ANEJO Nº 3 REPÚBLICA DOMINICANA PROYECTO BÁSICO DE SUBESTACIONES A 1500 Vcc PARA LA AMPLIACIÓN DE LA LÍNEA 2 DEL METRO DE SANTO DOMINGO

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PROYECTO BÁSICO DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS A 1500 VCC PARA LA AMPLIACIÓN DE LA LÍNEA 2 DEL METRO DE SANTO DOMINGO

ANEJO Nº 3 CÁLCULOS

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INDICE

CÁLCULOS

1.

2.

CÁLCULO BÁSICO DE ALIMENTACIÓN DE TRACCIÓN....................................... 2 1.1

GENERALIDADES ............................................................................................................... 2

1.2

LIMITES ADMISIBLES....................................................................................................... 3

CALCULO DE LA RED DE TIERRAS EN UNA SUBESTACIÓN TIPO. .................. 4 2.1

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 4

2.2

NORMATIVA APLICABLE ................................................................................................ 4

2.3

NOCIONES DE LA INSTALACIÓN DE PUESTA A TIERRA ..................................... 5

2.4

INSTALACIONES DE PUESTA A TIERRA DE UNA SUBESTACIÓN TIPO .......... 6

2.5

PARTES DE LA INSTALACIÓN DE PUESTA A TIERRA ........................................... 7

2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.5.5

2.6 2.6.1 2.6.2 2.6.3

2.7 2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.7.4 2.7.5 2.7.6

2.8

3.

El terreno ............................................................................................................................................. 8 Tomas de tierra .................................................................................................................................... 8 Línea principal de tierra .................................................................................................................... 11 Derivaciones de las líneas principales de tierra ................................................................................ 11 Conductores de protección ................................................................................................................ 12

DATOS DE PARTIDA ........................................................................................................ 12 Datos del terreno. .............................................................................................................................. 12 Intensidad de defecto y tiempo de corte............................................................................................ 12 Tiempo máximo de eliminación del defecto. .................................................................................... 13

CÁLCULO ............................................................................................................................ 13 Resumen de datos para el cálculo ..................................................................................................... 13 Cálculo de la resistencia de puesta a tierra máxima.......................................................................... 13 Cálculo de la intensidad de defecto generadora de tensiones de paso y de contacto ....................... 15 Tensiones de paso y de contacto máximas admisibles ..................................................................... 15 Comprobación de la validez de la red de tierras por tensión de paso máxima admisible ................ 16 Comprobación de la validez de la red de tierras por tensión de contacto máxima admisible .......... 17

CONCLUSIÓN ..................................................................................................................... 18

CÁLCULO DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN. ........................................................ 20 3.1

PÉRDIDAS TÉRMICAS ..................................................................................................... 20

3.2

CAUDAL DE AIRE NECESARIO .................................................................................... 21

3.3

PRESIÓN ESTÁTICA REQUERIDA EN VENTILADOR ........................................... 23

3.4

VENTILADORES ................................................................................................................ 26

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1. CÁLCULO BÁSICO DE ALIMENTACIÓN DE TRACCIÓN 1.1 GENERALIDADES La definición y valoración de las obras que han de realizarse para el conjunto de las instalaciones se basa en:  Alimentación a 1500 Vcc de la Línea.  Circulación de Trenes continuos (boa) de una unidad y composición MRM a 1500 Vcc., siendo M un coche Motor con cabina y R un coche Remolque intermedio sin cabina.  Dimensionamiento S-1, es decir, en el caso de que una subestación quede fuera de servicio, las subestaciones colaterales deberán estar conectadas eléctricamente de forma que el tramo eléctrico afectado siga prestando servicio en condiciones normales de explotación.  Subestaciones configuradas en paralelo.  Subestaciones enterradas.  Condiciones de explotación previstas para los escenarios inicial y final.  Limitación de la caída de tensión en línea según las normas UNE-EN 50163 para la tensión en catenaria y UNE-EN 50122 para la tensión carril - tierra.  Resultados del estudio de simulación de los diferentes escenarios propuestos para hacer frente a la distribución y ubicación de las Subestaciones Eléctricas, que se incluye en este Anejo. Atendiendo a las citadas condiciones de diseño, la solución de alimentación de la Línea pasa por: Escenario inicial de explotación previsto, con 6 trenes MRM  Alimentación de tracción a 1500 Vcc y en paralelo, desde las subestaciones ubicadas en la Estación 20 (F. Rosario - existente) y Estación 24. Escenario final de explotación previsto, con 6 trenes MRM-MRM  Alimentación de tracción y en paralelo, desde las subestaciones ubicadas en la Estación 20 (F. Rosario - existente), Estación 22 y Estación 24.

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1.2 LIMITES ADMISIBLES A título enunciativo se enumeran los valores de potencia, corrientes, tensiones y caídas de tensión que no deben ser sobrepasados. EN SUBESTACIÓN Potencial nominal por grupo

3.000 KW

Sobrecargas Admisibles con Clase de servicio VI según norma UNE-EN 60.146-1: 100% de la potencia nominal

Permanente

150% de la potencia nominal

durante 2 h.

300% de la potencia nominal

durante 1 min.

12 Cables de positivo Cu (1 x 240 mm²)

I. RMS

8.100 A

12 Cables de negativos Cu (1 x 240 mm²)

I. RMS

8.100 A

Retornos de juntas inductivas

I. MED

12.000 A

1 Disyuntor de protección

I. MAX

15.000A (4.500 A de I nominal con regulación 9-15 KA)

6 Cables de positivo Cu (1 x 240 mm²)

I. RMS

4.500 A

Seccionador de línea

I. MED

4.400 A

Retorno en juntas inductivas

I. MED

6.000 A/vía

Caída de tensión máxima en negativo

V. MAX (NEG)

120 V

Caída de tensión máxima en positivo

V. MAX (POS)

450 V

Caída de tensión media total

V. MED (TOT)

150 V

Tensión mínima

V. MIN.

POR SECTOR

1.050 V

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2. CALCULO DE LA RED DE TIERRAS EN UNA SUBESTACIÓN TIPO. 2.1 INTRODUCCIÓN Las puestas a tierra se establecen principalmente como elemento de seguridad de las personas y de las instalaciones, con el objeto de:  Limitar la tensión que, respecto a tierra, puedan presentar en un momento dado las masas metálicas.  Asegurar la actuación de las protecciones.  Eliminar o disminuir el riesgo que supone una avería en los materiales eléctricos utilizados. Las estaciones y otros recintos de Metro deben dotarse de instalaciones de puesta a tierra con el objeto de impedir la aparición de diferencias de potencial peligrosas en el conjunto de las instalaciones, edificios y superficies próximas del terreno y, al mismo tiempo, permitir el paso a tierra de las corrientes de defecto o las de descarga de origen atmosférico. Para ello, la resistencia de paso a tierra electrodo-terreno deberá ser lo menor posible para que en el caso que se produzca una derivación se evacue a tierra la corriente de falta o de defecto. El presente informe pretende recoger la disposición y características principales de estas instalaciones de puesta a tierra para una estación tipo y una orientación para su cálculo y ejecución.

2.2 NORMATIVA APLICABLE Para la elaboración del presente documento se han tenido en cuenta todas las especificaciones relativas a instalaciones de puesta a tierra contenidas en la siguiente documentación:  Reglamento sobre Condiciones Técnicas y Garantías de Seguridad en Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centros de Transformación (RAT), aprobado por el Real Decreto de 12.11.82 e Instrucciones Técnicas Complementarias (MIE-RAT), aprobadas por Orden de 06.07.84 y su posterior modificación, Orden de 10.03.00, en especial la MIE-RAT 13 “Instalaciones de Puesta a Tierra”.

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 Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (RBT), aprobado por Decreto

e

Instrucciones Técnicas Complementarias (ITC-BT), en especial la ITC-BT 18 “Instalaciones de Puesta a Tierra”.  Norma Tecnológica de la Edificación (NTE) para instalaciones.  Norma Europea EN - 50.122-1.  Método de Cálculo y Proyecto de Instalaciones de Puesta a Tierra para Centros de Transformación conectados a Redes de Tercera Categoría de UNESA.  Guía sobre la Puesta a Tierra en las Subestaciones de Transformación, redactada por la Comisión T del grupo de trabajo “Subestaciones” de ASINEL. En cualquier caso, e independientemente de lo aquí indicado, durante la fase de obra se deberán realizar los estudios de detalle correspondientes y, una vez terminada la instalación, se deberá comprobar que las tensiones de paso y contacto para cada instalación están dentro de los valores admisibles.

2.3 NOCIONES DE LA INSTALACIÓN DE PUESTA A TIERRA La instalación de puesta a tierra de un edificio o recinto se define como toda ligazón metálica directa, sin fusibles, ni protección alguna, de sección suficiente, entre determinados elementos o partes de una instalación y un electrodo o grupo de electrodos enterrados en el terreno, con el objetivo de conseguir que no existan diferencias de potencial peligrosas entre las instalaciones del edificio, ni en los equipos respecto del terreno y dejar pasar a tierra las descargas de origen atmosférico o las corrientes de falta. Las disposiciones de puesta a tierra pueden ser utilizadas a la vez o separadamente, por razones de protección (PaT de Protección) o razones funcionales (PaT de Servicio - neutro), según las prescripciones de la instalación. Por Puesta a Tierra de Protección se entiende la instalación por medio de la cual se ponen a tierra todos aquellos elementos que no están en tensión pero que pueden estar a consecuencia de averías accidentales, descargas atmosféricas o sobretensiones. Suelen emplearse en unión con dispositivos de protección contra las sobretensiones y dispositivos de tensión de defecto. Por Puesta a Tierra de Servicio se entiende la instalación por medio de la cual se ponen a tierra todos aquellos elementos que lo requieran para un funcionamiento correcto y fiable:

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 Neutros de los transformadores  Circuitos de los transformadores de medida.  Limitadores, descargadores, pararrayos.  Seccionadores de puesta a tierra.

2.4 INSTALACIONES DE PUESTA A TIERRA DE UNA SUBESTACIÓN TIPO En el caso de una Subestación de tracción y centros de transformación de Metro de Santo Domingo son necesarias por razones funcionales (PaT de Servicio), al conectarse el neutro de sus transformadores de forma directa a tierra. Siendo para los circuitos del resto de instalaciones de las estaciones la (PaT de Protección) por razones de protección. A este respecto, la MIE – RAT 13 en su punto 6.3. Afirma que las puestas a tierra de protección y de servicio de una instalación deben interconectarse, constituyendo una instalación de tierra única, excepto para aquellas puestas a tierra que puedan presentar tensiones peligrosas para las personas, bienes o instalaciones eléctricas. Se presentan, por lo tanto, dos alternativas:  Ejecutar tomas de tierras independientes para cada instalación. En este caso, las tomas de tierra deben estar lo suficientemente separadas entre sí para evitar la transferencia de tensiones peligrosas de unas a otras, según lo indicado en la ITC – BT 18.  Ejecutar una toma de tierra única, interconectando todas las instalaciones de puesta a tierra. En este caso, se debe asegurar que no puedan presentarse tensiones peligrosas para las personas, bienes o instalaciones eléctricas. Para ello, según establece la ITC – BT 18 en su apartado 11, el valor de la resistencia de puesta a tierra única será lo suficientemente baja para que se cumpla que en el caso de evacuar el máximo valor previsto de la corriente de defecto a tierra (Id) en el centro de transformación o subestación, el valor de la tensión de defecto (Vd = Id * Rt) sea menor que la tensión de contacto máxima aplicada, definida en el punto 1.1 de la MIE – RAT 13 del Reglamento sobre Condiciones Técnicas y Garantía de Seguridad en Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centros de Transformación. En vista de las dificultades de ejecución que plantea la aplicación de la primera alternativa en una subestación de Metro, donde en la mayoría de los casos sería muy difícil e incluso

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imposible respetar las distancias de separación necesarias para asegurar la independencia eléctrica entre las diferentes tomas de tierra, se considera que la mejor solución para la instalación de puestas a tierra en una Subestación tipo de Metro es la ejecución de una toma de tierra única. Por lo tanto, la instalación de puestas a tierra de una Subestación tipo de Metro constará de una toma de tierra única, denominada en adelante “malla general de tierras”, a la que se conectarán, a través de las líneas principales de tierra y de forma totalmente independiente, todos los circuitos de puesta a tierra de la subestación.

2.5 PARTES DE LA INSTALACIÓN DE PUESTA A TIERRA Todo sistema de puesta a tierra consta de las siguientes partes, citándolas en sentido contrario a como circularía una corriente de defecto:  Terreno  Tomas de tierra  Líneas principales de tierra.  Derivaciones de las líneas principales de tierra.  Conductores de protección. El conjunto de conductores, así como sus derivaciones y empalmes, que forman las diferentes partes de las puestas a tierra, constituyen el circuito de puesta a tierra.

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2.5.1 El terreno Es necesario conocer las características del terreno y por tanto, la resistividad en donde se va a construir la estación para diseñar y valorar la puesta a tierra de una forma lo más eficaz y rentable. Esta resistencia es variable según la clase de terrenos pudiéndose calcular a través de un medidor de tierras. De la resistencia de tierras depende el dimensionamiento de la instalación de puestas a tierra. En la tabla 1 de la MIE-RAT 13 se recogen valores de resistividad para distintas clases de terreno.

2.5.2 Tomas de tierra Se define como el elemento de unión entre el terreno y el circuito instalado en el interior del edificio.

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El valor de la resistencia de la toma de tierra debe satisfacer las condiciones de protección o de servicio de la instalación eléctrica. Consta de:  Electrodos.  Líneas de enlace con tierra.  Puntos de puesta a tierra.

2.5.2.1 Electrodos Son los establecidos con el fin de obtener la puesta a tierra. Los tres tipos de electrodos que más se utilizan son:  Picas.  Placas.  Mallas.  Conductores enterrados. Lo ideal es que la red de electrodos se coloque debajo de la cimentación del edificio, de forma que pueda quedar protegida la unión electrodo-terreno de las variaciones climatológicas, de las variaciones de humedad y de las posibles agresiones con máquinas o camiones si está en zonas de tránsito.

Picas Son electrodos artificiales cilíndricos que se introducen en el terreno de forma vertical (por lo general). El sistema de ejecución consiste en utilizar picas, colocando en la parte delantera una punta de penetración de un material de gran dureza y en la parte final, un manguito de acoplamiento y la sufridera sobre la que actuará la maza evitando que se deforme la pica.

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Placas delgadas enterradas Son electrodos artificiales de forma rectangular o cuadrada que ofrecen una gran superficie de contacto con el terreno en relación a su espesor. Suelen ser de cobre, o de acero recubiertas de cobre, de al menos 2 mm de espesor para garantizar un buen contacto y una buena conductividad, o de acero galvanizado de 2,5 mm de espesor. Mallas enterradas Son electrodos artificiales formados por una retícula simétrica de perfiles de acero o carriles de segundo uso unidos en sus extremos y cruces mediante soldadura y colocados en el fondo de la excavación. La configuración se suele completar con picas clavadas profundamente a fin de reducir las tensiones de paso y contacto. Permiten la obtención de bajas resistencias de tierra.

Conductores enterrados horizontalmente Es un electrodo artificial que consiste en colocar, horizontalmente, un cable, una pletina, unos flejes, etc. desnudos en zanjas, debajo de la cimentación de los edificios o enterrados a una profundidad suficiente. Los materiales más utilizados son:  Cable de cobre macizo o cableado (35 mm de sección como mínimo). 2

 Pletinas de cobre (35 mm2 de sección y 2 mm de espesor) o de acero galvanizado (95 mm2 de sección).  Alambre de acero (200 mm2 de sección) recubierto con una capa de 6 mm2 de cobre.

2.5.2.2 Líneas de enlace con tierra Es la parte de la instalación que une los electrodos o conjunto de electrodos con los puntos de puesta a tierra.

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2.5.2.3 Puntos de puesta a tierra Son puntos situados fuera del suelo que sirven de unión entre la línea de enlace con tierra y la línea principal de tierra. Las instalaciones que lo precisen, dispondrán de un número suficiente de puntos de puesta a tierra, convenientemente distribuidos, que estarán conectados al mismo electrodo o conjunto de electrodos. El punto de puesta a tierra estará constituido por un dispositivo de conexión (regleta, placa, borne, etc.) que permita la unión entre los conductores de las líneas de enlace y principal de tierra de forma que pueda, mediante útiles apropiados, separarse éstas, con el fin de poder realizar la medida de la resistencia de tierra.

2.5.3 Línea principal de tierra Es la parte del circuito de puesta a tierra que parte de un punto de puesta a tierra y conecta con las derivaciones de la línea principal de tierra. Está formada por conductores de cobre o acero galvanizado y se dimensiona para la máxima corriente de falta que se prevea, siendo 2 2 como mínimo de 16 mm para cable desnudo de cobre y de 50mm para acero galvanizado en caliente. Las líneas se pueden establecer en las mismas canalizaciones que las líneas repartidoras. El recorrido será lo más corto posible y sin cambios bruscos de dirección.

2.5.4 Derivaciones de las líneas principales de tierra Son los conductores que unen la línea principal de tierra con los conductores de protección, o se conectan directamente a las masas de los aparatos y elementos metálicos existentes en el edificio. Estos conductores serán de cobre y su sección será la indicada en la ITC - BT 18 del Reglamento de Baja Tensión o se obtendrá por cálculo conforme a lo indicado en la Norma UNE 20.460 – 5 - 54.

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2.5.5

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Conductores de protección

Son los conductores de cobre encargados de unir eléctricamente las masas de los aparatos eléctricos con las derivaciones de la línea principal de tierra con el fin de asegurar la protección contra los contactos indirectos. El dimensionamiento de los conductores se hace en función de la sección del conductor de fase de la instalación que se va a proteger y que se resume en el siguiente cuadro:

Sección mínima de los conductores de fase S (mm2)

Sección mínima de los conductores de protección Sp (mm2)

S 35

SP= S/2

Si la aplicación de la tabla conduce a valores no normalizados, se han de utilizar conductores que tengan la sección normalizada superior más próxima.

2.6 DATOS DE PARTIDA 2.6.1

Datos del terreno.

En función de las características del terreno y atendiendo a lo dispuesto en el RCE se ha considerado para una estación tipo, una resistencia superficial del terreno de 150 ·m, valor medio tipo de una tierra marga y arcillosa compacta.

2.6.2

Intensidad de defecto y tiempo de corte.

A partir de las condiciones de suministro de Compañía, se considera una intensidad de defecto a tierra de 500 A. Este dato depende de las condiciones de suministro de energía eléctrica por la Compañía Suministradora y de su posición respecto a la S/E de tracción.

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2.6.3

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Tiempo máximo de eliminación del defecto.

La subestación está dotada de interruptor automático de acometida y relés indirectos de sobreintensidad y homopolar. El tiempo máximo de desconexión, en caso de defecto a tierra dentro de la subestación es de:  Disyuntor

85 ms

 Rele homopolar

20 ms

 Reles intermedios

80 ms

 Total

185 ms

2.7 CÁLCULO 2.7.1

Resumen de datos para el cálculo

 Tensión nominal

15kV

 Intensidad de defecto a tierra

500A

 Tiempo de despeje de la falta

0,185 s

 Resistividad del terreno

150 ·m

 Suelo de la subestación

Terrazo

 Resistividad superficial del terrazo 3000 ·m  Nivel de aislamiento considerado:

10Kv

2.7.2 Cálculo de la resistencia de puesta a tierra máxima El diseño de la red de tierras se realizará en base al valor de la Resistencia de Puesta a Tierra máximo que conforme a la reglamentación vigente permita implementar las instalaciones de Puesta a Tierra de Metro de Madrid mediante una malla única. Para cumplir rigurosamente la normativa vigente, únicamente se puede ejecutar una toma de tierra única, interconectando todas las instalaciones de puesta a tierra, si se asegura que no puedan presentarse tensiones peligrosas para las personas, bienes o instalaciones eléctricas. Para ello, según establece la ITC – BT 18 en su apartado 1.1, el valor de la resistencia de

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puesta a tierra única (Rt) será lo suficientemente baja para que se cumpla que en el caso de evacuar el máximo valor previsto de la corriente de defecto a tierra (Id) en el centro de transformación, el valor de la tensión de defecto (Vd=Id*Rt) sea menor que la tensión de contacto máxima aplicada (Vca). La tensión de contacto máxima aplicada (Vca) conforme se define en el punto 1.1 de la MIE – RAT 13 del Reglamento sobre Condiciones Técnicas y Garantías de Seguridad en Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centros de Transformación se calcula como:

Vca 

K 72   389,2V n t 0,185

donde: K = 72 (para n = 1) t = 0,185 s (correspondiente al tiempo de duración de la falta, obtenido a partir del tiempo máximo de eliminación del defecto por las protecciones) n = 1 (para t < 0,9 s)

Para el valor de la intensidad de defecto en la subestación eléctrica de tracción, se ha considerado una intensidad de defecto aproximada de 500 A, según datos aportados por las Compañías Eléctricas Suministradoras. A partir de los valores anteriores la resistencia de puesta a tierra de la malla única se obtiene conforme a la fórmula siguiente:

Rt 

Vca 389,2   0,78  Id 500

Por lo tanto, independientemente de la configuración y características de la malla única de puesta a tierra que se instale y del valor de resistividad del terreno en el que se instale, la resistencia de esta puesta a tierra deberá ser siempre inferior a 0,78 Ω. Una vez terminada la instalación, el Contratista deberá comprobar este valor y que las tensiones de paso y contacto para la instalación están dentro de los valores admisibles.

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2.7.3 Cálculo de la intensidad de defecto generadora de tensiones de paso y de contacto Únicamente en el caso de que se produzca una falta a tierra en la zona de Alta Tensión de la subestación eléctrica, se generarán tensiones de paso y de contacto como consecuencia de la difusión de corriente al terreno. El tipo de defecto más peligroso, el cual generará las intensidades más elevadas, es el monofásico. La intensidad de defecto en ese caso se puede calcular, según recomendaciones de UNESA, como:

U 3 Id  Rn  Rt Donde: U = tensión compuesta de servicio (V) Rn = resistencia del neutro del transformador de Compañía () Rt = resistencia de puesta a tierra de la instalación proyectada () Se estima que la línea de suministro a la S/E, alimentada desde dos transformadores de Compañía, tiene una resistencia de neutro igual a 18. Conocido este valor y la resistencia de puesta a tierra de la instalación, se puede calcular la intensidad de defecto generadora de tensiones de paso y de contacto.

2.7.4

Tensiones de paso y de contacto máximas admisibles

Las tensiones de paso y de contacto generadas como consecuencia de faltas monofásicas dentro de la instalación no superarán, en ningún caso, las máximas dadas por la MIE-RAT 13:

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Tensión de paso máxima:

 10 * K   6 *  s   * 1  EP    1000   tn   Tensión de contacto máxima:

K EP    tn

  1.5 *  s   * 1   1000   

Donde: t = duración de la falta a tierra (s) K = 72 y n = 1 para t < 0.9 s K = 78.5 y n = 0.18 para 0.9 s < t < 3 s ρs = resistividad superficial del terreno (·m) Teniendo en cuenta que, según se ha indicado, el tiempo máximo de eliminación de faltas monofásicas es de 0,185 s y la resistividad de la capa superficial del terreno, de hormigón/terrazo, es de ρs = 3000 ·m., entonces las tensiones máximas admisibles serán:

Tensión de paso máxima:

 10 * 72   6 * 3000  EP    * 1    73946V 1 1000   0,185   Tensión de contacto máxima:

 72   1,5 * 3000  EP    * 1    2140V 1 1000   0,185  

2.7.5 Comprobación de la validez de la red de tierras por tensión de paso máxima admisible Cálculo de la máxima tensión de paso teórica La ecuación para calcular la máxima tensión de paso previsible es la siguiente:

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E p  K p * Ki *  *

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Id L

Donde: Id = corriente disipada a tierra a través de la malla (A) L = longitud total de conductor enterrado (·m) ρ = resistividad del terreno (m) Kp = coeficiente que depende de la profundidad de la malla, la separación entre conductores y el número de éstos Ki = coeficiente de irregularidad que tiene en cuenta la desigual repartición de la corriente que fluye de la malla al terreno

Comprobación de las tensiones. Se comprobará que la tensión de paso teórica calculada es inferior a la máxima admisible según la normativa MIE-RAT 13 (73.946 V)

2.7.6 Comprobación de la validez de la red de tierras por tensión de contacto máxima admisible Cálculo de la máxima tensión de contacto teórica. La ecuación para calcular la máxima tensión de paso previsible es la siguiente:

Ec  K m * Ki *  *

Id L

Donde: Id= corriente disipada a tierra a través de la malla (A) L = longitud total de conductor enterrado (m) ρ = resistividad del terreno (·m) Km = coeficiente que depende del diámetro del conductor, la profundidad de la malla, la separación entre conductores y el número de éstos

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Ki = coeficiente de irregularidad que tiene en cuenta la desigual repartición de la corriente que fluye de la malla al terreno Comprobación de las tensiones Se comprobará que la tensión de contacto teórica calculada es inferior a la máxima admisible según la normativa MIE-RAT 13 (2.140 V).

2.8 CONCLUSIÓN Esta especificación debe tomarse a título orientativo, ya que las instalaciones de puesta a tierra se ejecutarán según las especificaciones técnicas vigentes en el momento de realización de las obras. De forma general, la elección e instalación de los materiales que aseguran la puesta a tierra deberán ser tales que:  El valor de la resistencia de puesta a tierra única esté conforme con las normas de protección y de funcionamiento de la instalación y se mantenga continuamente de esta manera.  Las corrientes de defecto a tierra y las corrientes de fuga puedan circular sin peligro, particularmente bajo el punto de vista de solicitaciones térmicas, termomecánicas y electromecánicas.  La solidez o la protección mecánica sea asegurada en función de las condiciones estimadas de influencias externas. Las instalaciones descritas relativas a la red general de tierras serán realizadas por el adjudicatario de la obra, por lo que, independientemente de lo aquí indicado, durante la fase de obra el Adjudicatario deberá realizar los cálculos y estudios de detalle correspondientes. Por lo tanto, independientemente de la configuración y características de la malla única de puesta a tierra que se instale y del valor de resistividad del terreno en el que se instale, la resistencia de esta puesta a tierra y las tensiones de paso y contacto deberán estar dentro de los valores admisibles.

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Una vez terminada la instalación, el Adjudicatario deberá comprobar todos estos valores para que la instalación esté dentro de los valores admisibles.

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3. CÁLCULO DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN.

3.1 PÉRDIDAS TÉRMICAS Pérdidas de los transformadores de tracción Según los datos facilitados por los fabricantes, las pérdidas térmicas de los transformadores son las siguientes: Transformadores de tipo seco de 3.300 KVA: 23 kW.

Pérdidas de los transformadores de servicios auxiliares Según los datos facilitados por los fabricantes, las pérdidas térmicas de los transformadores de servicios auxiliares son las siguientes: Transformadores de tipo seco de 50 KVA: 1,36 KW

Pérdidas de los rectificadores Según los datos facilitados por los suministradores, las pérdidas térmicas de los rectificadores son las siguientes: Rectificador de 3.000 KW (dos armarios), voltaje en carga: 1.500 Vcc, voltaje en vacío: 1.650 Vcc. Rectificador de 3.000 KW: 18 KW. Otras pérdidas Además de las anteriores, en la Subestación hay otras fuentes de calor que en resumen son:

 Calor producido por las cabinas.  Calor producido por la instalación de alumbrado.

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Los valores de estas fuentes de calor son despreciables en comparación con los transformadores y rectificadores, por lo cual no serán consideradas en el cálculo.

3.2 CAUDAL DE AIRE NECESARIO El diseño ha sido realizado considerando dos ventiladores extractores del 50% de capacidad y con rejillas sobre los rectificadores provistas de compuerta de regulación. Con el fin de dar la máxima flexibilidad al diseño, los conductos se han realizado con el caudal resultante de tener en cuenta todas las cargas previstas. Los elementos de control se encargarán de parar uno de los ventiladores, cuando no se requiera, debido a una disminución de la carga térmica.

En los lugares que estén previstos un transformador o rectificador futuro, la compuerta de la rejilla correspondiente debe estar cerrada. Temperatura exterior de diseño: 36,5ºC El caudal de aire requerido para mantener las condiciones de diseño viene dado por: G ts  Q v  0,24 d  t int  t ac 

Qv 

G ts 0,24  d  t int  t ac 

Simbología: Gts = Ganancia total sensible del local en kcal/h Qv = Caudal de aire requerido en ventilador en m3/h 0,24 = Calor específico del aire en kcal/kg d = Densidad del aire en condiciones de diseño (1,05 kg/m3) tae = Temperatura de aire de entrada (diseño 36,5ºC) (tint - tae) = Corresponde al incremento máximo de temperatura ambiente con respecto a la temperatura exterior; que en nuestro caso se ha considerado un valor de 6 ºC.

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Los valores resultantes de los cálculos se indican a continuación: 

Caudal de aire por cada transformador tipo seco de tracción: El calor a desalojar por cada transformador de tipo seco de 3.300 KVA es de 19.780 Kcal /h (23 KW x 860 Kcal).

Q=



19.780 K cal / h  13.082 m 3 / h 3 1,05 Kg/m  0,24 K cal / Kg C  6C

Caudal de aire por cada transformador tipo seco de servicios auxiliares:

El calor a desalojar por cada transformador de tipo seco de 50 KVA es de 1.169,6 Kcal/h (1,36 KW x 860 Kcal).

Q=



1.169,6 K cal / h  774 m 3 / h 3 1,05 Kg/m  0,24 K cal / Kg C  6C

Caudal de aire por rectificador: El calor a desalojar por cada rectificador de 3.000 KW (dos armarios) es de 15.480 Kcal /h (18 KW x 860 Kcal).

Q=

15.480 K cal / h  10.238 m3 / h 1,05 Kg / m3  0,24 K cal / Kg  C  6 C

Caudal total de aire necesario:

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Las Subestaciones cuentan con 1 transformador de tracción, 1 rectificador y 1 transformador de servicios auxiliares, con lo que resulta un caudal total de: Q= 13.082 + 10.238 + 774 = 24.094 m3 / h

que es el caudal requerido para disipar la carga térmica total y mantener la sala a 40ºC con temperatura exterior de 36,5ºC.

3.3 PRESIÓN ESTÁTICA REQUERIDA EN VENTILADOR

La presión estática requerida viene dada por la suma de las pérdidas de carga de los pozos de entrada y salida de aire, filtro de aire, cambios de dirección y tramos de conductos de aspiración con sus rejillas, compuertas y silenciador. Las ecuaciones por las que se determinan estas pérdidas de carga vienen dadas por las siguientes fórmulas: Tramos Rectos Ecuaciones de Darcy, Colebrook y Altshul (1)

Pf = f (1000 L/Dh)  V² / 2 (Ecuación de Darcy) Pf = Pérdida de carga en (Pa) f = Factor de Fricción adimensional L = Longitud del conducto en (m) Dh = Diámetro hidráulico (mm) V = Velocidad (m/s) P = Densidad (kg/ m³)

Para calcular f (ecuación de Colebrook)

1 (2)

f

0.5

  2,51   2 log   0.5   3,7 * Dh Re* f 

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Donde:  = Factor de Rugosidad absoluta del material (mm) Re = Número de Reynolds Debido a las complicaciones de la ecuación (2) el factor de fricción (f) se obtiene por la siguiente ecuación simplificada, desarrollada por Altshul.

68    f '  0.11    3,7 * Dh Re 

(3) Si

f’  0.0018

f = f’

Si

f’ < 0.0018

f = 0.85*f + 0.0028

0.25

El error está dentro del 1,6% de la ecuación de Colebrook

El número de Reynolds (Re) viene dado por:

Re  (4)

Dh * V 1000 * v

Donde: v = velocidad cinemática (m²/s) Para el aire estándar se puede calcular con: (5)

Re = 66,4*Dh*V

Para conductos rectangulares

De  1,3 * (6)

(a * b)0.625 (a  b)0.25

Donde:

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De = Diámetro equivalente para el conducto rectangular para la misma resistencia y caudal (mm) a = Dimensión de un lado del conducto (mm) b = Dimensión del otro lado del conducto (mm)

Pérdidas en accesorios

C (7)

Pj Pj  2 (  * V / 2) Pv

;

Pj = C * Pv

C = Coeficiente de pérdida del accesorio adimensional Pj = Pérdida de carga del accesorio (Pa)  = Densidad (kg/ m³) V = Velocidad en m/s Pv = Presión dinámica (Pa)

Resultados De Pérdidas De Carga Teniendo en cuenta los conductos y los accesorios considerados, las pérdidas en las subestaciones son:

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CALCULO DE CONDUCTOS

- Proyecto: SUBESTACIONES DELA LÍNEA 2 DEL METRO DE SANTO DOMINGO) - Localización: CIRCUITO MAS DESFAVORABLE: 0-1-2-3-4

TRAMO

Q (l/s)

L Cond. Rect. (m) w(mm)h(mm)

CONDUCTOS Deq. v Ju Coef. Js (mm) (m/s) (Pa/m) Rug. (Pa)

Tipo (*)

ACCESORIOS Ja Re. Coef. Pv (Pa) 10^-4 C (Pa)

Jv (Pa)

PERDIDAS TOT. Tramo Acum. (Pa) (Pa)

0-1

13889 1

3500 2000

2864

2,0

0,01 1,60

0,0

Rejilla

33,5

2,00

2,4

4,7

4,8

1-2

13889 10 3500 2000

2864

2,0

0,01 1,60

0,2

10-D

33,5

1,20

2,4

2,8

3,1

7,8

3,20

2,4

7,6

7,6

15,4

80,0

95,4

1,20

29,1

34,9

35,2

130,6

12-A

0,06

29,1

1,7

1,7

132,3

14-X

0,30

29,1

8,7

8,7

141,1

1,20

16,2

19,4

27,6

168,7

35,0

203,7

10-J Silenciador 80,0 2-3

3-4

13889 1

2000 1000

7775 40 1500 1000

1523

1332

6,9

5,2

0,31

0,21

0,3

8,2

10-D

61,5

10-D Rejilla

41,3 35,0

4,8

3.4 VENTILADORES Por todo lo anteriormente señalado, se instalarán dos ventiladores, uno de reserva del otro, con las siguientes características: 

Caudal: 25.000 m3/h



Presión estática requerida: 30 mm c.d.a. (300 Pa)

En condiciones normales de funcionamiento, únicamente se encontrará en marcha uno de los ventiladores. En condiciones extremas (36,5ºC exteriores) deberán funcionar ambos ventiladores con el objeto de mantener las condiciones ambientales requeridas

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