a5calculos electricos

Aprovechamiento Hidroeléctrico del embalse de el Gergal. Instalaciones.

Anejo V: CALCULOS ELECTRICOS Pag- 1

Anejo V: CALCULOS ELECTRICOS

1. CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO

2. CORTOCIRCUITO TRIFÁSICO EQUILIBRADO

3. CÁLCULO SENCILLO Y SIMPLIFICADO DE LAS CORRIENTES DE

CORTOCIRCUITO

4. CORTOCIRCUITO BIPOLAR SIN CONTACTO A TIERRA

5. CABLES AISLADOS DE POTENCIA

6. COORDINACIÓN DEL AISLAMIENTO

7. BATERÍA DE CORRIENTE CONTINUA

8. SECCIONES DE CONDUCTORES

9. CONEXIÓN DE BARRAS RÍGIDAS

10. SECCIONADORES

11. INTERRUPTORES

12. PARARRAYOS AUTOVALVULAS

13. TRANSFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCIÓN

14. PUESTA A TIERRA

15. INSTALACION DE BAJA TENSION



1. CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO.

- OBJETIVOS DEL CALCULO.

* Los poderes de corte y cierre de los interruptores automáticos a instalar.

* Los esfuerzos electrodinámicos en los puntos críticos de la instalación.

* La resistencia térmica de los cables a las sobreintensidades.

* La regulación (máximo-mínimo) de los relés de protección.

- CONSIDERACIONES.

* Se calculará la intensidad máxima en un defecto trifásico equilibrado, pues se

considera generalmente como el que genera los valores máximos de intensidad.

* Cuando se trata de circuitos de c.a. de tensión superior a 600 v. puede despreciarse la

resistencia y emplear solamente la reactancia como valor total de la impedancia ya que se cumple

Rk<0,3·Xk.

* Exceptuando líneas de transmisión, no hay conexiones largas, por lo cual solo se

consideran los valores de las reactancias de los distintos elementos del sistema.

* Si bien el calculo de ciertas reisistencias no es necesario, normalmente, para

determinar la impedancia, si es útil para el cálculo de la relación R/X, que permite deducir la

amplitud máxima de la primera cresta.

* Todas las impedancias deben calcularse referidas a la tensión del punto de defecto.

* El valor de la reactancia en % o en ohmios se da siempre tomando como referencia la

potencia aparente nominal del elemento en consideración. Su valor será otro si se refiere a otra

potencia cualquiera.



2. CORTOCIRCUITO TRIFASICO EQUILIBRADO.

2.1. CORTOCIRCUITO TRIFASICO EN EL LADO DE 15 KV.

El esquema que se va a utilizar es el siguiente:

Los datos a tener en cuenta son:

a) RedUn = 15 KVS"k = 500 MVA

b) Linea3 Km de linea aerea con LA-56

c) Transformadorr = 6/15 KVPn = 3000 KVAEcc = 8 %

d) Generador síncronoUn = 6 KVPn = 3000 KWIn = 288,6 AIa/In = 5,2X"d = 25 %

donde:S"k = Pcc = Potencia de la corriente alterna inicial (o subtransitoria) de cortocircuito. Se

emplea la designación abreviada de "Potencia de cortocircuito".Ecc = Tensión de cortocircuito del transformador.X"d = Reactancia subtransitoria longitudinal. Reactancia efectiva que tiene la máquina en

el momento efectivo del cortocircuito.

Las impedancias de estos elementos son:a) RedRr = 0 ?

Xr = 1,1* Un2 / S"k = 1,1 * 152 / 500 = 0.495 ?

b) LíneaRl = 0,614·3 = 1.842 ?Xl = 0,4·3 = 1.2 ?

c) TransformadorRt = 0 ?Xt = Un2.Ecc = 152. 8 = 6 ? Pn 100 3 100

d) GeneradorRg = 0 ?Xg = Un2.X"d = 152.25 = 18.75 ? Pn 100 3 100



Circuito equivalente:

X1 = Xg + Xt = 24.75 ?R1= 0

X2 = Xl + Xr = 1.695 ?R2 = 1.842 ?

A) APORTACION DEL NUEVO GRUPO:

I"k1 = c·U = 1,1·15·103 = 384.9 A v3·Z1 v 3· 24.75

I"k: Corriente alterna inicial o subtransitoria de cortocircuito. Es el valor eficaz de la

corriente alterna de cortocircuito en el instante de producirse éste.

La potencia subtransitoria de cortocircuito trifásico es:

Pcc = v 3·I"k·Un = v3·15·384.9 = 10 MVA

La corriente de choque de cortocircuito Is aportada por el grupo es: Is = k· 2· I"k

Is: Es el máximo valor instantaneo de la corriente después de producirse éste. Se

expresa como un valor de cresta. Su calculo se considera para el instante que da lugar al máximo

valor posible de dicha corriente de choque de cortocircuito. Es la máxima corriente de cresta

asimétrica. Solo es interesante desde el punto de vista de la resistencia mecánica y térmica de los

aparatos.

k: factor que depende de la relación R/X, tiene en cuenta la disminución de la

componente unidireccional a lo largo del tiempo, en este caso:



R1/X1 = 0/24.75 = 0 y k = 2

Is = k· 2·I"k1 = 2· v2·384.9 = 1088.6 A

La corriente alterna de desconexión Ia viene dada por:

Ia = µ·I"k

Ia: En la apertura de un interruptor en caso de cortocircuito, es el valor eficaz de la

corriente alterna de cortocircuito que circula por el interruptor, en el instante de la primera

separación de los contactos.

µ es un factor que depende de la relación I"k/IN.

En este caso:

IN = 288.6/2,5 = 115.5 A

I"k1 = 384.9 A

I"K1/IN = 3.33

Con 3.33 y un retardo mínimo de desconexión de 0,1 s para los interruptores empleados

se obtiene:

µ = 0,8

Ia = µ·I"k1 = 0,8·384.9= 307.9 A

La corriente permanente de cortocircuito es:

Ik = s·IN

Ik: corriente permanente de cortocircuito. Es el valor eficaz de la corriente alterna de

cortocircuito que queda, después de la extinción de todos los procesos transitorios.

s :factor que depende del tipo de generador y de la relación I"k/IN.

La corriente permanente de cortocircuito será:

Ik = s IN



en este caso s = 2,1

Ik = 2,1·115 = 241.5 A

B) APORTACION DE LA RED

La corriente alterna inicial o subtransitoria de cortocircuito será:

I"k2 = c·U = 1,1·15·103 = 4,0617 kA v 3·Z2 v 3 v((1,695)2+(1,84)2)

La corriente de choque será:

Is = k·v2·I"k donde R/X = 1.842/1.695 = 1.08

El valor de k resulta k = 1,2

Is = k· v2·I"k2 = 1,2·* v2·*4,061 *·103 = 6,892 kA

La corriente alterna de desconexión vale:

Ia = µ·I"k , en este caso µ= 1

Ia = µ·I"k2 = 1·4,061·103 = 4,061 kA

La corriente permanente de cortocircuito vale también 4,061 kA.

Se ha supuesto el cortocircuito con alimentación desde una red de gran potencia y

suficiente ente alejada de la instalación como para considerar que I"k=Ik siendo Ik la corriente

permanente de cortocircuito. En la mayoría de las redes de instalación (cortocircuito alejado del

generador) se puede suponer I"k=Ia=Ik, y por tanto S"k=Sa.

C) RESULTADOS TOTALES

I"k = I"k1 + I"k2 = 384.9 + 4061.7 = 4446,6 A

Pcc = S"k = v3· I"k· Un = v3·4446.6·15·103 = 115,5 MVA

Is = Is1 + Is2 = 1088.6 + 6892 = 7890.6 A

Ia = Ia1 + Ia2 = 307.9 + 4061 = 4369 A



Ik = Ik1 + Ik2 = 241.5 + 4061 = 4302.5 A


Las impedancias de los elementos son:

a) Red

Rr = 0Xr = 1,1. Un2 = 1,1. 62 = 0,0792 ? S"k 500

b) LineaRl = 1.842·(6/15)2 = 0.295 ?Xl = 1,2·(6/15)2 = 0.192 ?

c) Transformador

Rt = 0Xt = Un2.Ecc = 62·8 = 0.96 ? Pn·100 3·100

d) Generador

Rg = 0Xg = Un2.X"d = 6

2·25 = 3 ? Pn·100 3·100


Xg = X1 = 3 ?

X2 = Xt + Xl + Xr = 1,2312 ?R2 = Rl = 0.259 ?



A) APORTACION DEL NUEVO GRUPO

I"k1 = c·U = 1,1·6·103 = 733.3 A 3·Z1 3 · 3

La potencia subtransitoria de cortocircuito será:

Pcc = S"k = v3 · 733.3 · 6·103 = 7.621 MVA

La corriente de choque:

Is1 = k· v2·I"k1 donde para R/X=0, k = 2

Is1 = 2· v2 · 733.3 = 2074.1 A

La corriente alterna de desconexión vale:

Ia1 = µ·I"k1 donde para I"k/IN = 733,3/288,6 = 2,54 y con un retardo mínimo de

desconexión de 0,1 s. se obtiene un µ= 0,75

Ia1 = 0,75·733.3 = 549.9 A

La corriente permanente de cortocircuito será:

Ik = s·IN, para este caso s = 2,15.

Ik1 = 2,15·288 = 619.2 A

B) APORTACION DE LA RED

I"k2 = 1,1·U = 1,1·6·103 = 3028.67 A v3·Z2 v3· v((0.259)2+(1.2312)2)

La corriente de choque valdrá:

Is = k· v2·I"k donde para R/X=0,259/1,231 = 0,21 el valor de k = 1,99

Is2 = 1,99· v2 · 3028.7 = 8523.6 A

Los valores de Ia2 e Ik2 son 8523.6 A.



C) RESULTADOS TOTALES

I"k = I"k1 + I"k2 = 733 + 3028.67 = 3761.7 A

Pcc = S"k = v3 · 6·103 · 3761 = 39,092 MVA

Is = Is1 + Is2 = 2074,1 + 8523,6 = 10597 A

Ia = Ia1 + Ia2 = 550 + 8523.6 = 9073,6 A

Ik = Ik1 + Ik2 = 619.2 + 8523 = 9142 A



3. CALCULO SENCILLO Y SIMPLIFICADO DE LAS CORRIENTES DECORTOCIRCUITOS.


Las reactancias de los elementos expresadas en ohmios para 15 KV son:

a) RedXr = Ub2 = 152 = 0.45 ? Pcc 500

b) LineaXl = 0,4·3 = 1,2 ?

c) TransformadorXt = Ub2·Ecc = 152·8 = 6 ? 100·Pn 100·3

d) GeneradorXg = Ub2·X"d = 152·25 = 18.75 ? 100·Pn 100·3

El esquema equivalente de la red será:

que se reduce a una sola reactancia de valor X= 1,547

La potencia de cortocircuito resulta:

Pcc = Ub2 = 152 = 145.44 MVA X 1,547

y la intensidad de falta correspondiente:



Icc = Pcc = 145.4 = 5598,1 A v3·15 v3·15

3.2. CORTOCIRCUITO EN EL LADO DE 6 KV

Las reactancias de los elementos en ? para 6Kv son:

a) RedXr = Un2 = 6

2 = 0,072 ? S" 500

b) LineaXl = 1,2·(6/15)2 = 0.192 ?

c) TransformadorXt = Un2.Ecc = 62·8 = 0.96 ? Pn·100 3·100

d) GeneradorXg = Un2.X"d = 6

2·25 = 3 ? Pn·100 3·100


Xg = X1 = 3 ?

X2 = Xt + Xl + Xr = 1.224 ?

La reactancia equivalente resulta X = 0.869

La potencia de cortocircuito:Pcc = 62 = 41 MVA

0.869

y la intensidad de falta:Icc = 41 = 3986 A v3·6



Si se compara estos resultados con los obtenidos anteriormente de forma más exacta,

se aprecia que son similares siendo este método más sencillo y rapido.

La precisión es de un 5% a un 30% en exceso con este método.



4. CORTOCIRCUITO BIPOLAR SIN CONTACTO A TIERRA.

La intensidad de falta en el caso de un cortocircuito bipolar aislado (sin contacto a tierra)

da lugar a intensidades inferiores al defecto trifásico

En lineas generales los valores de cortocircuitos bipolares se obtienen muy

aproximadamente, multiplicando los valores correspondientes a los tripolares por 0,86 (cuando el

punto de corto esta muy separado de los productores de corrientes de cortocircuito).



5. CABLES AISLADOS DE POTENCIA.

5.1. CONSIDERACIONES GENERALES.

Las características más importantes que deben cumplir son:

-Aislamiento seco, tipo EPR.

-Tensión nominal: 12/20 KV eficaces para zona de 15 KV

3,6/6 KV eficaces para zona de 6 KV.

-Características constructivas:

* Cable de aluminio.

* Espesor mínimo medio de la capa semiconductora 0,5 mm.

* Aislamiento dielectrico seco, tipo EPR.

* Pantalla semiconductora sobre el aislamiento de 0,5 mm.

* Pantalla metálica.

* Cubierta exterior de PVC.

-El radio de curvatura de los cables no debe ser inferior a 10(D+d) siendo D el diametro

exterior del cable y d el diametro de un conductor.

5.2. ELECCION DEL CONDUCTOR.

a) Elección del grado de aislamiento.

- Zona de 15 KV

tensión nominal..........................15 KV

tensión máxima permanente......17,5 KV

duración con una fase a tierra.....muy larga

cable a utilizar 12/20 KV

- Zona 6 KV

tensión nominal...............................6 KV

tensión máxima permanente...........7,2 KV

duración con una fase a tierra.........muy larga



cable a utilizar 3,6/6 KV

b) Elección de la sección.

- Zona 15 KV

intensidad nominal permanente.....115 A, sección= 35 mm2

intensidad cortocircuito...................Is=8 kA, sección=120 mm2

La sección mínima a elegir es de 120 mm2

- Zona 6 KV

intensidad nominal permanente.........288 A, sección=120 mm2

intensidad cortocircuito.......................Is=10 kA, sección=150 mm2

La sección mínima elegida es de 150 mm2.

Para temperaturas de aire hasta 40 C el coeficiente de corrección de cargas es

precisamente 1,00, dado que los cables no están expuestos al sol. En la elección de estas

secciones se ha tenido en cuenta la aplicación de otro tipo de coeficientes correctores que se

indicarán posteriormente.

c) Intensidad máxima admisible durante un cortocircuito.

Para verificar si la sección elegida es suficiente para soportar la corriente de

cortocircuito, debe cumplirse la condición:

I· t = K·S

donde:

I: Corriente de cortocircuito máxima a traves del cable (A).

t: Duración máxima del cortocircuito (segundos).

S: Sección del conductor (mm2).

K: Coeficiente que depende de la naturaleza del conductor y de sus temperaturas

al principio y al final del cortocircuito, siendo 90 para cables de aluminio.

Se supone que en ningún caso, la duración del cortocircuito será mayor de t = 1 sg.



Con esto:

7890· 1 = 90·S

S = 87 mm2

con lo que se elige una sección de 120 mm2.

La otra sección cumple la condición, sin embargo se elige un conductor de 150 mm2 por

seguridad.

10597· 1 = 90·S

S = 117 mm2

d) Comprobación de la caida de tensión.

Dada las pequeñas distancias existentes no hará falta aplicar este criterio.

e) Correciones por el tipo de instalación.

La instalación será bien al aire, bien enterrada pero siempre formada por 3 cables

unipolares agrupados en contacto mutuo, por lo que debe aplicarse un coeficiente de 0,8 a pesar

de lo cual el cable elegido sigue siendo valido a todos los efectos.

La designación de estos conductores será:

DHV 12 / 20 KV 1*120 mm2 Al.

DHV 3,6/7,2 KV 1*150 mm2 Al.

Sus características son:

15 KV 6 KV

tensión nominal (KV).................... 12/20 3,6/7,2

sección (mm2) ............................. 120 150

instalación al aire

(factor de corrección) ................... 0,8 0,8

instalación subterranea

(factor corrección) ........................ 0,75 0,75

caida de tensión en 100 m............ 4.2 3,8



calentamiento en cortocircuito....... admisible admisible

material ....................................... Al Al

diametro exterior (mm)................. 28 32

peso (Kg/m)................................. 1,180 1,245

resistencia a 20 C ( /Km) .............. 0,200 0,262

carga máxima admisible (Kg)........ 270 290



6. COORDINACION DEL AISLAMIENTO.

El nivel de aislamiento se define por las tensiones soportadas a 50 Hz durante un minuto

y con onda de impulso de 1,2/50 µs.

Cada uno de los aparatos será tratado en posteriores apartados, describiendose con

más detalle las características que deben cumplir cada uno de ellos.

La aparamenta y maquinaria tendrá los siguientes niveles de aislamiento:

6 KV 15 KV

Tensión más elevada de la red 12 KV 24 KV



7. BATERIA DE CORRIENTE CONTINUA


Las condiciones más importantes que debe cumplir la batería son las siguientes:

- Batería compacta de niquel-cadmio.

- Electrolito: solución de ácido sulfúrico en agua.

- Alojamiento de la batería y el cargador en un único armario.

- Cargador, batería y servicios siempre conectados entre sí.

- Tensión de utilización 110 V.

- Variaciones admisibles de tensión: + 10 %.

* tensión mínima admisible............99 V

* tensión máxima admisible............121 V

- El tiempo de funcionamiento de la batería sin cargador por falta de c.a. se fija en 2,15

horas.

- Protección de la alimentación mediante interruptores magnetotérmicos.

- Intensidad permanente de descarga: 5 A.

Es la intensidad suministrada por la batería en ausencia de corriente para la alimentación

de se alizaciones, control interruptores, alarmas, etc. que en presencia de corriente alterna

suministra el cargador.

El valor se elige en función de los consumos.

- Puntas de corriente.

Debido a la presencia de los interruptores las puntas de corriente consumidas por los

resortes con armado de acumulación de energia se fijan en:

40 A durante 5 seg............tensado de resortes

30 A durante 60 seg..........mando

5 A durante 15 minutos.....reles



7.2. ELECCION Y CALCULO.

a) Tipo de elemento

El tipo elegido después de estudiar los distintos elementos es el UHP de Emisa o similar,

con estas características:

mínima tensión de flotación....................1,40 V

tensión de flotación para operación automática...1,45

b) Número de elementos

Admitiendo un error del dispositivo de carga del 1% y teniendo en cuenta, que cada

elemento proporciona 1,40 V, el número necesario será:

n = 99·Vmax. = 0,99·121 = 86 elementos 100·Ve 1,40

Con 86 elementos, al final de un periodo de carga profunda se alcanza una tensión de:

U1 = 86·1,45 = 124,7 V.

luego es necesario que el cargador al final de la carga profunda conecte resistencias en

serie, para bajar la tensión al margen admisible.

La tensión final del elemento en un proceso de descarga para no alcanzar la mínima

admisible de 99 V debe ser:

U2 = 99/86 = 1,15 V.

c) Capacidad de los elementos

Depende de la intensidad de descarga y de la tensión mínima admisible (U2 = 1,15 V).

Según el ciclo de descarga previsto la capacidad total descargada durante el ciclo será:

C = I·t

C = 5 *( 2 + 15/60 ) = 11.25 A·h

El elmento que presenta una capacidad más cercana es el UHP-20 con C = 20 A·h.



Con el ciclo nominal de descarga, la tensión final alcanzada en función de la capacidad

descargada sería de U2=1,12 la cual es insuficiente.

Se escoge el siguiente elemento con C = 30 A.h, obteniendose una U2 = 1,19, la cual es

correcta.

Luego el elemento definitivo es el de C=30 A h.

7.3. CARGADOR DE BATERIA.

Las características que debe presentar son:

- Rectificador automático con sistemas de carga estabilizados en tensión e intensidad,

con precisiones del + 1% a variaciones de carga de 0 al 100% .

- Tensión nominal de entrada 220 V.

- Tensión nominal en c.c. 110 V.

- Deberá suministrar todos los consumos permanentes manteniendo a la batería en

flotación y cargándola automáticamente después de una descarga y manteniendo las tolerancias

de tensión necesarias.

- Dispondra de un dispositivo reductor de tensión, para su conexión entre batería y

consumo, durante el proceso de carga.

- Consumo permanente: 5 A.

- Recarga rapida de la batería: 5 A

- Intensidad total: 10 A.

7.4. INSTALACION Y MANTENIMIENTO.

Las condiciones que se deben cumplir para la instalación de la batería son:

- Instalación en un lugar con aireación.

- T máxima de los elementos de la batería 45 C.

- Limpiezas de los vasos de la batería (conexiones, polos y tapón).

- Engrase de las partes metálicas de vasos para evitar la corrosión.



- Relleno de agua destilada cuando el nivel descienda por debajo del mínimo (5 mm por

encima de las placas).

- La densidad debe ser de 1,18+0,01 cuendo el nivel es máximo.

- Mantenimiento limpio del rectificador.

- Comprobar conexiones del rectificador.



8. SECCIONES DE CONDUCTORES.

8.1. CABLES A TRANSFORMADORES DE TENSION.

a) Condiciones generales

- Conexión de transformadores en estrella con neutro a tierra salvo uno con conexión

triangulo abierto.

- Tensión secundaria 110/ v3.

- Las cargas y el factor de potencia sobre cada transformador, a efectos de este cálculo

van a ser iguales.

- Puesto que los servicios atendidos por estos cables serán prestados con, corrientes

debiles, la determinación de las secciones necesarias se basará en la caida de tensión admisible y

no en la carga.

- Los conductores serán de cobre recocido con aislamiento V-750.

- Los conductos de paso de los conductores seran de acero flexible con recubrimiento de

PVC, curvable en caliente y sin solución de continuidad entre los transformadores y el equipo al

que vaya conectado.

- Cada tubo de acero flexible contendrá solo los 4 conductores del circuito del

transformador de tensión.

- La caida de tensión en los conductores debe ser inferior al error de los aparatos de

medida y contaje, expresado por su "clase".

b) Sección de los conductores.

Para el calculo de la sección de los conductores se tienen en cuenta los siguientes

datos:

-Longitud máxima de la linea L=50 m.

-Potencia a transportar P en VA.

-Tensión V = 110/v3

-Caida de tensión máxima e.

-Conductibilidad del cobre C.

Sección= S = L· P



C·e·V

Potencia consumida por el cable en %: p = 100·L·P C·s·V2

-Trafos de 25 VA y clase 1.

S = L·P = 50·25· v3 = 0,32 mm2

C·e·V 56·1,1·110

Se elige el cable de 2,5 mm2 para evitar perdidas de potencia.

P(%) = 100·50·25·3 = 0,22 %. 56·2,5·1102

Pperdida = 0,05 VA

- Trafo de 50 VA y clase 1.

S = 50·50· v3 = 0,64 mm2

56·1,1·110

luego se elige 2,5 mm2.

P(%) = 100·50·50· 3 = 0,44 % 56·2,5·1102

Pperdida = 0,221 VA

-Trafo 50 VA y clase 0,5.

S = 50 · 50· v3 = 1,28 mm2

56·0,55·110

La sección elegida es de 4 mm2 para evitar pérdidas.

P(%) = 100·50·50· 3 = 0,276 % 56·4·1102

Pperdida = 0,14 VA

-Trafo de 25 VA y clase 0,5.

S = 50· 25· v3 = 0,64 mm2

56·0,55·110

Se elige 2,5 mm2.

P(%) = 100·50·25·3 = 0,21 %. 56·2,5·1102

Pperdida = 0,05 VA



8.2. CABLES A TRANSFORMADORES DE INTENSIDAD

a) Condiciones generales

- Intensidad secundaria 5 A.

- Los conductores serán de cobre recocido con aislamiento V-750.

- Conexíon de transformadores en estrella.

- Los conductos de paso de los conductores serán de acero flexible con recubrimiento de

PVC, de las mismas características que los empleados para los trnasformadores de tensión.

- Cada tubo de acero flexible contendrá solo los 4 conductores del circuito del

transformador de intensidad.

- El consumo de los conductores a adido al de los elementos de medida no debe superar

la potencia nominal de los transformadores a los que van conectados.

b) Sección de los conductores.

Se procede de igual manera que el aparado b) del punto anterior pero teniendo en cuenta

que circula una I=5 A.

Ppérdida = I2·L = 52·L = 0,45·L

C·S 56·S S

- Para trafos de 30 VA.

Con una sección de 6 mm2:

Ppérdida = 0,45·50 = 3,75 VA 6

- Para trafos de 60 VA

La sección elegida es de 6 mm2.

Ppérdida = 0,45·50 = 3,75 VA 6

- Para trafos de 15 VA.

Para una sección de 6 mm2, la Ppérdida = 3,75 VA.



9. CONEXION DE BARRAS RIGIDAS

Las barras situadas en las celdas de maniobra de la central se han diseñado con las

siguientes características:

intensidad barras ...................625 A

intensidad derivaciones ..........625 A

corriente de choque ...............25 KA

material .................................aluminio

forma ....................................pletina 50 por 10

sección .................................500 mm2

peso......................................1,35 Kg/m

distancia entre fases ..............250 mm

vanos ....................................1000 mm

Como los calculos de cortocircuito indicaban una Is = 7,890 kA las barras elegidas son

apropiadas.

Los datos estan referidos a una temperatura ambiente de 35 C, a la que se a ade un

calentamiento de 30 C, lo que significa una temperatura de la barra de 65 C.

Las barras estan sometidas a calentamientos y enfriamientos y, por lo tanto, a dilataciones

y contracciones; en uniones de peque a longitud, las peque as variaciones longitudinales

provocadas por la diferencia de temperatura, quedan equilibradas por los ángulos de conexión y,

por lo tanto no existe peligro para el conexionado del aparato correspondiente.

- Esfuerzos electromecánicos desarrollados por el cortocircuito.

Las corrientes de cortocircuito provocan esfuerzos electrodinámicos en las barras. El

conocimiento de estos esfuerzos resulta esencial para poder dimensionar y seleccionar los

sistemas de barras colectoras.

Cuando el cortocircuito es tripolar, el cálculo de los esfuerzos electrodinámicos es más

complicado, por lo cual, generalmente, se adoptan los resultados que se obtienen en el supuesto

de un cortocircuito bipolar, teniendo en cuenta además, que este es el caso más desfavorable.

La resistencia mecánica de las barras, se determina a partir de su momento resistente.

El momento resistente de una sección rectangular vale:

W = h·b2/6 (cm3)



Wx = h·b2/6 = 1·52/6 = 4,166 cm3

Wy = 5·12/6 = 0,833 cm3

Para que el valor del momento resistente resultante sea correcto se ha de verificar:

M/k < h·b2/6

siendo:

M: momento de flexión

k: carga admisible, para el Al 400 Kg/m2

M = F·l/16 Kg·cm

siendo:

l: longitud, 100 cm

F: fuerza en Kg por metro de condutor

F = 2,04·Is2·l/d

siendo:

Is: corriente de choque en kA

d: distancia entre barras en cm.

F = 2,04·(7.890)2/25 = 5.08 Kg

M = F·l/16 = 5.08·100/16 = 31.7 Kg·cm

Momento resistente necesario:

W = M/k = 31.7/400 = 0,079 cm3

0,079 < 4,166

0,079 < 0,833

luego el dimensionado de barras es correcto.

En caso de problemas se puede:

- aumentar la distancia entre conductores

- disminuir la distancia entre apoyos

- aumentar la sección de la barra

- Esfuerzos térmicos desarrollados por el cortocircuito.

A causa de las corrientes de cortocircuito, los conductores experimentan un esfuerzo

térmico adicional que depende esencialmente, del cuadrado de la intensidad y de la duración del

cortocircuito.



Para tener en cuenta el efecto de la corriente de cortocircuito de choque, que en

ocasiones, puede resultar mayor que el propio calentamiento producido por la corriente

permanente, se introduce en los cálculos un tiempo adicional t, cuyo valor es:

t = (Is/Ip)2·T (seg.)

donde:

Is: corriente de cortocircuito de choque en A

Ip: corriente permanente de cortocircuito en A

T: factor de tiempo de las máquinas en sg

para cort. tripolar T= 0,3 a 0,15

para cort. bipolar T=0,6 a 0,25

Para simplificar los calculos, se admite:

1 ) Que se puede despreciar la cesión de calor de las barras al ambiente, dado el breve

tiempo de cortocircuito.

2 ) Que el calor específico del material permanece constante.

El calentamiento es:

? = k·Ip2·(t+t1)/S2

donde:

? : calentamiento en ºC

S: sección del conductor en mm2

k: constante del material, 0,0135 para el Al

Ip: corriente permanente de cortocircuito

t: tiempo de desconexión del disyuntor, en segundos

t1: tiempo adicional para tener en cuenta el calentamiento producido por la corriente de

cortocircuito de choque, Ip, en segundos.

t = (7890 / 4302)2 · 0,6 = 2.018 seg = 2 seg.

? = 0,0135·43022·(1+ 2) = 2.9 ºC 5002

Puesto que la sobretemperatura admisible en caso de cortocircuito, para conductor

desnudo de aluminio es 180 ºC, se deduce que no habrá ningún problema.

En caso de existir problemas, se aumenta la sección o se disminuye el tiempo de

desconexión de los interruptores por ajuste de los relés de sobreintensidad.



10. SECCIONADORES

Las condiciones ambientales a la hora de la elección de los seccionadores son las

siguientes:

temperatura máxima...................40 ºC

temperatura mínima....................35 ºC

Los interruptores - seccionadores serán de hexafluoruro de azufre (SF6).

La tensión nominal de los seccionadores en la zona de 15 KV de tensión de red es de 24

KV y para la zona de 6 KV será de 12 KV.

Las intensidades nominales serán 630 A y de 400 A.

El nivel de aislamiento para los aisladores-soportes es el siguiente:

15 KV(24 KV) 6 KV(12 KV)

Tensión de ensayo

para onda de choque 1,2/50 µs

entre entrada y salida............... 110 KV ..........................70 KV

a tierra y entre fases ................ 95 KV ............................60 KV

Tensión de ensayo a

f. industrial durante 1 min.

entre entrada y salida............... 60 KV ............................25 KV

a tierra y entre fases ................ 45 KV ............................20 KV

Las conexiones para seccionadores de puesta a tierra serán flexibles de cobre, con

secciones mayores de 150 mm2.

El resto de características que deben cumplir los seccionadores para cada tensión nominal

son:

T. nominal(KV) In(A) Itérmica(1 sg)(KA) Idinámica(KA)

24 400 16 40

630 20 50

12 400 16 40

630 24 60



11. INTERRUPTORES.

Los interruptores serán trifásicos debiendo soportar una temperatura máxima de 40 C.

Las intensidades nominales serán en este caso de 400 A y las tensiones nominales de 24

y 12 KV para las tensiones de red de 15 y 6 KV respectivamente.

El poder de corte simétrico normalizado en MVA será como mínimo de 500 MVA con un

poder de cierre superior a 890 MVA.

Los niveles serán como mínimo:

Tensión nominal T. ensayo 1,2/50 µs T. a f. industrial

24 KV 95 KV 38 KV

12 KV 60 KV 20 KV

No es necesario que los interruptores hayan sido sometidos a la tensión de ensayo con

impulso tipo maniobra, pues esto solo es obligado a partir de tensiones de 300 KV.

Estarán sometidos a una serie de secuencias básicas de ensayos de cortocricuito.

Al final del ciclo, el interruptor será capaz de soportar permanentemente el paso de su

intensidad nominal en servicio continuo.

Los interruptores deberan cumplir las siguientes secuencias nominales:

O-3 m.-CO-3 m.-C0 en interruptores no previstos para reenganche automático rápido.

O-0,3 s.-CO-3 m.-CO en interruptores previstos para reenganche automático rápido.



12. PARARRAYOS AUTOVALVULAS.


Las características que cumplirán las autovalvulas son las siguientes:

- Deben ser monofásicos.

- El montaje será entre fase y tierra.

- Frecuencia nominal comprendida entre 48-62 Hz.

- Se instalará en red de media tensión (<52 KV) y actuará en condiciones normales de

servicio, por lo que la corriente nominal de descarga será de 5 KA.

- Las conexiones al pararrayos deben ser lo más cortas posibles, con el fin de alcanzar un

efecto de protección optimo.

- No serán extremadamente rígidas para no transmitir al pararrayos esfuerzos mecánicos

incontrolados.

- La conexión de tierra será directa entre la parte puesta a tierra de la autoválvula y el

transformador a proteger, por ser la mejor, ya que se evita la diferencia de potencial entre ellas.

- Colocado lo más cerca posible del transformador.

12.2. REGLAS PARA LA ELECCION

a) Tensión nominal

Viene dada por:

Un > Um· 1 · a 3

siendo:

Un: tensión nominal del pararrayos

Um: tensión máxima de servicio en el lugar de montaje.

a : factor de defecto a tierra.

En este caso: a = 1,73Un > 17,5· 1 ·1,73 = 17,47 KV

3

Un = 18 KV

b) Corriente nominal de descarga para tensión de servicio < 52 KV: 5 KA.

c) Nivel de protección.

Para que el pararrayos realice una correcta protección se cumplirá:



SP < BIL/Ks

siendo:

SP: nivel de protección del pararrayos

BIL: tensión mantenida al choque por los aparatos a proteger.

Ks: factor de seguridad, 1,4 en este caso.

1,4 < BIL/SP = 95/60 = 1,58

1,4 < 1,58

El pararrayos elegido es correcto.

d) Distancia de protección del pararrayos.

Tensión nominal 18 KV

Tensión máxima de servicio 17,5 KV.

Tensión residual 60 KV

BIL = 95 KV

N de salidas con pararrayos n= 3

BIL - 1,33·Ur = 95 - 1,33·60 = 15,2 KV

Pararrayos tipo BHF9CC

Del diagrama correspondiente se obtiene d = 7 m.



13. TRANSFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCION.

Los objetivos de los transformadores son:

1) Aislar o separar los circuitos y aparatos de medida, protección, etc. de la alta tensión.

2) Evitar perturbaciones electromagnéticas de las corrientes fuertes y reducir corrientes de

cortocircuito a valores admisibles en delicados aparatos de medida.

3) Obtener intensidades y tensiones proporcionales a las que se desea medir o vigilar y

transmitirlas a los aparatos apropiados.

Estos transformadores deben:

- Proporcionar la debida protección.

- Garantizar la seguridad del personal y de la instalación.

- Proteger los aparatos.

13.1. TRANSFORMADORES DE INTENSIDAD.

Deberan cumplirse las siguienes consideraciones:

- La intensidad nominal secundaria será en todos los casos 5 A.

- La clase de precisión mínima será de 0,5.

Uso clase de precisión

Contadores normales y aparatos de medida sensibles 0,5

Amperímetros, vatímetros, fasímetros y contadores. 1

Relés de protección. 5P

- Límite de error de intensidad y de fase.

Clase de precisión Error de int.(%) Error fase(min.)

0,5 + 0,5 + 30

1 + 1 + 60

5 P + 1 + 60



- Potencia de precisión.

La mínima será de 15 VA. La potencia de precisión de cada transformador de intensidad

será el valor inmediatamente superior, dentro de las potencias normalizadas, a la suma de los

consumos de los aparatos conectados y los conductores de unión conectados a ellos.

- Resistencia a los cortocircuitos

Itérmica > 200 IPN para IPN < 25 A

Itérmica > 80 IPN para IPN > 25 A

con un mínimo de 5 KA, siendo:

IPN: intensidad primaria nominal

Itérmica: intensidad límite térmica

La intensidad dinámica será:

Idinámica > 2,5·Itérmica

- Irán provistos de un tornillo M8 para la puesta a tierra de la placa soporte.

- El secundario estará puesto a tierra.

- Los arrollamientos de protección cumplirán las mismas especificaciones que los de

medida, excepto la clase y potencia de precisión.

- La clase de precisión para protección se indica con el indice de clase, la letra P y el factor

límite de precisión (Fp).

- Cumplirán las normas y ensayos indicados en UNE 21088.

13.2. TRANSFORMADORES DE TENSION.

- Se dispondrán transformadores con un solo polo aislado conectados entre fase y tierra,

siendo la tensión primaria nominal la tensión nominal dividida por v3.

- La tensión secundaria nominal será 110/ v3. Este depende del tipo de conexión de los

transformadores. En este caso el modo de conexión es en estrella con el neutro a tierra.



- Clase de precisión.

Uso Clase de precisión

Contadores normales y aparatos de medida sensibles ...................................... 0,5

Voltímetros, vatímetros, fasímetros y contadores .............................................. 1

Relés de sobretensión o de mínima tensión ..................................................... 3 P

- Error de tensión y fase.

Clase de precisión Error de ten.(%) Error de fase(min.)

0,5 + 0,5 + 20

1 + 1 + 40

3 P + 3 + 120

- La caida de tensión en % los conductores de unión entre los transformadores y los

aparatos de medida y contaje, debe ser inferior al error de estos últimos.

- Potencia de precisión.

El consumo de los conductores sumado al de los aparatos receptores debe ser menor que

la potencia de precisión, al igual que en los de intensidad.

- Resistencia a los cortocircuitos.

Deberán soportar sin daño, los esfuerzos mecánicos y térmicos de un cortocircuito exterior

durante 1 segundo, estando alimentados a su tensión nominal.



14. PUESTA A TIERRA.


- Los conductores serán de cobre, dada su buena conductividad tanto eléctrica como

térmica, y sobre todo, por ser resistente a la corrosión.

- La sección de los conductores, se calculará para soportar la máxima intensidad de falta

que pueda producirse.

- El perimetro de la malla o anillo será de cable continuo para evitar concentraciones de

corriente y por lo tanto gradientes.

- La sección mínima por razones mecánicas será de 35 mm2 que será superior, ya que

electricamente puede usarse secciones menores.

- Las conexiones y empalmes se realizarán por soladura de alto punto de fusión, por ser lo

más económico y seguro.

- Conductores, conexiones y electrodos, deberán ser mecánicamente resistentes en alto

grado y con suficiente conductividad para no crear diferencias de potenciales locales.

- Todos los materiales serán no corrosionables.

- Se evitará trazados tortuosos y curvas de poco radio.

- En las lineas de tierra no podrán insertarse fusibles e interruptores.

14.2. SECCIONES DE LOS CONDUCTORES.

Se calcula de acuerdo con la siguiente formula:

S = I . v t a v?

donde:

S: sección en mm2.

I: 4,446 KA, intensidad máxima de falta.

t: 0,5 seg., tiempo de duración.

a: 13 para el cobre.



? : 150 C, calentamiento admisible para conductores desnudos.

S = 4446. v0,5 = 19.74 mm2

13 v150

La sección a elegir es pues 35 mm2 con el fin de tener una mayor fiabilidad mecánica ( y

previendo un aumento de intensidad máxima de falta por crecimiento del sistema eléctrico).

14.3. ELECTRODO DE TIERRA.

- Se colocarán picas de acero-cobre.

- Profundidad mínima de hincado de 2 m.

- Distancia entre picas nunca menor de 2 m.

- Número máximo de picas en paralelo a utilizar en un electrodo 6.

El número de picas necesario lo obtenemos de las siguientes expresiones:

R = d .ln 4·L 2· p·L d

siendo:

R: resistencia de difusión o de una pica en ohmios.

d: 400 ·m, resistividad del terreno.

L: 2 m, longitud de la pica.

d: 16 mm, diametro exterior de la pica en cm.

R = 400 .ln 4·2 = 51,23 ? 2· ·2 1,6

El valor recomendado de la resistencia de toma de tierra será de 2 ohmios y en ningún

caso superior a 5, asi pues, el n de picas en paralelo necesario, será suponiendo una distancia

mínima entre ellas de 4 m para tener una eficacia del 100 %:

N = R/Rr = 51,23/2 = 26 picas

siendo Rr: resistencia recomendada.

Se colocarán 26 picas como mínimo, sino se efectua una corrección y mejora de tierras

por medios químicos.



Los valores máximos de tensión de paso y contacto admisibles son los siguientes:

Vp = 10·k (1 + 6· d ) = 10·72 (1 + 6·400 )=4896 V tn 1000 0,5 1000

Vc = k (1 + 1,5·d ) = 72 (1 + 1,5·400) = 230 V tn 1000 0,5 1000

siendo:

k = 72 y n = 1 para tiempos inferiores a 0,9 sg.

t = 0,5 sg, duración de la falta en segundos

14.4. MALLA EQUIPOTENCIAL

Las superficies interiores de trabajo de la central llevaran instalado embebido en el

hormigón de base del suelo, un mallazo de hilos de acero de 4 mm de diametro, con cuadricula de

30*30 cm y conectada a la tierra general en dos puntos preferentemente opuestos, para lograr una

superficie equipotencial que elimine una tensión de paso inadmisible.



15. INSTALACION DE BAJA TENSION

Las instalaciones eléctricas y de iluminación se adaptarán a las disposiciones de:

Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión. (B.O.E.09.10.73) Instrucciones

Complementarias M.I.B.T. (O.M.31.10.73) Normas particulares de la Compafila Suministradora.

Normas del Excmo. Ayuntamiento del Municipio. Ordenanzas Generales de Seguridad e Higiene

en el Trabajo.

15.1. - DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN

La instalación de baja tensión que se proyecta nace del transformador de servicios

auxiliares hacia la cabina de servicios auxiliares de Protección y Medida con equipo trifásico,

mediante conductor de cobre de 35 mm2 de sección, aislado a 1.000 voltios, mediante polietileno

reticulado, instalado de acuerdo con las normas de la Compañía suministradora y según MIBT 0

15, desde la cual parten distintos circuitos a los puntos de consumo, protegidos con elementos

diferenciales y magnetotérmicos, todo ello instalado de acuerdo con MIBT 021, 022 y 026.

La composición de la cabina, reflejado en esquema unifilar de Baja Tensión, adjunto en

planos, será la siguiente:

1 Interruptor automático de 160 A (General)

1 Diferencial de 4 polos de 40 A/300 mA.

2 Diferenciales de 4 polos de 25 A./30 mA.

2 Magnetotérmicos bipolares de 20 A.



1 Magnetotérmicos tripolares de 25 A.

Los circuitos de alimentación se ejecutarán con conductores unipolares de cobre con

doble capa de aislamiento de PVC a 750 voltios, se protegerán por medio de tubo.

Las secciones se determinan en el cuadro de cálculo y serán adecuadas a las cargas a

soportar y de acuerdo con la caída de tensión máxima admisible, según marca la normativa

vigente de obligado cumplimiento.



15.2. .- CLASE DE ENERGÍA.

Contamos para la instalación con energía eléctrica de las siguientes características:

Corriente Alterna Trifásica.

Frecuencia 50 Hz

Factor de potencia 0.85

15.3. .- LUMINARIAS Y MECANISMOS.

Todos los mecanismos para control, protección y accionamiento de las líneas y luminarias

serán de primera calidad y de acuerdo con lo especificado en el Documento de Mediciones de

este Proyecto.

15.4. - PREVISIÓN DE POTENCIAS.

Nº

unidad.

Potencia

unit. (W)

Coef.

Mayora.

Potencia

(W)

Alumbrado Interior 22 36 1.8 1425.6

Alumbrado Exterior 5 75 1.8 675

TOTAL ALUMBRADO 2100.6

Tomas de corriente 2 1000 1 2000

TOTAL TOMAS CORRIENTE 2000

Bombas agua refrigeración 2 370 1 740

Puente grua 1 1500 1 1500

Extractor aire 1 1000 1 1000

Bombas achique 2 2500 1 5000

Bombas aceite regulación 2 2500 1 5000

Rectificador c.c. bateria 1 3500 1 3500

TOTAL MAQUINARIA ESPECIFICA 16740

TOTAL 20840.6



Para el cálculo de las potencias referidas anteriormente, se ha tenido en cuenta el coeficiente de

mayoración (1,8), para lámparas de descarga, que se indica en la instrucción 032 Apartado 1.6 M

R.E.B.T.

15.5. .- CÁLCULOS ELÉCTRICOS.

Suma potencia alumbrado 2100 W

Suma potencia fuerza 18740 W

TOTAL POTENCIA 20840 W

15.5.1. Línea de alimentación a Cabina Servicios Auxiliares.

La conexión entre el transformador y el cuadro general de distribución, está realizada con

conductor compuesto por 4 unipolares de Cu. aislados a 1.000 V. con polietileno reticulado.

Su sección será de 3 ( 1x35 ) + ( 1x35 ) mm2 , e irán protegidos bajo tubo rígido adosado en

paramentos.

15.5.2. Justificación de la caída de tensión en los circuitos interiores.

El Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión especifica que en los circuitos

monofásicos, la caída de tensión para los circuitos de alumbrado no superen el 1,5 por ciento.

Como en los circuitos de alumbrado la longitud máxima del conductor no supera los 28 metros y la

sección del conductor de cobre tiene 2,5 mm2 tendremos:

- Potencia máxima del circuito más desfavorable = 1425 W.

- Longitud máxima del circuito = 28 metros

- Sección = 2,5 mm2

- C = Resistividad del cobre = 1/56



Obtenemos una caída de tensión de 1.18 % < 1.5 %

Para los circuitos de fuerza tendremos:

- Potencia Máxima del circuito más desfavorable = 5000 W.

- Longitud máxima del circuito = 32 metros

- Sección = 4 mm2

- C = Resistividad del cobre = 1/56

Obtenemos una caída de tensión de 0.49 % < 3%

15.5.3. Cálculos justificativos.

A fin de determinar las secciones de conductores para cumplimentar la normativa vigente de

obligado cumplimiento en cuanto a densidad de corriente y caída de tensión, se emplean las

siguientes fórmulas para el cobre:

Trifasicas

I = P / ( 1.73 x V x cos & ) (A)

e = P x L x 100 / ( 56 x V2 x S ) (%)

Monofásicas:

I = P / ( V x Cos & ) (A)

e = 2 x P x L x 100 / ( 56 x V2 x S ) (%)

Siendo:

I = Intensidad en Amperios

P = Potencia en Watios

S = Sección en mm2



e = Caída de tensión

L = Longitud de la línea en metros

Resistividad del cobre = 1/56

V = Tensión de servicio en voltios

Cos & = 0.85

En aplicación de la fórmulas mencionadas se han obtenido los valores siguientes para los circuitos

de Alumbrado (A) y de Fuerza (F):

Circuito Potencia. W Tensión V Intensidad A Sección mm2 Longitud m Caida T. %

P1 50000 380 76.1 35 15 0.26

A1 1425.6 220 7.6 2.5 28 1.18

A2 675 220 3.6 2.5 18 0.36

F1 2500 220 13.4 2.5 20 1.48

F2 740 220 4.0 2.5 30 0.66

F3 1500 220 8.0 2.5 30 1.33

F4 1000 221 5.3 2.5 25 0.73

F5 5000 380 7.6 4 32 0.49

F6 5000 380 7.6 4 25 0.39

F7 3500 380 5.3 4 5 0.05

a5calculos electricos

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