B Emitido para aprobación 28/05/2019 J. AGUILAR A. MARQUEZ H. ANGLES A Emitido para revisión interna 25/05/2019 J. AGUILAR A. MARQUEZ H. ANGLES Rev. Descripción Fecha Ejec. Rev. Apr. Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna, Acometidas en 69kV hacia Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de LT 138kV Push Back – Botiflaca Área: ABENGOA LT 138 kV Doble terna Derivación SE Cuajone Cálculos de Puestas a Tierra LT 138 kV Código: Revisión 570845F-MCA07-418 Responsable Técnico: Jhon Aguilar B Página 1 de 12 Cálculos de Puestas a Tierra LT 138 kV ABENGOA 570845F-MCA07-418 Rev.: Revisión Fecha A 28/05/2019 Revisión interna. B 28/05/2019 Para revisión del cliente. Página 2 de 11 B Motivos Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna, Acometidas en 69kV hacia Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de LT 138kV Push Back – Botiflaca ABENGOA Cálculos de Puestas a Tierra LT 138 kV 570845F-MCA07-418 Rev.: Página 3 de 11 B Contenido 1. Objeto .................................................................................................................4 2. Premisas ..............................................................................................................4 3. Documentos de referencia ...................................................................................4 4. Resistividad del terreno ........................................................................................4 5. Configuración de SPT con Jabalinas .....................................................................5 6. Cálculos de resistencia de puesta a tierra sin aditivos ............................................6 6.1. Calculando con fórmulas de IEEE ......................................................................6 6.2. Calculando con fórmulas de EPRI ......................................................................7 7. Cálculos de resistencia de puesta a tierra con aditivos...........................................7 8. Comparativa de resultados...................................................................................8 9. Método de Medición de Resistividad Wenner .......................................................9 10. Resumen y Registros de Medición de Resistividad del terreno: .........................10 11. Resumen de suministro para sistema de puesta a tierra ...................................11 12. Conclusiones ..................................................................................................11 13. Anexos...........................................................................................................11 Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna, Acometidas en 69kV hacia Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de LT 138kV Push Back – Botiflaca ABENGOA Cálculos de Puestas a Tierra LT 138 kV 570845F-MCA07-418 Rev.: Página 4 de 11 B 1. Objeto Presentar cálculos y propuestas de sistemas de puesta a tierra para cumplir objetivo de RPT=25 Ohm. Se analizan soluciones convencionales y alternativas usando aditivos al terreno para mejorar su resistividad. 2. Premisas Se usa contrapeso con las siguientes características Material : Cobre Electrolítico Diámetro : 6.5 mm Sección : 25 m2. Cantidad de alambres : 7 alambres Se entierra el contrapeso en zanja de 0.40m de ancho x 0.60 m de profundidad. Se analizan configuraciones y alternativas con aditivos y sin aditivos. Se utilizan uniones soldadas y/o mecánicas. 3. Documentos de referencia CNE-2011 – Código Nacional de Electricidad. EPRI AC Transmission Linea Reference Book – 200 kV and Above. IEEE 142-2007 Grounding of Industrial and Commercial Power Systems. 4. Resistividad del terreno Se espera valores de resistividad del terreno muy altos. En proyectos similares próximos a la zona de proyecto se encontró valores muy altos de resistividad. Por esta razón se hará estimaciones hasta el valor de 10000 ohm-m. Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna, Acometidas en 69kV hacia Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de LT 138kV Push Back – Botiflaca ABENGOA Cálculos de Puestas a Tierra LT 138 kV 570845F-MCA07-418 Rev.: Página 5 de 11 B 5. Configuración de SPT con Jabalinas Resistencia con Jabalina Simple SPT1 Consiste en la instalación de una jabalina instalada a 0,60m de profundidad + tratamiento del suelo circundante, la fórmula para hallar el valor de resistencia de puesta a tierra viene dado por: Donde: • • • • • • Longitud de la jabalina (Lj) : 2,4 m Diámetro de la jabalina (dj) : 3/4" ≥0,01905m Diámetro de la jabalina + tratamiento (dj) : 4" ≥0,1016m Profundidad (h) : 0,6 m Resistividad del terreno (ρ) : en Ohm-m Resistencia de puesta a tierra de 1 jabalina (R1) Reemplazando los valores, se tiene: R1 = 0.2717 ρ Por lo tanto, el diseño de puesta a tierra “tipo J1” será usado hasta una resistividad del terreno de 90 -m, para obtener un valor de resistencia de puesta a tierra de 24.4 ohm. Resistencia con Jabalina Doble SPT2 Consiste en la instalación de dos jabalinas instaladas a 0,60m de profundidad + tratamiento del suelo circundante de cada jabalina, la fórmula para hallar el valor de resistencia de puesta a tierra viene dado por: Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna, Acometidas en 69kV hacia Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de LT 138kV Push Back – Botiflaca Cálculos de Puestas a Tierra LT 138 kV ABENGOA 570845F-MCA07-418 Rev.: Página 6 de 11 B Donde: • • • • • • Longitud de la jabalina (Lj) Diámetro de la jabalina (dj) Diámetro de la jabalina + tratamiento (dj) Profundidad (h) Separación entre jabalinas Resistividad del terreno (ρ) : 2,4 m : 3/4" ≥0,01905m : 4" ≥0,1016m : 0,6 m : 5.34 m : en Ohm-m Radio semiesférico equivalente Req = 0.528 m Coeficiente de reducción = 0.132 Resistencia de puesta a tierra de 1 jabalina (R1) = 0.2717 ρ Resistencia de puesta a tierra de 2 jabalina (R1) = 0.1492 ρ Por lo tanto, el diseño de puesta a tierra “tipo J2” será usado hasta una resistividad de terreno de 165 -m para obtener un valor de resistencia de puesta a tierra de 24.6 ohm. 6. Cálculos de resistencia de puesta a tierra sin aditivos Consiste en enterrar contrapesos en una zanja de 0.40 m de ancho x 0.60 m de profundidad. El relleno se hace con material propio seleccionado o material de préstamo dependiendo del tipo de terreno en que se ubica la puesta a tierra. Para estimar la longitud de contrapesos, para diferentes tipos de terrenos y valores de resistividad del terreno, se utilizan formulas empleadas en los documentos de referencia (EPRIIEEE). Se puede observar que para altos valores de resistividad la longitud de contrapeso a instalar es elevada. 6.1. Calculando con fórmulas de IEEE Cuadro N° 01: resistencia IEEE Contrapeso Horizontal - IEEE 142 - 2007 Resistividad r ( -m) 1000 2500 5000 7500 10000 12500 Diametro "d" m 0.011 0.011 0.011 0.011 0.011 0.011 Radio "a" m 0.0055 0.0055 0.0055 0.0055 0.0055 0.0055 Altura "h" m 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 Depth-"s" m 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 Long. 2L m 85 250 550 860 1200 1540 Brazo L m 42.5 125 275 430 600 770 24.91 24.60 24.64 24.88 24.65 24.66 RPT Referencia: Table 4-5—Formulas for the calculation of resistances to ground, IEEE 142-2007 Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna, Acometidas en 69kV hacia Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de LT 138kV Push Back – Botiflaca Cálculos de Puestas a Tierra LT 138 kV ABENGOA 570845F-MCA07-418 Rev.: Página 7 de 11 B 6.2. Calculando con fórmulas de EPRI Cuadro N° 02: resistencia EPRI Contrapeso Horizontal EPRI - SUNDE Lenght L, radius a, Buried horizontal wire Resistividad r depth d ( -m) 1000 2500 5000 7500 10000 12500 Diametro "D" m 0.011 0.011 0.011 0.011 0.011 0.011 Radio "a" m 0.0055 0.0055 0.0055 0.0055 0.0055 0.0055 Depth-"d" m 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 Brazo L m 85 250 550 860 1200 1540 RPT 24.89 24.59 24.64 24.87 24.65 24.66 Grafica 01: relación Longitud – Resistividad Longitud de contrapeso horizontal (metros) Longitud de contrapeso para obtener 25 Ohm 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 2500 5000 7500 10000 12500 Resistividad del terreno (Ohm-m) 7. Cálculos de resistencia de puesta a tierra con aditivos Consiste en enterrar contrapesos en una zanja de 0.40 m de ancho x 0.60 m de profundidad. El relleno se hace con material propio seleccionado o material de préstamo dependiendo del tipo de terreno en que se ubica la puesta a tierra. El contrapeso se cubre con una sustancia aditiva, suelo artificial, por ejemplo: Hidrosolta. En otros casos se puede usar orto aditivo como Favigel o cemento conductivo. Para estimar la longitud de contrapesos, para diferentes tipos de terrenos y valores de resistividad del terreno, se utilizan formulas empíricas de fabricantes. Abengoa ha hecho ensayos y está en capacidad de afirmar que la validez de dichas formulas es aproximada y depende mucho de las características del terreno. Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna, Acometidas en 69kV hacia Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de LT 138kV Push Back – Botiflaca Cálculos de Puestas a Tierra LT 138 kV ABENGOA 570845F-MCA07-418 Rev.: Página 8 de 11 B Cuadro N° 03: resistencia con aditivos Contrapeso Horizontal: Usando Aditivos Resistividad r ( -m) 1000 2500 5000 7500 10000 12500 diametro "d" m 0.011 0.011 0.011 0.011 0.011 0.011 Radio "a" m 0.0055 0.0055 0.0055 0.0055 0.0055 0.0055 Depth-"d" m 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 Ancho "A" m 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 Brazo L m 16 50 110 175 250 320 RPT 24.92 23.87 24.18 24.17 23.55 23.66 Grafica 02: relación Longitud – Resistividad Longitud de contrapeso horizontal (metros) Longitud de contrapeso para obtener 25 Ohm 350 300 250 200 150 100 50 0 2500 5000 7500 10000 12500 Resistividad del terreno (Ohm-m) 8. Comparativa de resultados Se observa que para los altos valores de resistividad es aconsejable el uso de aditivos pues reduce notablemente la longitud de contrapeso a enterrar. Grafica 03: relación Longitud – Resistividad Longitud de contrapeso horizontal (metros) Longitud de contrapeso para obtener 25 Ohm 1,540 1,600 1,400 1,200 1,200 860 1,000 800 550 600 400 250 200 50 110 175 250 320 0 2500 5000 7500 10000 12500 Resistividad del terreno (Ohm-m) Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna, Acometidas en 69kV hacia Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de LT 138kV Push Back – Botiflaca ABENGOA Cálculos de Puestas a Tierra LT 138 kV 570845F-MCA07-418 Rev.: Página 9 de 11 B No obstante, de las ventajas del uso de aditivos, para altos valores de resistividad del terreno ya no es práctico seguir enterrando contrapeso, por lo que se recomienda que a partir de cierto valor de resistividad (por ejemplo 10000 Ohm-m) ya no se continúe enterrando contrapeso o se busque un terreno de menor resistividad hacia dónde dirigir los contrapesos. 9. Método de Medición de Resistividad Wenner El método de Wenner es el más utilizado para los estudios de resistividad del terreno, consiste en incrustar en el terreno cuatro estacas o picas en línea recta y separadas a distancias iguales “a”, la profundidad de la estaca o pica es denotada con la letra” b” (Ver Figura 3). El potencial originado entre las dos estacas (estacas interiores) es medido y dividido por el valor de la corriente que circula entre las estacas exteriores, dando un valor de resistencia “R”; este método es propuesto por la IEEE Std 80‐2000.en la sección 13.3. Figura N°03: Medición de Resistividad Aparente del Suelo La resistividad del suelo se estima con la siguiente Formula: En donde: ρa: Resistividad del suelo, Ω m. R: Resistencia resultante de la medida, Ω. a: Distancia entre electrodos adyacentes, m Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna, Acometidas en 69kV hacia Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de LT 138kV Push Back – Botiflaca Cálculos de Puestas a Tierra LT 138 kV ABENGOA 570845F-MCA07-418 Rev.: Página 10 de 11 B 10. Resumen y Registros de Medición de Resistividad del terreno: De las mediciones registradas se tiene el siguiente cuadro resumen: Cuadro N° 04: resumen de resistividad del terreno Resistividad de Capa Medidas Resistencia Aparente Eje Longitudinal (ohm) Medidas Resistencia Aparente Eje transversal (ohm) Ítem Tipo de Estructura Tipo de terreno 1m 2m 4m 6 m. 8 m. 1m 2m 4m 6 m. 1 E01 Arcilloso 106.90 64.40 29.20 22.70 14.72 98.40 93.10 28.50 24.30 2 E02 Gravoso 30.60 18.30 16.62 15.19 13.24 33.10 20.90 13.43 7.18 3 E03 Arcilloso + Bolonería 31.40 39.70 41.40 31.20 24.10 31.50 42.20 32.90 29.70 4 E04 Roca sana 87.00 47.90 53.60 38.20 37.80 100.30 74.10 45.40 5 E05 Arcilloso 99.30 68.80 54.60 33.10 29.40 90.90 69.50 6 E06 Arcilloso - Limoso 198.20 62.00 33.20 23.10 19.09 65.30 7 E07 Roca fracturada 62.80 23.90 14.95 15.24 16.12 8 E08 Roca fracturada 32.20 18.33 21.40 18.64 9 E09 Arcilloso + Grava 55.00 37.80 16.31 10 E10 Arcilloso + Grava 48.70 23.10 11 E11 Arcilloso + Grava 25.70 12 E12 Arenoso + Grava 13 E13 14 Profundidad de primera capa Primera Segunda 8 m. Ώ. - m Ώ. - m m 13.36 600 764 0.60 11.76 200 1 281 2.20 27.20 200 3 800 0.90 39.30 34.40 550 4 950 1.80 54.50 56.20 46.40 550 3 117 1.50 44.10 15.57 13.45 12.47 850 510 1.20 62.50 17.35 13.46 14.64 12.40 400 193 0.80 20.80 36.50 30.00 20.80 17.95 18.08 200 2 877 1.80 9.41 7.18 70.70 28.50 20.40 11.62 8.84 400 509 1.65 13.89 10.09 7.06 25.70 17.43 13.13 11.05 8.47 240 2 160 3.80 22.90 9.09 9.00 7.46 35.60 29.00 12.41 9.27 6.57 240 2 160 3.80 18.38 11.43 7.32 6.26 5.47 16.18 11.20 9.87 7.34 5.52 100 567 1.70 Arenoso + Grava 4.04 2.53 2.04 2.05 2.25 2.71 2.20 1.70 1.56 1.71 20 94 1.40 E14 Arcilloso + Grava 15.45 11.15 6.37 5.67 5.27 16.53 11.44 5.82 4.70 3.34 100 208 1.00 15 E15 Arenoso + Grava 34.50 31.30 15.20 14.78 13.07 28.50 21.70 15.20 17.17 11.81 200 467 0.75 16 E16 Arenoso + Grava 36.10 22.20 13.24 8.71 7.36 59.00 18.51 12.49 9.90 8.22 300 155 1.65 17 E17 Roca fracturada 18.89 16.03 9.24 8.56 5.38 30.30 13.41 6.63 5.17 4.92 155 210 0.80 18 E18 Roca fracturada 30.30 13.41 6.63 5.17 4.92 18.89 16.03 9.24 8.56 5.38 150 350 1.60 19 E19 Roca fracturada 26.50 17.59 15.76 12.44 8.77 25.60 12.18 8.69 6.97 6.50 150 216 0.80 20 E20 Arenoso + Grava 22.90 11.82 7.71 6.88 5.81 29.30 10.45 8.98 6.54 5.80 160 118 0.85 21 E21 Arcilloso + Grava 59.60 23.20 10.30 6.92 4.94 44.90 27.10 12.10 6.52 4.22 320 161 3.60 22 E22 Arcilloso + Grava 39.70 21.90 3.96 2.17 1.38 41.40 14.20 5.10 4.77 3.28 250 185 1.20 23 E23 Arcilloso + Grava 30.80 11.90 6.62 3.58 2.85 41.40 29.60 7.25 9.02 2.94 230 311 1.00 24 E24 Arcilloso + Grava 7.02 5.55 4.81 3.85 3.80 8.43 6.35 3.93 3.80 3.20 45 198 1.20 Se puede observar que la resistividad promedio aparente de acuerdo a las mediciones de campo esta en el orden 275 -m. Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna, Acometidas en 69kV hacia Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de LT 138kV Push Back – Botiflaca Cálculos de Puestas a Tierra LT 138 kV ABENGOA 570845F-MCA07-418 Rev.: Página 11 de 11 B 11. Resumen de suministro para sistema de puesta a tierra Cuadro N° 05: resumen de suministro de puesta a tierra Analisis de medicion de resistividad Nuevo h= ρ1 = ρ2 = ρ1 = Tipo de puesta a tierra Longitud del contrapeso brazos x metros Resistencia esperada contrapeso Resistencia esperada () Bolsa de Hidrosolta (15 kg-2.5 ml) Conector doble via m Ώ. - m Ώ. - m Ώ. - m 0.60 600 764 600 PAT-1x10 1 x 10 < 25 ohm 10.00 2.20 200 1 281 200 PAT-1x5 1 x 5 21.97 4 1 < 25 ohm 5.00 12.73 2 Arcilloso + Bolonería 0.90 200 3 800 200 PAT-1x5 1 1 x 5 < 25 ohm 5.00 12.73 2 E04 Roca sana 1.80 550 4 950 550 1 PAT-1x10 1 x 10 < 25 ohm 10.00 20.14 4 5 E05 Arcilloso 1.50 550 3 117 1 550 PAT-1x10 1 x 10 < 25 ohm 10.00 20.14 4 6 E06 Arcilloso - Limoso 1.20 850 1 510 850 PAT-1x15 1 x 15 < 25 ohm 15.00 22.34 6 7 E07 Roca fracturada 0.80 1 400 193 400 PAT-1x20 1 x 20 < 25 ohm 20.00 8.28 8 8 E08 Roca fracturada 1 1.80 200 2877 200 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 12.73 2 9 E09 1 Arcilloso + Grava 1.65 400 509 400 PAT-1x10 1 x 10 < 25 ohm 10.00 14.65 4 10 1 E10 Arcilloso + Grava 3.80 240 2160 240 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 15.28 2 1 11 E11 Arcilloso + Grava 3.80 240 2160 240 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 15.28 2 1 12 E12 Arenoso + Grava 1.70 100 567 100 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 6.37 2 1 13 E13 Arenoso + Grava 1.40 20 94 20 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 1.27 2 1 14 E14 Arcilloso + Grava 1.00 100 208 100 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 6.37 2 1 15 E15 Arenoso + Grava 0.75 200 467 200 PAT-1x10 1 x 10 < 25 ohm 10.00 7.32 4 1 16 E16 Arenoso + Grava 1.65 300 155 300 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 19.10 2 1 17 E17 Roca fracturada 0.80 155 210 155 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 9.87 2 1 18 E18 Roca fracturada 1.60 150 350 150 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 9.55 2 1 19 E19 Roca fracturada 0.80 150 216 150 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 9.55 2 1 20 E20 Arenoso + Grava 0.85 160 118 160 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 10.19 2 1 21 E21 Arcilloso + Grava 3.60 320 161 320 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 20.37 2 1 22 E22 Arcilloso + Grava 1.20 250 185 250 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 15.92 2 1 23 E23 Arcilloso + Grava 1.00 230 311 230 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 14.64 2 1 24 E24 Arcilloso + Grava 1.20 45 198 45 PAT-1x5 1 x 5 < 25 ohm 5.00 2.86 2 1 68.00 24.00 Ítem Tipo de Estructura Tipo de terreno 1 E01 Arcilloso 2 E02 Gravoso 3 E03 4 Resistividad promedio (Ώ. - m) 275 Long total de (m) Longitud total de contrapeso (m) 170.00 12. Conclusiones • • • • • El diámetro de suelo artificial a aplicar es de 0.10 m. La máxima resistencia esperada es de 25 Ώ. El suelo Artificial que emplear es HIDROSOLTA (Bolsa de 24.9 kg) La longitud total de contrapeso calculado es de 170m La cantidad de bolsa de HIDROSOLTA es de 68 bls. (1 bolsa / 2.5 m). Para terrenos de elevado valor de resistividad de terreno resulta aconsejable el uso de aditivos para disminuir la longitud de contrapeso a enterrar. 13. Anexos Anexo 01: Análisis de Mediciones de Resistividad del terreno. Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna, Acometidas en 69kV hacia Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de LT 138kV Push Back – Botiflaca