Diseño de Subestacion

“DISEÑO DE UNA SUBESTACIÓN ELECTRICA DE DISTRIBUCIÓN”

2016

PROGRAMA DE CAPACITACION VIRTUAL

TECSUP Diseño de Subestaciones Eléctricas de Distribución

DIMENSIONAMIENTO DE UNA SUBESTACION ELÉCTRICA DE DISTRIBUCIÓN

OBJETIVOS:

1. Seleccionar el cable alimentador para una red subterránea, que va alimentar a una subestación convencional.

2. Dimensionar el calibre adecuado según los tres criterios tratados en el curso, capacidad de corriente, caída de tensión, y poder de soportar los cortocircuitos.

3. Seleccionar la aparamenta necesaria para la subestación convencional; Seccionador unipolar, Interruptor de potencia, seccionador de potencia, fusibles, barras de cobre etc..

4. Seleccionar la cantidad de transformadores para la potencia requerida.

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS:

I. DATOS DE ENTRADA:

Potencia de la SED: 4800 kVATensión del sistema: 10 kV Potencia de cortocircuito: 290 MVA (10 kV) Tiempo de apertura de la protección: 0.20 sFactor de potencia: 0.85 inductivoProfundidad de tendido: 1.5 mTemperatura del suelo: 25°CResistividad térmica del terreno: 2.0 k m/WLongitud: 780 m

Observaciones:

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Al usar varios transformadores normalizados para cubrir la potencia demandada, explicar el criterio de selección.

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1. Seleccionar el cable alimentador para una red subterránea, que va alimentar a una subestación convencional.

Calculo de la corriente nominal de la planta

IN=S

√3∗U= 4800 kVA

√3∗10kV=277.45 A

Selección del cable alimentador:

Como la tensión del sistema es de 10 kV, el cable podría ser uno de tensión de

aislamiento 8,7/15 kV.

Parámetros Eléctricos 8,7/15 kV

Para determinar la capacidad de conducción real del cable a las condiciones de instalación, ya que esto afecta a la trasferencia de calor entre el cable y el medio, es necesario el uso de los factores de corrección:

Condiciones reales de instalación:

Temperatura del suelo: 25°C FCtProfundidad de tendido: 1.5 m FCptResistividad térmica del terreno: 2.0 k m/W FCrttVarias ternas de cables: 1 terna FCpc

FC = FCt * FCrtt * FCpc * FCpt

FCt = 0,93 FCrtt = 0,78 FCpc = 1,0 FCpt = 0,95

FC=0,93∗0,78∗1∗0,95=0,689

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La capacidad de cada calibre se ve afectada por este factor:

95 mm2 325 A 325*0689=223,95 A

120 mm2 370 A

370*0.689=254,93 A

150 mm2 410 A 410*0.689=282.49

Cálculo de la caída de tensión.

∆U=√3∗I N∗L(R .cosφ+X . senφ)

Para nuestro cable de 150mm2:

R=0.159 Ω/Km X=0.1264 Ω/Km

∆U=√3∗277.45∗0.689(0.159∗0.85+0.1264∗0.5266)

∆U=66.63V

%∆U=0.66%

Por caída de tensión que es menor al 3,5%, el cable seleccionado cumple. Por capacidad de conducción seleccionamos el cable seco N2XSY 8,7/15 kV

de 150 mm2

2. Dimensionar el calibre adecuado según los tres criterios tratados en el curso, capacidad de corriente, caída de tensión, y poder de soportar los cortocircuitos.

Corriente de carga.

La corriente a transportar a los transformadores es.

I= kVA√3∗kV

= 4800 kVA√3∗10kV

=277.45 A

Calculo de la corriente de cortocircuito

I cc=290MVA√3∗10kV

=16.763 kA

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Corriente de cortocircuito por el cable

La sección del cable esta dado por:

SCUcc=I cc∗√tk

ICC: Corriente de cortocircuito (kA)t: Tiempo de disparo del dispositivo de protección (0,05 s)k: Constante del conductor cobre (N2XSY = 0,143)

SCUcc=16.76∗√0.20

0.143

SCUcc=52.41mm2

Tabla de características de un terminal de MT para cable seco N2XSY.

Selección del terminal.

Calibre seleccionado: 150 mm2 Tensión máxima del sistema: 10 kV Subestación de uso interior: interior.

Según la tabla anterior se seleccionada el terminal:

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TMF2 – 150 mm2/ 17,5 – I

La tensión de operación máxima del terminal es de 17,5 kV, mayor a la tensión de

operación máxima del cable que es de 8,7/ 15 kV.

Cálculo de la caída de tensión

∆V= kVA∗LkV

∆V= kVA∗LkV

(R .cosφ+X . senφ )∗10−3

∆V=4800∗0.78010

(0.159∗0.85+0.1264∗0.5266 )∗10−3

∆V=75.52V

3. Seleccionar la aparamenta necesaria para la subestación convencional; Seccionador unipolar, Interruptor de potencia, seccionador de potencia, fusibles, barras de cobre etc.

Primero defina el esquema unifilar de la planta para esa potencia. Necesitamos 4800 kVA y las opciones de selección del transformador son múltiples.

01 transformador de 3 000 kVA.


Para la selección de 02 transformadores, existen varios criterios:

Confiabilidad del sistema, 2 transformadores son más confiables que solo uno.

Costo de la subestación, a más transformadores, se necesita más cantidad de equipos

de protección.

Reparto de carga de toda la planta.

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Aplicación

Cálculo de la corriente nominal:

IN=S

√3∗U= 4800 kVA

√3∗10kV=277.45 A

Tensión máxima del sistema: para nuestro sistema de 10 kV, la máxima tensión del sistema dado por la norma es: 10,5 kV.

Corriente de cortocircuito:

I cc=290MVA√3∗10kV

=16.763 kA

Esta altísima corriente pasará durante 0,20 s; que es el tiempo que demora la protección de la concesionaria en cortar esta corriente. En este tiempo los componentes deben soportar el calor producido y las fuerzas que se generen.

Selección del interruptor

Corriente nominal:

Esta debe soportar la corriente permanente calculada de 277 A, podría seleccionarse

uno de 400 o de 630 A.

Tensión asignada: la tensión del interruptor debe ser mayor a la tensión máxima del

sistema ya que nuestro sistema tiene una tensión de 10kV, para este caso: uno de 12

kV o de 17,5 kV.

Corriente de cortocircuito:

El interruptor debe tener la capacidad para cortar la corriente de cortocircuito máxima

de 16,76kA; se refiere al poder de corte del interruptor, para este caso uno de 16 o de

20 kA de poder de corte podría ser el adecuado.

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Selección de los seccionadores de línea y de potencia.

Esta debe soportar la corriente permanente calculada de 277 A, podría seleccionarse

uno de 400 o de 630 A.

Poder de corte de 16 o 20 kA.

Tensión máxima.

Corriente nominal.

Poder para soportar la corriente de cortocircuito.

Selección de fusibles.

Fusible para el transformador de 2 000 kVA:

La tensión del fusible debe ser mayor a la del sistema, puede ser de 12 o 17,5 kV.

Corriente nominal del fusible:

Debe al de 1,6 a 2,0 veces la corriente nominal del transformador.

IN=S

√3∗U= 2000 kVA

√3∗10kV=115.47 A


I fusible=1.6∗115.47=184.75 A

Fusible para el transformador de 3000 kVA:

La tensión del fusible debe ser mayor a la del sistema, puede ser de 12 o 17,5 kV.


Debe al de 1,6 a 2,0 veces la corriente nominal del transformador.

IN=S

√3∗U= 3000 kVA

√3∗10kV=173.20 A


I fusible=1.6∗173.20=277.12 A

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4. Seleccionar la cantidad de transformadores para la potencia requerida.Para una potencia requerida de 4800kVA utilizaremos dos transformadores de:



Para la selección de 02 transformadores, existen varios criterios:

Confiabilidad del sistema, 2 transformadores son más confiables que solo uno.

Costo de la subestación, a más transformadores, se necesita más cantidad de equipos

de protección.

Reparto de carga de toda la planta.

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