipo seco
CTS 520 Centro de transformación de pedestal
NORMAS DE CONSTRUCCION CABLES SUBTERRANEOS
2.5.1 Normas aplicables
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Generalidades cables subterráneos
CS150 Distribución típica de ductos y cámaras
CS 151 Tipos de vías
Generalidades cámaras y ducterias
CS 200 características de ductos corrugados pvc
CS 203 Construcción de canalizaciones eléctricas
CS 208, 209, 210, 211, 212 213, 214 215, 216, 217, 218, 219, 220, 221, Detalles ductos,
zanjas y rellenos
CS 274 Caja de inspección para alumbrado publico y acometidas de baja tensión
CS 275 Tapa de caja de inspección sencilla
CS 275- 2 Caja de inspección sencilla
CS 276 Caja de inspección doble
CS 280 caja de inspección vehicular
Cs 301 Características de cables triplex
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