MEMORIA DE CÁLCULO
MEMORIA DE CÁLCULO DE
DISEÑO – TRANSFORMADOR
ZIG-ZAG
SUBESTACIÓN SANTA ENGRACIA
220/30 KV
RIOJA
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Fecha
Motivo del cambio
MAYO 2024
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Aprobado por
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ÍNDICE
1. OBJETIVO .................................................................................................................. 3
2. NORMAS Y REFERENCIAS ................................................................................... 3
NORMAS ..................................................................................................................................................... 3
REFERENCIAS .............................................................................................................................................. 3
3. CARACTERISTICAS DEL SISTEMA ELÉCTRICO ........................................... 3
4. METODOLOGÍA DE CÁLCULO ............................................................................ 4
4.1. CÁLCULO DE LA POTENCIA DE CORTOCIRCUITO ................................................................................... 4
4.2. CÁLCULO DE IMPEDANCIA DE SECUENCIA CERO POR FASE ................................................................... 4
5. RESULTADOS ........................................................................................................... 8
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MEMORIA DE CÁLCULO
1. OBJETIVO
El objetivo de la presente sección es determinar el diseño del transformador zig-zag, para lo cual
se calculará la corriente de falla a tierra e impedancia de secuencia cero por fase. Estos
parámetros son importantes para asegurar que el transformador zig-zag pueda detectar las faltas
monofásicas en las barras de 30 kV de manera efectiva.
2. NORMAS Y REFERENCIAS
NORMAS

IEEE Std C62.92.4: “IEEE Guide for the Application of Neutral Grounding in Electrical
Utility Systems--Part IV: Distribution”
REFERENCIAS

ENG-SE-CI-MC-16-Informe de estudio: cortocircuito
3. CARACTERISTICAS DEL SISTEMA ELÉCTRICO
La subestación tendrá una configuración de: una posición de línea de 220 kV (Hacia S.E. Santa
Engracia (REE)), una posición de transformador, con un nuevo transformador 165/90/75 MVAs
(ONAN-ONAF), 220/30/30 kV, y una posición de barra simple de 220 kV.
En el lado de 30 kV estará conformado por celdas de MT.
En el documento “Estudio de cortocircuito”, se modeló el diagrama unifilar de la subestación.
Figura 1. Diagrama Unifilar modelado en ETAP
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En el cual se realizaron cortocircuito trifásico en las barras de 30 kV y se obtuvieron los siguientes
valores:
Tensión
(kV)
Trifásico
Barra 1
30 kV
20.783
Barra 2
30 kV
23.558
ID Barra
I”k (kA)
Tabla 1. Cortocircuito Monofásico L-T.
4. METODOLOGÍA DE CÁLCULO
Con el objetivo de poder detectar las faltas monofásicas que se produzcan en las barras de 30
kV se dispondrá de un transformador zig-zag en cada salida de 30 kV del transformador de
potencia.
4.1. CÁLCULO DE LA POTENCIA DE CORTOCIRCUITO
Se calcula la potencia de cortocircuito trifásico considerando la mayor corriente de cortocircuito
trifásico:
𝑆𝑐𝑐 = √3 ∗ 𝑉𝑛 ∗ 𝐼𝑐𝑐
Donde:
Scc= Potencia de cortocircuito trifásico en el lado de 30 kV (MVA)
Vn= Tensión nominal (kV)
Icc= Corriente de cortocircuito trifásico en la barra de 30 kV (kA)
Reemplazando los datos:
𝑆𝑐𝑐 = √3 ∗ 30 ∗ 23.558
𝑆𝑐𝑐 = 1224.11 𝑀𝑉𝐴
4.2. CÁLCULO DE IMPEDANCIA DE SECUENCIA CERO POR FASE
Corriente de falla a tierra y por fase
Se limita la corriente de falla a tierra (por neutro):
𝐼𝑔 = 500 𝐴
Se define la corriente de falla por fase:
𝐼0 =
4/8
𝐼𝑔
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Los cuales se representan en la siguiente figura.
𝐼0 =
𝐼𝑔
3
𝐼𝑔 = 500𝐴
Figura 2. Representación de la corriente de falla a tierra (por neutro).
Parámetros considerados
Se consideran lo siguientes parámetros:
𝑆𝑏𝑎𝑠𝑒 = 100 𝑀𝑉𝐴
𝑉𝑏𝑎𝑠𝑒 = 30 𝑘𝑉
Donde:
Sbase= Potencia de cortocircuito base (MVA)
Vbase= Tensión nominal base (kV)
Se calcula la impedancia base (𝑍𝑏𝑎𝑠𝑒 ) en ohmios:
𝑍𝑏𝑎𝑠𝑒 =
𝑉𝑏𝑎𝑠𝑒 2
𝑆𝑏𝑎𝑠𝑒
𝑍𝑏𝑎𝑠𝑒 =
302
100
𝑍𝑏𝑎𝑠𝑒 = 9 𝛺
Se calcula la corriente base (𝐼𝑏𝑎𝑠𝑒 ) en amperios:
𝐼𝑏𝑎𝑠𝑒 =
𝑆𝑏𝑎𝑠𝑒
√3 ∗ 𝑉𝑏𝑎𝑠𝑒
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𝐼𝑏𝑎𝑠𝑒 =
100 ∗ 1000
√3 ∗ 30
𝐼𝑏𝑎𝑠𝑒 = 1924.50 𝐴
Impedancias de secuencia
Se calcula la impedancia de secuencia positiva (𝑍1 ) en por unidad, la cual es igual a la impedancia
de secuencia negativa (𝑍2 ) en por unidad:
𝑍1(𝑝.𝑢.) = 𝑍2(𝑝.𝑢.) =
𝑍1(𝑝.𝑢.) = 𝑍2(𝑝.𝑢.) =
𝑆𝑏𝑎𝑠𝑒
𝑆𝑐𝑐
100
1224.11
𝑍1(𝑝.𝑢.) = 𝑍2(𝑝.𝑢.) = 0.082 𝑝. 𝑢. 𝛺
Se muestra el diagrama de impedancia en por unidad, según Figura A.1 de la IEEE Std C62.92.4.
0.082 p.u.
0.082 p.u.
Figura 3. Diagrama de impedancia por unidad.
Se calcula la corriente de falla a tierra (𝐼𝑔 ) en por unidad:
𝐼𝑔(𝑝.𝑢) =
𝐼𝑔(𝑝.𝑢) =
𝐼𝑔
𝐼𝑏𝑎𝑠𝑒
500
1924.50
𝐼𝑔(𝑝.𝑢) = 0.26 𝑝. 𝑢. 𝐴
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Se calcula la corriente de falla por fase (𝐼0 ) en por unidad:
𝐼0(𝑝.𝑢) =
𝐼𝑔(𝑝.𝑢)
3
𝐼0(𝑝.𝑢) =
0.26
3
𝐼0(𝑝.𝑢) = 0.09 𝑝. 𝑢. 𝐴
Se calcula la impedancia total por fase (𝑍𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ) en por unidad:
𝑍𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝑝.𝑢) =
𝑉𝑛(𝑝.𝑢)
𝐼0(𝑝.𝑢)
𝑉𝑛
)
𝑉𝑏𝑎𝑠𝑒
𝑍𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝑝.𝑢) =
𝐼0
(
30
( )
𝑍𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝑝.𝑢) = 30
0.09
𝑍𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝑝.𝑢) = 11.547 𝑝. 𝑢. 𝛺
Impedancia de secuencia cero por fase
Se calcula la impedancia de secuencia cero por fase (𝑍0 ) en por unidad:
𝑍0 (𝑝.𝑢) = 𝑍𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝑝.𝑢) − (𝑍1(𝑝.𝑢) + 𝑍2(𝑝.𝑢) )
𝑍0(𝑝.𝑢) = 11.547 − (0.075 + 0.075)
𝑍0(𝑝.𝑢) = 11.384 𝑝. 𝑢. 𝛺
Se calcula la impedancia de secuencia cero por fase (𝑍0 ) en ohmios:
𝑍0 = 𝑍0(𝑝.𝑢) ∗ 𝑍𝑏𝑎𝑠𝑒
𝑍0 = 11.396 ∗ 9
𝑍0 = 102.5 𝛺
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5. RESULTADOS
El transformador zig-zag tendrá las siguientes características:
DESCRIPCIÓN
Valor
Trifásica en baño de
aceite mineral
Tipo
Instalación
Intemperie
Número de fases
3
Frecuencia nominal (Hz)
50
Modo de refrigeración
ONAN
Conexión
Zig-Zag (ZN0)
Máxima corriente de falta a tierra (por neutro) (A)
500
Duración máxima de la falta a tierra (s)
30
Máxima corriente en régimen continuo (falta resistente) (A)
50
Impedancia homopolar de fase (Ω)
102.5
Tabla 2. Características del transformador zig-zag
Gonzalo Jiménez Boluda
Ingeniero Industrial
Colegiado N.º 6091
Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Andalucía Occidental
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