MEMORIA DE CLCULOMEMORIA DE CLCULO ELCTRICO

09-01-14

OT005013-103-MEC-0000-07-001Pgina 8 de 14

SISTEMA DE PUESTA A TIERRACRITERIOS UTILIZADOSEl sistema de puesta a tierra de la planta NUEVA PRESA DE RELAVES YURACYACU se ha diseado considerando los siguientes aspectos: Se considera utilizar un conductor principal de tierra de calibre mnimo # 2/0 AWG, desnudo de cobre, segn lo recomendado en la Norma. La resistencia mxima admisible del sistema de puesta a tierra, se determina en funcin de la mxima corriente de falla. El valor de la resistencia de la malla del sistema de puesta a tierra, debe ser tal que, bajo cualquier condicin del suelo, con la mxima corriente de falla, el potencial de tierra de todas las partes de la malla debe ser menor de 5000 V. La instalacin es completamente nueva y se tiene previsto realizar un relleno del rea de 15 cm utilizando grava, con una resistividad promedio del suelo en relacin al electrodo. En la ingeniera de detalle veremos las resistencia promedia de cada punto, segn el punto de instalacin.RESISTENCIA DEL SUELOPara el clculo de Resistencia de suelo se har uso del mtodo de Wenner de dos capas ANEXO 1, para ello se realiza 03 mediciones a una determinada distancia a y con profundidad b en el terreno, en donde se realizara dicha instalacin. A travs de software trazamos curvas y obtenemos el valor de resistividad. Para la capa del primer estrato con una altura de 2 metros, el valor de la resistividad para la segunda capa es con una altura infinita y con un factor de reflexin de K=2 metros.

Figura 01: Divisin de estratos capas del suelo Obteniendo los valores se calcula un promedio de la resistividad del suelo, para ello se toma como referencia la ubicacin del electrodo, el cual ser enterrado a 0.15 metros con una longitud del electrodo de 2.4 metros. Se asume que la segunda capa contar con 3 metros por lo tanto equivale a . Como se sabe a 2 metros cuenta con resistividad de ., la altura final de la instalacin del electro es 2.55. Procedemos a calcular los 0.55 metros restantes en la segunda capa obtenindose as 69.7 . Sumando Resistividad a 2 metros=190 primera capa y resistividad a 0.55 metros segunda capa, obtenemos que resistividad promedio del terreno en donde estar ubicado el electrodo es =259.7 1.3 DESARROLLO DEL CLCULO1.3.1 Calculo del Conductor Principal de la MallaPara el clculo del conductor de la malla de puesta a tierra se utiliza la ecuacin 42 de la Norma IEEE-STD 80.

Donde:Akcmil:rea del conductor en Circular MilI:Corriente de falla en KA, 6.5 mximo valor de cortocircuito en condiciones normales. tc:Duracin de la corriente de falla en segundos, se asume un valor de 0,5 seg.Kf:Constante del material, se obtiene de la Tabla 2 Constante de Materiales, de la Norma IEEE-STD 80, valor para cobre comercial 7,06, ANEXO 2.Entonces se tiene que:

= 32.4Con el valor obtenido se busca un conductor con un rea prxima mayor. Segn la Tabla 8, Conductor Properties, del Cdigo NFPA-70 ANEXO 3, el conductor 4 AWG tiene un rea de 41.740 Mil Circular, sin embargo por norma no se puede utilizar un conductor menor de 2/0 AWG.Por consiguiente, la malla del sistema de puesta a tierra se debe construir utilizando conductor # 2/0 AWG.1.3.2 Diseo de la Malla de Puesta a TierraPara el proyecto se asume una malla tipo L. En todas las reas divididas se considera los siguientes datos:Profundidad de la malla h= 0.5 mLongitud electrodo barra de puesta a tierra L=2.44Electrodo barra de puesta a tierra colocada en permetro, en cada esquina y sitios estratgicos.Para el clculo de la longitud total del conductor y nmero de conductores en X y Y consideramos una cuadricula general y tres reas:

Figura2: Cuadricula general con divisin de areas

Figura 02: Cuadricula general y reas 1, 2 y 3 con dimensiones.Cuadricula General: Cuadricula de 100x110m Longitud en X=100mLongitud en Y=110mNmero de conductores en X: N=12Nmero de conductores en y: N=11Longitud del conductor Cg=100x12+110x11=2410m.rea: 100x110=11000rea 1: Cuadricula de 30x60mLongitud en X=30mLongitud en Y=60mNmero de conductores en X: N=6Nmero de conductores en y: N=3Longitud del conductor Lc1: 30x6+60x3=360m.rea: 30x60=1800rea 2: Cuadricula de 50x30mLongitud en X=30mLongitud en Y=50mNmero de conductores en X: N=5Nmero de conductores en y: N=3Longitud del conductor Lc2: 30x5+50x3=300mrea: 50x30=1500

rea 3: Cuadricula de 60x10mLongitud en X=60mLongitud en Y=10mNmero de conductores en X: N=1Nmero de conductores en y: N=6Longitud del conductor Lc3: 60x1+10x6=120mrea: 60x10=600Calculando el valor solo de malla, corresponde a la diferencia de cuadricula (CG) general y la suma de las tres reas (A1, A2 y A3).Longitud en X: Lx=100mLongitud en Y: Ly=110mLongitud del conductor: 2410-(360+300+120)=1630mLongitud del conductor Total=Lc+nxLbc=1630+7*2.4=Lt=1646.8mn: Numero de barras conductores 7Lbc: Longitud de barra de conductor: 2.4mrea Malla= rea MG-(A1+A2+A3)=11000-(18000+1500+600)=7100Longitud del permetro: 250m1.3.3 Calculo de la Resistencia de la MallaPara el clculo de la resistencia de la malla de puesta a tierra se utiliza la ecuacin 52 de la Norma IEEE-STD 80.

Dnde:Rg:Resistencia de puesta a tierra en :Resistividad promedio del terreno es igual a 259.7 .m Lt:Longitud total de la malla 1646.8 mA:rea ocupada por la malla, 7100 m2h:Profundidad de la malla 0.5 mEntonces se tiene que:Rg= 1,51 1.3.4 Valores Tolerables de Tensin de Paso y ToquePara el clculo de las tensiones tolerables de paso y toque se utilizan las ecuaciones 30 y 33 de la Norma IEEE-STD 80.

Dnde:Estep70:Tensin de Paso en Volt.Etouch70:Tensin de Toque en Volt.s: Resistividad capa superficial Grava Size unknown limestone ANEXO 4, 3000 .m:Resistividad promedio del terreno es igual a 259.7 .mts:Duracin del cortocircuito, se asume 0,5 segundos.Cs:Constante, el valor se obtiene de la siguiente ecuacin:

Dnde:hs: Altura de la capa superficial (0,15 m).Sustituyendo los valores obtenemos:Cs = 0,79Entonces:Estep70= 3376.15 y Etouch70= 1010.56 V.1.3.5 Verificacin de Tensiones de Paso y ToqueLa tensin de toque de la malla se obtiene utilizando la ecuacin 80 de la Norma IEEE-STD 80.

Dnde:Em:Tensin de Toque:Resistividad promedio del terreno es igual a 259.7 .mIg:Corriente de cortocircuito 6,5 KA.Km:Factor de espaciamiento para tensin de toqueKi:Factor de Correccin para malla geomtricaLm:Longitud equivalente de la mallaKm: Factor de espaciamiento para tensin de toque (Km) se determina utilizando la siguiente ecuacin:

Dnde:D:Distancia en metros entre conductores paralelos (10)d:Dimetro del conductor de la malla en metros (conductor # 2/0 AWG) (0,01062) Anexo 1h:Profundidad de la malla en metros (0,5)Kii:Factor de ajuste por efecto del conductor.Kh:Factor de ajuste por efecto de la profundidad de la malla.n:Factor de composicin geomtrica, ver seccin 16.5 de la Norma IEEE-STD 80.Para el clculo de Kh se utiliza la siguiente ecuacin:

Dnde:ho = 1 metro (profundidad de referencia de la malla)Entonces:Kh = 1,225El factor de composicin geomtrica (n) se obtiene de la siguiente ecuacin:

Dnde:na: se obtiene de la siguiente ecuacin:

na= 13.04nb: se obtiene de la siguiente ecuacin:

nb= 0.86nc: se obtiene de la siguiente ecuacin:

nc= 1.22nd: se obtiene de la siguiente ecuacin:

nd= 0.1Dnde:Dm: Longuitud entre conductores de la malla. (10m)Sustituyendo los valores en las ecuaciones obtenemos: n = na * nb * nc * nd = 0.92Para el clculo de Kii se utiliza la siguiente ecuacin:

Entonces Kii= 0,27Sustituyendo los valores obtenemos:Km = 1,30Para el clculo de Ki se utiliza la siguiente ecuacin:

Sustituyendo los valores en la ecuacin obtenemos:Ki = 0.78Para el clculo de LM se utiliza la siguiente ecuacin:

Donde:LC= Longitud del Conductor Lc=1630mLr= Longitud de cada barra conductora 2,4mLR=Longitud de total de barras=n*Lr=7*2.4=16.8Lx= Mxima Longitud de la malla en direccin X, 100mLy= Mxima Longitud de la malla en direccin Y, 110mSustituyendo los valores obtenemos que:LM = 1656.37Sustituyendo los valores en la ecuacin de Em obtenemos que:Em = 954.42El valor obtenido de la tensin de toque de la malla es menor que el valor mximo permisible de tensin de toque, por lo tanto la malla cumple.Para verificar los valores de tensin de paso de la malla de puesta a tierra se utilizan las ecuaciones 92 y 94 de la Norma IEEE-STD 80

Sustituyendo los valores en la ecuacin, obtenemos:Ks = 0,31La tensin de toque de la malla se obtiene utilizando la ecuacin 92 de la Norma IEEE-STD 80.

Sustituyendo los valores en la ecuacin obtenemos:Es = 307.88vEl valor obtenido de la tensin de paso de la malla es menor que el valor mximo permisible de tensin de paso, por lo tanto la malla cumple.1.3.6 RESULTADOSA continuacin se muestran los resultados de los clculos realizados para el diseo de la malla del Sistema de Puesta a Tierra de la Planta.

RESUMEN DE LA MALLA DE PUESTA A TIERRASmboloDescripcinValor Obtenido

Conductor de la Malla Principal3/0 AWG

Longitud conductor de la malla principal 120 1630m

Conductor para colas aterramiento de equipos a colas50

Longitud del conductor para colas aterramiento de equipos a cola 70 650 m

RgResistencia de la malla principal1.51

EtouchMxima Tensin de Toque Permisible1010.56Volt.

EmTensin de Toque de la Malla954.42Volt.

EstepMxima Tensin de Paso de Permisible3376.15Volt.

EsTensin de Paso de la Malla307.88Volt.

NOTA: Resultado de acuerdo a la norma.7.3.6 RECOMENDACIONES AL INSTALAR MALLA A TIERRATodas las partes metlicas, que no formen parte de un circuito elctrico, como son carcazas, gabinetes y cajas de los equipos, estarn provistas de medios que permitan asegurar un contacto slido con el conductor de puesta a tierra del equipo a la malla de tierra de la central. La puesta a tierra se efectuar con conductores de cobre de la seccin adecuada a los niveles mximos de cortocircuito futuro previstos calculado lneas arriba, La seccin mnima del conductor de puesta a tierra ser del N 3/0 AWG.

6 7 8 9 10 ANEXOSAnexo 1: Clculo de resistividad por el mtodo Wenner

Anexo 2:Constante de Materiales, Norma IEEE-STD 80

Anexo 3:Tabla 8, Propiedades de los Conductores, del Cdigo NFPA-70.

Anexo 4:Tabla 7 Resistividades de superficies de materiales, Norma IEEE-STD 80

Documento elaborado por FabTech SAC

Planta: Las Gardenias Mz. E, Lt. 9/10, Urb. Ind. Las Praderas de Lurin Lima 16 PerOficina: Pinos del Valle 226, Urb. Higuereta Lima 33 Per Telef.: (511) 610-7Urb. Industrial Las Praderas de Lurn - Lima 16 PerT (511) 430-2155T (511) 610-7360 F (511) 430-2891