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PLANTA DE RESERVA FRÍA DE GENERACIÓN DE ETEN S.A
PROYECTO PROJECT
RESERVA FRÍA ETEN CONTRATISTA CONTRACTOR
TÍTULO TITLE
CÁLCULO DE LA RED DE TIERRAS
Nº DE DOCUMENTO PROYECTO PROJECT DOCUMENT Nº
RFE-1-YE__-ECE-IDO-002
REV C EDITADO PARA ISSUED FOR
Para diseño FECHA DATE
21/02/2014
XGR
PRV
JSA
REALIZADO DONE BY
REVISADO CHECKED BY
APROBADO APPROVED BY
ESTE DOCUMENTO CONTIENE INFORMACIÓN PROPIETARIA Y NO PUEDE SER DUPLICADO, PROCESADO O CEDIDO A TERCEROS PARA UN USO DISTINTO AL DE ESTE PROYECTO Y EL OBJETO PARA EL QUE HA SIDO PREVISTO SIN LA AUTORIZACIÓN ESCRITA DE COBRA.
THIS DOCUMENT CONTAINS PROPIETARY INFORMATION AND CAN NOT BE DUPLICATED, PROCESSED OR DISCLOSED TO THIRD PARTIES FOR ANY USE OTHER THAN THIS PROJECT AND THE PURPOSE FOR WHICH IT IS INTENDED FOR WITHOUT THE WRITTEN CONSENT OF COBRA.
Cálculo de la red de tierras
RFE-1-YE_-ECE-IDO-002
Rev.C Pág/Page 2 de/of 11
Este documento contiene información propiedad de Cobra y está sujeto a las restricciones detalladas en la página de portada.
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CONTROL DE MODIFICACIONES/CHANGE LOG
Revisión
Revision
Fecha
Date
Modificaciones
Modifications
A 08/06/2012
EDICIÓN INICIAL
B 15/10/2013 CON DATOS ACTUALIZADOS
C 21/02/2014 ACTUALIZACIÓN INTENSIDAD DE CORTOCIRCUITO
Cálculo de la red de tierras
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Rev.C Pág/Page 3 de/of 11
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ÍNDICE
1. OBJETO ............................................................................................................................. 4
2. NORMATIVA Y DOCUMENTACIÓN DE REFERENCIA ..................................................... 5
3. DATOS DE PARTIDA ......................................................................................................... 6
3.1. CONDICIONES ELÉCTRICAS ................................................................................... 6
3.2. CONDICIONES DEL TERRENO ................................................................................ 6
4. DIMENSIONAMIENTO DE LA RED DE TIERRAS ............................................................. 7
4.1. HIPÓTESIS DE PARTIDA .......................................................................................... 7
4.2. COMPROBACIÓN DE LA SECCIÓN DEL CONDUCTOR .......................................... 7
4.3. CÁLCULOS ................................................................................................................ 8
5. CONCLUSIONES .............................................................................................................. 10
6. ANEXOS ........................................................................................................................... 11
Cálculo de la red de tierras
RFE-1-YE_-ECE-IDO-002
Rev.C Pág/Page 4 de/of 11
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1. OBJETO
El objeto del presente documento es recoger el dimensionamiento de la malla de red de tierras
enterrada que se instalará en la Planta de Reserva Fría de Eten (Perú).
Para la realización del presente estudio se empleará, como herramienta gráfica y de cálculo, la
versión del software “CDEGS” 14.0, de SAFE ENGINEERING SERVICES & TECHNOLOGIES
LTD.
Cálculo de la red de tierras
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2. NORMATIVA Y DOCUMENTACIÓN DE REFERENCIA
Para el diseño de la red de tierras se tendrán en cuenta las siguientes normativas y documentos
de referencia:
• IEEE Std 80-2000 Guide for Safety in AC Substation Grounding.
• IEEE Std 665-1995 Guide for Genarating Station Grounding.
• IG RESERVA FRIA ETEN: Informe geotécnico (21 de diciembre de 2012).
• Estudio de Preoperatividad de CT Recka”.
• RFE-1-YE_-EDA-IDO-005 “Plano General de la Red de Tierras”.
• RFE-1-YE_-ERD-IDO-001 “Criterios de diseño eléctrico”
Cálculo de la red de tierras
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3. DATOS DE PARTIDA
A continuación se indican los datos de partida utilizados para el cálculo de la red de tierras:
3.1. CONDICIONES ELÉCTRICAS
Para dimensionar la red de tierras se considera que la situación más desfavorable es un
cortocircuito monofásico en la red de 220 kV.
Según el Estudio de Preoperatividad de CT Recka, los datos de la red son los siguientes:
• Intensidad máxima de cortocircuito monofásica ................................................. 13,12 kA
• Tiempo máximo de despeje de falta ....................................................................... 0,50 s
3.2. CONDICIONES DEL TERRENO
Para el diseño de la red de tierras, se utilizarán los valores de resistividad del terreno facilitados
en el informe geotécnico.
De acuerdo a los resultados obtenidos en la campaña geofísica, la resistividad media del terreno
en los primeros 40 metros de profundidad es de 50 Ω·m.
Cálculo de la red de tierras
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4. DIMENSIONAMIENTO DE LA RED DE TIERRAS
4.1. HIPÓTESIS DE PARTIDA
Como hipótesis para la realización de los cálculos de la red de tierras se han tomado las
siguientes consideraciones:
• No se consideran las mejoras que incorporan las picas a la red de tierras en el cálculo,
por lo que se estará del lado de la seguridad.
• Se considera que en la isla de combustible, en la subestación y en zonas con equipos
principales, el área ocupada por la red de tierras estará cubierta por una capa
superficial de material de resistividad elevada (hormigón, grava o asfalto) de al menos
10 cm. La resistividad considerada para la capa superficial será 2500 Ω*m.
• La profundidad de enterramiento de la malla de tierra será de 0,5 m.
• La red de tierras estará formada por conductor de cobre desnudo de 120 mm2 de
sección según las indicaciones de la norma IEEE Std 665-1995, que recomienda una
sección mínima de 4/0 AWG (aproximadamente 107 mm2), para conseguir un servicio
de larga duración y la protección mecánica del conductor.
• El área de la planta se mallará con la retícula indicada en el plano “RFE-1-YE_-EDA-
IDO-005 Plano General de la Red de Tierras” (superficie de 21.600 m2).
4.2. COMPROBACIÓN DE LA SECCIÓN DEL CONDUCTOR
De acuerdo con la norma IEEE 80-2000, la sección necesaria para conductores de puesta a
tierra que transportan la corriente máxima de falta a tierra se puede calcular como
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Donde,
I : Intensidad eficaz en kA
Akcmil : Sección del conductor en kcmil
Kf : Constante de temperatura de fusión del material (k = 11,78, para material
cobre comercial es el factor más desfavorable)
tc : duración de la intensidad en segundos
Con los valores definidos en los datos de partida, la sección mínima es de 109,28 kcmil,
equivalente a 55 mm2. Por tanto la sección de 120 mm2 es válida.
4.3. CÁLCULOS
Los cálculos serán realizados con el software informático CDEGS y con los datos detallados en
el capítulo 3.
En la siguiente tabla aparecen los cálculos de tensiones de contacto y de paso calculados para
la red de tierras diseñada y los valores admisibles de acuerdo con la norma IEEE 80-2000.
Caso de estudio 1:
con capa de alta
resistividad
Valores
calculados (V)
Valores admisibles
(V)
Tensión de contacto 350,33 576,80
Tensión de paso 109,08 1839,30
Caso de estudio 2:
sin capa de alta
resistividad
Valores
calculados (V)
Valores admisibles
(V)
Tensión de contacto 131,54 168,20
Tensión de paso 184,35 204,70
Cálculo de la red de tierras
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Con el diseño propuesto de la red de tierras enterrada, se cumple que los valores de tensión de
paso y de contacto que pueden aparecer en la planta son inferiores a los admisibles.
El valor de la resistencia de puesta a tierra obtenido en la malla (0,146 Ω) cumple con el valor
recomendado en la norma IEEE 80-2000 (inferior 5 Ω).
En el Anexo II se adjuntan los cálculos realizados de la red de tierras acorde a la norma
IEEE 80-2000.
Cálculo de la red de tierras
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5. CONCLUSIONES
Como conclusión de los cálculos realizados se obtiene que las características de la red de tierras
de la planta son:
• Profundidad de enterramiento de la malla .............................................................. 0,5 m
• Sección de conductor (cobre) ............................................................................ 120 mm2
• Tamaño mínimo de la retícula....................................................................... según plano
• Resistencia de puesta a tierra.......................................................................... 0,14591 Ω
De los valores indicados se concluye que con la red propuesta y los valores de intensidades de
defecto y tiempo de despeje, las tensiones de paso y de contacto esperadas según el cálculo
realizado son inferiores a los máximos valores admisibles, y la resistencia de puesta a tierra
cumple con los valores recomendados.
Cálculo de la red de tierras
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6. ANEXOS
Anexo 1: Informes CDEGS.
Single-Electrode/Step Voltages (Spherical)/Worst Spherical20-febrero-2014 13:31:40
Report #1:
DATE OF RUN (Start)= DAY 20 / Month 2 / Year 2014 STARTING TIME= 13:31:35:34
>> Safety Calculations Table
System Frequency............................(Hertz).: 60.000 System X/R..........................................: 20.000 Surface Layer Thickness.....................( m ).: 0.10000 Surface Layer Resistivity...................(ohm-m).: 2500 Equivalent Sub-Surface Layer Resistivity....(ohm-m).: 50.000 Body Resistance Calculation..........: IEEE Std.80-2000 Fibrillation Current Calculation.....: IEEE Std.80-2000 (50kg) Foot Resistance Calculation..........: IEEE Std.80-2000 User Defined Extra Foot Resistance: 0.0000 ohms
============================================== | Fault Clearing Time ( sec)| 0.500 | +----------------------------+---------------+ | Decrement Factor | 1.052 | | Fibrillation Current (amps)| 0.164 | | Body Resistance (ohms)| 1000.00 | ==============================================
====================================== | | FAULT | | | SURFACE | CLEARING TIME | | | LAYER |-----------------| | | RESIST- | 0.500 sec. | FOOT | | IVITY |-----------------| RESIST-| | (OHM-M) | STEP | TOUCH | ANCE: | | | VOLTAGE| VOLTAGE| 1 FOOT | | | (VOLTS)| (VOLTS)| (OHMS) | ====================================== | 2500.0| 1839.3| 576.8| 5395.9| |---------+--------+--------+--------+
* NOTE * Listed values account for short duration asymmetric waveform decrement factor listed at the top of each column.
End of Report #1
MALT (Job Id: TUT1) Page 1
Working Directory: C:\Users\Public\Documents\SES Software\14.0.380
20-febrero-2014 13:32:22
Report #1:
DATE OF RUN (Start)= DAY 20 / Month 2 / Year 2014 STARTING TIME= 13:32:19:04
>> Safety Calculations Table
System Frequency............................(Hertz).: 60.000 System X/R..........................................: 20.000 Surface Layer Thickness.....................( m ). : NONE Surface Layer Resistivity...................(ohm-m).: NONE Equivalent Sub-Surface Layer Resistivity....(ohm-m).: 50.000 Body Resistance Calculation..........: IEEE Std.80-2000 Fibrillation Current Calculation.....: IEEE Std.80-2000 (50kg) Foot Resistance Calculation..........: IEEE Std.80-2000 User Defined Extra Foot Resistance: 0.0000 ohms
============================================== | Fault Clearing Time ( sec)| 0.500 | +----------------------------+---------------+ | Decrement Factor | 1.052 | | Fibrillation Current (amps)| 0.164 | | Body Resistance (ohms)| 1000.00 | ==============================================
====================================== | | FAULT | | | SURFACE | CLEARING TIME | | | LAYER |-----------------| | | RESIST- | 0.500 sec. | FOOT | | IVITY |-----------------| RESIST-| | (OHM-M) | STEP | TOUCH | ANCE: | | | VOLTAGE| VOLTAGE| 1 FOOT | | | (VOLTS)| (VOLTS)| (OHMS) | ====================================== | NONE | 204.7| 168.2| 156.2| |---------+--------+--------+--------+
* NOTE * Listed values account for short duration asymmetric waveform decrement factor listed at the top of each column.
End of Report #1
MALT (Job Id: TUT1) Page 1
Working Directory: C:\Users\Public\Documents\SES Software\14.0.380
20-febrero-2014 13:32:04
Report #1:
DATE OF RUN (Start)= DAY 20 / Month 2 / Year 2014 STARTING TIME= 13:31:59:30
===========< G R O U N D I N G ( SYSTEM INFORMATION SUMMARY ) >===========
Run ID......................................: TUT1 System of Units ............................: Metric Earth Potential Calculations................: Single Electrode Case Type of Electrodes Considered...............: Main Electrode ONLY Soil Type Selected..........................: Uniform or Two-Layer Horizontal SPLITS/FCDIST Scaling Factor................: 1.0000 1
EARTH PARAMETERS FOR HORIZONTALLY-LAYERED SOIL ----------------------------------------------
TOP LAYER RESISTIVITY = 50.000 ohm-meters BOTTOM LAYER RESISTIVITY = 50.000 ohm-meters REFLECTION COEFFICIENT = 0.000000 per unit TOP LAYER HEIGHT = 10000. METERS
1
CONFIGURATION OF MAIN ELECTRODE ===============================
Original Electrical Current Flowing In Electrode..: 13120. amperes Current Scaling Factor (SPLITS/FCDIST/specified)..: 1.0000 Adjusted Electrical Current Flowing In Electrode..: 13120. amperes Number of Conductors in Electrode.................: 390 Resistance of Electrode System....................: 0.14591 ohms
SUBDIVISION =========== Grand Total of Conductors After Subdivision.: 1166
Total Current Flowing In Main Electrode......: 13120. amperes Total Buried Length of Main Electrode........: 5073.1 meters
EARTH POTENTIAL COMPUTATIONS ============================
Main Electrode Potential Rise (GPR).....: 1914.4 volts
End of Report #1
MALT (Job Id: TUT1) Page 1
Working Directory: C:\Users\Public\Documents\SES Software\14.0.380
1000 1050 1100 1150 1200 1250
X AXIS (METERS)
5000
5050
5100
5150
5200
5250
Y A
XIS
(M
ET
ER
S)
Touch Voltage Magn. (Volts) [Wors]
Single-Electrode/Touch Voltages/Worst Spherical [ID:TUT1] LEGEND
Maximum Value : 437.846
Minimum Value : 0.270
437.85
394.09
350.33
306.57
262.82
219.06
175.30
131.54
87.79
44.03
20-febrero-2014 13:37:56
Working Directory: C:\Users\Public\Documents\SES Software\14.0.380
MALT (Job Id: TUT1)Single-Electrode/Touch Voltages/Worst Spherical
1000 1050 1100 1150 1200 1250
X AXIS (METERS)
5000
5050
5100
5150
5200
5250
Y A
XIS
(M
ET
ER
S)
Step Voltage-Worst Magnitude (Volts)
Single-Electrode/Step Voltages (Spherical)/Worst Spherical [ID:TUT1]
LEGEND
Maximum Value : 184.351
Minimum Value : 0.732E-03
184.35
165.92
147.48
129.05
110.61
92.18
73.74
55.31
36.87
18.44
20-febrero-2014 13:38:18
Working Directory: C:\Users\Public\Documents\SES Software\14.0.380
MALT (Job Id: TUT1)Single-Electrode/Step Voltages (Spherical)/Worst Spherical