instalaciÓn de un parque eÓlico

TRABAJODEFINDEGRADO

GradoenIngenieríaEléctrica

INSTALACIÓNDEUNPARQUEEÓLICO

VolumenII

Memoriadecálculos

Autor: AndrésMotaGómez-Argenté

Director: RobertoVillafafilaRobles

Departamento: EE

Convocatoria: Junio2018

AndrésMotaGómez-Argenté

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Índice

1.CálculodistribucióndeWeibull,VelocidadmediaYAEP........................................42.Cálculosredmediatensión....................................................................................6

2.1.Intensidadmáximaadmisibleenserviciopermanente................................................62.2.Caídadetensión.........................................................................................................72.3.Intensidadmáximaadmisibleencortocircuito............................................................8

3.Cálculosserviciosauxiliares.................................................................................113.1.Corrientesserviciopermanente................................................................................113.2.Corrientesmáximasdecortocircuito.........................................................................123.3.Cálculocaídadetensiónportramos.........................................................................133.4.Secciónelegidaparacadatramo...............................................................................14

4.Cálculopuestaatierra.........................................................................................174.1.Puestaatierraaerogenerador..................................................................................174.2.Puestaatierrasubestación.......................................................................................184.3.Cálculodelaresistenciadepuestaatierraeintensidaddedefecto..........................184.4.Eleccióndelelectrododepuestaatierra...................................................................194.5.Cálculodelastensionesdepasoycontactoenlainstalación....................................204.6.Cálculodelastensionesmáximasaplicadas..............................................................21


4

1.CálculodistribucióndeWeibull,VelocidadmediaYAEP

Para realizar el cálculo de la distribución deWeibull y de la velocidadmedia, se ha

utilizado el programa de cálculo Matlab. Se ha creado una función donde una vez

obtenidos los datos del emplazamiento, suministrados por IDAE, pueda calcular la

probabilidaddequehayaunadeterminadavelocidaddeviento independientemente

deladirecciónenlaquesople.Tambiénsehaprogramadoelcálculodelavelocidad

media.

Losdatosde losquedisponemos, son ladirección, la frecuencia con laque sopleel

viento en una determinada dirección, la velocidad media en cada dirección

determinada,elfactordeformaKyelfactordeescalaCparacadadirección.

Para empezar, definiremos una lista donde estarán todas las velocidades de viento

paralasquecalcularemossuprobabilidad.Seráunalistade0a30m/s,conintervalos

de0,05m/s,paratenersuficientesdatos.

Vwind=[0:0.05:30];

AcontinuaciónintroduciremoslosdatosproporcionadosporIDAE.

% Factores de forma K para todas la direcciones k=[1.538,1.679,1.703,1.898,2.231,2.424,1.986,1.814,1.818,1.640,... 1.368,1.461,1.830,2.475,2.406,1.838]; %Factores de escalas C para todas las direcciones c=[4.460,3.376,3.160,3.840,6.559,6.603,4.953,3.825,3.556,4.654,... 5.281,5.311,6.260,8.673,10.107,8.262]; %Frecuencias con las que sopla el viento en cada dirección Frec=[1.44,0.97,1.05,1.77,7.63,13.96,5.86,2.91,1.99,1.84,1.94,... 2.38,5.72,21.89,23.75,4.9]; %Velocidades medias en relación a cada dirección Vmedias=[4.112,3.008,2.905,3.595,6.162,6.093,4.437,3.402,3.277,... 4.278,4.913,4.844,5.596,7.921,9.467,7.790];

Unavezsehanintroducidoestosdatos,yasepodrácalcularladistribucióndeWeibull.

Como no se tienen unos factores de forma y de escala unificados, sino que son

distintospara cadadirección, se calculará ladistribuciónpara cadaunodeellos, ya

posteriorsemagnificarácadadistribuciónteniendoencuentalafrecuenciaquetiene

esadeterminadadirección.

Para conseguir esto, se tiene que crear un bucle “while” que vaya repitiendo elproceso hasta que se haya hecho el cálculo en todas las direcciones. Se creará una

contador“i”,yseiránsumandolosresultadosenlavariable“Weibull”.%cálculo de la distribución de Weibull i=1; Weibull=0; while i<=length(k)


5

Weibullrelativo=(k(i)./c(i)).*((Vwind./c(i)).^(k(i)-1))... .*exp(-((Vwind./c(i)).^k(i)))*100*(Frec(i)/100); Weibull=Weibull + Weibullrelativo; i=i+1; end

De estamanera se ha obtenido una distribución deWeibull de 600 velocidades de

viento diferentes, que se ven reflejadas en la ilustración 13 del apartado 3 de la

memoria.

Paraelcálculodelavelocidadmedia,sehaprogramadolafórmulamencionadaenel

apartado2.4.1de lamemoria.Paraello seha tenidoquecrearunbucle“while”,uncontador“j”ylavariable“Vmed”.%Cálculo velocidad media j=1; Vmed=0; while j<=length(Frec) Vmed_rel=(Frec(j)/100)*Vmedias(j); j=j+1; Vmed=Vmed+Vmed_rel; end

En cuanto a la cantidad de energía anual producida (AEP), deberemos recalcular la

probabilidad deWeibull tomado comoorigen 3m/s, ya que es la velocidadmínima

para que el aerogenerador entre en funcionamiento. Una vez calculada esta nueva

distribución, lamultiplicaremos por la potencia que produce el aerogenerador para

cada determinada velocidad de viento. Para ello se ha introducido la curva de

potencia,enMW,quehasidosuministradaporelfabricante.Porúltimo,semultiplica

porelnúmerodeaerogeneradores(14)yporelrendimientodelainstalación,quese

suponedeun95%.

%Curva de potencia Aerogenerador Potencia=[0.029,0.081,0.146,0.226,0.327,0.452,0.600,0.775,0.981,1.216,1.483,1.780,2.103,2.437,2.753,2.999,3.159,3.241,3.297,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300, 3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,3.300,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]; %Calculamos el AEP Horas=Weibull*8760; Energia1=Horas.*Potencia*Ngen*Rend; Energia=sum(Energia1)/(1E3)


6

2.Cálculosredmediatensión

Enesteapartadoserealizaránloscálculosnecesariosparaeldimensionamientodela

reddemedia tensión.Paradeterminar la seccióndeconductores, laaparamentade

protección y mando, entre otros, se tendrán en cuenta factores como la corriente

permanentemáximaadmisible,lacaídadetensióndelosconductoresylacorrientede

cortocircuito.

Comoyasehamencionadoenlamemoria,lareddemediatensióneslaencargadade

transportar la energía desde los aerogeneradores hasta la subestación. Esta red

funcionará a 30 kV y utilizará conductores unipolares en contacto tipo RHZ1 con

aislamientoXLPEinstaladosbajotuboa1metrodeprofundidad.

2.1.Intensidadmáximaadmisibleenserviciopermanente

Paraelcálculodelacorrientequeinyectaunaerogeneradoralareddemedia

tensión,seusalasiguienteexpresión:

! = !3 · ! · !"#$ =

3300003 · 30000 · 0,9 = 70,56 !

[1]

Estacorrienteporelnúmerodegeneradoresencadacircuito,nosdarálacorriente

quecircularáalfinaldecadaunadelaslíneas.

!!"#$% = 7 · 70,56 = 493,5 !

[2]

Parasabercuáleslasecciónadecuadaenfuncióndelacorrientesuministradapor

los aerogeneradores, habrá que aplicarle a la corriente máxima del cable los

factores de corrección mencionados en el apartado 6.1.2 de la memoria. Estos

factoresseencuentranenlaITC-LAT-06.

• Factorcorrectorporprofundidad!!esiguala1paracablesenterradosbajotuboconseccionesmayoresymenoresalos185!!!.

• Factordecorrecciónportemperatura!! seráiguala1,04,puestoqueesunterrenoqueseencuentraaunatemperaturade20ºC.

• Factordecorrecciónporresistividadtérmica!! esiguala1,1,puestoquelaresistividadtérmicadenuestroterrenoesde1K·m/W

• Factordecorrecciónporagrupacióndeconductores!!esiguala1,puestoquesolamentehayunatermadeconductoresenlazanja.


7

Tabla1:Factoresdecorrección

2.2.Caídadetensión

Paraelcálculodelacaídadetensión,seseguiránlosprocedimientosrecomendados

porel fabricantedelconductor.Paraellosebuscaráen las tablasproporcionadas

por el fabricante los valores de resistencia y de reactancia del conductor elegido

paraunafrecuenciade50Hz.

Tabla2:Resistenciasyreactanciasporsección

Altratarsedeunainstalacióndeindustria,lamáximacaídadetensiónpermitidano

superará el 5% del valor de la tensión nominal, es decir, 1500 V. Para hacer el

cálculodelacaídadetensiónseutilizarálasiguienteexpresión:

∆! = 3 · ! · ! · (! · !"#$ + ! · !"#$)

[3]

Tabla3:Caídasdetensiónenlostramos

Agrupaciónconductores(Ka) 1Temperatura(Kt) 1,04Resistividadtérmica(Kr) 1,1Profundidad(Kp) 1

Factoresdecorreción

Sección(mm2) X(ohm/km) R(ohm/km)25 0,149 0,91850 0,149 0,4995 0,127 0,195150 0,12 0,127240 0,114 0,098300 0,111 0,078400 0,106 0,062

Cablesunipolares

Tramos distancias(m) intensidad(A) sección(mm2) cdt(V) cdt(%)A1-A2 350 70,565 25 38,141 0,127A2-A3 350 141,130 50 43,326 0,144A3-A4 350 211,695 95 29,677 0,099A4-A5 350 282,260 150 28,572 0,095A5-A6 350 352,825 240 29,569 0,099A6-A7 350 423,390 300 30,525 0,102A7-trafo 450 493,955 400 39,399 0,131A8-A9 350 70,565 25 38,141 0,127A9-A10 350 141,130 50 43,326 0,144A10-A11 350 211,695 95 29,677 0,099A11-A12 350 282,260 150 28,572 0,095A12-A13 350 352,825 240 29,569 0,099A13-A14 350 423,390 300 30,525 0,102A14-trafo 450 493,955 400 39,399 0,131

Total 478,420 1,595

Caidasdetensión=Raiz(3)·L·I·(cos(ϕ)·R+sen(ϕ)·X)


8

Enlatablaanteriorseobservanlascaídasdetensiónquetenemosencadatramo,

al ser tramos relativamente cortos, las caídas de tensión son bajas. Al final de la

tabla tenemos el total de pérdidas de las dos líneas. Diremos entonces que se

cumple la condición de tener una caída de tensión inferior al 5% de la tensión

nominaldelared.

2.3.Intensidadmáximaadmisibleencortocircuito

Enesteapartadosecalcularánlascorrientesmáximasdecortocircuitoquelaredde

media tensión deberá ser capaz de soportar. De esta forma sabremos si el

dimensionado está siendo correcto, o hay que cambiar la sección de los

conductoresparaquecumplacon lanormativa ITC-LAT-06.Estosvalores también

nos servirán para saber qué poder de corte deberán tener las protecciones

instaladasalolargodelalínea.

Para calcular la corriente de cortocircuito, primeramente deberemos calcular las

impedanciasdeltransformadordelasubestaciónyladelared.Paradeestaforma

podercalcularlacorrientedecortocircuitoprovenientedelareddedistribución.

Seharáunasuposiciónencuantolatensiónypotenciadelaredenarasdehacer

unaaproximaciónlomásrealposible.Lapotenciadelaredseráde500MVA,ysu

tensiónseráde220kV.

Encuantoa la corrientedecortocircuitoprovenientede las líneasdegeneración,

esta será igual a la corriente nominal de un generador por el número de

generadores de esa línea, puesto que la tensión y corriente están controladas

completamente por la electrónica de potencia del aerogenerador, y en caso de

producirseunafaltaqueelevaselacorrienteporencimadelanominal,haríaactuar

lasprotecciones,oquemaríaelconvertidor.

Lascorrientedecortocircuitodelaslíneassonlassiguientes:

!!!! = !!!! = 7 · 70,56 = 493,96 !

[4]

Calculamoslasimpedanciasdelostransformadoresydelared.

• Transformador30/220kV

!!" =!!! %100 · !!

!

!!= 10100 ·

30000!60 · 10! = 1,5 Ω

[5]

!!" = 0,98 · !!" = 0,98 · 1,5 = 1,47 · ! Ω

[6]


9

!!" = 0,2 · !!" = 0,2 · 1,5 = 0,3 Ω

[7]

• Red

!!"# = ! · !!!

!!!= ! · 30000

!

500 · 10! = 1,8 · ! Ω

[8]

Una vez calculadas las impedancias de los elementos, iremos haciendo

simplificacionesparaencontrarlacorrientedecortocircuitototal.

Secalcularálaimpedanciatotaldelaredmáseltransformadorde30/220kVpara

sabercuálserálacorrientedecortocircuitoqueentraráporlared.

!!"# + !!" = 0,3+ 3,27 · ! Ω

[9]

!!!! =!

3 · !!"#!!"= 30000

3 · (0,3+ 3,27 ·)! = 5275,81 !

[10]

La sumade las tres corrientesdecortocircuito, será la totalque tendremosenel

puntodelestudio.

!!!" = !!!! + !!!! + !!!! = 6263,72 !

[8]

Unavezcalculadaslascorrientesdecortocircuito,nosaseguraremosquesecumple

la ITC-LAT-06apartado6.2dondenos indican la fórmulaaaplicarparacalcular la

corrientemáximadecortocircuitoenundeterminadopuntoy,asuvez,podremos

calcular el tiempo máximo que podremos tener esta corriente de cortocircuito

antesdeque los conductoresempiecena fallar. Esevidenteque lasprotecciones

deberánactuarantesdequetranscurraestetiempo.

Lacorrientemáximadecortocircuitoes:

!!!"#$ =! · !!!!

= 143 · 4001 = 57200 !

[12]

!!!" < !!!"#$

[13]


10

Siendo!la seccióndelconductor, !uncoeficientequedependede lanaturalezadelconductorydelastemperaturasalinicioyfinaldelcortocircuito,y!!! eltiempo

máximodelcortocircuito.

Paracalculareltiempomáximoquenuestroconductorpodrásoportarlacorriente

decortocircuito,utilizaremoslafórmulaanterior,peroponiendola!!!".

!!!"#$ =! · !!!!"

!= 143 · 400

6263,72!= 83,89 !

[14]

Tabla4:Tablaresumenestudiocortocircuito

Enlasiguientetablasemuestraunresumendelascorrientesquecirculanporcada

tramo, la sección de tramo, el valor al cual ha sido ajustada la protección de las

celdas de media tensión, la corriente máxima del conductor según tablas del

fabricante, y la corriente máxima corregida por los factores ambientales y de

temperatura.

Icc1 493,96 AIcc2 493,96 AIcc3 5275,81 AIcctotal 6263,72 AIccmax 57200,00 AIcctotal<Iccmax SITiemposoportacableIcc 83,39 seg

Estudiocortocircuito

Tabla5:TablaresumenMT

Aerogeneradores Tramo Circuito Ib(A) sección(mm2) In(proteciónceldaMT) Iz(A) Izcorregida(A) Ib<In<Izcorregida1 A1-A2 70,565 25 80 120 137,28 SI2 A2-A3 141,130 50 160 170 194,48 SI3 A3-A4 211,695 95 230 245 280,28 SI4 A4-A5 282,260 150 300 315 360,36 SI5 A5-A6 352,825 240 370 415 474,76 SI6 A6-A7 423,390 300 425 460 526,24 SI7 A7-trafo 493,955 400 500 520 594,88 SI8 A8-A9 70,565 25 80 120 137,28 SI9 A9-A10 141,130 50 160 170 194,48 SI10 A10-A11 211,695 95 230 245 280,28 SI11 A11-A12 282,260 150 300 315 360,36 SI12 A12-A13 352,825 240 370 415 474,76 SI13 A13-A14 423,390 300 425 460 526,24 SI14 A14-trafo 493,955 400 500 520 594,88 SI

C1

C2


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3.Cálculosserviciosauxiliares

Comoyasehadichoenlamemoriadelainstalación,cadaaerogeneradordisponede

unos serviciosauxiliaresencargadosdel correcto funcionamientodelaerogenerador.

Enesteapartadosevaahacereldimensionamientoy justificaciónde loselementos

quecomponenesteservicioauxiliar.Partiendodelabasequesabemosloselementos

deloscualesdisponeelaerogenerador.

Losserviciosauxiliaresempiezanconeltransformadorde650/400Vyacabanen los

motores,bombas,tomasdecorriente,luces,etc.

Parapoder hacer el dimensionamientode la instalación, habráque tener en cuenta

corrientes máximas nominales, caídas de tensiones máximas permitidas, corrientes

máximasdecortocircuitoysiempreteniendopresentelanormativavigenteparabaja

tensión.

3.1.Corrientesserviciopermanente

En este apartado se determinarán las corrientes máximas permitidas para cada

línea.EstascorrientevienedefinidaenlaITC-BT-22como“!!”.Estatendráquesersiempre menor a la corriente asignada del dispositivo de protección “!! ”, ennuestrocaso, interruptoresmagnetotérmicos. Enesta ITCtambiénvienedefinida

“!!”,comolacorrientemáximaquepuedesoportarelconductorenfuncióndesu

sección.EnlatablaA-52-1bisdelaITC-BT-19encontramoslacorrientemáximaque

puedesoportarcadatipodeconductorenfuncióndesusección.

Por último, se nos define “!!” como la corriente que asegura la actuación del

dispositivodeprotecciónparauntiempo largo,yestaesun145%de lacorriente

nominalparalacualhasidodiseñadoelcable.

Comoyasehamencionadoenlamemoria,enlosserviciosauxiliareshaydostipos

decircuitos,unos trifásicosparamotoresybombas,yotrosquesonmonofásicos

para el resto de servicios. Esto conlleva al uso de fórmulas diferentes para

determinar la corrientemáxima nominal que puede circular por cada una de las

líneas.

Endefinitiva,setienenquecumplirlossiguientesaspectos:

• Condicionescorrientes:

!! ≤ !! ≤ !! ≤ !!

[15]


12

• Corrientemonofásica:

!! =!!

! · cos!

[16]

• Corrientetrifásica:

!! =!!

3 · ! · cos!

[17]

Donde!!es la potencia de la línea,!es la tensión a la cual se alimenta la carga

(400 V en trifásica y 230 V enmonofásica) ycos!es el factor de potencia de lalínea.

Apartedelcálculodelascorrientes,hayqueaplicarunosfactorescorrectorestanto

enlascorrientesdelosmotores,comoenlapotenciadelasluces.

Paraelcálculodeldimensionamientodelalíneasquealimentenmotores,setiene

que aplicar un factormultiplicador de seguridad de 1,25 a la corriente de plena

carga,talycomoindicalaITC-BT-47.Paraelcasodelalíneaquealimentaunmotor

dedicadoalmovimientodeunascensor,elfactormultiplicadoresde1,3.

Enelcasodelaslíneasquealimentenalumbradoenelexterior,delaerogenerador

en este caso, se les aplicará un factormultiplicador de 1,8 a la potenciamáxima

instaladaenelcircuito.

Encuantoa factoresmultiplicadores reductoresnos referimos, sehandescartado

suusoenloscuadrosquealimentanlosmotores,yaquedebidoalavariabilidaddel

viento, puede darse el caso que todas las cargas tengan que estar trabajando al

mismotiempo.

3.2.Corrientesmáximasdecortocircuito

Paraeldimensionadode las corrientesmáximasdecortocircuitoen la instalación

de baja tensión, buscaremos los puntos donde estas puedan tener un valormás

elevado.

Estos puntos son lugares donde pueda haber una gran demanda de corriente,

principalmentealasalidadelostransformadoresdebajatensión.

Para calcular las corrientesde cortocircuitoa la salidade los transformadores, se

utilizalasiguienteexpresión:


13

!!! =100 · !3 · !!" · !!!

[18]

Donde!eslapotenciadeltransformador,!!"eslatensiónenelsecundario,y!!! eslatensióndecortocircuitodeltransformador.

Tabla5:Datostransformadores

Tabla6:Corrientemáximadecortocircuito

Unavezsabidaslascorrientesmáximasdecortocircuito,podremosseleccionarunas

protecciones capaces de interrumpir la corriente en caso de cortocircuito. Estas

siempredeberántenerunpoderdecortesuperioralos4500AsegúnlaITC-BT-17.

3.3.Cálculocaídadetensiónportramos

Secalcularálacaídadetensióndetodaslas líneasparaasegurarsequesecumple

con lo estipulado en la ITC-BT-19, donde se especifican las caídas de tensión

máximasparaindustria.Enloscircuitosdealumbrado,lamáximaesun3%yparael

restodecircuitos,un5%.

Lasexpresionesparaelcálculodelacaídadetensiónsonlassiguientes:

Potenciatrafo 63 KVAImpedanciaUcc 4 %

Vprim 690 VVseg 400 V

Potenciatrafo 25 KVAImpedanciaUcc 4 %

Vprim 400 VVseg 230 V

Tranformador1(650V/400V)

Transformador2(400V/230V)

Trafo1 2,273 KATrafo2 1,569 KA

Corrientemaximadecortocircuito


14

• Caídadetensiónenmonofásico:

! % = 200 · ! · !! · !!!!

! · !!

[19]

• Caídadetensiónentrifásico:

! % = 100 · ! · !! · !!!!

! · !!

[20]

Donde!eslaresistividaddelcobre(0,023),!! eslapotenciadelelementohastael

cualseestámidiendolacaídadetensión,!! eslalongituddecablehastadondesemidelacaídadetensión,!eslaseccióndelconductor,y!eslatensiónquehayenlalínea.

En la siguiente tabla, semuestran las caídas de tensión totales que hay en cada

línea,contandodesdelasalidadeltransformador1hastalosconsumos.Tabla7:Caídasdetensióntotalesenserviciosauxiliares

3.4.Secciónelegidaparacadatramo

Comoyasehadicho,elcableseleccionadoseráXPLE,por lotantoconsultaremos

las tablas de corrientes máximas de los conductores que nos proporcionará el

fabricante.

Paralaeleccióndelaseccióndelconductor,habráquetenerdiferentesparámetros

encuenta,talescomo:lacaídadetensión,elcumplimientodelaITC-BT-22,queel

Línea Elemento caida(%) cumplecondicion1 Motorpitch 0,578 SI2 Motorpitch 0,578 SI3 Calentador 0,650 SI4 Bombaaceite 0,650 SI5 Motorventilador 0,466 SI6 Motorascensor 0,449 SI7 Motoryaw 0,438 SI8 Motoryaw 0,438 SI9 Motoryaw 0,438 SI10 Motoryaw 0,438 SI11 Bombaagua 0,476 SI12 Bombaagua 0,647 SI13 Luzesgondola 2,474 SI14 LuzesTorre 2,448 SI15 Luzesexterior 2,488 SI16 Tomascorriente 4,545 SI

Condicionescaidasdetensión(3%alumbrado/5%demás)


15

cable sea capaz de soportar corrientes de arranque durante un determinado

tiempo,etc.

Las corrientes de arranque de losmotores se calculanmultiplicando la corriente

nominaldelalíneaporunfactorquevariaráenfuncióndelapotenciaprevistapara

esadeterminadalínea.EstosfactoresvienendadosenlaITC-BT-47.

Acontinuación,semuestranlascorrientesdearranquedelaslíneasconmotores:Tabla8:Corrientesdearranque

Una vez sabidas las corrientes nominales de cada línea, se inicia el proceso de

elección de sección. Esto es un proceso iterativo en donde se va viendo si se

cumplen todas las condiciones anteriormente mencionadas. En caso de no

cumplirseparaalgunalínea,sedeberáaumentarlaseccióndeeseconductorode

losconductoresaguasarribaenlainstalación.

En la Tabla 10 mostrada acontinuación, se muestran las secciones seleccionadas

paracadatramodelainstalacióndebajatensión,lascaídasdetensiónportramos,

lascaídasdetensiónporlíneas,lascorrientesbases,deprotección,máximas,etc.

Línea Elemento Potencia[W] Imaxarranque[A]1 Motorpitch 15000 60,1412 Motorpitch 15000 60,1414 Bombaaceite 10000 40,0945 Motorventilador 3000 18,0426 motorascensor 3000 18,7647 Motoryaw 4500 27,0638 Motoryaw 4500 27,0639 Motoryaw 4500 27,06310 Motoryaw 4500 27,06311 Bombaagua 2200 13,23112 Bombaagua 5500 22,052

Corrientesarranquemotores


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Tabla10:Cálculossecciónbajatensión

Línea Elemento Tensión(V) FP Potencia(W) Ib(calculada) sección(mm^2) In(A) Iz(A) I2=1,45*Iz(A) longitud(m) cdt(%) cdtlinia(%) cdt(V)Cumplecondicionescorriente(Ib<In<Iz)

1 Motorpitch 400 0,9 15000 30,07 10 32 52 75,4 10 0,216 0,216 0,86 SI2 Motorpitch 400 0,9 15000 30,07 10 32 52 75,4 10 0,216 0,216 0,86 SI3 Calentador 400 0,9 10000 20,05 4 25 30 43,5 8 0,288 0,288 1,15 SI4 Bombaaceite 400 0,9 10000 20,05 4 25 30 43,5 8 0,288 0,288 1,15 SI5 Motorventilador 400 0,9 3000 6,01 2,5 10 22 31,9 6 0,104 0,104 0,41 SI6 Motorascensor 400 0,9 3000 6,25 2,5 10 22 31,9 5 0,086 0,086 0,35 SI7 Motoryaw 400 0,9 4500 9,02 6 14 37 53,65 7 0,075 0,075 0,30 SI8 Motoryaw 400 0,9 4500 9,02 6 14 37 53,65 7 0,075 0,075 0,30 SI9 Motoryaw 400 0,9 4500 9,02 6 14 37 53,65 7 0,075 0,075 0,30 SI10 Motoryaw 400 0,9 4500 9,02 6 14 37 53,65 7 0,075 0,075 0,30 SI11 Bombaagua 400 0,9 2200 4,41 2,5 6 22 31,9 9 0,114 0,114 0,46 SI12 Bombaagua 400 0,9 5500 11,03 2,5 14 22 31,9 9 0,285 0,285 1,14 SI

Luzgondola 230 1 100 0,116 0,27 SILuzgondola 230 1 101 0,001 0,00 SILuzgondola 230 1 102 0,001 0,00 SILuzgondola 230 1 103 0,001 0,00 SILuzTorre 230 1 20 0,023 0,05 SILuzTorre 230 1 40 0,023 0,05 SILuzTorre 230 1 60 0,023 0,05 SILuzTorre 230 1 80 0,023 0,05 SILuzexterior 230 1 110 0,128 0,29 SILuzexterior 230 1 115 0,006 0,01 SITomacorriente 230 1 3680 16 6 16 46 66,7 2,5 0,133 0,31 SITomacorriente 230 1 3680 16 6 16 46 66,7 2,5 0 0,00 SITomacorriente 230 1 3680 16 16 16 87 126,15 100 1,950 4,49 SITomacorriente 230 1 3680 16 6 16 46 66,7 100 0 0,00 SITomacorriente 230 1 3680 16 6 16 46 66,7 102 0,107 0,25 SI

Trafo1->Derivaciones 400 0,9 63000 101,04 50 125 145 210,25 20 0,362 0,362 1,45 SITrafo1->2 400 0,9 63000 101,04 70 125 214 310,3 110 1,423 1,423 5,69 SI

Trafo2->Derivaciones 230 1 25000 88,21 70 100 214 310,3 30 0,932 0,932 2,14 SI

66,7

6 6 46 66,7

13 320 5,57 6 6 46

16

0,119

0,093

0,133

2,19

15 288 1,25 6 6 46

66,7

14 320 1,39


17

4.Cálculopuestaatierra

4.1.Puestaatierradelaerogenerador

Tal y como se explica en lamemoria, la puesta a tierra del aerogenerador es lamismatantoparaladeproteccióncomoparaladeservicio.Consisteendosanillosunidos de 7 y 20 metros de longitud a una profundidad de 3 y 4 metros,respectivamente.Elconductorserácobredesnudode50 !!!,talycomoindicalaITC-RAT-13apartado3.4.EnelcasodeunainstalaciónTN-Sdepuestaatierra,sedeberáseguirestipuladoenla tabla2de la ITC-BT-18,dondese indicaque la seccióndel cabledeprotecciónserá la mitad de la sección de los conductores de la instalación. En el caso denuestrosaerogeneradores,elcabledemayorsecciónseráelqueencontremoseneltramo que hay desde el transformador 1 hasta el transformador 2 y susderivaciones(70!!!),porloqueelcabledeprotecciónseráde35!!!.Tambiénse instalarán 4 picas por anillo de 14 mm de diámetro, situadas a 90ºrespectivamente.

Pararealizarelcálculodelaresistenciaquesupondráestainstalación,serecurrealaITC-BT-18,dondeseindicaelcaminoparaello.Laresistividaddelterreno(!)esde400ohm·m.

• Resistenciadelaspicas:

!!"#$% =!! =

4008 · 2 = 25 Ω

[21]

• Resistenciaconductor:

Para calcular la resistenciaqueofreceel conductorde lamalla, sehace lasumade todas las longitudes de cable. La distancia de conductor quehayentrelosdosanillosesde13,038metros.

!!"#$%!&"' =2 · !! = 2 · 400

7! + 20! + 4 · 13,038 = 5,84 Ω

[22]

Paraelcálculodelaresistenciatotaldelapuestaatierra,sehaceelsumatorioenparalelodeloscomponentes.

!!"!#$ = !!"#$%//!!"#$%!&"'() = 4,73 Ω

[23]


18

4.2.Puestaatierrasubestación

Para hacer el cálculo de la instalación de puesta a tierra en un régimen TN-S separtiráconunosdatosinicialesyseiránhaciendoloscálculosqueestablecelaITC-RAT-13paraverificarlaviabilidaddelainstalación.

Datosiniciales:

• Laresistividaddelterrenoseráde400Ω ·!

• El nivel de aislamiento según la ITC-RAT 12 para una tensiónmás elevada

paraelmaterialde36kV,esde70kV.

• La tensióndeserviciode la subestaciónseráde220kVy la reactanciadelcableseráde25Ω.

• Se estimará un tiempo inferior de duración de falta inferior a los 0,5

segundos, loquenosda,unatensióndecontactoaplicadaadmisible(!!")de204V.

4.3.Cálculodelaresistenciadepuestaatierraeintensidaddedefecto

Para el cálculo de la resistencia de puesta a tierra y la intensidad de defecto, setienequeresolverunsistemadedosecuacionescondosincógnitas.

Lasecuacionessonlassiguientes:

!! =!!

3 · !! + !! ! + !! !

[24]

!! · !! ≤ !!"

[25]

Donde:

• !!eslatensióndeservicio(220kV)• !! eslacorrientededefecto

• !!eslaresistenciadelneutro(0Ω)

• !!eslaresistenciadepuestaatierra


19

• !!eslareactanciadepuestaatierra(25Ω)

• !!"eslatensióndeaislamientoenmediatensión(70kV)

Resolviendoestesistemadeecuaciones,obtenemosunaintensidaddedefectode4239,605Ayunaresistenciadetierrade16,51Ω.

4.4.Eleccióndelelectrododepuestaatierra

Elsiguientepasoeneldiseñodelainstalacióndepuestaatierra,eshacerundiseñopreliminar de cómo será la instalación. Se tendrá que seleccionar un tipo deconfiguraciónenfuncióndelastablasUNESA.Antessedebecalcularuncoeficientede resistencia con los datos obtenidos, y elegir una configuración que tenga uncoeficientedetierraigualomenoralcalculado.

!! ≤!!!

[26]

Donde:

• !! eselcoeficientederesistencia

• !!eslaresistenciadepuestaatierra(16,51Ω).

• !eslaresistividaddelterreno(400Ω ·m)

Aplicandolaexpresiónanterior,seobtieneunresultadode0,0413.Porlotanto,laconfiguración a escoger deberá tener un coeficiente de resistenciamenor a estevalor.

Comoya sehadichoen lamemoria, la configuraciónaescogeres la80-40/8/88,quesepuedeverdestacadaenlailustraciónsiguiente.


20

Tabla9:ConfiguraciónelectrododetierraFuente:UNESA

Una vez obtenidos los valores característicos de la configuración escogida,calcularemoslosvaloresrealesderesistenciadelneutroydecorrientededefecto.

!!! = ! · !! = 0,038 · 400 = 15,2 Ω

[27]

!!! =!!

3 · !!! + !! ! + !! ! =220000

3 · 15,2 ! + 25 != 4241,25 !

[28]

4.5.Cálculodelastensionesdepasoycontactoenlainstalación

• Tensióndedefectodelainstalación

!!! = !!! · !!! = 15,2 · 4241,25 = 65987,03 V

[29]

Donde:

• !!! eslaresistenciadepuestaatierra

• !!! eslaintensidaddedefecto

• !!! eslatensióndedefecto


21

• Tensiónmáximadepasoenelacceso

!!! = !! · !!! · ! = 0,0111 · 4241,25 · 400 = 19275,16 !

[30]

Donde:

• !! eselcoeficientedecontacto


• !eslaresistividaddelterreno

• Tensiónmáximadepasoenexterior

!!! = !! · !!! · ! = 0,005 · 4241,25 · 400 = 8682,5 !

[31]

Donde:

• !! eselcoeficientedepaso



Unavezcalculadaslastensionesdepasoenelinterior,exteriorydedefectodelasubestación, deberemos calcular las tensionesmáximas admisibles y verificarquesecumplanlascondiciones.

4.6.Cálculodelastensionesmáximasaplicadas

• Tensióndepasoenelexterior

!! = 10 · !!" · 1+ 2 · !!"#$"%& + 6 · !1000

[32]

Donde:

• !!eslatensiónmáximadepasoenelexterior

• !!" es tensión de contacto aplicada admisible para un tiempo de 0,5segundos


• !!"#$"%&eslaresistenciaqueofreceelcalzado(2000Ω)


22

Latensiónmáximadepasoenelexterioresde15096V.

• Tensióndepasoenelacceso

!!(!"") = 10 · !!" · 1+ 2 · !!"#$"%& + 3 · ! + 3 · !!

1000

[33]

Donde:

• !!(!"")eslatensiónmáximadepasoenelexterior

• !!" es tensión de contacto aplicada admisible para un tiempo de 0,5segundos

• !eslaresistividaddelterreno(400Ω ·m)

• !!eslaresistividaddelhormigón(3000Ω ·m)

• !!"#$"%&eslaresistenciaqueofreceelcalzado(2000Ω)

Latensiónmáximadepasoenelaccesoesde31008V.

Enlastablassiguientessepuedeobservarunresumendelosvalorescalculadosconanterioridadysisecumplenlascondicionesparaquelainstalaciónseaválida.

Tabla10:Tablaresumencálculospuestaatierra

Tabla11:Cumplimientocondiciones

Rt 16,51 ΩIdmax 4239,605 AKr 0,0413Kr(tablas) 0,038Kp(tablas) 0,005Kc(tablas) 0,0111Rt' 15,2 ΩId' 4341,25 AVd' 65987,03 VVc' 19275,16 VVp' 8682,50 VVp(maxima) 15096 VVp(acc)(maxima) 31008 V

PuestaatierrasubestacionMT/AT

Vp'<Vp SIVc'<Vp(acc) SIVd'<Vmt SIIa<Id' SI

Cumplecondiciones

instalaciÓn de un parque eÓlico

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