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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: I f 3  1406 A

Corriente de falla monofásica: I f 1  1882 A

En la barra de 10.5 kV. Corriente de falla trifásica: I f 3  3746 A

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

VCCAT  BT a 3 MVA = 3.25% (secuencia positiva y negativa) VCCAT  BT a 3 MVA = 2.44% ( secuencia cero).

Cálculo de la impedancia de la red en138 kV.

Z1  Z 2

V   138

2

……………………..(a)

S

……………………..(b)

S  3xI cc 3 xVn

S  3x1.406 x138  336.07MVA Reemplazando en la ecuación (a) se tiene:

Z1  Z 2

Z0 

138 

2

336.07

 56.67 Ω

Vf   Z1  Z 2  I f 1 3

……………………..(c)

138000 3  56.67  56.67 Z0    1882 3 Z 0  13.66 Ω En la siguiente figura se tiene las redes de secuencia, y se tendrá como base:

Sb  100MVA. Vb  138kV . Con los datos de la potencia base y la tensión base, calculamos la impedancia base.

Zb

V   b Sb

2

138  100

2

 190.44 Ω

Cálculo de las impedancias del transformador de potencia en 138 kV. 2

 100   138  ZT 1  0.0325 x   x   1.083 p.u.  3   138 

ZT 1  ZT  2  1.083x190.44  206.31 Ω De la misma manera para la secuencia cero (0). 2

ZT  0 

 100   138   0.0244 x   x   0.813 p.u.  3   138 

ZT 0  0.813x190.44  154.89 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.

I f 1  10%I f 3 I f 1  0.10 x3746 A  374.6 A

I0 

I f 1

I0 

374.6  124.87 A 3

3

Reflejando la I 0 en el lado de 138kV.

I 0  124.87 x

I0 

10.5  9.5 A 138

………………………………(d)

V Z1  ZT 1  Z 2  ZT  2  Z 0  ZT  0  Z P

ZP 



V  Z1  ZT 1  Z 2  ZT  2  Z 0  ZT  0 I0



………………………………(e)

Reemplazando en la ecuación (e), se tiene:

138000 3  56.67  206.31  56.67  206.31  13.66  154.89 ZP    9.5

Z P  7689.26 Ω En 10.5kV. 2

 10.5  Z P  7689.26 x    44.51Ω  138 

Z19 

Z P 44.51   14.84 Ω 3 3

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

Z19  14.84 Ω

Z P  14.84 x3  44.52 Ω En 138kV. 2

 138  Z P  45 x    7691.61 Ω  10.5  Una vez calculado

la impedancia homopolar del transformador Zig-zag; Z P ,

calculamos la nueva corriente homopolar en la ecuación (d).

138000 3 I0  56.67  206.31  56.67  206.31  13.66  154.89  7691.61 I 0  9.50 A En 10.5kV.

I 0  9.50 x

138  124.86 A 10.5

Por consiguiente la corriente de falla monofásica es:

3Io  I f 1  3x124.86  374.60 A Si tomamos I f 1  374.60 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.

PZZ 

V xI f 1 xK 3

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 10 segundos 1 minuto 2 minutos 3 minutos 4 minutos 5 minutos 1 minuto 2 minutos 3 minutos 4 minutos 5 minutos

Conexión Estrella - Delta

Conexión Zig-Zag

2.4 a 13.8kV 23 a 34.5 kV K3, para tres fases ….. 0.064 0.076 0.170 0.104 0.110 0.240 0.139 0.153 0.295 0.170 0.187 0.340 0.196 0.216 0.380 0.220 0.242 K1, para un simple fase ( uno de los tres) 0.057 0.033 0.037 0.080 0.046 0.051 0.098 0.057 0.064 0.113 0.065 0.073 0.127 0.073 0.082

46 kV

69kV

92kV

0.080 0.113 0.160 0.196 0.225 0.253

0.085 0.118 0.167 0.204 0.235 0.264

0.092 0.122 0.174 0.212 0.245 0.275

0.040 0.055 0.068 0.078 0.088

0.043 0.060 0.074 0.084 0.095

0.046 0.064 0.080 0.091 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.

PZZ  3x10.5 x374.60 x0.064  436.01kVA