PEMEXSPCO

GIP

MANUAL. DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEO

INGENIERA ELCTRICA

ELABORO: SUPTCIA. GRAL DE INGRIA. ELECTROMECNICA REV:0 SEP 1 1990

DESCRIPCIN

L

HOJA 11 DE 294

L / I!. FUERZA

PEMEXSPCO

GIPy i

IVIAIMUAL OE PROCEDIIV1IEI\ITOSOE IfMGEKllERIA DE DISEIMO

INGENIERA ELCTRICA

ELABORO: SUPTCIA. GRAL. DE INGRIA. ELECTROMECNICA REU:0 SEP 1 1990

DESCRIPCIN

L

HOJA 12 DE 294

-i

!_ / II. FUERZA/

L / II. 1 . PROCEDirVllENTO DE CALCULO PARA CORTO CIRCUITO

L / 11.1 . 1 . Corto Circuito Trifsico.

Para la elaboracin de este clculo se utiliza el mtodo de los MVA's, quees el ms adecuado a desarrollar en la etapa de diseo.

Para calcular las corrientes de falla por el mtodo de los MVA's se realizanlos siguientes pasos:

L / 11.1 .1 .1 Preparar un Diagrama Unifilar del Sistema en Estudio,mostrando los siguientes elementos con sus datosrespectivos.

(01) La contribucin de la fuente de alimentacin al corto circuito en MVA.

(02) La reactancia subtransitoria X"d y la capacidad en MVA de los genera-dores.

(03) La potencia en HP y reactancia de los motores en alta tensin.

(04) Motores en baja tensin.

Se agrupan los motores mayores de 50 HP, indicando su suma en HP, ascomo su reactancia equivalente (norma ANS C-37.13, 1981; STD. lEEE-141-1986). Se agrupan los motores menores de 50 HP, indicando su suma en HP,asi como su reactancia equivalente (norma ANS C-37.13, 1981; STD. IEEE-141-1986).

(05) Las reactancias, capacidad en MVA y relacin de tensin de transfor-madores.

(06) La reactancia y capacidad en MVA de reactores.

(07) La reactancia, longitud y tensin de operacin de cables.

(08J Se desprecian las reactancias de buses, transformadores de corrientee interruptores.

PEMXSPCO

GIP

MANUAL. DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEO

INGENIERA ELCTRICA

ELABORO: SUPTCIA. GRAL DE INGRIA. ELECTROMECNICA REV: 0 SEP I 199(

DESCRIPCIN

L

|| HOJA 13 DE 294

L / II.1 .1 .2. Datos de los elementos del sistema.i

Se deber obtener del fabricante los valores especficos (reactancias, resis-tencias, potencia, tensin, etc.) de los diferentes equipos y elementos del siste-ma, cuando no sea posible obtenerlos se emplearn los valores que se dan en lastablas No. L / 11.1.3.1., L / II. 1.3. 2.,L / 1 1 1 3 5 v L / 1 1 1 3 6

L / 11.1.3.3.. L / 11.1.3.4. ,

L / 11.1 .1 .3. Conversin de Reactancias a su Potencia de Corto Cir-cuito.

Todas las reactancias de los diferentes elementos debern convertirse a supotencia de aportacin al corto circuito, de acuerdo a las siguientes fr-mulas:

( K V ) 2MVACC =

MVACC = -ir-MVA

xr

MVACC =

Donde:

MVACC =KV"7 _

puMVA

MVA

Potencia de corto circuito del elemento en MVA.Tensin a la cual opera el elemento en KV.Impedancia del elemento en Ohms.Reactancia del elemento en por unidad.Impedancia del elemento en por unidad.Potencia nominal del elemento en MVA.

Obsrvese que a diferencia de otros mtodos, hasta este punto, el mtodode los MVA's no requiere de una base comn en MVA o KVA, y tam-poco es necesario cambiar las irtipedancias a otra base. Con estos valoresse elabora el diagrama de potencias (bloques) de corto circuito, ver figuraL / II.1.1.A.

1" PEMEXSPCO

GIP

IV! ANUAL DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEO

INGENIERA ELCTRICAELABORO: SUPTCIA. GRAL. DEINGRIA. ELECTROMECNICA BEV: 0 SEP 1 1990

DESCRIPCIN

L

HOJA 14 DE 294

L / 11.1 .1 .4. Simplificacin de los Diagramas de Potencias de CortoCircuito.

Se combinan las potencias de C.C. para reducirlas a una potencia equiva-lente en el punto de falla seleccionado, de acuerdo a las reglas siguientes (ver fi-gura L / II.1.1.B.):

Elementos en serie se combinan como si fueran resistencias en paralelo.

MVA, x MVA2MVA12 = - (MVA)MVA, + MVA2

Elementos en paralelo se combinan como si fueran resistencias en serie.

MVA12 = MVA, + MVA2 (MVA)

Cuando los elementos se encuentran en una combinacin Delta y se deseaconvertir a una Estrella; se aplica la siguiente regla:

Si se designan como "Y" los MVA en conexin Estrella y "D" los MVA enconexin Delta, la conversin se obtiene con las relaciones que se indican a conti-nuacin.

YY _

Y, =

D ;SD2SD,

Siendo S = (D, D2) + (D2 D3) + (D3 D,)

Esta simplificacin de potencias se realiza para obtener la potencia equiva-lente en el punto de falla o donde se requiera.

L / 11.1 .1 .5. Clculo de la Corriente de Falla.

Para calcular la corriente de corto circuito en e\ punto de falla se aplicarla expresin:

MVACC,

\/3 KV,x 1000

PEMEXSPCOGIP

MANUAL DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEO

INGENIERA ELCTRICA

ELABORO: SUPTCIA. GRAL. DE INGR1A. ELECTROMECNICA BEV:0

Donde:

MVA,,, = Potencia de corto circuito equivalente en

SEP 1 1990

DESCRIPCIN

L

HOJA 15 DE 294

*

el punto de falla enMVA.

KV, = Tensin en el punto de falla en KV.lcc = Corriente de corto circuito en el punto de falla en Amperes.

L / 11.1 .2. Corto Circuito Monofsico.

En este clculo la corriente es afectada por la forma en que se encuentranconectados los neutros del sistema a tierra, ya que representan los puntos de re-torno para la circulacin de las corrientes de secuencia cero, por lo que es necesa-rio considerar este aspecto en la denominada red de secuencia cero, ver figuraL / II.1.2.A.

Para calcular las corrientes de falla se realizan los siguientes pasos:

L / 11.1 .2.1 . Preparar el Diagrama Unifilar del Sistema en Estudio.mostrando los siguientes elementos con sus datosrespectivos.

(01) La contribucin de la fuente de alimentacin al corto circuito en MVA,Y su forma de conexin del neutro a tierra.

(02) La reactancia subtransitoria X"d, la reactancia de secuencia (X0), lacapacidad en MVA de los generadores y su forma de conexin delneutro a tierra.

(03) La potencia en HP, reactancia y forma de conexin del neutro a tierrade los motores en alta tensin.

(04) Motores en baja tensin.Se agrupan los motores mayores de 50 HP, indicando su suma en HP^_ as

como su reactancia equivalente (norma ANS C-37.13, 1981 y STD. IEEE-141-1986). Se agrupan los motores menores de 50 HP, indicando su suma en HP,as como su reactancia equivalente (norma ANS C-37.13, 1981 y STD. IEEE-141-1986).

(05) Las reactancias, capacidad, relacin de tensin y forma de conexindel neutro a tierra de transformadores.

(06) La reactancia y capacidad en MVA de reactores.

(07) Las reactancias, longitud y tensin de operacin de cables.

PEMXSPCO

GIP

MANUAL. DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEO

INGENIERA ELCTRICAELABORO: SUPTCIA. ORAL DE INGRIA. ELECTROMECNICA

DESCRIPCIN

L

REV:0 || SEP 1 1990 HOJA 16 DE 294

(08) Se desprecian las reactancias de buses, transformadores de corrientee interruptores.

L / 11.1 .2.2. Datos de los Elementos del Sistema.

Se procede igual que en el punto L / 11.1.1.2.

L / 11.1 .2.3. Conversin de Reactancias a su Potencia de Corto Cir-cuito.

Se procede igual que en el punto L / 11.1.1.3.Con estos valores en MVA se elaboran los diagramas de secuencia ( + ), ( )

y (0).

L / 11.1 .2.4. Simplificacin de los Diagramas de Potencias de CortoCircuito.

Aplicar punto L / 11.1.1.4.

Esta simplificacin se realiza para obtener la potencia equivalente en el pun-to de falla de las tres redes de secuencia, positiva, negativa y cero, tomando enconsideracin que los MVA ( + ) = MVA ( ) , y que los MVA (0) dependen dela conexin a tierra de los neutros de transformadores, generadores, motores ysistema.

Se interconectan las tres redes de secuencia como se muestra en la figuraL / II.1.2.B. y se combinan las potencias hasta obtener la potencia resul-tante.

t / 11.1 .2.5. Clculo de la Corriente de Falla.

Para calcular la corriente de corto circuito de falla a tierra o monofsica, seaplican las siguientes expresiones:

MVAF0 = 3MVAeq

MVAF0x1000

Donde:

MVAF0MVA^If.KV,

V3 KV,

Potencia de falla a tierra en MVA.Potencia de falla equivalente en MVA.Corriente de falla a tierra en Amperes.Tensin en el punto de falla en KV.

PEMEX MANUAL DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEOINGENIERA ELCTRICA

ELABORO: SUPTCIA. GRAL. DE INGRIA. ELECTROMECNICA REV: O SEP I 1990

DESCRIPCIN

L

HOJA 17 DE 294

L / 11.1 .3. Lista de Tablas.

TABLA No.

L / 11.1.3.1.

L / 11.1.3.2.

L / 11.1.3.3.

L / 11.1.3.4.

L / 11.1.3.5.

L / 11.1.3.6.

DESCRIPCIN

Valores Tpicos de reactancias para mquinas giratorias.

Factores de Multiplicacin para Reactancias (Impedancias) demotores de Induccin.

Constantes de Conductores para un Espaciamiento Simtricode 1 ft.

Factor de Espaciamiento de Reactancia XB, en Ohms por1000 ft de Conductor.

Valores Tpicos de Reactancia para Cables Trifsicos, en Ohmspor 1000 ft de Conductor.

Valores Normalizados de Impedancia para TransformadoresTrifsicos.

L / Referencias.

Transactions on Industrial Applications Vol. IA.-10.No. 2 march/april 1974.

ANSI/IEEE STD.-141-1986. Recommended Practice for Electric Power Distribution for In-dustrial Plants.

Norma ANS C-37.10-1979. Application Cuide for AC High-Voltage Circuit Breakers ratedon a Symmetrical Current Basis.

Norma ANS C-37.13-1981. Standard for Low-Voltage AC Power Circuit Breakers used inEnclosures.

L / 11.1 .5. Notas.

Cuando se conozcan todos los datos de los elementos que intervienen enel sistema, se puede utilizar el mtodo de las 3 redes, basado en la norma ANSC-37.10-1979 y STD. IEEE-141-1986, para lo cual, emplee el programa por com-putadora denominado "Cortocto", perteneciente a la S.I.E.

PEMEXr SPCO

GIP

IVlAtVUAU DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEO

INGENIERA ELCTRICA

ELABORO: SUPTCIA. GRAL. DE INGRIA. ELECTROMECNICA REV: O SEP I 1990

A Y U D A S

L

HOJA 18 DE 294

*

ACOMETIDA1 OOO MVA

8 KV>10C"

MVA 1ACOMET.

TR- 110 MVA13. 8/4.16 KVZ = 5 .75%

4. 16 KV

MU TR-2A/V\

ZOO HPX= 17%

I. 5 MVA4.16/0.48 KVZ- 5.75%

480 V

MOT. >50HP SMOT. < 50 HPY - 9 R O / Y - 5 > R /r^ ~ c.*j /o A* tO /o

MVA 2TR-1

MVA 4M

4. 16 KV

MVA 3TR-2

480 V

MVA 5M2

MVA 6M3

FIGURA L / II.1.1.A. DIAGRAMA UNIFIL7XR

PEMEXSPCO

GIP

MANUAL DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEO

INGENIERA ELCTRICA

ElABORO: SUPTCIA. GRAL. DE INGRIA. ELECTROMECNICA BEV:0 SEP / 1990

A Y U D A S

L

HOJA 19 DE 294

a)Fl 4.16 KV

MVA 3

0.48 KV

MVA (546)

b)

IMVA 1-2

F I

[MV

4.16 KV

MVA 4 MVA 3 - (546 )

O MVA2H4+3-(5+6)

4.16 KV

lrr F 1 = MVA9q F 1r (AMP)

KV

FIGURA L / 11.1 .1 .B. SIMPLIFICACIN DE POTENCIAS

PEMEXSPCO

GIP

MANUAL DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEO

INGENIERA ELCTRICA

ELABORO: SUPTCI A. GRAL. DE INGRIA. ELECTROMECNICA REV: O SEP / 1990

A Y U D A S

L

HOJA 20 DE 294

'

G E N E R A D O R E S

CONEXIN A TIERRADEL NEUTRO

DIAGRAMA DE SECUENCIACERO

NEUTRO A I S L A D O

NEUTRO SLIDAMENTECONECTADO A TIERRA

X nNEUTRO CONECTADO ATIERRA A TRAVS DEREACTANCIA O RESIS-TENCIA .

(TIERRA)

( T I E R R A )

( T I E R R A )

FIGURA L / II. 1 .2.A. DIAGRAMAS DE SECUENCIA CERO PARAGENERADORES

PEMEXSPCO

GIP1

,

MANUAL DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEO

INGENIERA ELCTRICA

ELABORO: SUPTCIA. GRAL DE INGRIA. ELECTROMECNICA REV;0 SEP I 1990

A Y U D A S

L

HOJA 21 DE 294

( T I E R R A )

_

I T I E R R A )

P N S

( T I E R R A )

P N S

( T I E R R A )

FIGURA L / 11.1 .2.B. DIAGRAMAS DE SECUENCIA CERO PARATRANSFORMADORES

PEMEXSPCO

MANUAL DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEO

INGENIERA ELCTRICA

A Y U D A S

,

GIPELABORO: SUPTCIA. GRAL. DE INGRIA. ELECTROMECNICA REV: O SEP | 1990 HOJA 22 DE 294

TABLA L / 11.1.3.1.f

VALORES TPICOS DE REACTANCIAS PARA MAQUINAS GIRATORIAS(EN P.U. DE LOS KVA DE LA MAQUINA)*

X'ri

Turbine generators +2 poies 0.09 0.154 poles 0.15 0.23

Salient-pole generators with damper windings4"12 poles or less 0.16 0.3314 poles or more 0.21 0.33

Synchronous motors6 poles 0.15 0.238-14 poles 0.20 0.3016 poles or more 0.28 0.40

Synchronous condensers+ 0.24 0.37Synchronous converters +

600 V direct current 0.20250 V direct current 0.33

Individual large induction motors,usually above 600 V 0.17

Smaller motors, usually 600 V and below See Table No. L / 11.1.3.2.NOTE: Approximate Synchronous motor kVA bases can be ound from motor horsepower ratings as follows:

0.8 power factor motor kVA base = hp rating1.0 power factor motor kVA base = 0.8 . hp rating

* Use manufacturis specified vales if available.X'd not normally used in short-circuit calculations.

TABLA L / 11.1.3.2.

FACTORES DE MULTIPLICACIN PARA REACTANCIAS(IMPEDANCIAS) DE MOTORES DE INDUCCIN

Type of RotatingMachine

Induction MotorsAll others, 50 hp and aboveAll smaller than 50 hp "

First-CycleNetwork

1.2 X"d*1-.67 X'V

InterruptngNetwork

3.0 X'VNeglect

' or estimate the first cycle network X = 0.20 per unit based on motor rating.or estimate the first-cycle network X = 0.28 per unit based on motor rating.or estimate the interrupting network X = 0.50 per unit based on motor rating.

PEMEX MANUAL DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEOINGENIERA ELCTRICA

ELABOBO: SUPTCIA. GRAL. DE INGRIA. ELECTROMECNICA REV: O SEP / 1990

A Y U D A S

L

HOJA 23 DE 294

TABLA L / 11.1.3.3.

-

CONSTANTES DE CONDUCTORES PARA UN ESPACIAMIENTOSIMTRICO DE 1 ft.

a) COBRE

_

Size of Conductor(cmil) . (AWG No.)

1 000 000900 000800 000750 000700 000600 000

500 000450 000400 000350 000300 000250 000

211 600167 800133 100105 50083 69066370

52 63041 74033 10026 25020 80016 510

4/03/02/01/0

12

345678

Resistance Rat 50 C, 60 Hz

(Q/conductor/1000 ft)0.01300.01420.01590.01680.01790.0206

0.02460.02730.03070.03480.04070.0487

0.05740.07240.09110.1150.1450.181

0.2270.2880.3620.4530.5700.720

Reactance XA at 1 ftSpacing, 60 Hz

(Q/conductor/1000 ft)0.07580.07690.07820.07900.08000.0818

0.08390.08540.08670.08830.09020.0922

0.09530.09810.1010.1030.1060.108

0.1110.1130.1160.1210.1230.126

NOTE". For a three-phase circuit the total impedance, une to neutral, isZ = R + j(XA + XB)* Use spacing factors of XB of Table L / 11.1.3.4. for other spacings.

PEMEXSPCO

GIP

MANUAL DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEO

INGENIERA ELCTRICA

ELABORO: SUPTCIA. GRAL DE INGRIA. ELECTROMECNICA REV:0 SEP 1 1990

A Y U D A S

L

HOJA 24 DE 294

-

CONTINUA TABLA L / 11.1.3.3.

b) ACSR

Size of Conductor(cmil) (AWG No.)

Resistance Rat 50 C, 60 Hz

(Q/conductor/1000 ft)Reactance XA at 1 ft

Spacing, 60 Hz(Q/conductor/1000 ft)

11

111

!

I|I

!

;I

:

!

590 000431 000

272 000192 500113 000954 000795 000715 500

636 000556 500477 000397 500336 400266 800

"

4/03/02/01/012

3456 .

0.01290.0144

0.01610.01710.01830.02130.02430.0273

0.03070.0352 i0.03710.04450.05260.0662

0.08350.10520.13300.16740.21200.2670

0.33700.42400.53400.6740

0.06790.0692

0.07040.07120.07190.07380.07440.0756

0.07680.07860.08020.08240.08430.0945

0.10990.11750.12120.12420.12590.1215

0.12510.12400.12590.1273

NOTE: For a three-phase circuit the total mpednnce, une to neutral, isZ = R I (XA +- Xn)' Use spacing tactors of XB of Table L / 11.1.3.4. for other spadngs.

PEMEX MANUAL DE PROCEDIIVIIENTOSDE INGENIERA DE DISEOINGENIERA ELCTRICA

A Y U D A S

L

ELABORO: SUPTCIA. GRAL. DE INGRIA. ELECTROMECNICA REV: O SEP I 1990 HOJA 25 OE 294

TABLA L / 11.1.3.4.

FACTOR DE ESPACIAMIENTO DE REACTANCIA XB,EN OHMS POR 1000 ft DE CONDUCTOR

~

Separation (inches)Ifeet) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

012345678

_

_

0.01590.02520.03190.03700.01120.04470.0478

-0.05710.0018001690.02590.03230.03740.04150.0-450

-0.04120.00350.01780.02650.03280.03770.04180.0453

-0.03190.00510.01860.02710.0333003810.04210.0455

-0.02520.00610 01950.02770.03370.0385004240.0458

-0.02010.00800.02030.02820.03410.03880 04270.0460

-0.01590.00930.02110.02880.03460.03920.04300.0463

-0.01240.01060.02180.02930.03500.03950.04330.0466

-0.0093001170.02550.02990 03540.03990.04360.0468

-0.00660.01290.02320.03040.03580.04020 04390.0471

-000420.01390.02390.03090.03620.04050 04420.0473

-0.00200.01490 02460.03140.03660.0-1090.04450.0476

Separation(quarter nches

(inches) 0 1/4

0123456789

101112

-0.0571-0.0412-0.0319-0.0252-0.0201-0.0159-0.0124-0.0093-0.0066-0.0042-0.0020-

-0.0519-0.0384-0.0301-0.0238-0.01795-0.01494-0.01152-0.00852-0.00605

_

-

-

2/4 3/4

-0.0729-0.0477-0.0359-0.0282-0.0225-0.01795-0.01399-0.01078-0.00794-0.00529

-

-

-

-0.0636-0.0443-0.0339-0.0267-0.0212-0.01684-0.01323-0.01002-0.00719-0.00474

_

-

-

PEMEXSPCO

MANUAL DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEO

INGENIERA ELCTRICA

A Y U D A S

LGIP

ELABORO: SUPTCIA. GRAL DE INGRIA. ELECTROMECNICA REV: O SEP / 1990 HOJA 26 DE 294

"

TABLA L / 11.1.3.5.

VALORES TPICOS DE REACTANCIA, CABLES TRIFSICOS,EN OHMS POR 1000 ft DE CONDUCTOR

System VoltageCable Size 600 V 2400 V 4160 V 6900 V 13800 V

4 to 13 single-conductor cables in magnetic conduit1 three-conductor cable in magnetic conduit1 three-conductor cable in nonmagnetic duct

1/0 to 4/03 single-conductor cables in magnetic conduit1 three-conductor cable in magnetic conduit1 three-conductor cable in nonmagnetic duct

250-750 kcmil3 single-conductor cables in magnetic conduit1 three-conductor cable in magnetic conduit1 three-conductor cable in nonmagnetic duct

0.05200.03810.0310

0.04900.03600.0290

0.04500.03250.0270

0.06200.03840.0335

0.05500.03460.0300

0.05000.03100.0275

0.06180.03840.0335

0.05500.03460.0300

0.05000.03100.0275

0.05220.0453

-

0.04480.0386

0.03780.0332

0.05260.0457

-

0.04520.0390

0.03810.0337

NOTE: These vales may also be used for magnetic and nonmagnetic armored cables.

PEMEXSPCO

GIP

IVIAIMUAL DE PROCEDIMIENTOSDE INGENIERA DE DISEO

INGENIERA ELCTRICA

ELABORO: SUPTCIA. GRAL DE INGRIA. ELECTROMECNICA REV:0 SEP / 1990

A Y U D A !

L

HOJA 27 DE 294

_

TABLA L / 11.1.3.6.

VALORES NORMALIZADOS DE IMPEDANCIAPARA TRANSFORMADORES TRIFSICOS

High-Voltage Rating

(volts) kVA Rating

Secondary Unit Substation Transformers*2400-13800 112.5-2242400-13800 300-5002400-13800 750-2500

22 900 All34 400 All

Liquid-lmmersed Transformers, 501-30000 kVA +

2 400-22 90026 400,34 400

4380067000

115000138000

Percent Impedance Voltage

Not less than 2.0Not less than 4.5

6.755

6.75

7.25

Low Voltage,480 V

6.755

7.257.75

Low Voltage,2400 V and Above

6.5**

7.0

7.5

8.08.59.0

NOTES: (1) Ratings separated by hypnens indcate that all intervening standard ratings are ncluded.Ratings separated by 8 comma indcate that only those usted are included.(2) Percent impedance voltages are at self-cooled rating and as measured on rated voltage connection.' From NEMA 210-1982 [38].* From ANS C57.12.10-1977 [4].* Three-phase transformers 5000 kVA and smaller with high-voltage windings rated 25 kV and below are

commonly used in industrial applications and are normally built with impedance voltages of 5.75%.*" Three-phase transformers 5000 kVA and smaller with high-voltage windings rated 25 kV and below are

commonly used in industrial applications and are normally built with impedance voltages of 5.5%.