Malla de tierra

MEMORIA DE CÁLCULO

CÁLCULO DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA

Los factores que afectan el diseño de una malla de puesta a tierra son:

a) Resistividad del terreno.
b) Tiempo máximo de despeje de una falla a tierra.
c) Tensiones de paso y contacto permisibles.
d) Configuración de la malla.
e) Conductor empleado.
f) Profundidad de la malla.

El procedimiento para calcular una malla de tierraadecuada es el siguiente:

* Información del campo:
Se dispone de un lote de: 46X118 m2
Resistividad del terreno:
ρ = 150 Ωm (suelo arenoso)
ρs = 2300 Ωm (cascajo)

* Parámetros:
TM =450° C (soldadura de latón)
TA =25° C (temperatura ambiente)
H= 0,6 m (profundidad de la malla)
ICC =23 kA.
t =0,32 s (duración de la corriente de falla)
D= 2 m ( espacio entre conductores paralelos)

Número deconductores cortos:
M=1182+1=60

Varillas de conductores largos:
N=462+1=24
Longitud del conductor de la malla:
L= 60*46 + 24*118=5592 m.

* Selección del conductor:
A=I*33*tlogTM-TA234+TA+1

A=23000*33*0,32 seg.log450-25234+25+1=117195 Cmil

Conductor: 250 kcmil de Cu desnudo
A= 126,7mm2 Diametro, d= 14,63mm.
* Cálculo de las constantes Km, Ks, Ki :Km=12πlnD216Hd+1πln34×56×…×2N-32N-2

Km=12πlnD216×0,6×0,01463+1πln34×56×…×4546

Km=0,0223

Ks=1π12H+1D+H+1D1-0,5n-2 (a)

n; numero de conductores efectivos en paralelo en una malla rectangular o irregular el cual es estimado con las siguientes ecuaciones:

n=na nb nc nd

na=2LcLp

Lc=24×118=2832 m. Longitud del conductor en la malla horizontal en metros.
Lp=46+118*2=328m. Longitud delperímetro de la malla en metros.

na=17,268

nb=Lp4A
nb=32845428

nb=1,054

nc=LxLyA0,7ALxLy

Lx=118m. Máxima longitud de la malla en el eje X, m.
Ly=46m. Máxima longitud de la malla en el eje Y, m.

nc=1

nd=DmLx2+Ly2

Dm=126,649m. Máxima distancia entre dos puntos en la malla, m.

nd=1
Entonces;
n= 18,2

Retomando la ecuación (a);Ks=1π12×0,6+12+0,6+121-0,518,2-2

Ks=0,546

Ki=2 ( cuando N7 )

* Longitud para la tensión de paso:
Lp=Ks×Ki×ρ×I×t116+0,696×ρs
Lp=0,546×2×150×23000×0,32116+0,696×2300
Lp=1241 m.
* Longitud para la tensión de toque:

Lt=Km×Ki×ρ×I×t116+0,174×ρs

Lt=0,0223×2×150×23000×0,32116+0,174×2300
Lt=168,6 m.

* La longitud de paso y de contacto son aceptables comparados con la longitud total del conductor de la malla que senecesita.

* Calculo de las tensiones máximas permisibles:
Se considera que el tiempo máximo de operación de los relés es de 0,32 s.
El patio de conexiones tendrá un acabado en cascajo con una resistividad de 2300 Ωm y 10 cm. de espesor.

Figura 1.
Suponiendo que una persona que este expuesta a las tensiones de toque y paso dentro de la subestación pesa al menos 50 Kg, las tensiones máximas depaso y toque son:

Ep-50=1000+6×ρs×0,116t

Ep-50=1000+6×2300×0,1160,32

Ep-50=3034,9 V

Et-50=1000+1,5×ρs×0,116t
Et-50=1000+1,5×2300×0,1160,32

Et-50=912,5 V

Cálculo de la tensión de paso en caso de falla:

Ep=Ks×Ki×ρ×IL=0,546×2×150×230005592=673,712 V

Et=Km×Ki×ρ×IL=0,0223×2×150×230005592=27,51 V

* La tensión de paso calculada Ep (673,712 V) es menor que la tensión de paso máximapermitida Ep-50(3034,9 V), lo cual es satisfactorio.

* La tensión de toque calculada Et (27,51 V) es menor que la tensión de toque máxima permitida Et-50(912,5 V), lo cual es lo indicado.

CALCULO DE T´CS Y T´PS PARA MEDIDA Y PROTECCÓN.
Para el lado de alta tensión de la subestación (115kV) se considera una potencia de cortocircuito de PCC=2650 MVA. ICC= 23kA, ZCC = 9%.

VTH=115kVZTH=115kV3×23kA
ZTH=2,88 Ω

ZTRANSF.=Z base×Z CC
Figura 2.
Z base=V225=115225=529 Ω

ZTRANSF.=529×0,09=47,61 Ω

ICC=115 kV32,88+47,61Ω=1315 A
Vista en 115kV con la falla en 34,5Kv
Los transformadores de corriente para protección en la bahía de transformador y de línea de A.T.
T´ CS 100/5 10P
De T´C 1 a T´C 12 y T´C 14
ICC=131511534,5=4383 A
Vista en 34,5kV con falla en 34,5kV
Los...