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Grado en IngenieríaEléctricaIEByMTPORTADAJuan Bernabé García GonzalezRafael Molina MaldonadoDepartamento de Ingeniería Eléctrica - UMATema 6: Centros de transformaciónParte 6: CTTema 6: Centros de transformaciónPARTE 6: CTUE I:CAS EN BAJA TENSIÓN6.1 Definición y funciones de un CT6.1 Clasificación e...

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Grado en Ingeniería

Eléctrica IEByMT

Tema 6: Centros de transformación Parte 6.1: CT2

Juan Bernabé García Gonzalez Rafael Molina Maldonado Departamento de Ingeniería Eléctrica - UMA PORTADA

INSTALACIONES ELÉCTRICA AS EN BAJA TENSIÓN

BLOQUE E I:

Tema 6: Centros de transformación PARTE 6.1: CT2 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 6.1.6 6.1.7 6.1.8

Definición y funciones de un CT Clasificación e los CT Constitución de un CT Maniobras en un CT Puesta a tierra en los CT Ventilación de un CT Cálculo de un CT Ejemplos de CT más frecuentes Ejercicios

6.1.4 Maniobras en un CT

Normas de seguridad

PARTE 6.2: CT2 C

• • • • • •

No accionar nunca un seccionador en carga. Para cortar un servicio en carga, se ha de accionar primero un interruptor. Antes de accionar un seccionador de puesta a tierra, comprobar la ausencia de tensión. Antes restablecer el servicio, comprobar que están abiertos los seccionadores de puesta a tierra. Usar material adecuado para cada maniobra. Todos los aparatos de maniobra deberán estar cerrados bajo candados o llave, tanto en posición abiertos como cerrados. • Cumplir las 5 reglas de oro para trabajos sin tensión.

Cinco Reglas de Oro

1. Abrir fuentes de tensión

2. Enclavar los aparatos de corte

3. Reconocer la ausencia de tensión

4. Poner a tierra y en cortocircuito

5. Delimitar la zona de trabajo

6.1.5 Puesta a tierra en los CT En cualquier punto accesible del interior o exterior de CT donde puedan circular las personas o permanecer, no pueden presentar tensiones de contacto ni de paso peligrosas para el cuerpo humano.

PARTE 6.2: CT2 C

• Tensión de contacto. Tensión a la que pueda estar sometida una persona cuando toca masa que accidentalmente se ha puesto a tensión. • Tensión de paso. Tensión a la que están sometidos los pies de una persona, en la zona de influencia de un electrodo, como consecuencia de una derivación a tierra.

Sistema de puesta a tierra (ITC-RAT 13) Puesta a tierra de protección. Se pondrán a tierra todas las partes metálicas de la instalación (en MT y BT) que no estén en tensión normalmente pero puedan estarlo a consecuencia de una avería, accidente, descarga atmosférica o sobretensión. • Los chasis y bastidores de los aparatos de maniobra. • Los envolventes de los conjuntos de armarios metálicos. • Los blindajes metálicos de los cables de MT. • Las carcasas de los transformadores, etc.

Puesta a tierra de servicio. Se conectan a tierra los puntos o elementos que forman parte de los circuitos eléctricos de MT y BT. • Los neutros de los transformadores. • Los circuitos de BT de los transformadores de medida. • Los limitadores, descargadores, autoválvulas, pararrayos para la eliminación de sobretensiones o descargas atmosféricas. • Los elementos de derivación a tierra de los seccionadores de puesta a tierra.

6.1.5 Puesta a tierra en los CT

PARTE 6.2: CT2 C

Sistema de puesta a tierra (ITC-RAT 13)

6.1.5 Puesta a tierra en los CT

PARTE 6.2: CT2 C

Sistema de puesta a tierra (ITC-RAT 13)

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Sistema de puesta a tierra (ITC-RAT 13) Independencia de tierra de protección y tierra de servicio. Cuando circule una corriente por una de ellas, la tensión que se produzca en la otra ha de ser despreciable. ITC-BT 18 considera independiente una toma de tierra con respecto a la otra, cuando una de las tomas de tierra no alcance una tensión superior a 50 V respecto a un punto de potencial 0, cuando por la otra circula la máxima corriente de defecto.

PARTE 6.2: CT2 C

Distancia mínima entre puestas a tierra.

D

• D: distancia mínima entre PAT (m) • ρ: resistividad del terreno (Ω·m) • Id: Intensidad de defecto (A)

Id 2000

Independencia e PAT del CT con un la PAT de un edificio.

Puestas a tierra únicas Si la tensión de defecto es igual o inferior a 1000 V, las dos puesta a atierra pueden unirse en una única PAT Resistencia máxima del electrodo en función de la intensidad de defecto (Ud = Id·Rt ≤ 1000 V) Id (A)

50

100

150

200

300

500

1000

Rt (Ω)

20

10

6,5

5

3

2

1

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Cálculo de la puesta a tierra – Método UNESA

PARTE 6.2: CT2 C

Separación de los sistemas de puesta a tierra (m):

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Partes de la puesta a tierra

PARTE 6.2: CT2 C

Electrodos. Metálicos (Cu o acero recubierto de Cu) con elevada resistencia a la corrosión. • Electrodos simples: barras (picas) o cables (flagelos). • Anillos o mallas metálicas. Líneas de tierra. Conductores empleados con resistencia mecánica adecuada y elevada resistencia ala corrosión. Sección adecuada para los valores de corriente de defecto o por descargas atmosféricas que se puedan producir y que no lleven a los conductores a la temperatura cercana de fusión, ni se pongan en peligro los empalmes y conexiones. 1s • Tiempo mínimo a considerar del defecto: 1s. • Densidades de corrientes máximas de conductores: 160 A/mm2 para Cu y 60 A/mm2 para acero. • Secciones mínimas: 25 mm2 para Cu y 50 mm2 para acero.

Cálculo de la puesta a tierra Tensión máxima de contacto y de paso (ITC-RAT 13 tensiones máximas aplicables al cuerpo humano).

U ca

K tn

U

10

pa

K tn

• • • • • • •

Uca: Tensión de contacto (V). Upa: Tensión de paso (V). t: Duración de la falta (s). K = 72 y n = 1 para 0,1 s < t ≤ 0,9 s. K = 78,5 y n = 0,18 para 0,9 s < t < 3 s. Si 3 s ≤ t ≤ 5 s → Uca = 64 V y Upa = 640 V Si t > 5 s → Uca = 50 V y Upa = 500 V

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Cálculo de la puesta a tierra Determinación de tensión de paso

PARTE 6.2: CT2 C

Determinación de tensión de contacto

Considerar RS =3·ρs y RH = 1000 Ω

6.1.5 Puesta a tierra en los CT

PARTE 6.2: CT2 C

Cálculo de la puesta a tierra

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Cálculo de la puesta a tierra

PARTE 6.2: CT2 C

Si los dos pies está, situados sobre terrenos de distinta resistividad superficial, como cuando accedemos a un CT, con un pie en el pavimento interior y otro en el exterior.

U

pac c

10 K  1 tn 

3

3

S

RH

' S

  

• • • • • • • • • •

Upacc: Tensión de paso (V). t: Duración de la falta (s). ρS: Resistividad superficial de terreno donde apoya un pie (Ω·m). ρ’S: Resistividad superficial de terreno donde apoya el otro pie (Ω (Ω·m) m). K = 72 y n = 1 para 0,1 s < t ≤ 0,9 s. K = 78,5 y n = 0,18 para 0,9 s < t < 3 s. Si 3 s ≤ t ≤ 5 s → Uca = 64 V y Upa = 640 V Si t > 5 s → Uca = 50 V y Upa = 500 V

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Cálculo de la puesta a tierra – Método UNESA

PARTE 6.2: CT2 C

Mallazo en CT en edificio

Mallazo en CT sobre apoyo

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Cálculo de la puesta a tierra – Método UNESA

PARTE 6.2: CT2 C

Configuración de los electrodos:

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Cálculo de la puesta a tierra – Método UNESA Configuración de los electrodos: • Cuadrados y rectángulos de cable enterrado horizontalmente, sin picas.

PARTE 6.2: CT2 C

• Cuadrados y rectángulos de cable enterrado como las anteriores pero con 4 u 8 picas verticales. • Configuraciones longitudinales, o sea, línea recta de cable enterrado horizontalmente, con 2, 3, 4, 6 u 8 picas verticales alineadas. • Se consideran dos profundidades de enterramiento, de 0,5 y de 0,8 m, y, para las picas, longitudes de las mismas de 2, 4, 6 u 8 m. Para cada configuración de electrodo existe una tabla donde se indican los valores característicos del citado electrodo definido por tres parámetros: Kr: Kp: Kc:

resistencia unitaria de de tierra (Ω/Ω·m) tensión unitaria de paso exterior máxima (V/ Ω·m·A) tensión unitaria de contacto exterior máxima (V/ Ω·m·A)

Kr y Kp → En configuraciones rectangulares, cuadradas y longitudinales. Kc y Kp → En configuraciones rectangulares y cuadradas.

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Cálculo de la puesta a tierra – Método UNESA

PARTE 6.2: CT2 C

Configuración de los electrodos:

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Cálculo de la puesta a tierra – Método UNESA

PARTE 6.2: CT2 C

Configuración de los electrodos:

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Cálculo de la puesta a tierra – Método UNESA

PARTE 6.2: CT2 C

Configuración de los electrodos:

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Cálculo de la puesta a tierra – Método UNESA

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

PARTE 6.2: CT2 C

Es necesario conocer: • Datos de partida, a facilitar por la compañía suministradora:  Tensión de alimentación,  Neutro de MT aislado o bien conectado a tierra a través de impedancia ZE. • En el caso de neutro aislado:  Longitud total de las líneas de MT subsidiarias de la misma transformación AT/MT, en km. Es el valor La de la fórmula.  Longitud total de los cables subterráneos MT subsidiarios de la misma transformación AT/MT, en km. Es el valor Lc de la fórmula. • En el caso de neutro conectado a tierra a través de impedancia ZE:  Valor de la impedancia ZE desglosada en reactancia Xn y resistencia Rn,  o bien, como dato alternativo, menos preciso pero hasta cierto punto suficiente, la intensidad máxima de cortocircuito unipolar fase-tierra, en el origen de la línea de MT que alimenta el CT.  Duración de la corriente de falta, hasta su eliminación por la acción de las protecciones. En la práctica, es frecuente que indiquen valores del orden de 1 segundo. • Dato obtenido por medición:  Resistividad r del terreno, en 5·m.

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Cálculo de la puesta a tierra – Método UNESA

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

PARTE 6.2: CT2 C

Orden de los cálculos 1. Elección de una configuración tipo por parte del proyectista. 2. Cálculo de la resistencia del electrodo elegido Rt = Kr·ρ (Ω). 3. Cálculo de la intensidad de defecto Id, mediante la fórmula para caso de neutro aislado y mediante la fórmula en caso de neutro puesto a tierra a través de impedancia (ver ( su calculo más adelante). ) 4. Cálculo de la tensión de defecto en el CT: Ud = Id·Rt. 5. En todas las configuraciones: • Cálculo de la tensión admisible de paso exterior 10 K  6 S  Up 1  n t RH   • Además, en las configuraciones cuadradas o rectangulares, cálculo de la tensión admisible de paso de acceso y contacto exterior. 10 K  3 S 3 S'  U pa cc 1   tn  RH 

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Cálculo de la puesta a tierra – Método UNESA

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

PARTE 6.2: CT2 C

Orden de los cálculos 6. A partir de los «valores unitarios» correspondientes a la configuración elegida: • Cálculo de la tensión de paso exterior: Up = Kp·r·Id (V), • Cálculo de la tensión de paso de acceso y contacto exterior (caso de configuraciones cuadradas y rectangulares): t l ) Upacc = K c ·r·Id (V) • Para el caso de electrodos alejados del CT, la tensión de paso de acceso y contacto exterior es: Upacc = Ud = Rt ·Id (V). 7. Comprobación de que estos valores obtenidos de Up y Upacc son iguales o inferiores a los calculados mediante las fórmulas del punto 5, y en el caso de electrodo alejado del CT, que Upacc sea igual o inferior a la tensión de defecto Ud, o sea: Uacc ≤ Id·Rt. 8. Comprobación de que el valor de la tensión de defecto Ud es igual o inferior al nivel de aislamiento (tensión de ensayo) UBT del equipo de BT del CT. 9. Si alguna de estas condiciones 7 u 8 no se cumple, hay que elegir una nueva configuración más dimensionada (más picas, picas más largas, mayor profundidad de enterramiento), que dé valores de Kr, Kp y Kc más bajos.

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Cálculo de la puesta a tierra – Método UNESA

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

PARTE 6.2: CT2 C

Calculo de la corriente máxima de puesta a tierra

• Con neutro aislado

I d: U: Ca: La:

Id

3U ( 1

(

Corriente de defecto máxima (A) Tensión compuesta de la red (V) Capacidad homopolar de la línea aérea (F/km) Longitud total de las líneas aéreas de MT subsidiarias de la misma transformación AT/MT (km) Cc: Capacidad homopolar de los cables MT subterráneos (F/km) Lc: Longitud total de los cables subterráneos de MT subsidiarios de la misma transformación AT/MT (km)

C a La

C a La

C c Lc )

C c Lc )2

( 3 Rt )

Rt: Resistencia de la puesta a tierra de protección del centro de transformación (W) ω: Pulsación de la corriente (2·π·f) Salvo que el proyectista justifique otros valores, se considerará para las capacidades de la red aérea y subterránea, respectivamente, los siguientes valores: Ca: 0,006 µF/km, Cc: 0,25 µF/km, los cuales corresponden a los conductores de las secciones más utilizadas normalmente, con tensiones nominales de 20 kV.

6.1.5 Puesta a tierra en los CT Cálculo de la puesta a tierra – Método UNESA

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

PARTE 6.2: CT2 C

Calculo de la corriente máxima de puesta a tierra

• Con neutro unido a tierra

Id

U 3

( Rn

R t )2

X n2

Id: Intensidad máxima de defecto a tierra, en el centro considerado, en A U: Tensión compuesta de servicio de la red, en V Rn: Resistencia de la puesta a tierra del neutro de la red MT, en 5 Rt: Resistencia de la puesta a tierra de protección del CT, en 5 Xn: Reactancia de la puesta a tierra del neutro de red MT, en 5 Los valores de Rn y Xn son característicos de cada red y son valores que debe dar la empresa suministradora de energía.

6.1.6 Ventilación de un CT

OBJETO DE LA VENTILACIÓN El objeto de la ventilación de los CT es evacuar el calor producido en el transformador o transformadores debido a las pérdidas magnéticas (pérdidas en vacío) y las de los arrollamientos por efecto Joule (pérdidas en carga).

PARTE 6.2: CT2 C

Pérdidas en los transformadores en baño de aceite de llenado integral

6.1.6 Ventilación de un CT

OBJETO DE LA VENTILACIÓN El objeto de la ventilación de los CT es evacuar el calor producido en el transformador o transformadores debido a las pérdidas magnéticas (pérdidas en vacío) y las de los arrollamientos por efecto Joule (pérdidas en carga).

PARTE 6.2: CT2 C

Pérdidas en los transformadores secos

6.1.6 Ventilación de un CT

OBJETO DE LA VENTILACIÓN El objeto de la ventilación de los CT es evacuar el calor producido en el transformador o transformadores debido a las pérdidas magnéticas (pérdidas en vacío) y las de los arrollamientos por efecto Joule (pérdidas en carga).

PARTE 6.2: CT2 C

Pérdidas en los transformadores secos

6.1.6 Ventilación de un CT

RENOVACIÓN DE AIRE

PARTE 6.2: CT2 C

Ventilación natural. Por convección, basada en la reducción del peso específico del aire al aumentar su temperatura. Para esto se disponen de aberturas para la entrada de aire en la parte inferior del local y otras aberturas en la parte superior del mismo para la salida de aire, obteniéndose de esta manera, por convección, una renovación permanente del aire.

S

0 ,18 P

S'

1,1 S

H P : Suma de las pérdidas en vacío y por carga expresadas en kW. S : Sección del orificio de entrada de aire (deducida el área que ocupan las pantallas o rejillas) expresada en mm2. S’:Sección del orificio de salida de aire (deducida el área que ocupan las pantallas o rejillas) expresada en mm2. H: Altura (de centro a centro) del orificio de salida del aire sobre el orificio de entrada de aire, expresada en m. La fórmula es válida para una temperatura ambiente media de 20 °C y hasta una altura de 1000 m.

Ventilación forzada. Asistida con extractor eléctrico, cuando la natural no es posible o es insuficiente. El ventilador se puede controlar con un termostato. Flujo de aire recomendado, en metros cúbicos por segundo a 20 C: • Transformador de llenado integral: 0,081· P. • Transformador de tipo seco y clase F: 0,05·P. Donde : P pérdidas totales en kW.

6.1.7 Cálculo de un CT DATOS SUMINISTRADOS POR LA COMPAÑÍA

PARTE 6.2: CT2 C

• Tensión de alimentación (kV) • Potencia o intensidad de cortocircuito en el punto de la red de distribución donde se conectará el CT (MVA ó kA) • Intensidad máxima de cortocircuito unipolar fase-tierra y duración máxima del mismo. • Forma de acometida al CT: línea aérea o cable subterráneo. • Forma de alimentación de CT: radial o de distribución en anillo.

DATOS DEL PROYECTO • Tensión de salida del CT en BT (lo más frecuente 400/230 V). • Potencia a suministrar por CT (kW) y factor de potencia (previsión de cargas)

CÁLCULOS A REALIZAR • • • • •

Determinación del número y potencia (kVA) de los transformadores. Elección del tipo constructivo del CT: interior o exterior, de superficie o subterráneo, etc. Elección del régimen de neutro (TN, TT, IT) de salida del CT. Elaboración de esquema unifilar de CT. Elección de las características y tipos de los componentes del CT (transformadores, aparamenta y equipos Mt y BT, cables, etc) • Cálculo: embarrado, aparamenta, puesta a tierra, etc. • Diseño de la disposición interior del CT: celdas, puertas, ventilación, entradas/salidas de cables, etc. • Complementarios: alumbrado, señalización, disposición de seguridad, etc.

6.1.7 Cálculo de un CT Cálculos eléctricos de un CT

PARTE 6.2: CT2 C

Intensidades en MT y BT

6.1.7 Cálculo de un CT Cálculos eléctricos de un CT

PARTE 6.2: CT2 C

Intensidades en MT y BT SN: Scc1: IN1: IN2 : Icc1:

Potencia nominal del transformador (VA). Potencia de cortocircuito en el punto de entronque con la red de MT (VA). Intensidad nominal en el primario (A). Intensidad nominal en el secundario (A). Intensidad de cortocircuito permanente en el primario (A) → Poder de corte disyuntor del lado de MT. Icc2: Intensidad de cortocircuito permanente en el secundario (A) → Poder de corte dispositivo de protección del lado de BT. Is1: Intensidad de cortocircuito de choque en el primario (A) → Poder de cierre disyuntor del lado de MT. Is2: Intensidad de cortocircuito de choque en el secundario (A) → Poder de cierre dispositivo de protección del lado de BT. VL1: Tensión de línea en MT (V). VL2: Tensión de línea en BT (V). ucc%: Caída de tensión de cortocircuito en tanto por ciento.

del del del del

6.1.7 Cálculo de un CT Cálculos eléctricos de un CT

PARTE 6.2: CT2 C

Embarrado MT

6.1.7 Cálculo de un CT Cálculos eléctricos de un CT

PARTE 6.2: CT2 C

Embarrado MT δ: S: I N: Icc: ∆θ: t: F: Is1 : D: L: Mfmáx: M r: b: h: σt: σ A:

Densidad de corriente en régimen nominal (A/mm2). Sección de la barra (mm2). Intensidad nominal (A). Intensidad de cortocircuito (A). Incremento de temperatura permitida en el conductor ((°C) C). Tiempo de duración del cortocircuito (s). Se puede considerar 0,1 s.. Fuerza resultante (kg). Intensidad de cortocircuito de choq...