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CALCULO DE CARGABILIDAD EN TRANSFORMADORES DE MEDIDA

992481-6700-D-E-MC-0012 Rev. B

Fecha: Setiembre 2013

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Descripción: S.E.EL HIERRO Y LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV

SHOUGANG HIERRO PERÚ S.A.A.

PROYECTO: AMPLIACIÓN DE OPERACIONES MINA Y PLANTA DE BENEFICIO

CONTRATO DE EPC Nº 14: “SE EL HIERRO, LÍNEA DE TRANSMISIÓN 220 kV”


Documento No.:992481-6700-D-E-MC-0012

B 11/09/13 APROBACIÓN ABB SHP SHP

A 02/09/13 APROBACIÓN ABB ABB ABB

Rev. Fecha Emitido Para Por Revisado Aprobado


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ÍNDICE

1 INTRODUCCIÓN....................................................................................................................3

1.1 OBJETIVO...........................................................................................................................................................31.2 ALCANCES..........................................................................................................................................................31.3 NORMAS APLICABLES......................................................................................................................................3

2 CARACTERISTICAS GEOGRAFICAS..................................................................................3

3 CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA ELÉCTRICO...............................................................3

4 SELECCIÓN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE.................................................4

4.1 CORRIENTE DEL PRIMARIO DEL TRANSFORMADOR...................................................................................44.2 CORRIENTE DEL SECUNDARIO DEL TRANSFORMADOR.............................................................................54.3 CARGABILIDAD DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE.................................................................54.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE..........................................................6

5 SELECCIÓN DE TRANSFORMADORES DE TENSIÓN.......................................................6

5.1 RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN..................................................................................................................65.2 CARGABILIDAD DE LOS TRANSFORMADORES DE TENSIÓN......................................................................65.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS TRANSFORMADORES DE TENSIÓN...............................................................7

6 CONCLUCIONES...................................................................................................................7

7 ANEXOS .......................................................................................7


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1 INTRODUCCIÓN

1.1 OBJETIVO

El desarrollo de este documento tiene como objetivo, determinar las características de los transformadores de corriente y tensión para la subestación El Hierro en 220 kV.

1.2 ALCANCES

El alcance del presente informe comprende: Desarrollo de la memoria de cálculo Anexos de los cálculos

1.3 NORMAS APLICABLES

Para establecer las características de los equipos de medición de la subestación, se empleará la norma IEC 185 “Current Transformer”.

2 CARACTERISTICAS GEOGRAFICAS

La S.E. El Hierro se encuentra ubicada en el asiento minero Marcona - Shougang (Mina - San Nicolás), Provincia de Nazca, Departamento de Ica. El área del Proyecto está comprendida al interior de la zona de influencia de la Nueva Planta Beneficio.Las características climatológicas y geográficas en el área del proyecto, son las siguientes:

Altura : 114 msnm Temperatura Mínima : 5 °C Temperatura Máxima : 40 ° C Contaminación Ambiental : Muy severa carácter salino Humedad relativa media : 50%/90%

3 CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA ELÉCTRICO

Las características del sistema eléctrico son las siguientes:Cuadro Nº: 1 Características del Sistema

Tensión Nominal 220kV

Frecuencia asignada 60

Puesta a tierra Sólido

Número de fases 3

Tensión asignada del equipos (kV) 245

Tensión de operación del sistema (kV) 220

Tensión asignada soportada al impulso tipo rayo (kV) 1050


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Tensión Nominal 220kV

Corriente de cortocircuito prevista en el sistema (kA) 11,5 kA

Distancia de fuga mínima, (mm/kV fase tierra): 55

Identificación de fases R, S y T

4 SELECCIÓN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

4.1 CORRIENTE DEL PRIMARIO DEL TRANSFORMADOR

El procedimiento empleado para la selección de la corriente del primario del transformador de potencia es el siguiente: Cálculo de la corriente de carga por el Transformador de Corriente (I1). La selección de la corriente de carga del

Transformador de corriente de las celdas de salida y llegada de Línea se calcula con el flujo de carga máxima que pasará por dicho transformador de corriente.

La fórmula empleada para el cálculo de la corriente es la siguiente:I1= S/(√3xV)

Donde:S: Potencia Total de consumoV: Tensión de operación del Sistema

Para Validar la corriente calculada y que el transformador de corriente no se sature ante eventos de cortocircuito, se calcula la corriente máxima por el devanado del primario

La fórmula empleada para el cálculo de la corriente es el siguiente:I2= Icc/(N)

Donde:I2: Corriente máxima a soportar por el TC sin saturarseN: Es el número de veces la corriente nominal previsto para el error del TC de protección; para nuestro caso es 5p20; entonces N=20.

Cuadro Nº: 2 Corrientes de Cortocircuito de Diseño

Subestación El Hierro 2014 2015 2016 2025

Corriente Máxima en 220 kV 4.887 4.998 5.62 8.5

Considerando un incremento de la corriente de cortocircuito del 50%, por el crecimiento del sistema, se tiene 1.5x5.62=8.43 kA; considerándose 8,5 kA y que corresponde a la proyección a 11 años del sistema.

De ambas corrientes determinadas I1 y I2 se selecciona el mayor valor normalizado para corriente en el primario del transformador de corriente.

En el cuadro siguiente se presenta el resumen de las corrientes calculadas y seleccionadas:


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Cuadro Nº: 3 Selección del Primario del Transformador de Corriente

Descripción

Tensión Corriente de Saturación Corriente de Carga I primario

(kV) I2 I1 Calculada Seleccionada

Icc (kA) (A) MVA (A) (A) (A)

Bahía Salida 220 8,50 425 264 694 694 1200-600

La potencia máxima a transmitir en la bahía de salida de llegada de la SE Marcona, corresponde a la potencia de los dos transformadores de potencia de 220/22,9kV los cuales son de 132MVA cada uno, haciendo un total de 264MVA y en 220kV, 694A, esta vendría a ser la corriente de carga en la condiciones de máxima carga.Por otro lado la corriente de cortocircuito al año 2016 es de 5.62kA, con un incremento del 50%, sería 8,50kA, y esto nos da una corriente de 425A.

4.2 CORRIENTE DEL SECUNDARIO DEL TRANSFORMADOR

La norma IEC 185 “Current Transformer” estandariza las intensidades nominales en el secundario a valores de 1 y 5 A. La corriente en el secundario de los transformadores se ha elegido 1 A, pues permite menores valores de potencias en los transformadores de medida.

4.3 CARGABILIDAD DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

La cargabilidad de los núcleos de los transformadores de corriente se obtiene sumando los consumos totales que se originan desde el borne del transformador hasta el relé o medidor, tales como; consumo de los relés, consumo del cable de conexión.La potencia en estado normal de consumo del transformador de corriente se calcula conforme a la siguiente ecuación:

VA.

Simplificando:VA.

Dónde:Burden total: Potencia Total de consumo por la impedancia equivalente en bornes del TC.Rr: Resistencia del Relé de protección o equipo de medida.Rc: Resistencia del cable, ohm/m; se considera un cable N2XSY 4x4 mm²L: Longitud del cable desde el transformador de corriente hasta el gabinete, en metros.Is : Corriente que circula en el devanado secundario (1 A )

En el cuadro siguiente se presenta el burden total de los Transformadores de corriente y la cargabilidad del Transformador.

Cuadro N° 3 Cargabilidad de los Transformadores de CorrienteLongitud Rr Burden Corrte. Pot-Traf

Cable "L" (m) ohm/m ohm (total) Burden (VA) Burden (VA) Total Secd. Is (A) VABahía Llegada 220 60.00 0.0050 0.2970 0.2970 15.00 15.59 1.00 30 51.98%

Cargab.Descripción RcTensión

(kV)

Notas:El valor de Rr se tomó considerando el IED de mayor carga (ver anexo 7.0). Los IEDs considerados son los siguientes:- Relé de protección REC 670 (tanto principal como respaldo).- Medidor de energía ION 7650.

Según la norma IEC 185 para asegurar la precisión de los transformadores el burden debe de estar entre el 25 % y el 100 % del burden total, validándose que el transformador opera correctamente.


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4.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

En el cuadro siguiente se presenta las características de los transformadores de corriente:

Cuadro N° 4 Características de los Transformadores de Corriente

DescripciónTensión Relación de

TransformaciónPotencia Clase

(kV) (VA) Medición Protección

Bahía Llegada 220 1200-600/1-1-1-1 4x30 VA 1xCl 0,2 3x5P20

5 SELECCIÓN DE TRANSFORMADORES DE TENSIÓN

5.1 RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN

La relación de transformación de los transformadores de tensión es seleccionada con la tensión nominal del sistema y las tensiones normalizadas de los equipos, para nuestro caso es 115V.

Cuadro N° 5 Relación de Transformación de los Transformadores de Tensión

DescripciónTensión

Relación de Transformación(kV)

Bahía Llegada 220

5.2 CARGABILIDAD DE LOS TRANSFORMADORES DE TENSIÓN

La cargabilidad de los núcleos de los transformadores de tensión se obtiene sumando los consumos totales que se originan desde el borne del transformador hasta el relé o medidor, tales como; consumo de los relés, consumo del cable de conexión.La potencia en estado normal de consumo del transformador se calcula conforme la siguiente ecuación:

VA.

Simplificando:VA.

Dónde:

Burden total: Potencia Total de consumo por la impedancia equivalente en bornes del TTRr: Resistencia del Relé de protecciónRc: Resistencia del cable, ohm/m; se considera un cable N2XSY 4x4 mm²L: Longitud del cable desde el transformador de tensión hasta el gabinete, en metros.Vs : Tensión en el devanado secundario 115/√3

En el cuadro siguiente se presenta el burden total de los Transformadores de tensión y la cargabilidad del Transformador:Cuadro N° 6 Cargabilidad de los Transformadores de Tensión


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Longitud Rr Burden Tension Pot-TrafCable "L" (m) ohm/m ohm (total) Burden (VA) Burden (VA) Total Secd. (V) VA

Bahía Llegada 220 60.00 0.0050 0.2970 0.0672 15.00 15.13 66.40 30 50.45%

Descripción Cargab.Tensión

(kV)Rc

Notas:El valor de Rr se tomó considerando el IED de mayor carga (ver anexo 7.0). Los IEDs considerados son los siguientes:- Relé de protección REC 670 (tanto principal como respaldo).- Medidor de energía ION 7650.

Según la norma IEC 186 para asegurar la precisión de los transformadores el burden debe de estar entre el 25 % y el 100 % del burden total.

5.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS TRANSFORMADORES DE TENSIÓN

En el cuadro siguiente se presenta el resumen de características de los transformadores de tensión del proyecto:Cuadro N° 7 Características de los Transformadores de Tensión

DescripciónTensión

Relación de TransformaciónPotencia Clase

(kV) (VA) Medición Protección

Bahía Llegada 220 2x50 VA 1xCl 0,2 1x3P

6 CONCLUCIONES

De lo visto anteriormente los transformadores de medición cumplen con los requerimientos de carga que se colocarán en sus bornes (relés y medidor multifunción)

7 ANEXOS

7.1 Cuadro resumen7.2 Medidor multifunción ION 76507.3 IED controlador REC670


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ANEXO 7.1: CUADRO RESUMEN


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ANEXO 7.2: MEDIDOR MULTIFUNCIÓN ION 7650


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ANEXO 7.3: IED CONTROLADOR REC670

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