Download diseño de acometida eléctrica en 480 v para la alimentación de

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DISEÑO DE ACOMETIDA ELÉCTRICA EN 480 V PARA LA ALIMENTACIÓN DE
INSTALACIONES PROVISIONALES
POR:
MANUEL AUGUSTO ROBLES PÉREZ
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Electricista
Sartenejas, Enero de 2010
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DISEÑO DE ACOMETIDA ELÉCTRICA EN 480 V PARA LA ALIMENTACIÓN DE
INSTALACIONES PROVISIONALES
POR:
MANUEL AUGUSTO ROBLES PÉREZ
Realizado con la asesoría de:
Tutor Académico: Ing. Johnny Rengifo
Tutor Industrial: Ing. Raúl Ledo
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Electricista
Sartenejas, Enero de 2010
DISEÑO DE ACOMETIDA ELÉCTRICA EN 480 V PARA LA ALIMENTACIÓN DE
INSTALACIONES PROVISIONALES
POR:
MANUEL AUGUSTO ROBLES PÉREZ
RESUMEN
En este informe se presenta un diseño de una acometida eléctrica de baja tensión para la
alimentación de las instalaciones provisionales de obra para una planta termoeléctrica.
Incluye un estudio de la demanda eléctrica en servicios de obra, grupos de oficinas y
almacenes. Así como iluminación auxiliar, dimensionamiento de centros electrógenos a
base de diesel. La selección de cables subterráneos basándose en ampacidad, caída de
tensión y configuración. La adecuación de tableros de 480 V y 208 V, cálculo de
cortocircuito, corrientes de diseño para interruptores y la electrotecnia de grupos de
Oficinas y almacenes. En particular este informe incluye la adecuación de dos
generadores a base de diesel, de cinco tableros de obra y de dos tableros que
alimentarán a los edificios antes mencionados. La alimentación de estos tableros se
realiza mediante cables son una sección transversal de 504,32 milímetros cuadrados.
iii
DEDICATORIA
A mi familia y compañeros de estudios,
A mis amigos y a mis profesores,
Y a todas aquellas personas que de algún modo me han ayudado
iv
INDICE GENERAL
RESUMEN ...................................................................................................................... iii
DEDICATORIA ............................................................................................................. iv
INDICE GENERAL ........................................................................................................ v
INDICE DE TABLAS .................................................................................................... vii
INDICE DE ILUSTRACIONES .................................................................................. viii
SIMBOLOS ..................................................................................................................... ix
ABREVIACIONES .......................................................................................................... x
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 2
Antecedentes: .................................................................................................................... 2
Planteamiento del Problema: .............................................................................................. 3
Objetivo General:............................................................................................................... 3
Objetivos Específicos:........................................................................................................ 3
Limitaciones ...................................................................................................................... 4
DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA ............................................................................... 5
1.1 La Corporación ............................................................................................................ 5
1.2 Filosofía ....................................................................................................................... 6
1.2.1 Misión ....................................................................................................................... 6
1.2.2 Visión ....................................................................................................................... 6
1.2.3 Valores...................................................................................................................... 7
1.3 Política de Calidad de Empresas Y&V ......................................................................... 7
1.4 Estructura Organizacional ............................................................................................ 7
MARCO TEÓRICO ........................................................................................................ 9
2.1 Fases de un Proyecto de Ingeniería ............................................................................... 9
2.1.2 Relación entre las fases de un Proyecto ..................................................................... 9
2.1.2.1 Ingeniería Conceptual........................................................................................... 10
2.1.2.2 Ingeniería de Detalle ............................................................................................ 10
2.2 Estudio de la Demanda ............................................................................................... 10
2.2.1 Demanda ................................................................................................................. 10
2.2.2 Factor de Carga ....................................................................................................... 10
2.2.3 Factor de coincidencia ............................................................................................. 11
2.3 Distribución subterránea............................................................................................. 11
2.3.1 Conductores ............................................................................................................ 12
2.3.2 Cables ..................................................................................................................... 13
2.3.3 Instalaciones y Configuraciones .............................................................................. 14
2.3.4 Impedancia Resistiva............................................................................................... 14
2.3.4.1 Ampacidad ........................................................................................................... 16
2.3.5 Impedancia Inductiva y Capacitiva .......................................................................... 19
2.3.5.1 Caída de Tensión .................................................................................................. 22
2.4 Transformadores ........................................................................................................ 23
2.5 Componentes Simétricas y Análisis de Corto Circuitos .............................................. 24
2.5.1 Fuentes de Falla ...................................................................................................... 26
2.6 Grupos Electrógenos .................................................................................................. 30
2.6.1 Generador Sincrónico .............................................................................................. 33
2.7 Luminotecnia ............................................................................................................. 35
2.7.1 Iluminancia ............................................................................................................. 35
2.7.2 Rendimiento Luminoso ........................................................................................... 35
2.8 Sistemas de Puesta a Tierra ........................................................................................ 36
MARCO METODOLÓGICO ....................................................................................... 38
3.1 Inducción a Empresas Y&V ....................................................................................... 38
v
3.2 Revisión de Normas, Bibliografía e Ingeniería Conceptual ......................................... 40
3.3 Estudio de la Demanda ............................................................................................... 41
3.4 Dimensionamiento de los Grupos Electrógenos .......................................................... 41
3.5 Ubicación de los tableros y faros de iluminación en la obra ........................................ 41
3.6 Selección de cables subterráneos ................................................................................ 41
3.7 Análisis Luminotécnico del Conjunto de Oficinas y del Almacén ............................... 42
3.8 Estudio de Cortocircuito ............................................................................................. 42
3.9 Informe final y presentación para la gerencia de Electricidad ..................................... 43
3.10 Materiales y Herramientas de Trabajo ...................................................................... 43
BASES DEL DISEÑO ................................................................................................... 44
4.1 Estudio de la demanda................................................................................................ 46
4.2 Grupos Electrógenos .................................................................................................. 48
4.3 Selección del Cable Conductor ................................................................................... 48
4.4 Nivel de Corto circuito y Diseño de las Protecciones .................................................. 49
4.5 Análisis Luminotécnico e Instalaciones Eléctricas ...................................................... 49
CÁLCULOS Y RESULTADOS .................................................................................... 50
5.1 Generador de 1138 kVA............................................................................................. 50
5.1.1 Estudio de la Demanda ............................................................................................ 50
5.1.1.2 Estudio de la demanda en los tableros de 480V..................................................... 50
5.1.1.3 Estudio de la demanda en las Oficinas .................................................................. 52
5.1.2 Estudio de Cortocircuito y Diseño de Puesta a Tierra. ............................................. 60
5.2 Generador de 350 kVA .............................................................................................. 62
5.2.1 Estudio de la Demanda ............................................................................................ 63
5.2.1.1 Estudio de la demanda en el tablero de 480 V ....................................................... 63
5.2.1.2 Estudio de la demanda en el tablero de reflectores ................................................ 63
5.2.1.3 Estudio de la demanda en el Almacén................................................................... 65
5.2.2 Estudio de Cortocircuito y Diseño de Puesta a Tierra. ............................................. 69
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................ 72
Recomendaciones ............................................................................................................ 73
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .......................................................................... 74
APENDICE A ................................................................................................................ 76
Modelo de cálculo de ampacidad en cable subterráneos .............................................. 76
APENDICE B................................................................................................................. 80
CATALOGOS ................................................................................................................ 80
B.1 Soldadoras ................................................................................................................. 80
B.2 Grupos Eléctrogenos ................................................................................................. 85
B. 3 Luminarias Tubulares ............................................................................................... 89
APENDICE C ................................................................................................................ 90
Modelo de cálculo de corrientes de cortocircuito ......................................................... 90
APENDICE D ................................................................................................................ 93
Planillas .......................................................................................................................... 93
APENDICE E................................................................................................................. 98
Código de Matlab para el cálculo de corrientes de Cortocircuito ................................ 98
APENDICE F ................................................................................................................. 99
¿Por qué dos grupos electrógenos? ............................................................................... 99
APENDICE F ............................................................................................................... 100
Reflectores y Dimensiones de los postes de iluminación. ............................................ 100
vi
INDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. Factor k para el cálculo del GMR en conductores trenzados ................................ 21
Tabla 2.2. Valores en p.u de los parámetros usuales de un Generador Sincrónico ................. 26
Tabla 2.3. Categorías de la iluminación según su uso ........................................................... 36
Tabla 5.1. Lista de equipos tradicionales en oficinas ............................................................ 53
Tabla 5.2. Carga de corriente total consumida por los equipos tradicionales ......................... 53
Tabla 5.3. Densidad de Potencia según la categoría de iluminación utilizada ........................ 55
Tabla 5.4. Potencia total consumida por circuitos de Iluminación en Oficinas ...................... 56
Tabla 5.5 Potencia Estimada consumida en el generador de 1138 kVA ................................ 59
Tabla 5.6. Caída de Tensión de los tableros conectados al generador de 1138 kVA .............. 60
Tabla 5.7. Corriente de cortocircuito y selección de cond. De puesta a Tierra ....................... 60
Tabla 5.8. Valores de cortocircuito reales del sistema........................................................... 61
Tabla 5.9. Potencia demanda por una luminaria en el almacén. ............................................ 66
Tabla 5.10. Potencia Estimada consumida en el generador de 350 kVA ............................... 68
Tabla 5.11. Caída de Tensión de los tableros conectados al generador de 350 kVA .............. 69
Tabla 5.12. Corriente de cortocircuito y selección de cond. De puesta a Tierra ..................... 70
Tabla 5.13. Valores de cortocircuito reales del sistema de 350 kVA. .................................... 71
Tabla A.3. Datos para el cálculo de Ampacidad. .................................................................. 76
Tabla A.2. Resistencia Térmica de cada uno de los elementos de la configuración ............... 78
Tabla A.3. Diferencia de Temperatura entre cada uno de los elementos de la configuración . 78
vii
INDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1.1. Constitución corporativa de Empresas Y&V .................................................. 5
Ilustración 1.2. Estructura Organizacional de Empresas Y&V ................................................ 8
Ilustración 2.1. Un cable con neutro concéntrico típico ........................................................ 13
Ilustración 2.2. Modelo del circuito térmico para el cálculo de las ampacidades. .................. 17
Ilustración 2.3. Dimensiones del cable para el cálculo de impedancias ................................. 21
Ilustración 2.4. Diagrama Unifilar de un Sistema Eléctrico común. ...................................... 26
Ilustración 2.5. Guía ilustrativa del comportamiento de la corriente ante fallas a distintos
lugares del sistema con respecto a la fuente de generación. .................................................. 28
Ilustración 2.6 Redes de secuencias reducidas donde Z1, Z2 y Z0 son las impedancias
equivalentes de cada red en el punto de falla. ....................................................................... 29
Ilustración 2.7 Fallas Monofásicas y su conexión de redes de secuencia. (a) falla sólida, (b)
falla en el sistema; (c) falla con impedancia ......................................................................... 30
Ilustración 2.8. Planta Eléctrica de Diesel ............................................................................ 33
Ilustración 2.9. Rotor y Estator de una Máquina Sincrónica ................................................. 34
Ilustración 3.1. Diagrama de bloques de la metodología utilizada en el proyecto .................. 39
Ilustración 4.1. Ubicación Geográfica de la Planta en el Mapa de Venezuela........................ 44
Ilustración 4.2. Ubicación Geográfica de la Planta en el Mapa del estado Miranda ............... 45
Ilustración 4.3. Proyección de la posible ubicación de la planta sobre el Mapa. .................... 45
Ilustración 4.4. Proyección de la Planta Termoeléctrica. ....................................................... 46
Ilustración 4.5. Visualización en 3D de la Planta .................................................................. 46
Ilustración 5.1. Ubicación de los tableros en la obra ............................................................. 51
Ilustración 5.2. Modelo del Complejo de oficinas................................................................. 54
Ilustración 5.3. Distribución de las Luminarias en el conjunto de Oficinas ........................... 56
Ilustración 5.4. Distribución de Tomacorrientes en el conjunto de Oficinas .......................... 57
Ilustración 5.5. Unifilar preliminar sistema del generador de 1138 kVA ............................... 59
Ilustración 5.6 Configuración de la malla de Puesta a Tierra del Gen de 1138 kVA. ............. 61
Ilustración 5.7. Unifilar del Sistema conectado al generador de 1138 kVA ........................... 62
Ilustración 5.8. Ubicación de los tableros conectados al generador de 350 kVA ................... 63
Ilustración 5.9. Distribución de los reflectores en la obra...................................................... 64
Ilustración 5.10a. Dimensiones del Almacén. Alzado Principal ............................................ 65
Ilustración 5.10b. Dimensiones del Almacén. Alzado Lateral Derecho. ................................ 66
Ilustración 5.11. Ubicación de las Luminarias en el Almacén. .............................................. 67
Ilustración 5.12. Unifilar preliminar del generador de 350 kVA ........................................... 69
Ilustración 5.13. Dimensiones de Malla de puesta a tierra para el generador de 350 kVA ..... 70
Ilustración 5.14. Diagrama Unifilar del sistema de 350 kVA ................................................ 71
Ilustración C.1. Interconexión de redes secuencia para el análisis de una falla monofásica ... 90
Ilustración C.2. Modelo ilustrativo de una falla en la barra 1. ............................................... 92
Ilustración F.1. Distancia entre el tablero # 4 y el generador de 1138 kVA ........................... 99
viii
SIMBOLOS
I
kA
kV
kVA
kVAr
kW
kWh
mm
m
mi
MVA
MW
N
nm
NPC
R
Rcc
rpm
T
V
VA
VFF
VFN
W
X
Xcc
1F
3F
ºC
φ
Ω
Corriente
Kilo Amperio
Kilo Voltios
Kilo Voltio – Amperio
Kilo Voltio - Amperios reactivos
Kilo Vatios
Kilo Vatios Hora
Milímetros
Metros
Millas
Mega Voltio – Amperios
Mega Vatios
Neutro
Nanómetro
Número de computadoras
Resistencia
Resistencia de cortocircuito
Revoluciones por minuto
Par mecánico
Voltios
Voltio – Amperios
Voltaje Fase a Fase
Voltaje Fase a Neutro
Vatios
Reactancia
Reactancia de cortocircuito
Monofásico
Trifásico
Grados centígrados
Fase
Ohmios
ix
ABREVIACIONES
ANSI
AT
AWG
BT
CADAFE
COVENIN
EDC
EE.UU
EPR
EPRI
IEEE
IPC
ISO
NFPA
PVC
SF6
XLPE
American National Standards Institute
Alta Tensión
American Wire Gauge
Baja Tensión
Compañía Anónima De Administración y Fomento Eléctrico
Comité Venezolano de Normas Industriales
Electricidad de Caracas
Estados Unidos
Etileno Propileno
Electric Power Research Institute
Institute of Electrical and Electronics Engineer
Ingeniería, Procura y Construcción
International Standard Organization
National Fire Protection Association
Policloruro de vinilo
Hexafloruro de Azufre
Polietileno reticulado
x
INTRODUCCIÓN
En vista de la necesidad de ampliar la generación de energía eléctrica dada la demanda
cambiante de este servicio, la C.A. La Electricidad de Caracas ha considerado necesario llevar
a cabo la ejecución del Proyecto relativo a la Planta Termoeléctrica y Subestación Eléctrica
Termocentro, en el estado Miranda.
Esta planta termoeléctrica de ciclo combinado trabajará con turbogeneradores de
combustión a gas y a vapor, a ser operados en modo de ciclo combinado gas-vapor y estará
constituido por tres (3) bloques de generación de potencia, con una capacidad instalada de 500
MW ISO cada uno, para una generación total de 1.500 MW. Usará gas metano como
combustible primario y combustible líquido (gasóleo industrial) como combustible de
respaldo.
Apoyando este importante proyecto, Empresas Y&V Ingeniería y Construcción,
desarrollará el diseño a nivel de ingeniería de detalle de la nueva planta de generación,
incluyendo los servicios conexos, dentro de los cuales se encuentra la alimentación eléctrica
de las obras correspondientes a las instalaciones provisionales que permitirán desarrollar,
coordinar y controlar el proyecto de generación.
Antecedentes:
El diseño de ingeniería básica y conceptual de esta acometida fue realizado por Y&V
Ingeniería y Construcción, en un lapso de 12 semanas aproximadamente, el cual precedió al
trabajo realizado en este informe. Se estipuló lo siguiente:
•
Se requiere la adecuación de dos grupos electrógenos de 480V ubicados en las
inmediaciones del terreno donde se construirá la planta de generación, y la
instalación de equipamiento que permita la disponibilidad de tensiones de servicio
a nivel de 480V/277V y 208V/120V.
3
•
Se requiere la adecuación de cables subterráneos en ductos para la alimentación de
los tableros que proveerán tensión en 480V/277V. Estos tableros estarán
distribuidos en todo el terreno. Serán 4 tableros en total.
•
Se requiere de un tablero de tensión 208V/120V que será alimentado por cables
subterráneos en ductos. Para ello, se requiere de un transformador de 100kVA con
relación de 480V/208V. Este tablero alimentará al conjunto de oficinas ubicadas en
las instalaciones provisionales.
•
Se requiere de faros de iluminación distribuidos en toda la obra, que serán
alimentados mediante cables subterráneos en ductos.
Planteamiento del Problema:
En este trabajo se estudió el suministro de energía a niveles de tensión 480 V, 277 V, 208
V y 120 V a partir de dos plantas generadoras, las cuales deberán alimentar a tableros de
distribución para el uso de soldadores y maquinarias de construcción, así como también un
grupo de oficinas.
Objetivo General:
•
Realizar del diseño de una acometida eléctrica para el suministro de energía a
niveles de tensión 480 V, 208 V y 120 V a partir de dos grupos electrógenos que
servirán de alimentación a las instalaciones provisionales de obra, de la planta de
generación termoeléctrica del centro “Termocentro”, ubicada en la Hacienda El
Sitio, en el estado Miranda.
Objetivos Específicos:
•
Realizar un estudio de demanda en las instalaciones provisionales.
•
Selección de los cables subterráneos.
•
Ubicación de los tableros y faros de iluminación en la obra.
•
Selección de ruta de los cables subterráneos que alimentarán a los tableros de
distribución.
•
Especificación de la capacidad de generación por los grupos electrógenos.
4
•
Especificación de los niveles de cortocircuito en los tableros ubicados en las
instalaciones.
Limitaciones
•
Imposibilidad de realizar la coordinación de las protecciones en la acometida.
•
Imposibilidad de aumentar o reducir el número de equipos seleccionados en la fase
previa del proyecto.
•
Imposibilidad de predecir los valores de factor de potencia y factor de coincidencia
de la demanda eléctrica.
5
CAPITULO 1
DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
Empresas Y&V es una corporación de servicios de clase mundial, de sólida trayectoria y
liderazgo en las áreas de:
•
Ingeniería y Construcción
•
Operación y mantenimiento
•
Gestión ambiental
Especializada en los sectores petrolero, petroquímico, industrial y de infraestructura, con
base en Venezuela y operaciones en América Latina, Estados Unidos y Canadá.
1.1 La Corporación
Empresas Y&V está conformada por cuatro compañías que, juntas, son capaces de
resolver las necesidades de los clientes más exigentes, en la ilustración 1.1 se muestran estas
cuatro subdivisiones:
Ilustración 1.1. Constitución corporativa de Empresas Y&V
Entre los servicios que ofrece están:
•
Ingeniería conceptual, básica y de detalles
•
Gestión de procura
6
•
Gerencia de construcción
•
Inspección de obras
•
Gerencia integral de proyectos
•
Proyectos llave en mano (Ingeniería, Procura y Construcción IPC)
1.2 Filosofía
Los principales valores que marcan el proceder y las actividades diarias de Empresas
Y&V son el respeto al individuo y al medio ambiente, la integridad y el compromiso, así
como la búsqueda de la excelencia en cada labor que ejecutamos. De igual forma, creen
firmemente en la posibilidad de un desarrollo sustentable y en la obligación de contribuir
favorablemente al progreso de la sociedad y de las comunidades que reciben su influencia.
Supervisan que estos principios guíen la actuación de todos y cada uno de sus empleados,
donde quiera que se encuentren ejecutando su labor, y que los mismos sean compartidos por
sus socios y clientes.
1.2.1 Misión
Prestar servicios de excelencia que excedan las expectativas de sus clientes y maximicen
la satisfacción de trabajadores y accionistas dentro de un entorno ético y moral orientado al
servicio del individuo, de la sociedad y de la conservación del ambiente.
1.2.2 Visión
Seremos la empresa a la cual todos los clientes quieran contratar y en donde todas las
personas quieren trabajar. Demostraremos que las empresas venezolanas son capaces de
lograr el reconocimiento de clase mundial y nuestro personal logrará el crecimiento personal y
profesional, mejorando la calidad y percibiendo la satisfacción de los logros de la
organización.
7
1.2.3 Valores
•
Reconocimiento y respeto al individuo.
•
Pro actividad, pasión, compromiso.
•
Integridad.
•
Disposición al logro y espíritu competitivo.
•
Mejoramiento continuo en la búsqueda de desarrollo personal y profesional del capital
humano.
•
Trabajo en equipo.
1.3 Política de Calidad de Empresas Y&V
Empresas Y&V cuenta con las más importantes certificaciones, tal como la ISO
(Organización Internacional de Normalización) 9001-2000 otorgada por FONDONORMA
(Fondo para la Normalización y Certificación de Calidad), para toda la línea de servicios de
Ingeniería, Procura y Construcción, que la avalan como una corporación que cumple con los
más exigentes estándares de calidad en el desarrollo de sus procesos y servicios.
Su política es la siguiente:
Satisfacer los requerimientos y expectativas de sus clientes mediante servicios de
ingeniería y construcción adecuados, confiables y oportunos, basados en:
•
Procesos normalizados.
•
Un sistema de mejoramiento continuo.
•
Compromiso de su personal con la calidad.
1.4 Estructura Organizacional
8
La estructura organizacional actual de la empresa se presenta en la ilustración 1.2, en
el se muestran las responsabilidades y autoridades del personal de Y&V Ingeniería y
Construcción descritas en el manual de organización y políticas de la misma. La Gerencia del
Departamento de Electricidad se encuentra bajo la dependencia de la Vicepresidencia de
Ingeniería.
Ilustración 1.2. Estructura Organizacional de Empresas Y&V
9
CAPITULO 2
MARCO TEÓRICO
En este capítulo se menciona todos los conceptos teóricos pertinentes a la elaboración de
este libro. Se empezó definiendo como se describen actualmente las fases de un proyecto de
ingeniería y cuales son aplicadas en este proyecto. Luego se continúa con el detalle teórico
utilizado para la resolución de los problemas presentados en este proyecto. Estos están
relacionados con la Distribución de Potencia Eléctrica y el diseño de Acometidas e
Instalaciones Eléctricas.
2.1 Fases de un Proyecto de Ingeniería
Las fases del proyecto son divisiones dentro del mismo proyecto, donde es necesario
ejercer un control adicional para gestionar eficazmente la conclusión de un entregable mayor.
Las fases del proyecto suelen completarse de manera secuencial, pero en determinadas
situaciones de un proyecto pueden superponerse. [1]
2.1.2 Relación entre las fases de un Proyecto
Existen tres tipos de relaciones entre fases de un proyecto y son las siguientes [1]:
•
Una relación secuencial, donde una fase sólo puede iniciarse una vez que se
completa la fase anterior.
•
Una relación de superposición, donde una fase se inicia antes de que finalice la
anterior.
•
Una relación iterativa, donde en un momento dado sólo se planifica una fase y la
planificación de la siguiente se efectúa conforme avanzan el trabajo y los
entregables de la fase actual.
En el caso de este proyecto se utilizó una relación secuencial de las fases. Y a su vez, por
ser un proyecto de ingeniería, se involucraron dos fases de él cuyas denominaciones son:
Ingeniería Conceptual e Ingeniería de Detalle. Sus definiciones son:
10
2.1.2.1 Ingeniería Conceptual
La Ingeniería Conceptual es la primera fase o etapa de un proyecto de ingeniería, es la fase
en la cual se fijan los objetivos deseados por el cliente, se establecen que tipo de tecnologías
se aplican y se definen el marco de normas técnicas que regularan los diseños [2]. En este
proyecto, la ingeniería conceptual fue realizada por la empresa española Duro Felguera S. A.
2.1.2.2 Ingeniería de Detalle
La ingeniería de detalle tiene como objetivo obtener el diseño detallado de la instalación,
necesario para proceder con la construcción [2]. Esta fase fue la que se llevó a cabo en la
elaboración de este proyecto.
2.2 Estudio de la Demanda
En esta sección se menciona los factores y definiciones que se tomaron en cuenta al
momento de realizar el estudio de la demanda en las instalaciones provisionales, veamos
entonces como se define la demanda eléctrica.
2.2.1 Demanda
La demanda es la carga eléctrica promedio sobre un período de tiempo, generalmente 15,
20 ó 30 minutos. La demanda se puede utilizar para caracterizar la potencia real, la potencia
reactiva, la potencia aparente o la corriente [3]. En este proyecto se caracterizará como
corriente. El pico de demanda sobre un período de tiempo es la manera más común de
cuantificar la carga de un circuito.
2.2.2 Factor de Carga
Es la tasa de la demanda promedio sobre el pico de demanda. El factor de carga esta entre
cero y uno. Un factor de carga cercano a uno indica que la demanda es casi constante durante
el tiempo. Un factor de cargo bajo indica que la demanda varía. Desde el punto de vista del
suministro, es mucho mejor tener un factor de carga elevado [3]. El factor de carga se halla a
partir de la expresión 2.1.
FC =
Donde:
kWh
( PkW )( h )
(2.1)
11
kWh = demanda total en el tiempo dado
PkW= pico de la demanda
h= número de horas
2.2.3 Factor de coincidencia
Es la tasa del pico de demanda del sistema completo sobre la suma de los picos
individuales de demanda dentro del sistema (ver expresión 2.2). El pico de demanda del
sistema completo se refiere al pico coincidente de la demanda, es decir la suma de todos los
picos de demanda de las cargas individuales. El factor de coincidencia es menor o igual a uno.
Normalmente, el factor de coincidencia es mucho menor que uno, porque cada una de las
cargas individuales no alcanzan su pico al mismo tiempo (no son coincidentes) [3].
Fcoin =
PkW
n
∑ PikW
(2.2)
i =1
Donde:
PkW= pico de la demanda del sistema completo
PikW = picos individuales de las demandas dentro del sistema
n = número de cargas individuales dentro del sistema
Varios estudios han evaluado el factor de coincidencia según el número de usuarios
conectados a la acometida. Dentro de esos estudios se destaca esta curva que se rige por la
expresión 2.3, donde n es el numero de usuarios conectados [4]:
1
5 
Fcoin = 1 +
2  2n + 3 
2.3 Distribución subterránea
(2.3)
12
Este tipo de distribución se encuentra de manera oculta y es más confiable que la
distribución aérea, porque al estar enterrada se reduce la posibilidad de falla por descargas
atmosféricas, ramas de árboles o animales [3].
2.3.1 Conductores
Los conductores suelen estar elaborados por medio de una cierta cantidad de hilos, esto
sucede para dar flexibilidad a los conductores. Por ejemplo, un conductor elaborado con un
hilo (sólido) con una sección transversal dada, es menos flexible que un conductor elaborado
con 7 hilos de mismo calibre. Estos conductores estarán construidos con un núcleo central
rodeado por una o más capas de alambres helicoidalmente establecido. Los conductores se
clasificarán de la siguiente manera: Clase AA, Clase A, Clase B, Clase C y Clase D1.
El aluminio empieza a fundirse por encima de los 660ºC y empieza a perder resistencia
mecánica por encima de los 100ºC. Tiene una buena resistencia a la corrosión; cuando está
expuesto a la atmósfera el aluminio se oxida, y esta capa delgada e invisible de oxidación la
protege de los químicos, condiciones del clima e incluso ácidos. El aluminio puede corroerse
rápidamente si existe contacto eléctrico con el cobre. Esta corrosión galvánica se incrementa
con la presencia de salitre [3].
Varios tipos de conductores de aluminio se fabrican en la actualidad: AAC (conductor
todo compuesto de aluminio), ACSR (una capa externa de aluminio y un centro de acero),
AAAC (compuesto completamente de aleaciones de aluminio), ACAR (capa externa de
aluminio con un centro compuesto de aleaciones).
Por otro lado, el cobre tiene muy baja resistividad y es muy utilizado como un conductor
de potencia. El cobre tiene buena resistencia a la corrosión, se empieza a fundir a los 1083 ºC,
y empieza a perder resistencia mecánica a partir de los 100 ºC, mas rápidamente entre los 200
y 325 ºC.
En el Sistema Internacional de Unidades los conductores son especificados en mm2. Según
ANSI/IEEE son dados en kcmil, miles de mils circulares. En el pasado se utilizaba la
abreviación MCM, que también significa miles de mils circulares (M es miles, no mega, en
este caso). La relación entre ambos sistemas de unidades viene dada por la expresión 2.4.
1
ASTM B8 - 04 Conductores de cobre, duro, medio duro o blando.
13
1 mm 2 = 1.97 kcmil (2.4)
Diferentes tamaños de conductores son especificados con números de calibre o el área en
“mils circulares”. Los cables más pequeños son comúnmente denominados según el sistema
de calibres de cables americano (AWG), el calibre es un número que
progresa
geométricamente. Un cable sólido numero 36 tiene un diámetro asociado de 0,0127 cm (0,005
pulgadas), y el tamaño más grande, el numero 0000 (se le refiere como 4/0) tiene un diámetro
asociado de 1,17 cm (0,46 pulgadas). Si vamos de menor a mayor en calibres de conductores
tenemos los siguientes números asociados: 4, 3, 2, 1, 0 (1/0), 00 (2/0), 000 (3/0), 0000 (4/0).
Mientras más grande es el calibre menor es el número [3].
2.3.2 Cables
En el centro de los cables está el conductor de fase, luego viene una capa semiconductora,
el aislamiento, una capa protectora semiconductora, el neutro o el escudo, y finalmente la
chaqueta (ver ilustración 2.1).
Ilustración 2.1. Un cable con neutro concéntrico típico[3]
El aislamiento mantiene alejado al medio conductor de la superficie exterior del cable de
los electrones; esto le permite a los cables con un diámetro reducido soportar diferencias de
tensión significativas. Un cable con un aislamiento de polímeros de 4.5 mm de ancho esta
diseñado para soportar 8 kV continuos; eso es un esfuerzo promedio de 20 kV/cm. Además
del gran esfuerzo de voltaje que debe soportar, el aislamiento debe soportar un esfuerzo
térmico durante cortocircuitos y cuando hay mucha carga conectada. También debe ser lo
suficientemente flexible para poder trabajar con él.
El escudo o neutro es una rejilla que rodea el aislamiento, y mantiene el exterior del cable
en potencial cero, en caso de que ésta se encuentre conectada a tierra. También provee un
14
camino de retorno de corriente desbalanceadas o de fallas. Son hechos con cobre, ya que el
aluminio se corroe muy rápido y no hace bien esta función [3].
Las capas semiconductores son importantes porque hacen que el comportamiento del
campo eléctrico dentro de los cables, se comporte de una manera “suave”. Y la chaqueta
provee al cable de protección contra esfuerzos mecánicos y algo de protección contra el agua.
También se utilizan para mantener el campo eléctrico confinado dentro del cable.
2.3.3 Instalaciones y Configuraciones
•
Enterrado: Cables son enterrados directamente en la tierra. Esta es la manera más
rápida y económica de hacer una instalación subterránea. La mayor desventaja es que
hacer reparaciones es problemático. También son conocidas como trincheras [3].
•
Tuberías o Ductos: El uso de tuberías hace que las reparaciones sean más fáciles de
elaborar. Los cables en tuberías tienen más ampacidad que los directamente enterrados
en la tierra [3].
•
Tuberías en concreto (Bancada): Son utilizados en construcciones urbanas, el
concreto protege a la tubería de que colapse o de movimientos de tierra. El concreto
previene también de las excavaciones [3].
2.3.4 Impedancia Resistiva
Todo conductor eléctrico tiene como característica, su resistencia al paso de la corriente a
través de el. Esta característica se le conoce como resistencia eléctrica, y depende del calibre
y del material del conductor. Esta resistencia se suele expresar como una resistencia en
corriente continua (Rcc), ya que si se tiene una corriente alterna, ocurre efectos que modifican
dicho valor de la resistencia. Por lo tanto, una resistencia real en corriente continua (CC) se
comporta de la misma forma que si fuera ideal, esto es, transformando la energía eléctrica en
calor por efecto Joule [5]. La ley de Ohm para corriente continua establece que:
(2.5)
Donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltios de la
resistencia e I es la intensidad de corriente en amperios.
15
En los sistemas de corriente alterna se producen efectos que afectan la distribución de la
corriente en la sección del conductor. Estos son el efecto pelicular y de proximidad. Para
tomar en cuenta estos fenómenos que reducen el área efectiva, la norma IEEE 835-94 [6]
propone realizar correcciones a la resistencia de corriente continua del conductor, de la forma
en que se muestra en la expresión 2,6.
R = RCC (1 + Yep + Yfp )
(2.6)
En donde Yep y Yfp, son el factor de corrección del efecto pelicular y de la proximidad
respectivamente. El factor Yep se puede hallar mediante la siguiente aproximación polinomial
[7]:
Xs 4
Yep =
192 + 0,8 Xs 4
Para Xs ≤ 2,8
(2.7a)
Yep = −0,136 − 0, 0177 Xs + 0, 0563 Xs 2 Para 2,8 ≤ Xs ≤ 3,8
(2.7b)
Yep =
Xs 11
−
2 2 5
Para 3,8 ≤ Xs
(2.7c)
En donde
Xs = 0, 02768
( f )( ks )
RCC
f frecuencia en Hz
ks constante del efecto pelicular = 1 típicamente.
RCC resistencia CC para la temperatura de operación requerida.
Para casi todas las aplicaciones en frecuencia industrial Xs es < 2,8.
Para el factor de proximidad se tiene la siguiente expresión [7]:
1,18 

Ycp = ay 2  0,312 y 2 +
a + 0, 27 

En donde
(2.8)
16
xp 4
dc
a=
,
y
=
192 + 0,8 xp 4
s
Xs = 0, 02768
( f )( kp )
Rdc
dc diámetro del conductor
s distancia entre los centros de los conductores
kp constante de proximidad es 1 típicamente.
A frecuencia industrial se puede ignorar el efecto de la proximidad si el espaciamiento s es
diez veces el diámetro del conductor (el efecto es menos del 1 %) [3].
Este valor obtenido de resistencia en corriente alterna, esta relacionado con el cálculo de
ampacidad de un cable, veamos entonces dicha relación.
2.3.4.1 Ampacidad
La ampacidad es la máxima corriente que puede soportar un conductor. Esta capacidad de
corriente es dada en amperios. Un conductor dado puede tener varias ampacidades distintas,
dependiendo del uso y de las condiciones asumidas [3].
La temperatura del aislamiento es normalmente el factor que limita la capacidad de
corriente. Cables cuyo aislamiento es XLPE están diseñados para operar a una temperatura
máxima de 90ºC durante operaciones normales o en 130ºC en condiciones de emergencia.
Operar cables sobre su límite de corriente incrementa la probabilidad de fallas prematuras,
surgen arborescencia en el aislamiento, fallas térmicas, decrecimiento de la capacidad
eléctrica del aislamiento y disminución de la vida útil del aislamiento.
La ampacidad la mayoría de las veces limita la carga eléctrica conectada al cable. Ella no
es la única consideración que se debe hacer a la hora de elegir el cable, también existen
consideraciones de pérdidas y económicas [3].
17
Los cálculos de la ampacidad en cables se rige por principios de termodinámica: la
temperatura en el conductor es una función del calor generado por efecto Joule en el cable
(I2R) y la cantidad de calor conducido hacia fuera del cable. Se puede modelar el
comportamiento de la temperatura de manera semejante a un circuito eléctrico: el calor es
análogo a la corriente, temperatura al voltaje y la resistencia a térmica a la resistencia eléctrica
[8]. El calor que pasa a través de una resistencia térmica aumenta la temperatura entre los dos
lugares del material térmico. Usando el equivalente térmico a la ley de Ohm, se tiene que:
∆T = Tc − Ta = RthH = Rth ( I 2 R )
(2.9)
En donde:
Tc temperatura del conductor [ºC]
Ta temperatura del ambiente [ºC]
Rth resistencia térmica total entre el conductor y el ambiente [ºC-m/W]
I corriente eléctrica del conductor [A]
H calor generado en el cable [W]
R resistencia eléctrica del conductor [Ω/m]
Ilustración 2.2. Modelo del circuito térmico para el cálculo de las ampacidades[3].
En la ilustración 2.2 se muestra en el modelo simplificado, que las dos fuentes de calor
son, las pérdidas por fases y por el neutro. El cable también tiene pérdidas dieléctricas, pero
para los voltajes que se utilizan en distribución, estas pérdidas son tan pequeñas que las
podemos despreciar [8]. Las resistencias térmicas mayores, en cualquier configuración, son
18
las del aislamiento, la chaqueta y la tierra. Estas resistencias térmicas son calculadas a partir
de la resistividad térmica de los materiales involucrados. Por ejemplo para un conductor
directamente enterrado, la resistencia térmica del aislamiento, la chaqueta, y el terreno son
calculados con las siguientes expresiones según la norma IEEE 835-1994 [6]:
ρ aislamiento  rext 
ln 

2π
 rcond 
ρ chaqueta  rext 
Rtc =
ln 

2π
 rcond 
Rtd =
ρ terreno  2.H 3 
Rtt =
ln 
3 
2π
 rcond 
n' A
Rct =
1 + [ B + C.Tm ] Ds '
 t 
RPVC = 0.0104.ρ PVC.n '. 

 D−t
(2.10)
(2.11)
(2.12)
(2.13)
(2.14)
Rtd resistencia térmica del aislamiento [ºC-m/W]
Rtc resistencia térmica de la chaqueta [ºC-m/W]
Rtt resistencia térmica del terreno [ºC-m/W]
Rct resistencia térmica entre la chaqueta y las paredes de la tubería[ºC-m/W], Las
constantes A, B y C se pueden ubicar en tablas[8]. Ver Apéndice A.
RPVC resistencia térmica de la tubería de PVC [ºC-m/W]
ρ resistividad térmica del material [ºC-m/W]
rext radio externo del material (aislamiento o chaqueta) [mm]
rcond radio del conductor [mm]
H profundidad a la que esta enterrado el cable [mm]
n’ número de conductores contenidos dentro de Ds’
Ds’ diámetro equivalente del cable o del conjunto de cable [m]
Tm temperatura media del medio intermedio [ºC]
19
t ancho de la tubería [m]
D diámetro de la tubería [m]
2.3.5 Impedancia Inductiva y Capacitiva
Por otro lado, para la selección de cables también es necesaria la condición por caída de
tensión. Para ello se necesita saber que ocurre en los cables a tensión alterna con una
frecuencia de 60 Hz con los valores de impedancia inductivos y capacitivos.
En el trabajo realizado por Smith y Barger [9], se demostró que un neutro concéntrico de
múltiples conductores se puede tratar como una cubierta o funda uniforme; otro trabajo hecho
por Lewis y Allen [10], y luego por Lewis, Allen y Wang [11], simplificaron las expresiones
con las que se calculan el neutro concéntrico. Siguiendo el procedimiento y la nomenclatura
dada por los trabajos anteriores [12], podemos conseguir las impedancias por secuencia de los
cables a partir de las impedancias mutuas y propias, del cable de fase y del neutro.
( Zax − Zab )
Z 11 = Zaa − Zab −
Z 00 = Zaa + 2 Zab −
2
Zxx − Zab
2
( Zax + 2Zab )
Zxx + 2 Zab
(2.15)
(2.16)
Las impedancias mutuas y propias de las expresiones de secuencia son encontradas con:
Zaa = Rφ + Rt + jk 1 log 10
Zab = Rt + jk 1 log 10
Dt
GMDφ
Zxx = RN + Rt + jk 1 log 10
Zax = Rt + jk 1 log 10
Dt
GMRφ
Dt
GMRN
Dt
DN 2
En donde
Zaa la impedancia propia de cada conductor [Ω/km]
Zab la impedancia mutua entre dos conductores [Ω/km]
(2.17)
(2.18)
(2.19)
(2.20)
20
Zax la impedancia mutua entre un conductor de fase y su neutro concéntrico [Ω/km]
Zxx la impedancia propia de cada neutro concéntrico [Ω/km]
Rφ resistencia del conductor de fase, ohmios/distancia [Ω/km]
RN resistencia del neutro (o cubierta), ohmios/distancia [Ω/km]
k 1 = 0,174
f
[Ω/km]
60
GMRφ radio medio geométrico del conductor de fase [m]
GMDφ distancia media geométrica entre conductores de fase [m]
GMDϕ = 3 dAB .dBC .dCA
(2.21)
Rt resistencia del camino de retorno por tierra,
f
[Ω/km]
60
ρ
Dt = 1.020.472
f
Rt = 0, 059
(2.22)
(2.23)
Dt profundidad equivalente del camino por tierra de retorno, [m]
ρ resistividad del terreno. [Ω-m]
GMRN radio medio geométrico del neutro concéntrico.
Para cables con un neutro concéntrico de múltiples conductores o hilos, se tiene que
GMRN = n 0, 7788nDN 2( n −1) rn
(2.24)
En donde n es el número de neutros y rn es el radio de cada neutro [m]. Ver ilustración
2.2.
DN2 radio efectivo del neutro, la distancia desde el centro del conductor de fase hasta el
centro del neutro de la malla. [m]
El radio medio geométrico (GMR) cuantifica la inductancia interna de un conductor, y es
menor al radio del conductor. Si el conductor fuese sólido se tendría que:
21
GMR = re1/ 4
(2.25)
En cambio si es un conductor trenzado se tiene que:
GMR = ( k )( r )
(2.26)
En donde k se obtiene de la tabla 2.1 y depende del numero de hilos que tenga el
conductor trenzado.
Ilustración 2.3. Dimensiones del cable para el cálculo de impedancias [3]
Tabla 2.1. Factor k para el cálculo del GMR en conductores trenzados [3]
Número de hilos
1 (Sólido)
3
7
19
37
61
K
0.7788
0.6778
0.7256
0.7577
0.7678
0.7722
Nótese que de las expresiones 2.17 a 2.20 se asocia una sección compleja que corresponde
a las reactancias inductivas. Estas como se puede observar dependen exclusivamente de la
geometría y de la frecuencia en la que se este trabajando.
Efectos significativos en las impedancias de secuencia positiva y cero de los cables.
•
Separación entre cables: mayor separación aumenta la impedancia de secuencia
positiva, en cambio la de secuencia cero no se ve afectada.
•
Tamaño del conductor: Conductores de mayor calibre hace que la resistencia sea
mucho menor; la reactancia disminuye pero en menor cantidad.
22
•
Resistencia del neutro concéntrico: El aumentar la resistencia del neutro aumenta la
parte reactiva de las impedancias de secuencia cero y positiva. Más allá de cierto
punto, el aumentar la resistencia del neutro disminuye la resistencia de ambas
secuencias.
•
Añadir otros cables o neutros: añadir otro conductor de neutro disminuye la
resistencia del neutro. La impedancia de secuencia cero usualmente decae por este
efecto. La reactancia de secuencia positiva puede decrecer, pero la resistencia tiende a
aumentar.
Los cables tienen una capacitancia significativa, y no es despreciable como en los
circuitos de distribución aéreos. Un conductor sólo tiene una capacitancia dada por:
C=
0, 000024ε
D
log 10  
d
(2.27)
Donde:
C capacitancia en [µF/km]
ε constante dieléctrica
d diámetro interno del aislamiento [mm]
D diámetro externo del aislamiento [mm]
Una vez obtenidos los valores resistivos, inductivos y capacitivos de las impedancias, se
puede proceder a seleccionar el cable o el número de cables por fase debido a la caída de
tensión.
2.3.5.1 Caída de Tensión
De las expresiones de impedancias que van de 2.15 a 2.20, podemos elaborar una matriz Z
de impedancias [13], que podemos ilustrar en la siguiente expresión:
23
 Zaa Zba Zca Zna 
 Zab Zbb Zcb Znb 

Z =
 Zac Zbc Zcc Znc 


 Zan Zbn Zcn Znn 
(2.28)
Luego sabiendo que podemos descomponer esta matriz en dos, una que contenga la parte
resistiva [R] y otra que contenga la parte reactiva [X], entonces podremos aplicar la expresión
para caída de tensión de la norma IEEE 141-93 [14] que se muestra a continuación:
[Vd ] = [ R].[ I ]L cos θ + [ X ].[ I ]L sin θ
(2.29)
Donde
[Vd] = matriz de caída de voltaje en Voltios
[I] = matriz corriente de línea en Amperios.
θ = ángulo entre el voltaje y la corriente.
[R] = matriz resistencia del conductor.
[X] = matriz reactancia del conductor.
L = longitud
2.4 Transformadores
Un transformador ideal convierte efectivamente el voltaje eléctrico desde un valor a otro,
manteniendo el mismo valor de potencia en el proceso. Ellos poseen dos devanados acoplados
juntos a través de un campo magnético. Los voltajes de entrada y de salida están relacionados
por las vueltas de los devanados del transformador [3].
V1 =
N1
V2
N2
(2.30)
En donde N1 y N2 son el número de vueltas de los devanados y V1 y V2 son las tensiones
inducidas en los devanados. La relación de transformación para corriente viene dado por la
siguiente expresión [3]:
24
I 1N 1 = I 2 N 2
(2.31)
El voltaje en el lado primario determina el flujo en el transformador (el flujo es
proporcional a la integral de tiempo del voltaje). El flujo en el núcleo determina el voltaje en
el lado de salida del transformador (el voltaje es proporcional a la derivada en el tiempo del
flujo) [3].
Los transformadores monofásicos alimentan a las cargas monofásicas, se pueden utilizar
dos o tres unidades de transformación monofásica para alimentar cargas trifásicas. La placa de
un transformador monofásico contiene la información de potencia nominal en kVA, voltaje
nominal, porcentaje de impedancia, polaridad, peso, diagrama de conexión y tipo de
refrigeración.
La corriente de carga en un transformador es [3]:
I=
SkVA
VkV
(2.31)
Por otro lado, los transformadores trifásicos aéreos generalmente están compuesto por tres
unidades de transformadores monofásicos. Los que se encuentran bajo tierra son normalmente
una sola unidad, usualmente en un núcleo de tres o cinco columnas. Los de cinco columnas
son los más comunes. Los kVA nominales de un banco trifásico es la suma total en cada
unidad. La corriente de carga en cada fase de un transformador trifásico es [3]:
I=
SkVA
SkVA
=
3VFN , kV
3VFF , kV
(2.32)
2.5 Componentes Simétricas y Análisis de Corto Circuitos
En esta sección sólo se comenta acerca de las componentes simétricas en sistemas
trifásicos. Para estos sistemas sólo existen tres tipos de componentes: positiva, negativa y cero
tanto como para voltaje como para corriente. Para trabajar con estas componentes, es
necesario denominar al factor “a” el cual se traduce como un fasor unitario con
desplazamiento angular de 120º[15].
a = 1 120º = −0.5 + j 0.866
25
Luego con este factor definido, podremos plantear las ecuaciones de tensión y corriente de
secuencia cero (I0 y V0), positiva (I1 y V1) y negativa (I2 y V2) respectivamente, en función de
las tensiones y corrientes de fase [15]. Estas expresiones vienen presentadas de la siguiente
forma:
 I 0
 Ia  1
1
 I 1  =  Ib  1
  3 
 I 2 
 Ic  1
V 0 
Va  1
1
V 1  = Vb  1
  3 
V 2 
Vc  1
1
a
1
a2 

2
a
a 
1 1
a a2 

2
a
a 
(2.34)
(2.35)
Estas tres ecuaciones fundamentales son la base para determinar si las cantidades de
secuencia existen para cualquier sistema. Estas ecuaciones crean tres sistemas independientes
para cada secuencia, y cada uno de ellos se encuentra balanceado. Estos “subsistemas” a su
vez, se interconectan de diferentes formas para el análisis de fallas en el sistema. Antes de
mostrar estos esquemas, veamos cuales son las premisas que se tienen cuando hay presencia
de un sistema balanceado [15]:
1. Corrientes de secuencia positiva en un sistema balanceado produce caídas de
voltajes sólo en la secuencia positiva, no en la secuencia negativa ni en la
secuencia cero.
2. Corrientes de secuencia negativa en un sistema balanceado produce caídas de
voltajes sólo en la secuencia negativa, no en la secuencia positiva ni en la
secuencia cero.
3. Corrientes de secuencia cero en un sistema balanceado produce caídas de voltajes
sólo en la secuencia cero, no en la secuencia negativa ni en la secuencia positiva.
Esto no es verdad cuando se tiene un sistema desbalanceado, causado por una falla
asimétrica, una fase abierta u otra anomalía.
1. Corrientes de secuencia positiva circulando en un sistema desbalanceado, produce
caídas de voltaje en secuencia positiva, negativa y cero.
26
2. Corrientes de secuencia negativa circulando en un sistema desbalanceado, produce
caídas de voltaje en secuencia positiva, negativa y cero.
3. Corrientes de secuencia cero circulando en un sistema desbalanceado, produce
caídas de voltaje en secuencia positiva, negativa y cero.
Estas condiciones fundamentalmente importantes permiten interconectar las redes
independientes de secuencia, sólo y exclusivamente en el área o punto de desbalance. Antes
de seguir con la interconexión de redes de secuencia, veamos cuales son las posibles fuentes
de fallas en un sistema eléctrico de potencia [15].
2.5.1 Fuentes de Falla
Un diagrama unifilar usual de una sección de un sistema eléctrico es mostrado en la
ilustración 2.3. La corriente simétrica suministrada por estos equipos a las fallas del sistema
de potencia, decrece exponencialmente con el tiempo de duración de la misma. Durante este
periodo transitorio tres reactancias son posibles de utilizar para modelar estos cambios en el
sistema de secuencia positiva y para el cálculo de corrientes de falla [16]. Estas son la
reactancia subtransitoria del eje directo Xd’’, la reactancia transitoria del eje directo Xd’ y la
reactancia en régimen permanente del eje directo Xd.
Ilustración 2.4. Diagrama Unifilar de un Sistema Eléctrico común[16].
Los valores de estas reactancias varían con el tamaño de las maquinas y los valores
específicos los puede facilitar el fabricante o pueden ser medidos. En la siguiente tabla
veremos valores típicos para estas reactancias, así como el tiempo de duración de estos
periodos transitorios y subtransitorios:
Tabla 2.2. Valores en p.u de los parámetros usuales de un Generador Sincrónico [17]
27
Máquina
Kva
V
Rpm
Hgen
Fp
Xd
Xd'
Xd''
Xq
Xq''
Td'
Td''
Ra
X0
X2
A
69
240/480
1800
0.26
0.8
2.02
0.171
0.087
1.06
0.163
0.08
0.004
0.011
0.038
0.125
B
156
240/480
1800
0.2
0.8
6.16
0.347
0.291
2.49
0.503
0.105
0.011
0.022
0.054
0.375
C
781
240/480
1800
0.4
0.8
2.43
0.254
0.207
1.12
0.351
0.198
0.02
0.017
0.051
0.279
D
1044
240/480
1800
0.43
0.8
2.38
0.264
0.201
1.1
0.376
0.273
0.014
0.013
0.074
0.26
Para dimensionar los equipos y coordinar las protecciones se suele utilizar la reactancia
subtransitoria Xd’’ como una practica universalmente aprobada. Esto provee un valor máximo
de corriente de falla que es útil para Relés de alta velocidad.
El comportamiento de las fallas eléctricas según la configuración del sistema eléctrico, se
puede ver en la ilustración 2.4. Los casos A y B son las situaciones mas comunes, por lo que
el uso de la reactancia Xd’’ tiene un efecto despreciable[16].
El caso C puede afectar el tiempo de operación global de una protección de baja
velocidad, pero generalmente el decrecimiento del nivel de cortocircuito con el pasar del
tiempo hace que no haya problemas de coordinación; a menos que, las características de
tiempo corriente de las protecciones que sean utilizadas sean significativamente diferentes.
Usualmente los motores de inducción no son tomados en cuenta como fuentes de corriente de
falla para propósitos de protecciones, Caso D. Sin embargo, se debe enfatizar que estos
motores deben ser considerados en las aplicaciones de interruptores bajo las normas de
ANSI/IEEE[18].
28
Ilustración 2.5. Guía ilustrativa del comportamiento de la corriente ante fallas a distintos
lugares del sistema con respecto a la fuente de generación [16].
Estas fallas pueden ocurrir de muchas formas, algunas con más frecuencias que otras. En
nuestro caso discutiremos dos formas de que ocurra una falla en el sistema eléctrico, por ser
las que mayor nivel de cortocircuito poseen [16] estas son:
1. Cortocircuito Trifásico: las tres fases se encuentra en cortocircuito entre ellas.
2. Cortocircuito Monofásico: Una fase se encuentra en cortocircuito.
29
Para las fallas trifásicas, se asumirá que el sistema queda balanceado, por lo que la
representación en redes de secuencia no hace falta, sólo se toma en cuenta la red de secuencia
positiva, ver ilustración 2.5. Para la reducción de las impedancias equivalentes, se recomienda
el uso del teorema de Thevenin en los puntos de falla [19]. Mientras que para la falla
monofásica si se debe tomar en cuenta la interconexión de las redes de secuencia, porque este
tipo de falla representa un desbalance para el sistema eléctrico. Para el análisis de estas fallas
se deben conectar las redes de secuencia en serie, como se muestra en la ilustración 2.6.
Ilustración 2.6 Redes de secuencias reducidas donde Z1, Z2 y Z0 son las impedancias
equivalentes de cada red en el punto de falla [16].
En ambos tipos de fallas, se puede presentar que la conexión que produce el cortocircuito
posea una impedancia considerable con respecto a la que tiene el sistema equivalente. En caso
de que presente una impedancia relativamente baja, se le denomina falla sólida, de lo
contrario se le denomina falla con impedancia. En el caso de que posea un valor de
impedancia, esta misma ayuda a que los niveles de cortocircuito sean menores; lo cual puede
traer como consecuencia que las protecciones no actúen y la falla se mantenga como una
operación normal del sistema.
30
Ilustración 2.7 Fallas Monofásicas y su conexión de redes de secuencia. (a) falla sólida, (b)
falla en el sistema; (c) falla con impedancia [16].
Para aislar estas fallas se utilizan los equipos de protección, aquí mostraremos los más
utilizados en la industria eléctrica.
2.6 Grupos Electrógenos
Un grupo electrógeno es una máquina que mueve un generador de electricidad a través de
un motor de combustión interna. Son comúnmente utilizados cuando hay déficit en la
generación de energía eléctrica de algún lugar, o cuando son frecuentes los cortes en
el suministro eléctrico. Una de las utilidades más comunes es la de generar electricidad en
aquellos lugares donde no hay suministro eléctrico, generalmente son zonas apartadas con
pocas infraestructuras y muy poco habitadas.
Un grupo electrógeno consta de las siguientes partes[20]:
•
Motor. El motor representa nuestra fuente de energía mecánica para que el alternador
gire y genere electricidad. Existe dos tipos de motores: Motores de gasolina y de gasoil
(diésel). Generalmente los motores diésel son los más utilizados en los grupos Electrógenos
por sus prestaciones mecánicas, ecológicas y económicas.
31
•
Regulación del motor. El regulador del motor es un dispositivo mecánico diseñado
para mantener una velocidad constante del motor con relación a los requisitos de carga. La
velocidad del motor está directamente relacionada con la frecuencia de salida del alternador,
por lo que cualquier variación de la velocidad del motor afectará a la frecuencia de la potencia
de salida.
•
Sistema eléctrico del motor. El sistema eléctrico del motor es de 12 VC, excepto
aquellos motores los cuales son alimentados a 24 VCC, negativo a masa. El sistema incluye
un motor de arranque eléctrico, una/s batería/s libre/s de mantenimiento (acumuladores de
plomo), sin embargo, se puede instalar otros tipos de baterías si así se especifica, y los
sensores y dispositivos de alarmas de los que disponga el motor. Normalmente, un motor
dispone de un manocontacto de presión de aceite, un termocontacto de temperatura y de un
contacto en el alternador de carga del motor para detectar un fallo de carga en la batería.
•
Sistema de refrigeración. El sistema de refrigeración del motor puede ser por medio de
agua, aceite o aire. El sistema de refrigeración por aire consiste en un ventilador de gran
capacidad que hace pasar aire frío a lo largo del motor para enfriarlo. El sistema de
refrigeración por agua/aceite consta de un radiador, un ventilador interior para enfriar sus
propios componentes.
•
Alternador. La energía eléctrica de salida se produce por medio de una alternador
apantallado, protegido contra salpicaduras, autoexcitado, autorregulado y sin escobillas
acoplado con precisión al motor, aunque también se pueden acoplar alternadores con
escobillas para aquellos grupos cuyo funcionamiento vaya a ser limitado y, en ninguna
circunstancia, forzado a regímenes mayores.
•
Depósito de combustible y bancada. El motor y el alternador están acoplados y
montados sobre una bancada de acero de gran resistencia La bancada incluye un depósito de
combustible con una capacidad mínima de 8 horas de funcionamiento a plena carga. En caso
de necesitar más combustible, se debe diseñar un tanque anexo a la planta que suministre de
combustible al depósito.
•
Aislamiento de la vibración. El Grupo Electrógeno esta dotado de tacos antivibrantes
diseñados para reducir las vibraciones transmitidas por el Grupo Motor-Alternador. Estos
aisladores están colocados entre la base del motor, del alternador, del cuadro de mando y la
bancada.
32
•
Silenciador y sistema de escape. El silenciador de escape va instalado en el Grupo
Electrógeno El silenciador y el sistema de escape reducen la emisión de ruidos producidos por
el motor.
•
Sistema de control. Se puede instalar uno de los diferentes tipos de paneles y sistemas
de control para controlar el funcionamiento y salida del grupo y para protegerlo contra
posibles fallos en el funcionamiento. El manual del sistema de control proporciona
información detallada del sistema que está instalado en el Grupo Electrógeno.
•
Interruptor automático de salida. Para proteger al alternador, se suministra un
interruptor automático de salida adecuado para el modelo y régimen de salida del Grupo
Electrógeno con control manual. Para grupos Electrógenos con control automático se protege
el alternador mediante contactores adecuados para el modelo adecuado y régimen de salida.
•
Otros accesorios instalables en un Grupo Electrógeno. Además de lo mencionado
anteriormente, existen otros dispositivos que nos ayudan a controlar y mantener, de forma
automática, el correcto funcionamiento del mismo. Para la regulación automática de la
velocidad del motor se emplean una tarjeta electrónica de control para la señal de entrada
"pick-up" y salida del "actuador". El pick-up es un dispositivo magnético que se instala justo
en el engranaje situado en el motor, y éste, a su vez, esta acoplado al engranaje del motor de
arranque. El pick-up detecta la velocidad del motor, produce una salida de voltaje debido al
movimiento del engranaje que se mueve a través del campo magnético de la punta del pickup, por lo tanto, debe haber una correcta distancia entre la punta del pick-up y el engranaje del
motor. El actuador sirve para controlar la velocidad del motor en condiciones de carga.
Cuando la carga es muy elevada la velocidad del motor aumenta para proporcionar la potencia
requerida y, cuando la carga es baja, la velocidad disminuye, es decir, el fundamento del
actuador es controlar de forma automática el régimen de velocidad del motor sin
aceleraciones bruscas, generando la potencia del motor de forma continua. Normalmente el
actuador se acopla al dispositivo de entrada del fuel-oil del motor.
En la ilustración 2.7 se muestran algunas de las características arriba mencionadas.
1.
Motor
2.
Alternador
3.
Cuadro eléctrico de mando y control
33
4.
Una bancada de apoyo
5.
Un sistema de gases de escape
Ilustración 2.8. Planta Eléctrica de Diesel [20]
2.6.1 Generador Sincrónico
Es el generador de potencia más utilizado en el siglo pasado, la maquina sincrónica es el
convertidor de potencia de preferencia para casi todas las fuentes distribuidas de potencia.
Ellos pueden operar de manera independiente o sincronizada con el sistema eléctrico [3]. La
mayoría de los generadores de distribución son maquinas de polos salientes con cuatro o seis
polos dependiendo de la velocidad de los motores 1800 o 1200 respectivamente.
Los generadores sincrónicos operan con factores de potencia en adelanto o en atraso y con
tensión controlada. La mayoría de los generadores sincrónicos de distribución utilizan este
control de tensión cuando están en operación. Estos generadores para igualar la tensión que
hay en la acometida, ellos inyectan una cantidad constante de potencia activa y reactiva
(manteniendo el factor de potencia constante) [3].
La conexión trifásica proviene de los devanados del estator (parte fija de la maquina), y se
acopla magnéticamente con el rotor (parte móvil). Este rotor produce un campo magnético
que al girar a la velocidad sincrónica de la maquina, induce corriente en los devanados de el
estator y a su vez un fuerza electromagnética inducida. El rotor también posee un devanado
que es excitado externamente con corriente DC. Ver ilustración 2.8,
34
Ilustración 2.9. Rotor y Estator de una Máquina Sincrónica [3]
Varias impedancias actúan en esta máquina dependiendo del escenario:
•
Reactancia subtransitoria (Xd’’): Normalmente, Xd’’ se encuentra entre 10% y 30 %
de impedancia base de la máquina. Mayores valores de Xd’’ limitan la corriente de
cortocircuito que la máquina suministra pero esto reduce la capacidad del generador
de responder rápidamente a cambios bruscos de cargas.
•
Reactancia de secuencia negativa (X2): hace impacto en la corriente que circula
cuando hay un desbalance de voltaje. Es igual al promedio que hay entre Xd´´ y Xq’’
(impedancias del eje directo y de cuadratura, [21]) y es típicamente cercana al 10 % o
30 % de bases del generador.
•
Reactancia de secuencia cero (X0): afecta las corrientes de fallas a tierra y al flujo de
los armónicos triples. La reactancia de secuencia cero es normalmente pequeña,
menores al 5 % en bases de la máquina.
En la tabla 2.2 presentada anteriormente, se pueden ver los valores de los parámetros de
los generadores sincrónicos.
35
2.7 Luminotecnia
En salas donde se realizan tareas visuales, los denominados “interiores de trabajo”, la
función principal de la iluminación es facilitar la productividad de las tareas visuales allí
realizadas.
Sin embargo, en áreas de circulación o salas de estar y lugares de descanso, el criterio de
capacidad visual no es tan importante, lo importante es el criterio de agrado y confort visual.
Y por último, ya sea que se considere que la iluminación debe promover la capacidad
visual, el confort visual, el agrado visual o, la combinación de ellos, se deben tener en cuenta
la eficiencia en el uso de energía y el costo [22].
2.7.1 Iluminancia
Es el flujo luminoso recibido por unidad de superficie. Se designa también como Nivel de
Iluminación. El nivel de iluminación debe adecuarse a la actividad a desarrollar en los locales,
siendo la primera unidad que se debe fijar al realizar un proyecto de iluminación. Depende del
tipo de actividad que se vaya a realizar.
Podemos conocer que la iluminancia viene dada por la siguiente expresión [22]:
E=
φ lum  lm 


A  m2 
(2.36)
Donde,
Φlum flujo luminoso, su unidad es el lumen.
A área iluminada, en m2
2.7.2 Rendimiento Luminoso
El rendimiento luminoso es el cociente entre el flujo luminoso que emite la fuente
luminosa y el flujo que emitiría si toda su potencia se transformase en emisión luminosa de
555 nm (sección del espectro visible de luz mas intenso para el ojo humano). En la práctica se
define el rendimiento luminoso como el cociente entre el flujo luminoso emitido por la fuente
de luz y la potencia eléctrica de dicha fuente.
36
Desde el punto de vista de aprovechamiento energético, una lámpara será tanto más
eficiente cuanto mayor cantidad de lúmenes produzca por cada vatio eléctrico; en este aspecto
debe tenerse siempre en cuenta que muchas lámparas requieren equipos auxiliares que han de
valorarse a la hora de calcular el rendimiento luminoso, debiéndose considerar los lm/W
producidos incluyendo el consumo de los equipos auxiliares [22].
R=
φ lum  lm 
 
P W
(2.37)
En donde P es igual a la potencia consumida por la iluminaria en vatios (W). Entonces, al
tener ambas magnitudes podremos hallar la densidad de potencia por unidad de área de la
siguiente forma:
 lm
E 2
Dp =  m
R  lm
W

 W
= 2 
 m 

(2.34)
En la siguiente tabla observaremos el nivel de iluminación que debe tener un lugar según
la labor o tarea que en ella se realice [22]:
Tabla 2.3. Categorías de la iluminación según su uso [22]
Área o tipo de actividad
Categoría Iluminancia(Lux)
Áreas públicas con alrededores oscuros
A
20 – 50
Orientación simple para las visitas temporales cortas
B
50 – 100
Área de trabajo donde las tareas visuales se realizan ocasionalmente
C
100 – 200
Áreas para tareas visuales de alto contraste o de tamaño grande
D
200 – 500
Áreas para tareas visuales de mediano contraste o de tamaño pequeño
E
500 – 1000
Áreas para tareas visuales de bajo contraste o de tamaño muy pequeño
F
1000 – 2000
Áreas para tareas visuales de bajo contraste con objetos de tamaño muy
pequeño, por períodos prolongados
Áreas para tareas visuales que requieren exactitud por períodos prolongados
G
H
2000 – 5000
5000 – 10000
Áreas para tareas visuales muy especiales con contraste extremadamente bajo
y objetos muy pequeños
I
10000 – 20000
2.8 Sistemas de Puesta a Tierra
En una instalación podrá existir una puesta a tierra de servicio y una puesta a tierra de
37
protección. La tierra de servicio es la malla de tierra donde se conecta el punto neutro de
un transformador de potencia o de una máquina eléctrica. La resistencia de la malla de
servicio depende exclusivamente del valor de corriente de falla monofásica que se desea tener
en el sistema. La tierra de protección es la malla de tierra donde se conectan todas las partes
metálicas de los equipos que conforman un sistema eléctrico, que normalmente no están
energizados, pero que en caso de fallas pueden quedar sometidos a la tensión del sistema. Los
valores de resistencia de la malla de protección están limitados por condiciones de seguridad
de los equipos y de las personas que operan el sistema de potencia. Las tensiones de paso, de
contacto y de malla máximas definidas por normas internacionales, definen el valor de la
resistencia de la malla [23].
Es común usar la misma malla de tierra de una subestación tanto como malla de servicio
como malla de protección. En la medida que se cumplan las condiciones de seguridad esto no
es problema. No está permitido conectar a la misma malla sistemas de tensiones diferentes
[23].
Los sistemas aislados no tienen una conexión intencional a tierra. Cabe destacar que la
conexión a tierra en sistemas aislados se hace a través de caminos de alta impedancia, como
son las capacidades distribuidas de los alimentadores (cables y líneas aéreas) y a través de las
impedancias de los pararrayos. La principal característica de este tipo de sistema son las
bajísimas corrientes de cortocircuito monofásico que presentan, en caso de existir una falla en
el sistema. Por esta razón es necesario disponer de protecciones especiales, muy sensibles que
puedan detectar la presencia de una falla monofásica del orden de miliamperes. El retorno de
la corriente de falla monofásica en sistemas aislados se produce a través de capacidades
distribuidas de los cables y de las líneas [23].
La principal ventaja de estos sistemas, es la mayor continuidad de servicio que se logra, ya
que pueden seguir operando en la presencia de una falla monofásica. Sin embargo, son más
las desventajas que presentan los sistemas aislados, razón por la cual son poco utilizados en la
actualidad. Desde el punto de vista de la continuidad de servicio, los sistemas aislados no
presentan más ventaja que los sistemas aterrizados a través de alta resistencia, con la
diferencia que en estos últimos, las tensiones pueden limitarse [23].
Una forma de detectar la existencia de fallas monofásicas en sistemas aislados, es
conectando voltímetros entre fase y tierra. Estos dispositivos son capaces de detectar la fase
dañada, pero no de ubicar el punto de falla [23].
38
CAPITULO 3
MARCO METODOLÓGICO
Esta metodología estuvo basada en los objetivos generales y específicos del proyecto. En
la ilustración 3.1 se puede apreciar de mejor manera los pasos seguidos para la realización del
proyecto.
Entre los problemas que se encontraron en la realización de este proyecto, fue la necesidad
de elaborar un diseño en detalle de todos los equipos y su interconexión para así lograr el
objetivo general del proyecto. Para solucionar esto, se utilizaron los recursos que proveyó la
empresa, tales como planos, normas, recursos bibliográficos y recursos humanos. Una vez que
se dispuso de estos recursos y que se estuvo familiarizado con ellos, se procedió al diseño y
elaboración del proyecto. Estos pasos de familiarización con los recursos de la empresa se
explicaran de manera más detallada a continuación.
3.1 Inducción a Empresas Y&V
Esta fase se realizó para conocer la empresa y cuales son sus criterios, visiones, políticas,
misiones, normativas, formatos y deberes que se tuvieron en cuenta para la realización de este
tipo de proyectos. También se adquirió información en esta fase acerca de la historia de la
empresa, como están constituidos los diferentes departamentos y como están distribuidos cada
uno de ellos. Se realizó un recorrido por la empresa y se conoció la red interna (Intranet), que
es un servicio interno que la empresa otorga a sus empleados y en la que reposa una gran
cantidad de información bibliográfica. Finalmente, se conoció al personal involucrado con el
proyecto y se ubicó en el lugar de trabajo.
39
Ilustración 3.1. Diagrama de bloques de la metodología utilizada en el proyecto
40
3.2 Revisión de Normas, Bibliografía e Ingeniería Conceptual
Durante esta fase se revisó toda la información bibliográfica necesaria para el posterior
desarrollo del proyecto. Esta información fue conseguida por la Intranet (normas, libros y
catálogos), en la Internet (trabajos académicos, referencias bibliográficas y libros) y libros.
En la primera etapa se revisó un listado de las normas de CADAFE, IEEE, COVENIN
[24], y un Manual de Distribución de Potencia Eléctrica [3], involucrados en la elaboración de
proyectos en el área de distribución de energía eléctrica. En el siguiente listado se puede
ubicar, aquellas normas que resultaron imprescindibles o de uso frecuente, al momento de
realizar este proyecto. Los títulos de estas se podrán ubicar en la bibliografía del presente
informe.
•
CADAFE 53-87 [25], 54-87 [26], 64-87 [27], 65-87 [28] y 75-87 [29]
•
IEEE 835-94 [6], 141-93 [14] y 142-91 [30]
•
CODIGO ELECTRICO NACIONAL [24]
En estas normas se pudo localizar todo lo relacionado al diseño en detalle de este
proyecto. Ellas se relacionan y se complementan entre si. En las normas CADAFE se pudo
hallar con detalle las especificaciones de las bancadas y de cómo deben ser construidas. En las
normas IEEE se pudo encontrar los criterios de diseño para la selección de conductores. Y por
último, en el Código Eléctrico Nacional se encontró los requisitos mínimos que deben cumplir
las Instalaciones Eléctricas en nuestro país.
Se revisó también los criterios que utiliza la empresa para la realización de este tipo de
proyectos, cuales son los procesos y procedimientos a seguir para el cumplimiento de la
normativa de la empresa. Para lo anterior, se utilizó la base de conocimientos de la empresa,
que se encuentra en la Intranet, lo cual permitió la agilización de la búsqueda de los
documentos pertinentes.
Se precisó también la ubicación de catálogos de conductores, generadores,
transformadores, luminarias y postes que se utilizarían como criterio de diseño en cálculos
posteriores.
41
3.3 Estudio de la Demanda
Para la realización de este estudio se tomó en cuenta el número de equipos que se iba
alimentar con energía eléctrica en las instalaciones provisionales. Esta información se ubicó
en la ingeniería conceptual. Luego con este listado de equipos se procedió a modelarlas como
cargas eléctricas que demandan una corriente constante durante su operación. Los valores de
corriente para cada carga se pueden encontrar en detalle, en el Capitulo 5.
3.4 Dimensionamiento de los Grupos Electrógenos
Una vez obtenida la demanda eléctrica total, se estimó la potencia que seria necesaria
generar por los dos grupos electrógenos. Por motivos de disponibilidad en el mercado y costo
de combustible, se decidió que serían dos plantas eléctricas a base de Diesel. La ubicación de
ellas en el terreno de la obra, ya estaba estipulada en la fase previa de este proyecto
(ingeniería conceptual).
3.5 Ubicación de los tableros y faros de iluminación en la obra
Para comenzar con el diseño de las instalaciones provisionales, fue necesario ubicar los
tableros de distribución y los faros de iluminación, esparcidos estratégicamente por toda la
obra. Los criterios que se utilizaron para ubicarlos fueron los siguientes:
•
Cercanía con los dos grupos electrógenos, para preveer posibles problemas por caída
de tensión.
•
Cercanía con los edificios a los que se debía alimentar con energía eléctrica (conjunto
de oficinas y almacenes). La ubicación de los mismos estaba ya estipulada en la fase previa a
este trabajo.
•
Los tableros de 480V debían estar ubicados en aquellos lugares de la obra donde va a
ser necesaria en el uso de soldadoras y compresores.
3.6 Selección de cables subterráneos
Luego de haber fijado la ubicación de los tableros y faros, y que estos serán alimentados
por cables conductores que estarán distribuidos por toda la obra a través de ductos enterrados,
según la norma CADAFE 64-87[27], se pudo comenzar con el proceso de la selección de
42
cables que estarían conectados entre los grupos electrógenos, los tableros y finalmente las
cargas. Para ellos se empleó el siguiente algoritmo:
1. Selección de cables por la sección transversal con aislamiento en XLPE y grosor
estipulado por la norma IEEE 835-94 [6].
2. Verificar por el criterio de ampacidad mostrado en el Capitulo 2 si el conductor
seleccionado soporta la capacidad de corriente y la condición de temperatura de
operación, tal y como se expresa en la norma IEEE 835-94 [6]. Ver Apéndice A.
3. Verificar si con la longitud entre la generación y la carga no viole la condición de
caída de tensión [14].
4. De no cumplirse alguna de las condiciones por ampacidad ó caída de tensión, se
tomó otra sección transversal del cable o se colocó otro conductor en paralelo por
cada fase, hasta que se cumplan ambos criterios en condiciones normales de
operación.
3.7 Análisis Luminotécnico del Conjunto de Oficinas y del Almacén
Para este análisis se tomo en cuenta la cantidad de luminarias necesarias para cumplir con
la iluminancia necesaria para el tipo de actividades que se realiza en estos edificios, tal y
como se muestra en la tabla 2.3. Este proceso se realizó con la ayuda del programa Luxicon,
el cual proveía la información acerca del número y tipo de luminarias necesarias para
satisfacer lo estipulado en la tabla 2.2 según el área en metros cuadrados que se deseaba
iluminar.
Es necesario mencionar que este estudio se hizo simultáneamente con el estudio de la
demanda, ya que estas luminarias seleccionadas suministraron información acerca de la
corriente demandada por estas instalaciones.
3.8 Estudio de Cortocircuito
Este estudio se realizó modelando posibles fallas monofásicas y trifásicas en los bornes de
las plantas generadoras y en los tableros de distribución esparcidos por toda la obra. Con esto,
se da una información para el diseño de protecciones de estas instalaciones. Se utilizaron
componentes simétricas para realizar estos cálculos. Ver Apéndice C.
43
3.9 Informe final y presentación para la gerencia de Electricidad
La elaboración del informe final se realizó mediante la recopilación de las metodologías,
los resultados e información obtenida durante el desarrollo del proyecto, de esta manera se
busca dejar un registro escrito del mismo, para poder ser utilizado en el futuro.
3.10 Materiales y Herramientas de Trabajo
•
Material de Oficina.
•
Computadora personal que incluía los siguientes programas:
•
Microsoft Office (Word, Excel, Power Point y Outlook)
•
Bentley View
•
ETAP (Electrical Transient Analyzer Program)
•
Adobe Reader 8.0
•
Luxicon
•
Internet Explorer
44
CAPITULO 4
BASES DEL DISEÑO
En este capitulo se discuten las bases y premisas que se utilizan en la elaboración de los
cálculos, para el diseño de la acometida que alimentará las instalaciones provisionales. Se
menciona también, los factores climáticos que influyeron en el diseño de este proyecto. Se
coloca a continuación una serie de ilustraciones que contiene información acerca de la
ubicación geográfica de la planta, la ubicación de las instalaciones provisionales dentro de la
planta y un unifilar del sistema que se diseñó.
Planta El
Ilustración 4.1. Ubicación Geográfica de la Planta en el Mapa de Venezuela.
45
32 Km (línea
Ilustración 4.2. Ubicación Geográfica de la Planta en el Mapa del estado Miranda
Ilustración 4.3. Proyección de la posible ubicación de la planta sobre el Mapa.
46
Ilustración 4.4. Proyección de la Planta Termoeléctrica.
Ilustración 4.5. Visualización en 3D de la Planta
4.1 Estudio de la demanda
Por medio de la ingeniería conceptual realizada por la empresa española Duro Felguera C.
A2, se pudo verificar que las instalaciones provisionales esta compuesta por un grupo de
oficinas a 208V/120V y cuatro (4) tableros a 480 V que estarán distribuidos alrededor de toda
2
Por normas de seguridad de la empresa, no se puede colocar el código del documento
47
la obra. Este grupo de oficinas tendrá cargas eléctricas habituales para estos edificios,
computadores, aires acondicionados, luminarias y otros equipos de oficina. Mientras tanto, los
tableros también alimentarán cargas para la elaboración de este tipo de obras, soldadoras,
compresores y otros equipos de construcción.
Luego de haber realizado el análisis y estudio de las normas relacionadas con este estudio,
se procedió a fijar los valores necesarios para luego calcular la demanda total en cada uno de
los tableros. Estas premisas fueron las siguientes:
En tableros de 480 V que alimentarán equipos de obra:
•
Se tendrá un factor de coincidencia menor o igual que 0,6.
•
Se tendrá un factor de potencia máximo de 0.85.
•
Los tableros de distribución deberán cumplir lo que se rige en la norma NFPA 70
para prevenir cualquier tipo de incendios en su etapa de operación.
•
Se tendrá una demanda máxima de corriente de 600A por cada tablero.
En los tableros que alimentarán el grupo de oficinas y el almacén:
•
Se tendrá un factor de coincidencia menor o igual que 0,9
•
Se tendrá un factor de potencia máximo de 0,85
•
Se deberá cumplir lo estipulado en el Código Eléctrico Nacional acerca de la
prevención de incendios en edificios industriales.
•
El tablero de grupo de oficinas tendrá una demanda máxima acorde con el
transformador que estará aguas arriba.
Una vez que se ha concluido el estudio de la demanda, se pudo empezar a dimensionar los
generadores diesel que alimentarán estas instalaciones, así como el banco de transformadores
monofásicos que alimentaran a las oficinas en 208 V. Y también, se hizo el estudio de los
conductores que se utilizaran para abastecer a cada uno de los tableros de distribución antes
mencionados.
48
4.2 Grupos Electrógenos
Estos equipos ya se habían planteado en la ingeniería conceptual realizada en fases previas
a este proyecto. Por lo tanto, lo que se realizó en el estudio de la demanda estuvo basado en
los dos generadores planteados. Estos generadores serán impulsados por combustión de
diesel. Se deberá tener en cuenta que:
•
Ambos generadores tendrán como tensión nominal 480 V.
•
Deberán cumplir lo que se rige en la norma NFPA 850 para la prevención de
incendios de estos grupos electrógenos.
•
Su potencia nominal deberá ser mayor a la demanda máxima (en un 10% como
mínimo) a la que será expuesta, y dependerá a su vez, de la disponibilidad de los
fabricantes.
4.3 Selección del Cable Conductor
Para la selección de conductores se debió tener en consideración el voltaje y la potencia a
los que estos estarán sometidos en condiciones de operación. En toda la instalación se tienen
dos niveles de tensión trifásica, 480 V y 208 V. Cada una de estas tensiones suministrará
energía a ciertos niveles de potencia.
Según el nivel de corriente que se obtuvo luego del estudio de la demanda, se procedió a
hacer el cálculo para la selección de los conductores, se debió verificar condiciones de
temperatura, de ampacidad y de caída de tensión (IEEE 835-1994 [6] y IEEE 141-1993 [14]).
Del mismo modo, se tomó en consideración en que configuración se encontrará el cable, ya
sea en ductos, en bandejas, directamente enterrado o en bancadas.
Una vez seleccionados todos los calibres de los conductores y sus especificaciones de
aislamiento y ubicación, se procedió a hacer un estudio de ruta en el plano, aplicando los
criterios pertinentes a este problema. Una de las cosas que se tomó en cuenta al momento de
plantear la ruta del cableado, es la distancia más corta, es decir la ruta en donde se necesite
menos cable para llegar al punto de conexión con la carga. De esta manera se evitarán costos
en cables y se reducirá la posibilidad de redimensionar el cable por problemas con la caída de
voltaje. Otras de las cosas que se deberán tener en cuenta en este proyecto, al momento del
diseñar la ruta, son las posibilidades de cruzar con futuras construcciones de tuberías.
49
4.4 Nivel de Corto circuito y Diseño de las Protecciones
Este estudio de cortocircuito se hizo en bornes del generador, en la barra que distribuirá la
energía para cada uno de los tableros de 480V, y por último, en cada uno de los tableros de
480V. Cabe destacar, que el estudio de cortocircuito no se realizó aguas abajo de los tableros
de 480V, porque cada una de estas salidas tiene protecciones normalizadas por COVENIN
[24].
4.5 Análisis Luminotécnico e Instalaciones Eléctricas
Para esta sección se utilizó la densidad de potencia requerida para abastecer los niveles de
iluminación necesarios para cada zona de las oficinas y exteriores de la obra [22]. Luego, se
procedió a ubicar las luminarias necesarias en cada zona para abastecer dichos niveles de
iluminación.
Los faros para iluminación externa serán de vapor de sodio, debido a que es lo que se
frecuenta según la empresa para este tipo de instalaciones. También, porque este tipo de
luminaria presenta una buena eficiencia, es decir, iluminan una cantidad de espacio con un
bajo consumo de potencia, a diferencias de otros tipos de faros.
Por otro lado, la iluminación en el conjunto de oficinas se realizó por medio de tubos
fluorescentes que se usan actualmente para este tipo de edificios. Ellos presentan dos ventajas
importantes, tienen una buena calidad de iluminación y poseen un bajo consumo de potencia.
En esta misma etapa se ubicó las instalaciones eléctricas necesarias para el conjunto de
oficinas que estarán ubicados en las instalaciones provisionales. Para el diseño de estas
instalaciones se utilizó la norma COVENIN [24] y la simbología utilizada en canalizaciones
eléctricas residenciales [31].
50
CAPÍTULO 5
CÁLCULOS Y RESULTADOS
En este capítulo se presenta los cálculos que se realizaron para diseñar este proyecto, con
sus respectivos resultados y su posterior discusión. Debido a que en las fases previas del
proyecto se estipuló la necesidad de dos grupos electrógenos para la alimentación de energía
eléctrica de estas instalaciones, este capitulo se dividió en dos secciones, cada una de ellas
represento el diseño de la acometida que alimentará cada de uno de estos grupos electrógenos.
5.1 Generador de 1138 kVA
Este generador estará ubicado en las cercanías del conjunto de oficinas dispuesto en las
instalaciones provisionales. Tiene como carga conectada, tres tableros de 480 V, los cuales
alimentan los grupos de soldadoras, y un transformador que alimentará el tablero del conjunto
de oficinas, con una relación de tensión de 480/208 V. En la ilustración 5.1 se puede ubicar a
este generador dentro de la planta termoeléctrica, así como también la ubicación de los
tableros que alimentará.
5.1.1 Estudio de la Demanda
Se comienza este estudio con la evaluación de las posibles cargas que se conectaran en los
tableros que se encuentran a un nivel de tensión de 480 V. Como se verá mas adelante, estos
tableros son los que mayor consumo de potencia representarán en la obra, pero que a su vez
poseen el menor factor de coincidencia (0,5).
5.1.1.2 Estudio de la demanda en los tableros de 480 V
Para los tableros de 480 V que alimentaran a soldadoras para el posterior trabajo de
construcción que se realizará en la obra, el estudio de la demanda eléctrica por cada máquina
de soldar se realizó haciendo un estudio comparativo entre diferentes catálogos de tipos de
soldadoras trifásicas, y se tomo el peor caso de corriente consumida por este tipo de equipos.
Las secciones de estos catálogos, que refieren al comportamiento eléctrico de las soldadoras
se pueden encontrar en el Apéndice B.
51
Ilustración 5.1. Ubicación de los tableros en la obra
La peor condición de corriente demanda por una soldadora es de 47 A, para el diseño de
los tableros de 480 V que alimentarán estos equipos, aproximaremos este valor de corriente a
50 A. Debido a que se estipuló en la fase previa a este proyecto (Ingeniería Conceptual) que la
demanda de corriente máxima por estos tableros será de 600 A, entonces se tiene que el
número máximo posible de soldadoras viene dado por:
# soldadoras=
600 A
=12
50 A
De esta manera, se calculó la potencia trifásica consumida para este tipo de tableros,
tomando en cuenta que el factor de coincidencia fijado para estos tableros es de 0,5, se tiene
que:
Stablero= 3(0,5)(480 V)(50 A)(12)=249,4 kVA
Una vez decidido la potencia consumida se procedió a completar las planillas de estos
tableros, a continuación presentaremos la planilla del tablero # 1, para el resto de las planillas
ver Apéndice D.
52
ESPECIFICACION DEL TABLERO
FECHA
UBICACIÓN
NEMA
DISEÑADO
CODIGO
REV
3
600
TAB 1
TIPO
HILOS
NHB
4
FASES
AMP
TENSION NOM
CIRCUITOS
AMP
kA cc
613
-
INTERRUPTOR PRINCIPAL
POLOS
3
PLANO
FRAME
FABRICANTE
480
36
NOTA
NHB
4
CARGA CONECTADA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
4 36 AB 613
FASE AWG
AMP
#
#
AMP
FASE AWG
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
R
ALIMENTADOR A LA ENTRADA
DEL TABLERO
ALIMENTADOR DE PUESTA A
TIERRA DEL TABLERO
SI
NO
SI
NO
S
X
X
CARGA CONECTADA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
T
CALIBRE 2x750MCM
DUCTO
PVC
CALIBRE
2/0
DUCTO
El conductor alimentador a la entrada del tablero, se seleccionó aplicando el criterio de
ampacidad y de caída de tensión, este conductor estará enterrado en ductos de PVC, según
como lo indica la norma CADAFE 64-87 [27]. En el Apéndice A se ilustra un modelo de
cálculo de ampacidad. Nótese que son dos conductores por fase, esto se debió a problemas
con la caída de tensión y por motivos de confiabilidad. La metodología para la selección del
cable de puesta a tierra se muestra mas adelante en la sección de análisis de cortocircuito.
5.1.1.3 Estudio de la demanda en las Oficinas
Para hacer este estudio fue fundamental lo que se realizó en la ingeniería conceptual, ya
que a partir de allí, se realizó el cálculo de las posibles cargas que se conectarán a estas
53
oficinas provisionales. En la ilustración 5.2 se puede observar el modelo de las oficinas que se
van a construir, a su vez allí se pueden localizar las cargas eléctricas que tendrá este edificio.
En la tabla 5.1 se observa el número de cargas que se contabilizaron en el modelo, así como
su consumo de potencia activa típico.
Tabla 5.1. Lista de equipos tradicionales en oficinas
Corriente de Operación
Equipo
Potencia (W)
(A)
Computadores tipo escritorio
250
2
Aires Acondicionados
1500@fp=0,85
5
Cafeteras
1200
10
Fotocopiadoras/Impresoras
2000
16,67
Proyectores
85
0,7
Televisor
150
1,25
Servidores
55
0,46
Scanner
77
0,64
Conexión
1F
3F
1F
1F
1F
1F
1F
1F
A partir de la tabla 5.1 y de la ilustración 5.2, se presenta la tabla 5.2 con los equipos
contabilizados y el total de corriente que ellos representan.
Tabla 5.2. Carga de corriente total consumida por los equipos tradicionales
Equipo
Computadores tipo escritorio
Aires Acondicionados
Cafeteras
Fotocopiadoras/Impresoras
Proyectores
Televisor
Servidores
Scanner
Cantidad
30
17
2
2
1
1
2
2
Corriente Total (A)
60ª
85A
20A
33.34A
0.7A
1.25A
0.92A
1.28A
Total
202.49A
54
Ilustración 5.2. Modelo del Complejo de oficinas
Además de estas cargas consumidas por los equipos tradicionales de las oficinas, tenemos
que tomar en cuenta los circuitos de iluminación. Para ello se realizó un estudio
luminotécnico en el modelo, que presentaremos a continuación.
55
Debido a que el grupo de oficinas esta constituido por varias zonas o ambientes, se
clasifica cada uno de ellos en la tabla 5.3, tomando en cuenta la información de la tabla 2.3 y
del tipo de trabajo que se espera realizar en el ambiente dado:
Tabla 5.3. Densidad de Potencia según la categoría de iluminación utilizada
Ambiente
Clasificación Rendimiento Iluminancia Densidad de Potencia (W/m2 )
Vestuario
mujeres
B
70%
50 – 100
1.43
Vestuario
hombres
B
70%
50 – 100
1.43
Cuarto de
limpieza y
almacén
B
70%
50 – 100
1.43
Sala de
reuniones
Recepción
D
C
80%
80%
200 – 500
100 – 200
6.25
2.5
Oficinas de
Control de
calidad
Archivo
E
D
90%
80%
500 – 1000
200 – 500
11.11
6.25
Cuarto de
informática
D
85%
200 – 500
6.25
Escritorios de
obra
E
90%
500 – 1000
11.11
Oficina
técnica
Despacho
E
E
90%
90%
500 – 1000
500 – 1000
11.11
11.11
Administració
n
E
90%
500 – 1000
11.11
Por lo tanto, según la tabla 5.3 y la ilustración 5.2, podemos obtener un estimado de la
potencia consumida por los circuitos de iluminación en las oficinas; ya que tenemos la
densidad de potencia por unidad de área, y tenemos también el área ocupada por cada
ambiente de las oficinas. En la siguiente tabla se presenta los resultados obtenidos al utilizar
este criterio.
56
Tabla 5.4. Potencia total consumida por circuitos de Iluminación en Oficinas
Ambiente
Área (m2)
#
Potencia (W)
Vestuario mujeres
14.1
1
20.16
Vestuario hombres
84.6
1
120.978
Cuarto de limpieza y almacén
Sala de reuniones
Recepción
14.7
28.2
35.25
1
1
1
21.02
176.25
88
Oficinas de Control de calidad
Archivo
Cuarto de informática
Escritorios de obra
Oficina técnica
Despacho
Administración
141
28.2
14.1
42.3
28.2
28.2
42.3
1
1
1
1
1
2.5
1
1566.51
176.25
88.13
469.95
313.33
783.26
469.95
Total
4214.19
En la siguiente ilustración 5.3 se puede observar el resultado del estudio luminotecnico
aplicado al conjunto de oficinas, y a su vez la distribución de las luminarias para cumplir con
los requisitos presentados arriba.
Ilustración 5.3. Distribución de las Luminarias en el conjunto de Oficinas
57
Estas luminarias son fluorescentes y tubulares, en el Apéndice B se puede encontrar un
catalogo de ellas. Se realizó la distribución de los tomacorrientes en las oficinas, para así
completar todas las cargas que se le relacionan a este conjunto de oficinas. Dicha distribución
se puede encontrar en la ilustración 5.4 siguiente:
Ilustración 5.4. Distribución de Tomacorrientes en el conjunto de Oficinas
Finalmente podemos obtener la planilla para este tablero del conjunto de oficinas, y luego
de ello obtener el estimado de potencia consumida por cada uno de los tableros conectados al
generador de 1138 kVA. A continuación se presenta la planilla de especificación del tablero y
luego se presenta en la tabla 5.5 el estimado de potencia consumida por estos tableros.
58
ESPECIFICACION DEL TABLERO
FECHA
UBICACIÓN
NEMA
DISEÑADO
CODIGO
REV
TIPO
HILOS
NAB
5
FASES
AMP
3
600
AMP
kA cc
305
-
INTERRUPTOR PRINCIPAL
POLOS
3
PLANO
FRAME
FABRICANTE
OFICINA
TENSION NOM
CIRCUITOS
208
48
NOTA
NAB
1
5
60
CARGA CONECTADA
LUMINARIAS ENTRADA
LUMINARIAS S. DE REUNIONES
LUMINARIAS CUARTO DE LIMP
LUMINARIAS VEST. Hombres
LUMINARIAS VEST. Mujeres
LUMINARIAS ARCHIVO
LUMINARIAS CUARTO DE INF
LUMINARIAS ADMINISTRACION
LUMINARIAS DESPACHO
LUMINARIAS OBRA
LUMINARIAS DESPACHO 2
LUMINARIAS DESPACHO 3
LUMINARIAS CONT. CAL 1
LUMINARIAS CONT. CAL 2
LUMINARIAS CONT. CAL 3
LUMINARIAS OFIC TECNICA
T. C Control Calidad 4
T. C Cuarto de Limpieza
A/C DESPACHO 2 Y 3
A/C ARCH/C DE INF/OF TECN
A/C ADMINISTRACION
A/C DESP 1/CONT CAL
AB
305
FASE AWG AMP
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
#8
#8
#8
#8
#8
#8
#8
#8
#8
#8
#8
#8
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
15
15
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
#
#
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
37
39
41
43
45
47
49
51
53
55
57
59
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
60
R
ALIMENTADOR A LA ENTRADA
DEL TABLERO
ALIMENTADOR DE
NEUTRO
ALIMENTADOR DE PUESTA
A TIERRA
S
AMP FASE AWG
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
20
20
20
20
20
20
20
20
20
-
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
# 12
#8
#8
#8
#8
#8
#8
#8
#8
#8
-
CARGA CONECTADA
T. C Entrada
T. C Sala de Reuniones 1
T. C Sala de Reuniones 2
T. C Vest Hombres 1
T. C Vest Hombres 2
T. C Vest Mujeres
T. C Archivo
T. C Archivo 2
T. C Obra
T. C Obra 2
T. C Oficina Tecnica 1
T. C Oficina Tecnica 2
T. C Despacho II
T. C Despacho I
T. C Despacho III
T. C Control Calidad 1
T. C Control Calidad 2
T. C Control Calidad 3
A/C ENT/SAL D REUN
A/C OBRA
A/C VEST Hombres
T
SI X
NO
SI X
NO
SI X
NO
CALIBRE
DUCTO
CALIBRE
DUCTO
CALIBRE
DUCTO
4/0
#2
#2
-
59
Tabla 5.5 Potencia Estimada consumida en el generador de 1138 kVA
Generador
1138 kVA
Tablero
1
2
3
Oficinas
Total
Potencia Estimada (kVA)
249,4
249,4
249,4
108,2
856,4
Presentamos entonces un unifilar preliminar en la ilustración 5.5, del cual obtenemos la
información del calibre de los conductores a cada tablero, para luego proceder al estudio de
cortocircuito y el diseño de puesta a tierra de este sistema.
Ilustración 5.5. Unifilar preliminar sistema del generador de 1138 kVA
En la tabla 5.6 se presenta los niveles de caída de tensión para cada uno de los tableros
presentados anteriormente.
60
Tabla 5.6. Caída de Tensión de los tableros conectados al generador de 1138 kVA
Caída de Voltaje
Tablero 1
Tablero 2
Tablero 3
Transformador
Tablero Oficinas
1,07
3,55
2,38
0,65
0,84
%
%
%
%
%
5.1.2 Estudio de Cortocircuito y Diseño de Puesta a Tierra.
Una vez obtenido todos los calibres de cada uno de los conductores involucrados en la
interconexión de los tableros con el generador, es necesario el estudio de fallas monofásicas y
trifásicas en el sistema, para luego diseñar las especificaciones de las protecciones en los
tableros ante cortocircuitos y también para el diseño de la malla de puesta a tierra. Dado que
fue necesario primero diseñar el sistema de puesta a tierra, empezaremos con calcular las
corrientes máximas de cortocircuito que circularán en el sistema, para así poder diseñar los
calibres de los conductores de puesta a tierra y de la malla. Se obtuvo como resultado los
valores que se muestran en la tabla 5.7. Estas corrientes de cortocircuito, no poseen resistencia
de puesta a tierra, y es necesario aclarar que no son las reales.
Tabla 5.7. Corriente de cortocircuito y selección de cond. De puesta a Tierra
Tablero
Corriente de Cortocircuito Max.
Barra 1
6,221 kA
1
4,535 kA
2
3,65 kA
3
4,02 kA
Transformador
1,597 kA
Oficinas
1,378 kA
Sección minima
(mm2)
97,22
70,87
57,04
62,83
21
20,53
Calibre AWG
250 MCM
2/0
2/0
2/0
#3
#3
Una vez seleccionado estos conductores, se puede proceder al diseño de la malla de puesta
a tierra, sabiendo que la resistividad eléctrica del terreno esta entre 8 y 30 Ω.m [32]. Se utilizó
la siguiente configuración de malla de puesta a tierra.
61
Ilustración 5.6 Configuración de la malla de Puesta a Tierra del Gen de 1138 kVA.
Esta malla estará enterrada a una profundidad de 2,77 m, tal como lo muestra la norma
IEEE 142-91 [31], y posee una Resistencia de puesta a tierra entre 6 - 24 Ω. Posee una
Tensión Máxima de Toque igual 232,02 V y una Tensión Máxima de Paso de 261,99 V.
Con este valor de resistencia de puesta a tierra se pudo proceder al cálculo de las
corrientes de cortocircuito reales para este sistema. Los resultados de muestran en la tabla 5.8
y en el Apéndice E se puede observar el código utilizado en MATLAB para la obtención de
estos resultados.
Tabla 5.8. Valores de cortocircuito reales del sistema.
Tablero
Icc3Φ(ρ=8Ω.m) Icc1Φ(ρ=8Ω.m) Icc3Φ(ρ=30Ω.m) Icc1Φ(ρ=30Ω.m)
Barra 1
74,82
74,29
19,99
19,95
1
74,76
74,082
19,98
19,93
2
74,758
74,0943
19,98
19,94
3
74,79
74,2
19,98
19,94
Transformador
73,13
72,85
19,87
19,84
Oficinas
73,03
72,61
19,86
19,83
Finalmente, el diagrama unifilar final quedaría de la siguiente forma:
62
Ilustración 5.7. Unifilar del Sistema conectado al generador de 1138 kVA
5.2 Generador de 350 kVA
Este generador estará ubicado en las cercanías del almacén dispuesto en las instalaciones
provisionales. Tiene como carga conectada, un tablero de 480 V, el cuál alimenta a los grupos
de soldadoras, un tablero para los reflectores que iluminarán la obra en horario nocturno y un
tablero para el almacén, todos a 480 V. En la ilustración 5.8 se puede ubicar a este generador
dentro de la planta termoeléctrica, así como también la ubicación de los tableros que
alimentará.
63
Ilustración 5.8. Ubicación de los tableros conectados al generador de 350 kVA
5.2.1 Estudio de la Demanda
Se comienza este estudio con la evaluación de las posibles cargas que se conectaran en el
tablero que alimentará el grupo de soldadoras. Luego veremos el estudio al tablero de
reflectores repartidos en la obra y por último el tablero que alimenta al almacén.
5.2.1.1 Estudio de la demanda en el tablero de 480 V
Se obtuvo el mismo resultado que en el caso anterior del generador de 1138 kVA, la
planilla de este tablero se puede encontrar en el Apéndice D. Se conectarán doce soldadoras al
igual que en los tres tableros mencionados anteriormente, este tablero en particular es la razón
por la cual se necesitaran dos grupos electrógenos debido a la caída de tensión. Este cálculo se
puede observar en el Apéndice F.
5.2.1.2 Estudio de la demanda en el tablero de reflectores
Este tablero se utilizará para la conexión de los reflectores con el generador, estos
reflectores seran de vapor de sodio, de 1000 W, y estarán ubicados en postes de 10 metros de
altura, cuyos detalles se podrán observar en el Apéndice G.
En la siguiente ilustración 5.9 se podrá observar la distribución de dichos reflectores en la
obra, así como el circuito al que pertenece cada uno de ellos. Luego de ello, se presenta la
planilla de especificación del tablero de reflectores.
64
Ilustración 5.9. Distribución de los reflectores en la obra.
65
ESPECIFICACION DEL TABLERO
FECHA
UBICACIÓN
NEMA
DISEÑADO
CODIGO
REV
TIPO
HILOS
NAB
4
FASES
AMP
3
190
AMP
kA cc
198
-
INTERRUPTOR PRINCIPAL
POLOS
3
PLANO
FRAME
FABRICANTE
REFLECTORES
TENSION NOM
CIRCUITOS
480
4
NOTA
NAB
4
4
4
AB
198
CARGA CONECTADA
FASE AWG
AMP
#
#
REFLECTORES
REFLECTORES
# 10
# 10
48
48
1
3
2
4
R
S
ALIMENTADOR A LA ENTRADA
DEL TABLERO
ALIMENTADOR DE
NEUTRO
AMP FASE AWG
48
42
CARGA CONECTADA
# 10
# 10
REFLECTORES
REFLECTORES
T
SI X
NO
SI X
NO
CALIBRE
DUCTO
CALIBRE
DUCTO
#1
#2
-
5.2.1.3 Estudio de la demanda en el Almacén
Se tiene que para este almacén se conectarán únicamente luminarias para la iluminación
de este edificio. Este tendrá las siguientes dimensiones.
Ilustración 5.10a. Dimensiones del Almacén. Alzado Principal
66
Ilustración 5.10b. Dimensiones del Almacén. Alzado Lateral Derecho.
Tabla 5.9. Potencia demanda por una luminaria en el almacén.
Ambiente
Almacén
Área (m2)
225.4272
Potencia (W)
1327.136
Estas luminarias utilizadas en el almacén suelen tener un factor de potencia de 0.9, y una
corriente de operación de 1A[38]. A continuación, en la siguiente ilustración, plantearemos la
ubicación posible de estas luminarias en el almacén ilustrado anteriormente.
67
Ilustración 5.11. Ubicación de las Luminarias en el Almacén.
Esta luminarias que se muestran en la figura de arriba, se recomienda que sean unas
lámparas de vapor de sodio a alta presión de 600W, y de 277 V. Se basó en el modelo[38] HB
Prismatic Benchmark de 25 pulgadas para el diseño luminotécnico de este almacén. En total
se consumirá 5400W por las luminarias. A continuación se presenta la planilla para este
68
tablero, nótese que existen tres circuitos disponibles para la conexión de cargas mediante un
transformador seco, que se podrá utilizar para cargas pequeñas.
ESPECIFICACION DEL TABLERO
FECHA
UBICACIÓN
NEMA
DISEÑADO
CODIGO
REV
TIPO
HILOS
NAB
4
AMP
kA cc
90
-
FASES
AMP
3
84
ALMACÉN
TENSION NOM
CIRCUITOS
480
6
INTERRUPTOR PRINCIPAL
POLOS
3
PLANO
FRAME
FABRICANTE
NOTA
NAB
4
CARGA CONECTADA
REFLECTORES
4 6 AB 90
FASE AWG AMP
# 14
# 14
# 14
8
8
8
#
#
1
3
5
2
4
6
R
ALIMENTADOR A LA ENTRADA
DEL TABLERO
ALIMENTADOR DE
NEUTRO
ALIMENTADOR DE PUESTA
A TIERRA
S
AMP FASE AWG
20
20
20
#8
#8
#8
CARGA CONECTADA
TRANSFORMADOR SECO
T
SI
NO
SI
NO
SI
NO
X
CALIBRE
DUCTO
X
CALIBRE
#6
#6
DUCTO
CALIBRE
x
DUCTO
Con estos resultados, se podrá hallar el valor de la potencia consumida en total por el
generador de 350 kVA. En la tabla 5.10 se observará los resultados.
Tabla 5.10. Potencia Estimada consumida en el generador de 350 kVA
Generador
350 kVA
Tablero
4
Reflectores
Almacén
Potencia Estimada
(kVA)
249,4
51,522
23,27
Total
324,192
Con estos valores, se pudo presentar en la ilustración 5.12 un diagrama unifilar con los
tableros y el calibre de los conductores de alimentación para ellos, en el sistema del generador
de 350 kVA.
69
Ilustración 5.12. Unifilar preliminar del generador de 350 kVA
En la tabla 5.11 se presenta los niveles de caída de tensión para cada uno de los tableros
presentados anteriormente.
Tabla 5.11. Caída de Tensión de los tableros conectados al generador de 350 kVA
Caída de Tensión
Tablero 4
3,16 %
Tablero Reflec.
3,73 %
Tablero Almacén 1,28 %
5.2.2 Estudio de Cortocircuito y Diseño de Puesta a Tierra.
Aplicando la misma metodología que en el caso del generador anterior, se obtiene que
para la selección de los calibres de los conductores de puesta a tierra, se obtuvo los resultados
expuestos en la siguiente tabla 5.12.
70
Tabla 5.12. Corriente de cortocircuito y selección de cond. De puesta a Tierra
Tablero
Barra 2
#4
Almacén
Reflectores
Corriente de Cortocircuito Max.
1,2156 kA
1,0559 kA
1,0921 kA
1,1208 kA
Sección minima
(mm2)
19
16,5
17,07
17,5
Calibre AWG
#4
#4
#4
#4
Se diseño una malla de puesta a tierra semejante a la del generador de 1138 kVA, solo que
se tomo en cuenta los calibres obtenidos en este sistema, que según lo mostrados son de
menor capacidad. En la ilustración 5.13 se puede observar la malla obtenida y sus
dimensiones.
Ilustración 5.13. Dimensiones de Malla de puesta a tierra para el generador de 350 kVA
Esta malla estará enterrada a una profundidad de 2,77 m, tal como lo muestra la norma
IEEE 142-91 [31], y posee una Resistencia de puesta a tierra entre 0,7 – 2,6 Ω. Posee una
Tensión Máxima de Toque igual 232,02 V y una Tensión Máxima de Paso de 261,99 V.
Con este valor de resistencia de puesta a tierra se pudo proceder al cálculo de las
corrientes de cortocircuito reales para este sistema. Los resultados de muestran en la tabla
5.13 y en el Apéndice E se puede observar el código utilizado en MATLAB para la obtención
de estos resultados.
71
Tabla 5.13. Valores de cortocircuito reales del sistema de 350 kVA.
Tablero
Barra 2
#4
Almacén
Reflectores
Icc3Φ(ρ=8Ω.m)
524
507
499
499
Icc1Φ(ρ=8Ω.m)
563
519
534
520
Icc3Φ(ρ=30Ω.m)
177
176
175
174
Icc1Φ(ρ=30Ω.m)
179
175
176
174
Finalmente el diagrama unifilar de este sistema queda de la manera como se muestra en la
ilustración 5.14:
Ilustración 5.14. Diagrama Unifilar del sistema de 350 kVA
72
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se realizó el diseño de una acometida eléctrica para suministrar energía a las instalaciones
provisionales de la planta termoeléctrica del centro “Termocentro”, en niveles de tensión
480V, 208V y 120V. Para esto, se obtuvo las siguientes conclusiones:
La demanda total de la acometida a alimentar es de 1180 kVA.
Se requiere de dos generadores diesel para la alimentación eléctrica de estas instalaciones,
uno de ellos con una capacidad de generar 1138kVA (con una demanda de 850kVA) y el otro,
de menor capacidad, con 350kVA (con una demanda de 324kVA).
Se requiere de un transformador de 100kVA para la alimentación del conjunto de oficinas.
Se requiere de:
35 metros de conductor calibre 504,32 mm2 de cobre clase B y con aislamiento de XLPE,
configuración triplex.
1606 metros de conductor calibre 504,32 mm2 de cobre clase B y con aislamiento de
XLPE.
67 metros de conductor calibre 50 mm2 de cobre clase B y con aislamiento de XLPE.
54 metros de conductor calibre 13,3 mm2 de cobre clase B y con aislamiento de XLPE.
86 metros de conductor calibre 33,62 mm2 de cobre clase B y con aislamiento de XLPE.
250 metros de conductor calibre 25 mm2 de cobre clase B y con aislamiento de XLPE.
18 metros de conductor calibre 120 mm2 de cobre clase B y con aislamiento de XLPE.
20 metros de conductor calibre 150 mm2 de cobre clase B desnudo.
15 metros de conductor calibre 25 mm2 de cobre clase B desnudo.
6 jabalinas de acero con dimensiones de 3 metros de largo, y 15,88 mm de diámetro.
1356 metros de conductor calibre 70 mm2 de cobre clase B.
73
Se requiere de trece postes de iluminación mediante reflectores que estarán distribuidos en
toda la obra, para seguridad en el horario nocturno. Para la alimentar estos faros es necesario
5160 metros de cable calibre 43.2 mm2 de cobre clase B con aislamiento XLPE.
El diseño electrotécnico utilizado para la estimación de cargas en el grupo de oficinas y en
los almacenes, fueron estimaciones realizadas para dicho propósito. Se recomendó que se
realicen de acuerdo a las necesidades y gustos que requiera el cliente.
Recomendaciones
Se recomienda utilizar dos generadores de 1138kVA y dos de 350kVA para aumentar así
la confiabilidad del sistema.
Se recomienda proteger los tableros y los generadores con interruptores de potencia que
obedezcan las corrientes de cortocircuito establecidas.
Se recomienda colocar piedra picada sobre los lugares donde se entierren las mallas de
puesta a tierra, para disminuir las tensiones máximas de toque y paso.
74
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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the Project Management Body of Knowledge (PMBOK Guide): Official Spanish Translation,
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Neutral Circulating Currents for Concentric Neutral Underground Distribution Cables,” IEEE
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[11] “Lewis, W. A., Allen, G. D., y Wang, J. C., “Circuit Constants for Concentric Neutral
Underground Distribution Cables on a Phase Basis,” IEEE Transactions on Power Apparatus
and Systems, vol. PAS-97, no. 1, pp. 200–7, Enero/Febrero 1978..”
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75
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Disponible
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Internet:
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SUBTERRANEOS, CABLEADOS DE LINEAS SUBTERRANEAS DE BAJA TENSION”,
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Clemente Editores C.A. Valencia, Venezuela. 1993.”
[32]
“Estudios Geotécnicos realizados por Empresas Y&V.”
76
APENDICE A
Modelo de cálculo de ampacidad en cable subterráneos
A continuación se presenta el cálculo de ampacidad para una configuración de cables
subterráneos trifásico, cuyos conductores son de cobre calibre 750 MCM, con aislamiento
XLPE, ubicados en tuberías de PVC y cuya tensión de operación será de 480V. Dicha
configuración llevará dos conductores por fase. Se aplicará la metodología aplicada en la
norma IEEE 835-94. Veamos cuales son los datos de entrada:
Tabla A.3. Datos para el cálculo de Ampacidad.
Datos de Entrada
Conductor
Radio
Resistencia a 25ºC
M(cobre)
Temperatura de Operación
Aislamiento
Espesor
Resistividad térmica
Chaqueta
Espesor
Resistividad térmica
Tubería
Espesor
Resistividad térmica
Profundidad
Diámetro
Terreno
Resistividad térmica
Temperatura Ambiente
12,6746 Mm
0,048544 ohms/km
234,5
90 ºC
4,45 Mm
3,5 ºC.m/W
2,032 Mm
6 ºC.m/W
0,28 mm
6,5 ºC.m/W
50 cm
6 cm
0,9 m
38 ºC
Se tiene entonces que la corriente de operación máxima para esta configuración es:
Iop = 317A
El primer paso a seguir es corregir la Resistencia DC por la temperatura, el efecto
pelicular y la proximidad entre los conductores.
77
Corrección por Temperatura:
Se tiene que:
MCu + Tc
Rdc (25º C )
MCu + 25
Ω
Ω
234.5 + 90
= 0,06070
Rdc ( Cu , Tc ) =
* 0,048544
km
km
234.5 + 25
Rdc ( Cu , Tc ) =
Luego hayamos el factor de corrección por el efecto pelicular, de la siguiente forma:
Yep( cobre) = Fsp( x )
Rdc ( Cu , 90º C ) 60.703
=
= 60.703
ks
1
11
= 0.00297
Fsp ( x ) =
2
4 2.56 

x+ − 2 
x
x 

x=
Ahora el factor de corrección por proximidad, es el siguiente:
F ( xp ) = Fsp ( x )
 Dc 
Yfp ( cobre) = F ( xp ) 

 S 
2
2

1.18
 Dc  
+ 0.312 

 
 S  
 F ( xp ) + 0.27
2
2
1.18
 25.34mm  
 25.34mm  
Yfp ( cobre) = 0.00297 * 
+ 0.312 
 
  = 0.00232
 60mm   0.00297 + 0.27
 60mm  
Finalmente la resistencia AC viene dada por la siguiente expresión:
Rac( cobre) = Rdc ( Cu , 90º C )(1 + Yep + Yfp )
= 0.060703
Ω
* (1 + 0.00297 + 0.00233)
km
= 0.061024
Ω
km
Ya definida la resistencia eléctrica, procedemos a calcular la resistencia térmica total.
Recordaremos las expresiones expresadas en el Capitulo 2, relacionadas con el cálculo de la
resistencia térmica.
78
ρ aislamiento  rext 
ln 

2π
 rcond 
ρ chaqueta  rext 
Rtc =
ln 

2π
 rcond 
ρ terreno  2.H 3 
Rtt =
ln 
3 
2π
 rcond 
n' A
Rct =
1 + [ B + C.Tm ] Ds '
Rtd =
(2.10)
(2.11)
(2.12)
(2.13)
 t 
RPVC = 0.0104.ρ PVC.n '. 

 D−t
(2.14)
Evaluando cada una de ellas, presentamos los valores en la tabla A.2.
Tabla A.2. Resistencia Térmica de cada uno de los elementos de la configuración
Resistencia Termica
Aislamiento
Chaqueta
Chaqueta - Tuberia
Tubería
Terreno
Total
0,16762 ºC.m/W
0,39443 ºC.m/W
0,26597 ºC.m/W
0,05956 ºC.m/W
1,67851 ºC.m/W
2,56609 ºC.m/W
Ahora procedemos a calcular los diferenciales de temperatura entre cada resistencia
térmica, estos valores se presentan en la tabla A.3:
Tabla A.3. Diferencia de Temperatura entre cada uno de los elementos de la configuración
Diferencia de Temperatura
Conductor - Aislamiento
Aislamiento - Chaqueta
Chaqueta - Tuberia
Tubería
Tubería - Terreno
Total
0,2599656 ºC
0,61172 ºC
0,41598 ºC
0,09316 ºC
2,6252114 ºC
4,00603 ºC
Luego la temperatura en el cable directamente enterrado, con una temperatura de
operación a 90 ºC posee la siguiente temperatura en operación con 317A
79
Temp ( Cu ) = Tamb + ∆TTotal ( Cu )
= 38ºC + 4ºC
= 42ºC
Luego las corrientes permitidas para cada conductor serán:
I ( Cu ) =
90ºC − 38ºC
0,06139 Ω
ºC.m
* 4,3376
1000 m
W
= 574,52A
80
APENDICE B
CATALOGOS
B.1 Soldadoras
Nombre del Producto
Referencia Lincoln
Alimentación Eléctrica
Ciclo de Trabajo
Consumo en Amperios
Rango de Salida
Dimensiones Al x An x
P (mm)
Peso Neto (Kg)
CV-405 / LF-72
K2439-1
230/460/3/60
400A al 100%
77/39A
60-500A (12-42V)
27,5x22,2x32 (699 x 564 x 813)
174 Kg.
81
Nombre del Producto
Referencia Lincoln
Alimentación Eléctrica
Ciclo de Trabajo
Consumo en Amperios
Rango de Salida
Dimensiones Al x An x
P (mm)
CV-655
K1480-1
230/460/3/60
650A (44V) @ 100%; 815A (44V) @ 60%
94/47 Amp
70-815 Amp; 13-44 Volt; Máx. OCV 48V
27,5 x 22,2 x 38 (699 x 565 x 965)
82
Nombre del Producto
Referencia Lincoln
Alimentación Eléctrica
Ciclo de Trabajo
Consumo en Amperios
Rango de Salida
Diámetro A. Sólido
Diámetro A. Tubular
Dimensiones Al x An x
P (mm)
Peso Neto (Kg)
RANGO DE VELOCIDAD
DE ALIMENTACIÓN DE
ALAMBRE IPM (M/MIN)
CV-305 / LF-72
K2395-1
208/230/460/3/60
315A a 100%
51/48/ 24A
50-400A 7-37 V
0,023-1/16 (0,6-1,6)
0,030-5/64 (0,8-2,0)
27,5 x 22,2 x 32 (699 x 564 x 813)
149 Kg.
50-800 (1,3-20,3)
83
84
85
B.2 Grupos Eléctrogenos
86
87
88
89
B. 3 Luminarias Tubulares
90
APENDICE C
Modelo de cálculo de corrientes de cortocircuito
Para el cálculo de estas corrientes de cortocircuito, fue necesario obtener los valores
aproximados de las reactancias transitorias y subtransitorias de los generadores diesel. Así
como los valores de impedancia de cada uno de los cables subterráneos, con los cuales ya
hemos venido trabajando en los Apéndices A y B. Por otro lado, los valores de las reactancias
de los generadores los podemos encontrar en la tabla 2.2 presentada anteriormente.
Con estos valores podemos proceder al cálculo de los valores de cortocircuito monofásico
y trifásico. En este caso, mostraremos el procedimiento para hallar dichos valores para un
generador diesel de 1138kVA y la barra inmediata que esta alimentada por él.
Para un cortocircuito monofásico, se tiene que:
Ilustración C.1. Interconexión de redes secuencia para el análisis de una falla monofásica
Podemos ver que,
Icc + = Icc − = Icc0
Por lo tanto,
91
Ifalla = 3* Icc +
En el caso de un cortocircuito en bornes del generador tengo que:
Xd '' = 0,2191
Xq '' = 0,40985
X 0 = 0,04142
ra = 0,01417
Luego, sabiendo que la reactancia en secuencia negativa viene dada por:
X− =
Xd´´+ Xq´´
2
Finalemente, el cortocircuito en bornes del generador viene dado por:
1
3* ra + j ( Xd ''+ X − + X 0)
= 7,122 kA
Ifalla = 3*
Por otro lado, un cortocircuito trifásico en bornes del generador viene dado por:
Ef
ra + jXd ''
= 6,234kA
Ifalla =
Ante una falla en la barra 1 de 480 V, tenemos el esquema que se presenta en la ilustración
C.1. Como se puede ver en el esquema, la contribución a la falla solo lo hace el generador, y
solo participan las impedancias del generador y del conductor inmediato. Se tiene entonces
que un cortocircuito trifásico viene dado por:
Ef
= 6,141kA
 Rc + jXc 
ra + jXd ''+ 

3


Rc = 0,0089
Ifalla =
Xc = 0,0094
92
Ilustración C.2. Modelo ilustrativo de una falla en la barra 1.
Mientras que ante una falla monofásica tendremos que
1


Ifalla1φ = 3 

+
j
+
+
+
+
j
+
+
j
3
0,01417
(0,
2191
0,31448
0,04142)
2(0,00297
0
,00313)
0,06257
0,00165
]
 [

= 6.920 kA
93
APENDICE D
Planillas
ESPECIFICACION DEL CENTRO DE FUERZA GENERADOR 1138 KVA
CODIGO
FECHA
UBICACIÓN
BARRA 1
REV
NEMA
DISEÑADO
TIPO
HILOS
4
AMP
kA cc
1460
-
FASES
AMP
3
1369
TENSION NOM
CIRCUITOS
480
4
INTERRUPTOR PRINCIPAL
POLOS
3
PLANO
FRAME
FABRICANTE
NOTA
CARGA CONECTADA
TABLERO # 1
TABLERO # 3
FASE AWG
2x
2x
2x
2x
2x
2x
750
750
750
750
750
750
MCM
MCM
MCM
MCM
MCM
MCM
AMP
#
#
600
600
600
600
600
600
1
3
5
7
9
11
2
4
6
8
10
12
R
ALIMENTADOR A LA ENTRADA
DEL TABLERO
ALIMENTADOR DE
NEUTRO
ALIMENTADOR DE PUESTA
A TIERRA
S
AMP
FASE AWG
CARGA CONECTADA
600 2x 750 MCM
600 2x 750 MCM
600 2x 750 MCM
135
#1
135
#1
135
#1
TABLERO # 2
TRANSF. OFICINAS
T
SI X
NO
SI
NO X
SI X
NO
CALIBRE
DUCTO
3x750 MCM
-
CALIBRE
DUCTO
CALIBRE
DUCTO
250 MCM
94
ESPECIFICACION DEL TABLERO
FECHA
UBICACIÓN
NEMA
DISEÑADO
CODIGO
REV
3
600
TAB 2
TIPO
HILOS
NHB
4
FASES
AMP
TENSION NOM
CIRCUITOS
AMP
kA cc
613
-
INTERRUPTOR PRINCIPAL
POLOS
3
PLANO
FRAME
FABRICANTE
480
36
NOTA
NHB
4
CARGA CONECTADA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
4 36 AB 613
FASE AWG
AMP
#
#
AMP
FASE AWG
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
R
ALIMENTADOR A LA ENTRADA
DEL TABLERO
ALIMENTADOR DE PUESTA A
TIERRA DEL TABLERO
S
T
SI
NO
SI
NO
X
X
CARGA CONECTADA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
CALIBRE 2x750MCM
DUCTO
PVC
CALIBRE
2/0
DUCTO
-
95
ESPECIFICACION DEL TABLERO
FECHA
UBICACIÓN
NEMA
DISEÑADO
CODIGO
REV
3
600
TAB 3
TIPO
HILOS
NHB
4
FASES
AMP
TENSION NOM
CIRCUITOS
AMP
kA cc
613
-
INTERRUPTOR PRINCIPAL
POLOS
3
PLANO
FRAME
FABRICANTE
480
36
NOTA
NHB
4
CARGA CONECTADA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
4 36 AB 613
FASE AWG
AMP
#
#
AMP
FASE AWG
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
R
ALIMENTADOR A LA ENTRADA
DEL TABLERO
ALIMENTADOR DE PUESTA A
TIERRA DEL TABLERO
S
T
SI
NO
SI
NO
X
X
CARGA CONECTADA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
CALIBRE 2x750MCM
DUCTO
PVC
CALIBRE
2/0
DUCTO
-
96
ESPECIFICACION DEL TABLERO
FECHA
UBICACIÓN
NEMA
DISEÑADO
CODIGO
REV
3
600
TAB 4
TIPO
HILOS
NHB
4
FASES
AMP
TENSION NOM
CIRCUITOS
AMP
kA cc
613
-
INTERRUPTOR PRINCIPAL
POLOS
3
PLANO
FRAME
FABRICANTE
480
36
NOTA
NHB
4
CARGA CONECTADA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
4 36 AB 613
FASE AWG
AMP
#
#
AMP
FASE AWG
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
#2
R
ALIMENTADOR A LA ENTRADA
DEL TABLERO
ALIMENTADOR DE PUESTA A
TIERRA DEL TABLERO
S
SI
NO
SI
NO
CARGA CONECTADA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
SOLDADORA
T
X
X
CALIBRE 2x750MCM
DUCTO
PVC
CALIBRE
#4
DUCTO
-
97
ESPECIFICACION DEL CENTRO DE FUERZA GENERADOR 350 KVA
CODIGO
FECHA
UBICACIÓN
BARRA 2
REV
NEMA
DISEÑADO
TIPO
HILOS
4
AMP
kA cc
485
-
FASES
AMP
3
421
TENSION NOM
CIRCUITOS
480
4
INTERRUPTOR PRINCIPAL
POLOS
3
PLANO
FRAME
FABRICANTE
NOTA
CARGA CONECTADA
TABLERO # 4
ALMACÉN
FASE AWG
AMP
#
#
AMP
FASE AWG
2x 750 MCM
2x 750 MCM
2x 750 MCM
#6
#6
#6
600
600
600
30
30
30
1
3
5
7
9
11
2
4
6
8
10
12
190
190
190
-
#1
#1
#1
-
R
ALIMENTADOR A LA ENTRADA
DEL TABLERO
ALIMENTADOR DE
NEUTRO
ALIMENTADOR DE PUESTA
A TIERRA
S
CARGA CONECTADA
REFLECTORES
-
T
SI X
NO
SI
NO X
SI X
NO
CALIBRE
DUCTO
3x750 MCM
-
CALIBRE
DUCTO
CALIBRE
DUCTO
#4
98
APENDICE E
Código de Matlab para el cálculo de corrientes de Cortocircuito
R2=2.6; %resistencia puesta a tierra
ZgII=0.0325+j*0.5125; %impedancia generador
Zg1II=3*0.0325+j*(0.5125+0.5558+0.0798); %impedancia generador equivalente
falla monofasica
ZcfII=(1.0102+j*0.1178)*0.025; %impedancia del cable que va hasta barra 2
ZcfII0=(1.1293+j*0.6983)*0.025; %" " secuencia cero
Ztab4=(0.0605+j*0.1201)*0.25; %Impedancia cable dirigido al tab#4
Zotab4=(0.5281+j*0.3584)*0.25; %" " secuencia cero
Ztabref=(0.888+j*0.32472)*0.05; %Impedancia cable dirigido al tab
reflectores
Zotabref=(0.5808+j*0.3931)*0.05*3.28; %" " secuencia cero
Ztabalm=(1.347+j*0.979)*0.027; %impedancia cable hacia tab almacen
Ztabalm0=(1.563+j*1.0032)*0.027; %" " secuencia cero
Icc3cfII=abs((480)/(ZgII+ZcfII+R2))
Icc1cfII=abs(3*(480/(Zg1II+2*ZcfII+ZcfII0+3*R2)))
Icc3tab4=abs((480)/(ZgII+ZcfII+Ztab4+R2))
Icc1tab4=abs(3*(480/(Zg1II+2*ZcfII+ZcfII0+2*Ztab4+Zotab4+3*R2)))
Icc3tabref=abs((480)/(ZgII+ZcfII+Ztabref+R2))
Icc1tabref=abs(3*(480/(Zg1II+2*ZcfII+ZcfII0+2*Ztabref+Zotabref+3*R2)))
Icc3tabalm=abs((480)/(ZgII+ZcfII+Ztabalm+R2))
Icc1tabalm=abs(3*(480/(Zg1II+2*ZcfII+ZcfII0+2*Ztabalm+Ztabalm0+3*R2)))
99
APENDICE F
¿Por qué dos grupos electrógenos?
Haciendo el cálculo de caída de tensión a la hipótesis de que el tablero # 4 esta conectado
al generador ubicado en las cercanías del conjunto de oficinas como se observa en la
ilustración F.1.
Ilustración F.1. Distancia entre el tablero # 4 y el generador de 1138 kVA
Aplicando la formula de caída de tensión para este caso, se obtiene que la caída de tensión
es de 8 %. Lo cual justifica el hecho de colocar un grupo electrógeno en las cercanías de el
almacén.
100
APENDICE F
Reflectores y Dimensiones de los postes de iluminación.
101