DISEÑO DEL TRANSFORMADOR ZIG-ZAG EN LA BARRA DE 10.5 KV EN LA SUBESTACIÓN DE CACHIMAYO.

Para el diseño del transformador Zig-Zag, se hizo cálculos de cortocircuito trifásico y monofásico con el software Neplan 5.3.51 en barra de 138 kV y 10.5 kV.

En la barra de 138 kV.

Corriente de falla trifásica: 3 1406fI A

Corriente de falla monofásica: 1 1882fI A

En la barra de 10.5 kV.

Corriente de falla trifásica: 3 3746fI A

El transformador de potencia tiene las siguientes características: 138/34.5/10.5 kV.

CCAT BTV a 3 MVA = 3.25% (secuencia positiva y negativa)

CCAT BTV a 3 MVA = 2.44% ( secuencia cero).

Cálculo de la impedancia de la red en138 kV.

……………………..(a)

……………………..(b)

3 1.406 138 336.07S x x MVA

Reemplazando en la ecuación (a) se tiene:

2

1 2

13856.67

336.07Z Z Ω

2138

1 2

VZ Z

S

33 cc nS xI xV

0 1 21

3

f

f

VZ Z ZI

……………………..(c)

0

1380003 56.67 56.671882

3

Z

0 13.66Z Ω

En la siguiente figura se tiene las redes de secuencia, y se tendrá como base:

100 .138 .

b

b

S MVAV kV

Con los datos de la potencia base y la tensión base, calculamos la impedancia base.

2 2138190.44

100b

bb

VZ

S Ω

Cálculo de las impedancias del transformador de potencia en 138 kV.

2

1100 1380.0325 1.083

3 138TZ x x

p.u.

1 2 1.083 190.44 206.31T TZ Z x Ω

De la misma manera para la secuencia cero (0).

2

0100 1380.0244 0.813

3 138TZ x x

p.u.

0 0.813 190.44 154.89TZ x Ω

Conexión de un transformador Zig-zag a tierra en el nivel de 10.5kV.

Se debe de limitar la corriente de falla a tierra al 10% de la corriente de falla trifásico, a fin de evitar que actúe la protección de fase a fase innecesariamente.

1 310%f fI I

1 0.10 3746 374.6fI x A A

10 3

fII

0374.6 124.87

3I A

Reflejando la 0I en el lado de 138kV.

010.5124.87 9.5138

I x A

………………………………(d)

………………………………(e)

Reemplazando en la ecuación (e), se tiene:

138000

3 56.67 206.31 56.67 206.31 13.66 154.899.5PZ

7689.26PZ Ω

En 10.5kV.

210.57689.26 44.51138PZ x

Ω

1944.51 14.84

3 3PZZ Ω

0

1 2 01 2 0 PT T T

VIZ Z Z Z Z Z Z

1 2 01 2 00

P T T TVZ Z Z Z Z Z ZI

Considerando que el transformador Zig-zag tenga una impedancia homopolar de 15 Ω.

19 14.84Z Ω

14.84 3 44.52PZ x Ω

En 138kV.

213845 7691.6110.5PZ x

Ω

Una vez calculado la impedancia homopolar del transformador Zig-zag; PZ , calculamos la nueva corriente homopolar en la ecuación (d).

0

1380003

56.67 206.31 56.67 206.31 13.66 154.89 7691.61I

0 9.50I A

En 10.5kV.

01389.50 124.8610.5

I x A

Por consiguiente la corriente de falla monofásica es:

13 3 124.86 374.60fIo I x A

Si tomamos 1 374.60fI A como corriente máxima de falla a tierra se tendrá un

transformador Zig-zag de:

a) Impedancia homopolar: 14.84 Ω b) Corriente nominal en el neutro durante 10 segundos: 374.60 A.

Ahora la potencia equivalente del transformador Zig-Zag será.

13ZZ fVP xI xK

Donde:

K: Factor que determina el transformador de dos devanados, conexión Zig-zag, en un tiempo de 10 segundos.(Ver el cuadro siguiente)

Escala tiempo

Conexión Estrella - Delta

Conexión Zig-Zag

2.4 a 13.8kV 23 a 34.5 kV 46 kV 69kV 92kV K3, para tres fases

10 segundos ….. 0.064 0.076 0.080 0.085 0.092 1 minuto 0.170 0.104 0.110 0.113 0.118 0.122 2 minutos 0.240 0.139 0.153 0.160 0.167 0.174 3 minutos 0.295 0.170 0.187 0.196 0.204 0.212 4 minutos 0.340 0.196 0.216 0.225 0.235 0.245 5 minutos 0.380 0.220 0.242 0.253 0.264 0.275

K1, para un simple fase ( uno de los tres) 1 minuto 0.057 0.033 0.037 0.040 0.043 0.046 2 minutos 0.080 0.046 0.051 0.055 0.060 0.064 3 minutos 0.098 0.057 0.064 0.068 0.074 0.080 4 minutos 0.113 0.065 0.073 0.078 0.084 0.091 5 minutos 0.127 0.073 0.082 0.088 0.095 0.102

(*)Estos son valores son calculados sobre la base inicial del promedio de temperatura del bobinado que no más de 75 ºC,

esto es el calor de las pérdidas de carga en todo el transformador almacenado, y la temperatura final no debe exceder los valores permitidos. Los valores son solamente aplicables a los transformadores diseñados a tener 100 de impedancia. (**) Electrical Transmission and Distribution Reference book by Central Station of the Westinghouse Electric Corporation.

10.5 374.60 0.064 145.343ZZP x x kVA

Reflejando la corriente homopolar por fase en lado de alta tenemos:

0138124.86 1641.110.5

I x

De la placa del transformador de puesta a tierra en Zig-Zag en la SEP Cachimayo tenemos corriente nominal en el neutro una vez cada 24 horas dura 10 segundos 1650 Amperios en el lado de alta.

Nº de fabricación G 6,6 560-01

Año de fabricación 1983

Frecuencia nominal (Hz) 60

Tensión de servicio Max. (kV) 10

Tipo de conexión ZN

Impedancia homopolar por fase

(Ohmios) 10.5

Corriente nominal en el neutro una vez

cada 24 horas durante de 10 segundos

(A)

1650

Tipo de refrigeración ONAM (Oil Natural Air

Natural) Liquido aislante Aceite

Peso total (Kg) 1700

El transformador de puesta a tierra, es un elemento que en operación normal

del sistema tiene una impedancia infinita, pero tiene una impedancia

pequeña bajo fallas monofásicas, que facilita el paso de la corriente

homopolar.

El transformador de puesta a tierra está conectado en zig-zag. Instalado

para proveer una impedancia equivalente de Thévenin de secuencia cero en

su punto de instalación, de forma tal, que en sistemas aislados de tierra, se

tenga una corriente limitada de falla monofásica que permita detectarla

cuando ocurra.

Esta impedancia se debe a cálculos que se realizan al diseñar el

transformador de puesta a tierra.

4.2.2.1. Diseño del transformador Zig-zag de puesta a tierra.

Para diseñar un transformador Zig-zag de puesta a tierra se debe tener en

cuenta lo siguiente.

a) Corriente de falla trifásica en la barra de alta tensión (138kV.) del

transformador 3fI .

b) Corriente de falla monofásica en la barra de alta tensión (138kV.) 1fI

c) Corriente de falla trifásica en la barra de madia tensión(10.5 kV) 3fI .

d) Las tensiones de corto circuito (secuencia positiva, negativa y cero).

Luego se procede a calcular la impedancia de la red de alta tensión

(138kV.)

……………………..(a)

0 1 21

3

f

f

VZ Z ZI

……………………..(c)

2138

1 2

VZ Z

S

Una vez calculado se procede a llevar todo a valores por unidad y se arma

las redes de suencia.

Se realiza el cálculo de las impedancias del transformador de potencia ( 138 kV.)

2”

11b

Tb

S kVZ X x xs kV

p.u.

1 2T TZ Z

De la misma manera para la secuencia cero.

2”

00b

Tb

S kVZ X x xs kV

p.u.

Conexión de un transformador Zig-zag a tierra en el nivel de madia tensión(10.5kV).

Se debe de limitar la corriente de falla a tierra al 10% de la corriente de falla trifásico, a fin de evitar que actúe la protección de fase a fase innecesariamente.

10 3

fII

Luego este valor será reflejado al lado de alta tensión (138 kV.)

Una vez que se tiene todos estos resultados se procede a armar las redes de secuencia con las impedancias del transformador y para calcular la impedancia del transformador de puesta a tierra.

………………………………(d)

………………………………(e)

1 310%f fI I

0

1 2 01 2 0 PT T T

VIZ Z Z Z Z Z Z

1 2 01 2 00

P T T TVZ Z Z Z Z Z ZI