Grupo de Ingeniería eléctrica
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Cálculo de barras colectoras

Adgelmir
Ingenería electrica universidad de ori...
Escrito por Adgelmir Márquez el 13/04/2010

Actualmente estoy realizando mi trabajo de grado y tengo una duda con respecto al uso del cable de las barras colectoras en el diseño de la malla de puesta a tierra de una subestación, he leido textos donde me indican que segun la norma de la IEEE 80 secciones 9. 3 y 9. 4 se debe usar cable AWG 4/0 (sería de gran ayuda tener el texto de dicha norma), mi duda es que tipo de material debería ser el conductor, cobre o aluminio? Se que el cobre tiene mejor conductividad, pero en los trabajos por cuales me he estado guiando hay personas q usaron el de alumino y otras el de cobre.

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Eus Mel
Ingenieria mecanica electrica universi...
Escrito por Eus Mel el 14/04/2010

Hola!.

Es correcto, conductores 4/0 y el material debe ser de cobre.


Fabricio Zambrano Freile
Ingeniero electrico universidad tecnic...
Escrito por Fabricio Zambrano Freile el 15/04/2010

Buen día Adgelmir Márquez, generalmente se usa el conductor cobre por tener mayor conductibilidad que el aluminio, pero con respecto al calculo de la sección que usted mencionas (4/0) no es fijo dependerá de algunos Factores , voy a mencionar algunos: 1) dependiendo que tipo de suelo, 2) La resistividad , 3) de que nivel de voltaje es la subestación etc.

Por ejemplo una subestación de 400 kV generalmente de utiliza enmallados del 250 y 300 kcm. Y, las jabalinas, dependiendo de la zona, son tan largas y del material que salga en los cálculos.

Y, en la lista de materiales se pone el tipo de conductores.


La normatividad americana prohíbe usar aluminio en SPAT, pero la europea no, por eso depende que norma que se están usando para hacer el SPAT en su país.

Dejo una pequeña tabla que podría ser útil.

Tamaño nominal del mayor conductor de entrada a la acometida o sección equivalente de conductores en paralelo mm2 (AWG o kcmil)

Tamaño nominal del conductor al electrodo de tierra

mm2 (AWG o kcmil)

Cobre

Aluminio

Cobre

Aluminio

33,62 (2) ó menor

53,48 (1/0) ó menor

8,367 (8)

13,3 (6)

42,41 o 53,48 (1 ó 1/0)

67,43 o 85,01 (2/0 ó 3/0)

13,3 (6)

21,15 (4)

67,43 o 85,01 (2/0 ó 3/0)

4/0 ó 250 kcmil

21,15 (4)

33,62 (2)

Más de 85,01 a 177,3

(3/0 a 350)

Más de 126,7 a 253,4

(250 a 500)

33,62 (2)

53,48 (1/0)

Más de 177,3 a 304,0

(350 a 600)

Más de 253,4 a 456,04

(500 a 900)

53,48 (1/0)

85,01 (3/0)

Más de 304 a 557,38

(600 a 1100)

Más de 456,04 a 886,74

(900 a 1750)

67,43 (2/0)

107,2 (4/0)

Más de 557,38 (1100)

Más de 886,74 (1750)

85,01 (3/0)

126,7 (250)


Desde otro criterio de un Colega que pongo en consideraciòn , Yo le formulo la siguiente pregunta ¿En zonas salinas es probable que el cobre no se muy útil ya que este se corroe muy rápido............ Pero creo que mejora en cuanto al cambio de tipo de suelo en obras civiles ayudaria mucho?. El me responde En esos casos se usan otros materiales, tales como el acero inoxidable. El aluminio se hace polvo.... óxido de aluminio que no es conductor. El cobre puro no tiene problema por algunos años porque sus cloruros y sulfatos son conductores, pero una subestación se hace para 20-25 años.


Tengo unos documentos que le podrían servir puedes verlo en mi perfil.


Saludos Cordiales

Fabricio



Fabricio Zambrano Freile
Ingeniero electrico universidad tecnic...
Escrito por Fabricio Zambrano Freile el 15/04/2010

Adgelmir Márquez le dejo un LINK para que baje la norma que usted solicita.

LINK

http://www.filestube.com/f9d990e871b714d403ea,g/IEEE-Std-80-2000-IEEE-guide-for-safety-in-AC-substation-grounding. Html




Saludos Cordiales

Fabricio


Juan Burgos
Ingenieria electromecanica instituto t...
Escrito por Juan Burgos el 15/04/2010

Hola Adgelmir
Doy mis puntos de vista:
Coincido con Fabricio además de que da datos muy interesantes.
Para el diseño de la malla de tierras se deben tener muchas consideraciones y criterios, siendo los principales los que indica la norma IEEE 80, aun así existen clientes que en sus normas internas como puede ser el caso PDVSA, CADAFE, etc, que indican que independientemente del calculo que te de, el calibre o tamaño del cable debe ser como mínimo del calibre 4/0, por lo tanto aunque te de un calibre menor por ejemplo 2/0 debes usar 4/0. Por lo tanto las especificaciones del cliente si influyen, si no es para alguna organización en particular como la que menciono, se deben aplicar los criterios de la IEEE.
Por otro lado el material más utilizado es el cobre por lo que indica Fabricio en la parte final de sus comentarios, para poder utilizar algún material diferente debes considerar también su composición como aleación, factores que posiblemente no sea difícil encontrar sin embargo deberán tener algunas variantes en relación al cobre que son de aplicación directa.
Dentro de las carateristicas que menciona el compañero Fabricio resaltaria dos mas muy iportante y que inpactan de manera muy directa en el calculo y es el nivel de corto circuito y el tiempo de despeje de la falla que tambien son datos que debe proporcionar el cliete ya que los criterios cambian.
Se que es una aportacion verbal sin embargo creo que puede apoyar en algo, incluso con alguna hoja de calculo que entiendo es que la debes entregar.
Saludos


Rene Nicoleno
Ing. electricista unne universidad nac...
Escrito por Rene Nicoleno el 17/04/2010

Hola Adgel, y Felicitaciones Fabricio, muy lindo debate, es interezante, yo mas que saber como, tengo preguntas, pero he visto, unos calculos, de que se podria, determinar, 1ro, como dice Fabricio, la corriente de corto circuito, para esto se debe conocer la potencia de corto de la subestacion, )eso no se , como, yo estoy tratando de averiguar, de una E.T. 500 Kv. De 300 MVA, que se esta realizando , en mi ciudad, y todavia no consigo), y con el trafo, y la impedancia del trafo que si tenes, ya se determina la pot de corto de ese trafo, luego sumar, y tenemos la total, la corriente total de corto, con eso se, realizan los calculos para determinar, la seccion, de PAT, pero la elecion de 4/0 AWG, es suficiente, es una seccion, ya importante, grande, pero no, sobredimensionada, y sin duda, debe ser de "CU", y bueno saludos, (Fabricio, no se nada del Ing. Weston,) saludos un Abrazo, Rene desde Formosa.


Charly Perez
Buenos Aires, Argent...
Escrito por Charly Perez el 18/04/2010

Hola a Todos:
En Mi País (argentina) Para el cálculo de mallas Usamos La norma local VDE 0141. Ésta
Especifica conductor de Cu mímimo de 50 milímetros cuadrados. Las ecuaciones son empíricas y dependen del área de la SE. Puede usarse barras de cu las cuales son de sección menor y debe calcularse un radio equivalente. Además la norma especifica la cantidad de divisiones en funcion del área. Las jabalinas deben ser de 6 mts y algunas especiales como por ejemplo la de los descargadores de sobre tensión o neutros de trafos están vinculadas a la malla pero deben poder desbincularse para poder medirlas.
Con respecto a la potencia de corto , la prestadora de servicio debe dártela , teniendo en cuenta que ésta no es la actuál sino la potencia de corto futura y también el tiempo de la falla(en Mi país es 1 seg).
Ojo que en situaciones donde hay generadores cercanos a barras la potencia de corto puede ser mayor que la trifasica en un punto alejado de de ellas pués aparece la componente unidireccional que incrementa la Icc. Ésta componente se extingue muy rápidamente, es por eso que en cortos lejanos puede ignorarse.
Tené en cuenta también que en terrenos chicos predomina en importancia la jabalina y en grandes, la malla.
Por último, de puede demostrar que en un corto circuito la densidad de coriiente es mayor en la perisferia de la malla por lo tanto en ésta zona hay que hacer la cuadrícula mas ajustada y sobre todo mas profunda para disminuír la tensión de paso.
Un Saludo a todos


Charly Perez
Buenos Aires, Argent...
Escrito por Charly Perez el 18/04/2010

"Charly Perez escribió:

Hola a Todos:
En Mi País (argentina) Para el cálculo de mallas Usamos La norma local VDE 0141. Ésta
Especifica conductor de Cu mímimo de 50 milímetros cuadrados. Las ecuaciones son empíricas y dependen del área de la SE. Puede usarse barras de cu las cuales son de sección menor y debe calcularse un radio equivalente. Además la norma especifica la cantidad de divisiones en funcion del área. Las jabalinas deben ser de 6 mts y algunas especiales como por ejemplo la de los descargadores de sobre tensión o neutros de trafos están vinculadas a la malla pero deben poder desbincularse para poder medirlas.
Con respecto a la potencia de corto , la prestadora de servicio debe dártela , teniendo en cuenta que ésta no es la actuál sino la potencia de corto futura y también el tiempo de la falla(en Mi país es 1 seg).
Ojo que en situaciones donde hay generadores cercanos a barras la potencia de corto puede ser mayor que la trifasica en un punto alejado de de ellas pués aparece la componente unidireccional que incrementa la Icc. Ésta componente se extingue muy rápidamente, es por eso que en cortos lejanos puede ignorarse.
Tené en cuenta también que en terrenos chicos predomina en importancia la jabalina y en grandes, la malla.
Por último, de puede demostrar que en un corto circuito la densidad de coriiente es mayor en la perisferia de la malla por lo tanto en ésta zona hay que hacer la cuadrícula mas ajustada y sobre todo mas profunda para disminuír la tensión de paso.
Un Saludo a todos

"




Alvaro Galleguillos Ledezma
Ingeniería eléctrica pontificia univer...
Escrito por Alvaro Galleguillos Ledezma el 20/04/2010

Estimada Adgelmir Márquez.

Tal como tu lo mencionas, el ideal es que sea un conductor de Cobre, el espesor de este cable depende de otros parémetros, como la resistividad del terreno.

Me parece que tengo unos paper en los cuales salen los pasos a seguir para la construcción de mallas a tierra buscare y los subire por si te ayuda.

Saludos...


Carlos Muñoz
Ingenieria electrica especializacion e...
Escrito por Carlos Muñoz el 22/04/2010

De acuerdo a la norma exacto el calibre del conductor es 4/0 ahora para decidir que material usar de acuerdo a la norma IEEE Std 80 - 2000 se debe usar cobre duro

el cobre es resistente a la corrosion, tiempo de trabajo. Uso, humedad etc. Por ende se lo usa en sistemas de puesta a tierra, el aluminio se usa por ser de bajo costo pero no es recomendable pues a la larga y dependiendo del terreno este se deshace totalmente, quedanto el sistema sin proteccion de tierra (pensando que esta aun sigue instalada) es mas no se deberia usar para mallas de tierra.


Fabricio Zambrano Freile
Ingeniero electrico universidad tecnic...
Escrito por Fabricio Zambrano Freile el 22/04/2010

Hola mis estimados amigos, debo agregar algo puntual..... La norma internacional exije el cable de cobre 4/0 como calibre minimo para los SPAT. En algunos paises utilizan hasta el 1/0. Las razones son de indole mecanica en caso de elevadas corrientes de cortocircuito. Es preferible el cable de cobre ante el de aluminio por su mejor resistencia a la corrosion y para evitar en el momento en que se une con el cobre de la malla un par galvanico(Aun cuando se utilice conector bimetalico).

Saludos Cordiales


Sergio Miranda
Ingeniería eléctrica universidad de sa...
Escrito por Sergio Miranda el 23/04/2010

Estimada Futura Colega Adgelmir,
Sin duda la información que has tenido hasta el momento tal vez te haya confundido un poco, pues siendo sincero... A mi también. Y creo que no ha sido el proposito de nuestros colegas sino que solamente la falta de información pertinente.
Durante mas de 15 años me he dedicado a estudiar el temas de las puestas a tierra, y te puedo asegurar que nunca he encontrado dos iguales, pudiendo concluir brevemente que cada caso es particular. Por ejemplo, las puestas a tierra en el pais de nuestro amigo Fabricio deben tener características distintas a las de nuestro colega Argentino Charly Perez, pues la condicion geografica en ambos es parecida pero no iguales... En una tenemos grandes sucesos de tormentas electricas con abundante agua de lluvia, la que nos pone en consideración que a lo que debemos atender como prioridad en la puesta a tierra sea distinto en un caso u otro. De la misma forma, la ubicación geografica de mi colega y compatriota Gastón Trujillo y la mía, pues el habita en una zona donde la cantidad de humedad por lluvia es superior a donde yo habito, que es en la zona norte (Antofagasta) en el desierto mas arido del mundo, y es en donde mas actividad de instalaciones y montaje electrico hay en la región pues aqui se ubican las mayores minas de cobre del mundo, (Chuquicamata entre ellas). Pues bién, si hacemos un pequeño analisis, como será la resistividad en cada uno de los casos que he mencionado?... Será que debemos efectuar el mismo analisis de suelos Fabricio y yo?... No será que hay que tomar otros elementos en cuenta?... Claro que sí. El tema no pasa solamente si el tipo de cable que debemos usar sea de cobre o no, porque debemos calcularlo debidamente y su sección esta dada de acuerdo a la norma IEEE que señalas, en donde interviene el cortocircuito monofasico a tierra y el tiempo de despeje de la falla... Materias ambas que son de facil determinación. Pero lo sustancial es la resistividad del suelo, si es capaz de despejar debidamente, en el tiempo requerido las corrientes de falla, que dicho sea de paso, estas deben ser de tales magnitudes que no afecten a las personas ni a los equipos, pero fundamentalmente a las personas en lo que se refiere a las tensiones de paso y de contacto.
Te recomiendo que leas la norma, trates de entender el concepto de esta, y si tienes dudas, no dudes en pedir opiniones. Desde ya te ofrezco mi pequeña ayuda en la materia, tanto en información como en la norma en sí por si no pudieras encontarla en el link que te dejó nuestro amigo Fabricio.
Ah, en todo caso, la razón fundamental de que sea cobre (4/0 ó superior) pasa por la condición de comportamiento mecanico del cable ante los efectos de alta temperatura cuando se ejecutan las soldaduras de alto punto de fusión, efectuadas por la modalidad de exotermia de las uniones entre conductores.
Saludos atento,

Sergio Miranda T.


Fabricio Zambrano Freile
Ingeniero electrico universidad tecnic...
Escrito por Fabricio Zambrano Freile el 25/04/2010

Saludos


Gilberth Araujo
Ingeniería eléctrica une...
Escrito por Gilberth Araujo el 26/04/2010

Adgelmir


Como estás


Tengo la norma IEEE 80:2000 y una hoja de cálculo muy interesante que te puede ayudar con tu trabajo.


Escribeme a gilberth. Araujo@gmail. Com indicandome el asunto y te los envío


Saludos


Gilberth


Daniel Maestro
Ingeniería industrial (especialidad el...
Escrito por Daniel Maestro el 26/04/2010

Hola Adgelmir, saludos desde España. Como bien te ha comentado Fabricio, el dimensionamiento de las puestas a tierra (PaT) depende de más factores que la elección del material conductor de la malla de tierra. De hecho, la mayor disipacióin de la falta se produce por la instalación de picas, puesto que a mayor profundidad de terreno la resistividad del mismo es menor. Por eso se emplean picas de una longitud suficiente, como para que la mayor disipación de la falta se produzca en terreno vegetal.

Aquí en España, la norma recomienda el empleo de conductores de Cobre de 185 mm2 (perdoname pero desconozco de memoria el equivalente americano).

Creo recordar , que en la norma IEEE 80, había una fórmula para determinar la sección del conductor necesario, en función de diferentes parámetros.


No obstante, el principal problema que hay es evitar la aparición de potenciales de paso y de contacto peligrosos, por lo que depende del terreno esto a lo mejor sólo lo puedes conseguir utilizando picas de tierra (jabalinas) de cobre, puesto que por regla general la resistencia de las picas es mucho menor que la de la malla (Rp<<Rm) y la expresión de la Resistencia de puesta a tierra es Rg=Rp//Rm.

Si tienes en cuenta que la resistencia del conductor de malla viene definida por:

Rm=pL/s, puesdes establecer:

1) Que el Cu al tenor menor resitividad que el Al, para la misma sección y longitud tiene una resitencia menor, y por lo tanto la diferencia de potencial al paso de la corriente es menor, con lo cual es mejor.

2) Que a mayor sección, menor resistencia. Pero hay que buscar un compromiso económico y de montaje. Puedes comprobar por curiosidad el peso lineal (Kg/km) de un cable.

No obstante, la norma aquí en España, y en Europa, no obliga a emplear conductor de Cable o aluminio si no que las tensiones d epaso y de contacto que aparezcan se encuentren dentro de unos márgenes admisibles.


Sergio Miranda
Ingeniería eléctrica universidad de sa...
Escrito por Sergio Miranda el 27/04/2010

Fabricio,
Lamento que no hayas podido entender a cabalidad mis escritos, pero en fin, que mas dá. Tu evidente molestia no tiene una base sustentable, con respecto a lo que escribí, sin la menor intención de menoscabo ni desprecio hacia los demás colegas, pero si así pareció, les ruego sinceramente que me disculpen , pues eso jamas estuvo en mis intenciones, sino que darle un poco de claridad a la futura colega.
Pero acuso el desafio propuesto por tí, de manera que ya he comenzado (a pesar del poco tiempo disponible que me queda de mi trabajo en la Mina) a elaborar un documento, el que se basa estrictamente en lo indicado en la norma IEEE STD 80, para posteriormente compartirlo con todos. El tema no es ficticio, pues estoy trabajando en el diseño de la nueva Sub estación eléctrica de la ampliacion de la mina en donde trabajo de propiedad de Xstrata Copper con una potencia de 150 MVA y 220 kV, en la cual el desarrollo de la Ingeniería es de un muy alto requerimiento técnico.
También me gustaría que me pudieras aclarar, (con respecto al cable que mencionas en tu post ) a cual norma internacional te refieres, pues la IEEE STD 80 no lo menciona como obligación de uso, ya que se plantea muy claramente el metodo de calculo de la seccion del conductor.
Solo se indica en el punto 9. 4, (los aspectos basicos para el diseño de una grilla de tierra en SS/EE) como referencia, mas especificamente en el punto c) que un sistema de cuadricula tipico para una SS/EE podría incluir conductores de cobre desnudo de 4/0, enterrados entre 0,3 y 0,5 mts de profundidad, y espaciados entre 3 y 7 mts. También indica que se podrían usar electrodos (longer rods) en lugares en donde la resistividad es muy alta o con suelos de mutiples capas, insertandolas en los extremos apoyadas en donde se produzcan cruces de conductores de la malla.

Saludos,

Sergio



Francisco Vegas
Ingenieria electrica universidad de ca...
Escrito por Francisco Vegas el 28/04/2010

Buenos días, tengo la norma, si me das tu correo te la puedo enviar. Por otra parte en el patio de una S/E lla malla principal de puesta a tierra y las derivaciones a los equipos debe ser diseñada utilizando CONDUCTOR DE COBRE DESNUDO, TRENZADO CLASE B, CALIBRE # 4/0 AWG, INSTALADO EN ZANJA A UNA PROFUNDIDAD DE 500mm. Luego de construida se DEBE REALIZAR UN ESTUDIO DE RESISTIVIDAD AL TERRENO ASEGURAR UN VALOR DE RESISTIDAD DEL MISMO MENOR O IGUAL A 600 Ohm/M A LA PROFUNDIDAD DE INSTALACIÓN DE LA MALLA.

Francisco Vegas


Fabricio Zambrano Freile
Ingeniero electrico universidad tecnic...
Escrito por Fabricio Zambrano Freile el 29/04/2010

FAbricio ZAmbrano


Ruben Hock
Electrotécnico enet nº 2, ing emilio m...
Escrito por Ruben Hock el 03/05/2010

Hola, Adgelmir Márquez

Creo que lo que quiso expresar el Sr: Francisco Vegas, es el ensayo de resistencia de contacto de la malla y no la del terreno.

El ensayo de resistencia del terreno, debe hacerse antes de la construcción de la malla, por ser el valor que se utilizara dentro de los cálculos, para el diseño de la misma.

El ensayo que se realiza luego de construida la malla, es el de la resistencia de contacto de la misma contra el terreno, además de los ensayos de tensión de paso y contacto, con los cuales se comprueba la integridad de la malla, corroborando los resultados de los ensayos con los calculados teoricamente.

Saludos, desde Argentina.




Cristian Avila
Ingenieria electrica universidad del b...
Escrito por Cristian Avila el 05/05/2010


Estimado, Sergio dentro todos los comentarios realizados tu Posicion es la mas aceptada,y toda diferencia de criterio inriqueze este foro.
A la vez agradeceria que me enviaras algunas Normas referida a Mallas.

alejan_1976@hotmail. Com

ATTE
CAH




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