MALLA DE PAT (1)

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    07-Mar-2016

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Memoria de elaboracin de un sistema de malla de puesta a tierra para la subestacin Zapallal 220kV

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<ul><li><p>Cr. 42 No. 72-11, of. 205 Itag - Colombia PBX: (57-4) 373 67 77 Fax: (57-4) 372 32 71 A.A. 67860 Med. Colombia http://www.ieb.com.co e-mail: ieb@ieb.com.co </p><p>PROYECTO SEGUNDO CIRCUITO A 220 KV ZAPALLAL PARAMONGA NUEVA CHIMBOTE </p><p>MEMORIA DE CALCULO DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA PARA LA AMPLIACIN DE LA SUBESTACIN </p><p>ZAPALLAL </p><p>CDIGO REP: REP-ZAPALLAL-GT-076-94.036 CDIGO SIEMENS: G63004-U1014-01.036 </p><p>REVISIN 1 </p><p>Itag, abril de 2007 </p></li><li><p> Reemplaza a: Modificacin Pg./tem Documento De Fecha: </p><p> Verificacin de modelos para simulaciones REP-ZAPALLAL-GT-076-</p><p>94.036 20/12/2006 </p><p> Power, Transmission and </p><p>Distribution Fecha emisin: PTD-H 20/02/2007 </p><p>Elabor IEB Cdigo Documento: Revis SIEMENS </p><p>Aprob REP </p><p>PROYECTO SEGUNDO CIRCUITO A 220 kV ZAPALLAL-PARAMONGA NUEVA-CHIMBOTE DISEO DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA REP-ZAPALLAL-GT-076-94.036 </p><p> Formato base: F4206001.001 Pgina 2 de 17</p><p>TABLA DE CONTENIDO </p><p>1. OBJETO................................................................................................................... 4 2. INTRODUCCIN...................................................................................................... 4 3. RECURSOS DISPONIBLES.................................................................................... 4 4. METODOLOGA ...................................................................................................... 5 5. VISITA TCNICA..................................................................................................... 5 6. CARACTERSTICA DEL SISTEMA ........................................................................ 5 7. RESISTIVIDAD DEL TERRENO EN LA SUBESTACIN ZAPALLAL................... 6 8. VERIFICACION DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA EXISTENTE EN LA </p><p>SUBESTACIN ....................................................................................................... 6 8.1 RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA ................................................................................6 8.2 DISTRIBUCIN DE CORRIENTES........................................................................................8 9. CRITERIOS DE SEGURIDAD ............................................................................... 10 9.1 TIEMPO DE DURACIN DE LA FALLA .............................................................................11 9.2 TENSIN SUPERFICIAL, TENSIN DE CONTACTO Y TENSIN DE PASO..................11 10. SELECCIN DEL CONDUCTOR .......................................................................... 13 11. CONCLUSIONES................................................................................................... 15 12. RECOMENDACIONES .......................................................................................... 15 REFERENCIAS ................................................................................................................. 17 </p><p>LISTA DE FIGURAS </p><p>Figura 1. Malla de puesta a tierra para el rea de la subestacin......................................................7 Figura 2. Sistema modelado para hallar la corriente por la malla ......................................................9 Figura 3. Resultados de la simulacin de distribucin de corrientes a tierra ...................................10 Figura 4 Perfiles de tensin evaluados en la malla de puesta a tierra (A) ........................................12 </p></li><li><p>SIEMENS Cdigo Documento: REP-ZAPALLAL-GT-076-94.036Archivo: (4)G63004-U1014-01.036 (1).doc Pgina 3 de 17</p><p>LISTA DE TABLAS </p><p>Tabla 1. Niveles de cortocircuito esperados para el ao 2015...........................................................6 Tabla 2. Resultados del modelo de las dos capas del terreno...........................................................6 Tabla 3. Datos de entrada del programa IEB-MALLAS ...................................................................7 Tabla 4. Resultados del programa IEB-MALLAS, malla de puesta a tierra ...................................12 Tabla 5. Verificacin capacidad de cortocircuito ..............................................................................14 </p><p>ANEXOS </p><p>Anexo 1: Grficos de perfiles de tensin evaluados al interior de la malla de puesta a tierra </p></li><li><p>SIEMENS Cdigo Documento: REP-ZAPALLAL-GT-076-94.036Archivo: (4)G63004-U1014-01.036 (1).doc Pgina 4 de 17 </p><p>1. OBJETO </p><p>Presentar el informe con el diseo de la malla de puesta a tierra para la de la ampliacin de la subestacin elctrica Zapallal, ubicada en las Lomas de Carabayllo Mz 1, Lote 1, Distrito de Carabayllo, Provincia de Lima, Departamento de Lima, elaborado por Ingeniera Especializada S.A. para la firma Siemens. </p><p>2. INTRODUCCIN </p><p>Con la implementacin de un sistema de puesta a tierra se busca lograr una adecuada coordinacin entre el sistema de potencia y sus protecciones y garantizar la seguridad del personal y los equipos expuestos a tensiones peligrosas durante fallas a tierra, cumpliendo con los criterios establecidos en la norma ANSI/IEEE Std. 80 IEEE Guide for Safety in A.C. Substation Grounding. En el informe se presenta la metodologa, los resultados del diseo de la malla de puesta a tierra, las conclusiones y las recomendaciones. </p><p>3. RECURSOS DISPONIBLES </p><p>En el diseo de la malla de tierra se emplea un programa para anlisis de sistemas de puesta a tierra llamado "IEB-MALLAS", el cual fue desarrollado por Ingeniera Especializada S.A. En la modelacin del sistema elctrico y en los clculos de distribucin de corrientes a tierra, se utiliz como herramienta de simulacin el programa de computador ATP el cual es ampliamente utilizado en simulaciones para el estudio y anlisis de sistemas elctricos de potencia, debido a la confiabilidad de sus resultados. El modelo equivalente para las simulaciones en el programa ATP se construy a partir de los resultados de cortocircuito obtenidos con la base de datos en el programa Digsilent suministrada por REP para la ejecucin de este contrato. El valor de resistividad del terreno se toma del documento REP-ZAPALLAL-GT-076-81.063 Medicin de resistividad de terreno ampliacin subestacin Chimbote La configuracin de la malla existente en la subestacin se obtuvo de la informacin recibida de parte de Siemens, especialmente el plano 4984-31-301 Disposicin general Red de tierra profunda. </p></li><li><p>SIEMENS Cdigo Documento: REP-ZAPALLAL-GT-076-94.036Archivo: (4)G63004-U1014-01.036 (1).doc Pgina 5 de 17 </p><p>4. METODOLOGA </p><p>Para el diseo del sistema de puesta a tierra en la ampliacin del patio de la subestacin Zapallal se realiz el siguiente procedimiento. Con base en la resistividad del terreno y la configuracin de la red de tierra profunda, se calcula la resistencia a tierra de la respectiva malla. Teniendo en cuenta la base de datos suministrada por REP para la ejecucin de este proyecto, se modela el sistema equivalente en el programa ATP y se realizan las diferentes simulaciones necesarias para obtener el valor mximo de G.P.R. que se puede obtener con diferentes tipos de fallas. De acuerdo con el mximo valor de corriente a tierra, se verifica que dentro del rea correspondiente a la ampliacin de la subestacin se mantengan controlados los respectivos potenciales de contacto y paso, de lo contrario se establecen las medidas remediales. Finalmente se establece el calibre mnimo requerido para la instalacin de la malla y las respectivas colas de conexin de equipos y estructuras. </p><p>5. VISITA TCNICA </p><p>Se efectu una visita a la subestacin Zapallal a 220 kV en el terreno donde se adelantan los trabajos de ampliacin de la subestacin, el da 02 de octubre de 2006, durante la cual se ejecutaron las siguientes actividades: </p><p> Reconocimiento del terreno y limitantes fsicas. Medidas de resistividad del terreno. </p><p>6. CARACTERSTICA DEL SISTEMA </p><p>De acuerdo con el documento de especificaciones tcnicas, La subestacin Zapallal ha sido diseada bajo un esquema de interruptor y medio y actualmente opera bajo un esquema de barra sencilla mediante un puente provisional de las barras A y B de 220 kV la subestacin actualmente cuenta con los siguientes campos: </p><p> Lnea Ventanilla L-2243 Lnea Ventanilla L-2242 Lnea Huayucachi L-2221 Lnea Huacho L-2212 </p><p>El alcance de este proyecto incluye la construccin de una lnea haca la subestacin Paramonga Nueva, as como la construccin de los cortes intermedios para completar la configuracin en interruptor y medio. </p></li><li><p>SIEMENS Cdigo Documento: REP-ZAPALLAL-GT-076-94.036Archivo: (4)G63004-U1014-01.036 (1).doc Pgina 6 de 17 </p><p>Para el ao 2015 se espera que la subestacin se ample en dos circuitos hacia la subestacin Cantogrande y dos bancos de transformacin haca Paramonga 500 kV. En la Tabla 1 se muestran los niveles mximos de cortocircuito esperados para el ao 2015 en esta subestacin. </p><p>Tabla 1. Niveles de cortocircuito esperados para el ao 2015 </p><p>Subestacin Tensin Nominal [kV] Falla trifsica </p><p>[kA] Falla </p><p>monofsica [kA] Zapallal 220 22,089 24,857 </p><p>7. RESISTIVIDAD DEL TERRENO EN LA SUBESTACIN ZAPALLAL </p><p>La resistividad del terreno se toma de acuerdo con el documento REP-ZAPALLAL-GT-076-81.063 Medicin de resistividad de terreno ampliacin subestacin Zapallal, en el cual utilizando un modelo de dos capas se obtienen los valores de resistividad del terreno mostrados en la Tabla 2. </p><p>Tabla 2. Resultados del modelo de las dos capas del terreno </p><p>Resistividad [m] Profundidad capa superior [m] Coeficiente de reflexin Capa superior (1) Capa inferior (2) H K </p><p>231,7 154,90 4,00 -0,198 </p><p>8. VERIFICACION DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRA EXISTENTE EN LA SUBESTACIN </p><p>La verificacin de la malla de puesta a tierra existente contempla el clculo de la resistencia de puesta a tierra, la distribucin de corrientes a tierra y el anlisis de las tensiones de contacto y de paso, producidas durante fallas a tierra. </p><p>8.1 RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA </p><p>La malla de puesta a tierra existente en la subestacin se model de acuerdo con la configuracin mostrada en el plano 4984-31-301 rev 1 Red de tierra profunda planta. Para determinar la resistencia de puesta a tierra de la malla, se utiliz el programa IEB-MALLAS, el cual hace uso del mtodo de la matriz combinada de resistencia, el mtodo integral para la evaluacin de tensiones a lo largo de los segmentos de un conductor y el mtodo de las imgenes para el </p></li><li><p>SIEMENS Cdigo Documento: REP-ZAPALLAL-GT-076-94.036Archivo: (4)G63004-U1014-01.036 (1).doc Pgina 7 de 17 </p><p>modelamiento de las dos capas. En la Tabla 3 se muestran los datos de entrada al programa. </p><p>Tabla 3. Datos de entrada del programa IEB-MALLAS Magnitud Valor </p><p>Resistividad capa superior del suelo [m] 231,7 Resistividad capa inferior del suelo [m] 154,9 Resistividad de la capa de cascajo o concreto [m] 3.000 Espesor de la capa superior del suelo [m] 4,0 Espesor de la capa de cascajo o concreto [m] 0,1 Profundidad de enterramiento de la malla [m] 1,0 Tiempo de aclaracin de la falla [s] 0,3 Radio del conductor [m] 0,007 Nmero de varillas [Un] 16 Radio de la varilla [m] 0,008 Longitud de la varilla [m] 2,4 </p><p> La resistencia de puesta a tierra de la malla de la subestacin Zapallal, unida con la malla de la caseta de control, determinada con el programa, es de 0,52 . En la Figura 1 se indica la vista en planta de la malla existente en la subestacin. </p><p>Figura 1. Malla de puesta a tierra para el rea de la subestacin </p></li><li><p>SIEMENS Cdigo Documento: REP-ZAPALLAL-GT-076-94.036Archivo: (4)G63004-U1014-01.036 (1).doc Pgina 8 de 17 </p><p>8.2 DISTRIBUCIN DE CORRIENTES </p><p>Para la determinacin de la corriente mxima que circulara por la malla de puesta a tierra, se efectu una modelacin en el programa ATP, evaluando diferentes situaciones de falla, tanto monofsica como bifsica a tierra, en barras a 220 kV de la subestacin Zapallal y en diferentes puntos en las lneas proyectadas al ao 2015 (Ventanilla, Huayucachi, Huacho, Paramonga y Cantogrande). En la Figura 2 se muestra el sistema modelado mediante el programa ATP, con el cual se obtiene la corriente que circulara por la malla de tierra, evaluando las diferentes situaciones de falla en barras de 220 kV y en las lneas de transmisin. </p></li><li><p> SIEMENS Cdigo Documento: REP-ZAPALLAL-GT-076-94.036 Archivo: (4)G63004-U1014-01.036 (1).doc Pgina 9 de 17 </p><p>U</p><p>BUS_A</p><p>U</p><p>U</p><p>BUS_B</p><p>U</p><p>U</p><p>R MALLA</p><p>U</p><p>R HUAYU</p><p>R TR TR TR T R TR TR TR TR TR TR TR T R TR TR TR TR TR T</p><p>CANTO GRANDE 1</p><p>VENTANILLA 1</p><p>HUACHO PARAMONGA</p><p>VENTANILLA 2</p><p>CANTO GRANDE 2</p><p>ZAPALLAL 500</p><p>SUBESTACION ZAPALLAL</p><p>HUAYUCACHI</p><p>Figura 2. Sistema modelado para hallar la corriente por la malla </p></li><li><p>SIEMENS Cdigo Documento: REP-ZAPALLAL-GT-076-94.036Archivo: (4)G63004-U1014-01.036 (1).doc Pgina 10 de 17 </p><p>De acuerdo con los resultados obtenidos, la mayor corriente que circulara por la malla de puesta a tierra se presentara ante una falla monofsica slida a tierra en barras de la subestacin Zapallal a 220 kV, con uno de los transformadores haca Zapallal 500 kV fuera de servicio, en cuyo caso se presenta una corriente de 11500 A, en consecuencia se obtiene un GPR de 5980 V (tensin a la cual se eleva la malla en caso de una falla a tierra). Para efectos del diseo de la malla, se considera un GPR de 6000 V. En la Figura 3 se ilustra el grfico con los resultados de la tensin en la malla (GPR), corriente por la malla y corriente total de falla monofsica a tierra obtenidos en la simulacin con el programa ATP. </p><p>(file Malla_zapallal.pl4; x-var t) c:GPR - v:GPR - c:BUS_BA-FALLA 0 10 20 30 40 50[ms]</p><p>-40</p><p>-30</p><p>-20</p><p>-10</p><p>0</p><p>10</p><p>20</p><p>30</p><p>40*103</p><p>Figura 3. Resultados de la simulacin de distribucin de corrientes a tierra </p><p>9. CRITERIOS DE SEGURIDAD </p><p>Los principales criterios de seguridad en el diseo de una malla de puesta a tierra corresponden a la limitacin de los potenciales de contacto y potenciales de paso. El programa IEB-MALLAS permite obtener las tensiones superficiales, tensiones de contacto y tensiones de paso para un perfil seleccionado. </p></li><li><p>SIEMENS Cdigo Documento: REP-ZAPALLAL-GT-076-94.036Archivo: (4)G63004-U1014-01.036 (1).doc Pgina 11 de 17 </p><p>9.1 TIEMPO DE DURACIN DE LA FALLA </p><p>Teniendo en cuenta que el mayor valor de G.P.R. se presenta para fallas dentro de la subestacin y que no existen tiempos de retardo para el despeje de fallas en esta localizacin, se espera una actuacin instantnea (menor a 100 ms) de los equipos de proteccin. Con el propsito de ser conservativos para la verificacin de las tensiones de contacto y de paso al interior de la malla, se asumi un tiempo de despeje de 300 ms, considerando la no actuacin de las protecciones principales de la lnea y en consecuencia operando con las protecciones de respaldo. </p><p>9.2 TENSIN SUPERFICIAL, TENSIN DE CONTACTO Y TENSIN DE PASO </p><p>Para el control de las tensiones de contacto y de paso en la malla de la subestacin Zapallal , se considera un GPR en la malla de 6000 V. Se analizaron varios perfiles al interior de la malla de la subestacin, tal como se indica en la Figura 4. </p></li><li><p>SIEMENS Cdigo Documento: REP-ZAPALLAL-GT-076-94.036Archivo: (4)G63004-U1014-01.036 (1).doc Pgina 12 de 17 </p><p>Figura 4 Perfiles de tensin evaluados en la malla de puesta a tierra (A) Los resultados ms crticos arrojados por el progra...</p></li></ul>