Diseño de una red de tierra

Diseño de una red de tierra
Se diseña una red de tierra para una subestación con dos bancos de transformadores de 15 KVA cada uno, 7.5% = X, 115/16 KV, conexión ∆/Y con reactor de 4 ohms, con 2 líneas de 115 KV. Verificar Em y Ep para q no sobrepasen los valores limites de los potenciales tolerados por el cuerpo humano, así como la resistencia de la red no sobrepase los valores de las normas.Los datos necesarios para el cálculo son los siguientes:
Longitud de la subestación 35 m.
Ancho de la subestación 20 m.
Longitud de la red (se prolonga 1.5 m. por cada lado para aterrizar la cerca metálica). 38 m.
Ancho dela red (se prolonga 1.5 m. por cada lado para aterrizar la cerca metálica). 23 m.
Corriente de cortocircuito monofásico Ia= 6000 A.
Resistividad del terreno p= 100 ohms-m
Resistividad superficial (grava) ps=3000ohms-mProfundidad de la red h= 0.70 m
Grueso de la capa superficial hs= 0.15 m
Tiempo de duración de la falla t= (18 ciclos)
Relacion X/R en el bus de falla X/R= 22
Longitud de los electrodos de tierra 3 m.
Diámetro de loselectrodos de tierra 0.0159 m(5/8”)
Factor de crecimiento de la subestación Fr= 1.0
Calibre del conductor
(por norma se emplea el mínimo) 4/0 211.6 kcm
Diámetro del conductor 4/0 (d) 0.0134 m.
Conectores de bronce, atornilladores,
Temperatura máxima de la red (Tm )450 oC
SOLUCION
Comprobar la sección del conductor de cobre
Corriente de diseño
ID =ICC X D X fc
D = 1.07 para t = 0.3 segundos (18 ciclos)
fc = 1.0
ID = 6000 x 1.07 x 1.0 = 6420 A
Área del conductor para una duración de la falla t = 0.3 segundos con conectores atornillados. De la tabla 4.4 el factor es de 8.3 CM/ampere, o sea
A = 6420 x 8.3 = 53286 CM que corresponde alcalibre ligeramente superior al numero 2 AWG, pero norma se debe de emplear, como mínimo, un calibre de 4/0 con un diámetro d = 0.0134 m.
Factor de reflexión K
K= p-p3p+p3= 100-3000100+3000= -0.935
Se toma la curva correspondiente al valor de k = 0.935 y donde cruza la curva con la abcisa Ii, se corta el eje de las ordenadas Cs, que paranuestro case se obtiene Cs = 00.7 A este factor se le llama factor de reducción.
Este factor es igual a uno cuando no existe capa superficial o ésta muy delgada o la capa superficial es de resistividad muy alta.
Calculo de los potenciales tolerables. Para el método de dos capas se utilizan las siguientes ecuaciones, que refieren respecto al método de una capa, en que se considera el factor Cs.Considerando la formula para una persona de 70kg. Se tiene

Es(para)= (1000 + 6 Cs ps )0.157 = 157 + 0.7 Cs ps = 157+ 0.7 x 0.7 x 3000 = 3012.9 volts
√t √t √0.3
Em(contacto)= (1000 + 1.5 Cs ps )0.157 = 157+ 0.17 x 0.7 x 3000 = 952 volts
√t√0.3
Longitud tentativa de la red de tierra, se utilize una cuadricula de 3 x 3 m de largo,segun figura 4.11.
Conductores transversales = 16 x 23 = 368 m
Conductores longitulinales = 10 x 38 = 380 m
Lm = 748 m
Longitud de los conductores verticales (electrodos)
Le = 1.15 x 20...