Especificaciones Tecnicas Obras Electricas

PROYECTO: INGENIERÍA BÁSICA Y DE DETALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA DE ACCESO DEL POZO TALADRO ESCUELA

Project :

CLIENTE: ECOPETROL S.A. Client:

PROYECTO NO. UNIDAD CÓDIGO DEL DOCUMENTO PROGRESIVO REVISIÓN HOJA

Project No. Unit Document Code Serial No. Revision Sheet

1244_292 00 CN 1611 01 0 1 DE Of

12

CÓDIGO CLIENTE: SCC-5205306-13292-ID-ELE-MC-001-0 Client Code :

THIS DOCUMENT IS PROPERTY OF TIPIEL SA IT MAY NOT BE COPIED, REPRODUCED AND/OR CIRCULATED WITHOUT AUTHORIZATION ESTE DOCUMENTO ES PROPIEDAD DE TIPIEL SA Y NO DEBE SER COPIADO, REPRODUCIDO Y/O CIRCULADO SIN SU AUTORIZACIÓN

Calle 38 No. 8 - 62 Bogotá - Colombia

0 30-MAY-2014 EMISIÓN PARA CONSTRUCCIÓN

D. FREIRE D. MUÑOZ W. PALOMINO A. MATTEUCCI

A 13-FEB-2014 EMISIÓN PARA COMENTARIOS

D. MUÑOZ O. FLOREZ E. FRANCO A. MATTEUCCI

REVISIÓN FECHA DE REVISIÓN DESCRIPCIÓN DE LA REVISIÓN PREPARÓ CHEQUEÓ APROBÓ AUTORIZÓ Revision Revision Date Revision Description Prepared by Checked by Approved by Authorized by

CÁLCULO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

FP

P / R

EV

.3


Project :




1244_292 00 CN 1611 01 0 2 DE Of

12




1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 3 2 ALCANCE .............................................................................................................................................. 3 3 DOCUMENTOS Y NORMAS DE REFERENCIA ................................................................................... 3 4 MÉTODO DE CÁLCULO ....................................................................................................................... 4 4.1 RESISTIVIDAD DEL TERRENO ............................................................................................................ 5 4.2 CALIBRE DEL CONDUCTOR DE LA MALLA ....................................................................................... 5 4.3 CÁLCULO DE LA CORRIENTE DE FALLA A TRAVÉS DE LA MALLA ............................................... 6 4.4 CÁLCULO DE LAS TENSIONES MÁXIMAS ADMISIBLES DE TOQUE Y PASO ................................ 7 4.5 DISEÑO ................................................................................................................................................ 10 5 CONCLUSIONES................................................................................................................................. 12

TABLA DE CONTENIDO TABLE OF CONTENTS


Project :




1244_292 00 CN 1611 01 0 3 DE Of

12




1 INTRODUCCIÓN

En el presente documento se presenta la memoria de cálculo para la malla del sistema de puesta a tierra requerida en el proyecto “INGENIERÍA BÁSICA Y DE DETALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA DE ACCESO DEL POZO TALADRO ESCUELA” localizado en el “CENTRO AGROINDUSTRIAL DEL META – SENA SEDE EL HACHON”, ubicado en la ciudad de Villavicencio – Meta, en el kilómetro 11 sobre el costado izquierdo de la vía Villavicencio – Puerto López.

2 ALCANCE

Dimensionar la malla del sistema de puesta a tierra, la cual cumpla con las condiciones de seguridad para el personal que se encuentre dentro de ella y a un (1) metro fuera de ella para el taladro escuela y la vía perimetral de la zona del presente proyecto.

3 DOCUMENTOS Y NORMAS DE REFERENCIA

En la siguiente tabla se muestran los documentos y estándares de referencia para realizar el cálculo:

Tabla 1. Documentos de Referencia.

Ref. Documento Descripción

[D1] 1244-292-00-DW-1625-01-01 PLANIMETRÍA DE DISPOSICIÓN DE EQUIPOS EN CUARTO ELÉCTRICO PLANTA - CORTES

[D2] 1244-292-00-DW-1652-01-01 DIAGRAMA UNIFILAR GENERAL

[D3] 1244-292-00-CN-1651-01 ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO

[D4] AMR CONSTRUCCIONES INFORME MEDICION DE RESISITIVIDAD DEL TERRENO

Tabla 2. Estándares y Códigos de Referencia.

Ref. Estándar Descripción

[E1] IEEE Std 80-2000 IEEE GUIDE FOR SAFETY IN AC SUBSTATION GROUNDING

[E2] RETIE REGLAMENTO TÉCNICO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS

[E3] NEC (NFPA 70) NATIONAL ELECTRICAL CODE 2011

[E4] IEEE Std 141 IEEE RECOMMENDED PRACTICE FOR ELECTRIC POWER DISTRIBUTION FOR INDUSTRIAL PLANTS

[E5] IEEE Std 81-1983 IEEE GUIDE FOR MEASURING EARTH RESISTIVITY, GROUND IMPEDANCE, AND EARTH


Project :




1244_292 00 CN 1611 01 0 4 DE Of

12




4 MÉTODO DE CÁLCULO

El dimensionamiento de la malla de puesta a tierra se realiza con base en el procedimiento establecido en la norma IEEE Std 80-2000 – IEEE Guide For Safety In AC Subestation Grounding, el cual es ilustrado en el diagrama de flujo de la Figura 1.

Figura 1. Diagrama de Flujo Proceso de Dimensionamiento.

El procedimiento realizado para el cálculo de la corriente de falla por la malla del sistema de puesta a tierra se realiza en el programa de circuitos ATP (Analisis Transientes Program). Para el cálculo de las tensiones de paso y contacto se utiliza el programa ETAP con el módulo de elementos finitos para mallas de puesta a tierra.


Project :




1244_292 00 CN 1611 01 0 5 DE Of

12




4.1 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La información de la resistividad del terreno fue tomada del documento de cálculo de resistividad realizado por AMR Construcciones [D4]. El valor de resistividad se realizó con el método Wenner a una distancia interelectródica máxima de 4 m y fue de 1344.5 Ω-m.

4.2 CALIBRE DEL CONDUCTOR DE LA MALLA

Para el dimensionamiento del conductor de la malla se utiliza la siguiente ecuación de acuerdo a la referencia [E1]:

Ec. (1)

Donde,

Ac Área mínima del conductor [mm

2]

I Corriente rms [kA] Tm Temperatura máxima admisible [

oC]

Ta Temperatura ambiente [oC]

Tr Temperatura de referencia para las constantes de materiales [°C] αr Coeficiente térmico de resistividad a Tr [1/

oC]

ρr Resistividad del material conductor a Tr [μΩ cm] Ko (1/ αr)- Tr [

oC]

tc Duración de la falla [s] TCAP Capacidad térmica por unidad de volumen [J/(cm

3 oC)]

Debido a que el transformador que alimenta la escuela Taladro es de 1000 kVA con niveles de tensión 34.5/0.48 kV, la corriente de cortocircuito monofásica calculada en el documento [D3], evidencia un valor aproximado en el lado de baja tensión de 19 kA, y con un valor de tiempo de despeje de falla de 150 ms. La Tabla 3 muestra las variables para el cálculo de la malla de puesta a tierra.

Tabla 3. Variables para cálculo del conductos malla a tierra.

VARIABLE Valor

Temperatura máxima permitida Tm (°C) 1082

Temperatura ambiente Ta (°C) 40

Temperatura de referencia Tm (°C) 250

Coeficiente térmico de la resistividad a Tr °C (αr) 0.00393

Resistividad del conductor a Tr °C (ρr [micro ohm/cm]) 137241

Corrección por temperatura 1/ao ó 1/(1-ar)-Tr (Ko) 234

Tiempo de despeje de la falla (s) 0.15

Factor de capacidad térmica TCAP [J/cm³/°C] 3.422

Máxima corriente de falla monofásica (kA) 19

a

m

rrc

c

TK

TK

t

TCAP

IA

0

0

4

ln10*


Project :




1244_292 00 CN 1611 01 0 6 DE Of

12




Las variables corresponden a la información necesaria para el calculo del conductor de la malla y corresponde a un conductor de cobre con pureza en 97%. El valor del calibre del conductor necesario es de 30 mm

2, sin

embargo para cumplir con los requerimientos de RETIE y según especificación de Ecopetrol “El valor minimo de conductor de puesta a tierra enterrado debe ser 50 mm

2 (1/0 AWG). Para este preyocto en acuerdo con ECP, el

calibre de la malla de puesta a tierra es 2/0 AWG (70 mm2).

4.3 CÁLCULO DE LA CORRIENTE DE FALLA A TRAVÉS DE LA MALLA

El cálculo de la corriente de falla a través de la malla de puesta a tierra se realizó mediante la simulación de los elementos que componen el Sistema Eléctrico de alimentación del Taladro Escuela.

La escuela se encuentra alimentada a un nivel de tensión de 34.5 kV por medio de una línea aérea de tres fases (2/0 AWG-ACSR Quail) y cable de guarda (1/0 AWG-ACSR Penguin). La Subestación Suria es la que alimenta este punto a una distancia aproximada de 161 m. La simulación de dicho circuito se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Modelo Eléctrico circuito alimentación Taladro Escuela.

El valor de la Resistencia de puesta a tierra se asume con un valor de 3,3 Ω. Los valores de corriente total, corriente por la malla y corriente que retorna por el cable de guarda se muestran en la Figura 3.


Project :




1244_292 00 CN 1611 01 0 7 DE Of

12




Figura 3. División de Corrientes de Falla a Tierra.

El valor de la corriente de falla total es 6493.7 A, el de la corriente por el cable de guarda 4417.1 A y el valor de la corriente inyectada a la malla es 110.32 A. Por lo tanto el cálculo de las tensiones de paso y contacto se realizará con la corriente de 110.32 A (78 A RMS).

4.4 CÁLCULO DE LAS TENSIONES MÁXIMAS ADMISIBLES DE TOQUE Y PASO

Las tensiones máximas admisibles de paso (Es) y toque (Et) son función, entre otras variables, de la masa corporal de las personas susceptibles de ser afectadas por ellas y se determinan por medio de las siguientes expresiones según IEEE Std 80-2000:

Para personas con masa de 50 kg:

s

ssst

CE116.0

)61000(

Ec. (2)

s

sstt

CE116.0

)5.11000(

Ec. (3)


Project :




1244_292 00 CN 1611 01 0 8 DE Of

12




Para personas con masa de 70 kg:

s

ssst

CE157.0

)61000(

Ec. (4)

s

sstt

CE157.0

)5.11000(

Ec. (5)

Dónde:

Es Tensión de paso tolerable Et Tensión de toque tolerable Cs Determinado según Figura 2 o ecuación 7 ρs Resistividad eléctrica del material superficial [Ωm] ts Duración de la circulación de la corriente [s]

09.02

109.0

1

s

s

Sh

C

Ec. (6)

Dónde:

ρ Resistividad eléctrica del terreno [Ωm] hs Espesor de la capa superficial ρs Resistividad eléctrica del material superficial. [Ω.m]

Para el presente caso de análisis se considerará un peso de 70 kg.


Project :




1244_292 00 CN 1611 01 0 9 DE Of

12




Figura 4. Cs Vs Hs.

El cálculo de tensiones de paso y contacto se realizó con el software ETAP en el módulo de cálculo de puesta a tierra por medio del método de elementos finitos. Se consideró una capa de material aislante conformada por grava, con una profundidad de 0.2 m y una resistividad de 5000 Ω-m, valor aceptable para este material según Tabla 7 de IEEE Std. 80.

El modelo de dos capas se utiliza como procedimiento de modelamiento para la muestra del terreno natural donde se encuentran localizadas las facilidades del Taladro-Escuela, siendo la profundidad de la primera capa de 1.7 m y con una resistividad de 1344.5 Ω-m. La segunda capa tiene la misma resistividad. La muestra del terreno modelado se muestra en la Figura 5 y la caracterización del terreno se describe en la Tabla 4.


Project :




1244_292 00 CN 1611 01 0 10 DE Of

12




Tabla 4. Caracterización Eléctrica del Terreno.

Figura 5. Muestra del terreno modelado.

4.5 DISEÑO

A continuación se listan las principales definiciones y supuestos a emplear en el diseño.

Profundidad de enterramiento de los conductores = 0.5 m

Sección del conductor = 2/0 AWG

Tipo de conductor = Cobre duro trenzado

No de varillas = 4, una en cada esquina de la zona de la subestación

Diámetro de las varillas = 5/8 ≈ 1.58 cm

Longitud de las varillas = 2.44 m

Tipo de Varilla = Acero “enchaquetado” en cobre

La distribución de la malla de puesta a tierra se muestra en la Figura 6.

DESCRIPCIÓN VALOR

Resistividad del terreno 1.344,5 Ω

Profundidad de la primera capa 1,7 m

Profundidad de enterramiento de la malla 0,5 m

Calibre del conductor de la malla 2/0 AWG

Tipo de conductor Cobre duro trenzado

Corriente de falla monofásica 78 A

Tiempo de despeje de falla 150 ms

Peso de la persona 50 kg


Project :




1244_292 00 CN 1611 01 0 11 DE Of

12




Figura 6. Distribución de la Malla a Tierra.

Los resultados de la simulación se muestran en la Figura 7:


Project :




1244_292 00 CN 1611 01 0 12 DE Of

12




Figura 7. Resultados cálculo malla de puesta a tierra.

Como se puede apreciar los valores de tensiones calculadas no superan los máximos permitidos (Tolerables por el cuerpo humano), por lo tanto el personal que se encuentre dentro de la malla y a un metro por fuera de ella se encuentra protegido ante tensiones de paso y contacto.

5 CONCLUSIONES

El análisis de tensiones de paso y contacto evidencia que el personal que se encuentre dentro de la malla y a un metro fuera de ella se encuentran protegidas debido a que las tensiones calculadas son menores que las tolerables.

El valor de la corriente de falla inyectada a la malla es 78 A.

La configuración de la malla de puesta a tierra para el área del Taladro-Escuela está conformada por una retícula de 15 conductores de cobre desnudo duro calibre 2/0 AWG y están enterrados a una profundidad de 0.5 m. Además la malla de puesta a tierra cuenta con 4 varillas de puesta a tierra de 2.44 m de longitud (Φ5/8”) ubicadas estratégicamente en las esquinas de la porción de malla correspondiente a la zona de la subestación eléctrica. Para las dimensiones de la malla ver Figura 6.

El valor de la resistencia de puesta a tierra es 10.543 Ω.

La malla de puesta a tierra debe ser interconectada con los demás sistemas de puesta a tierra existentes.

Con el fin de garantizar la confiabilidad y seguridad del personal operativo de la planta y otros, se recomienda utilizar calzado dieléctrico en las instalaciones.

Documents

Especificaciones Tecnicas Obras Electricas