UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIN DE INGENIERA ELCTRICA

DISEO DE ACOMETIDA ELCTRICA EN 480 V PARA LA ALIMENTACIN DE INSTALACIONES PROVISIONALES

POR: MANUEL AUGUSTO ROBLES PREZ

INFORME DE PASANTA Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero Electricista

Sartenejas, Enero de 2010

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIN DE INGENIERA ELCTRICA

DISEO DE ACOMETIDA ELCTRICA EN 480 V PARA LA ALIMENTACIN DE INSTALACIONES PROVISIONALES

POR: MANUEL AUGUSTO ROBLES PREZ

Realizado con la asesora de: Tutor Acadmico: Ing. Johnny Rengifo

Tutor Industrial: Ing. Ral Ledo

INFORME DE PASANTA Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero Electricista

Sartenejas, Enero de 2010

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DISEO DE ACOMETIDA ELCTRICA EN 480 V PARA LA ALIMENTACIN DE INSTALACIONES PROVISIONALES

POR: MANUEL AUGUSTO ROBLES PREZ

RESUMEN En este informe se presenta un diseo de una acometida elctrica de baja tensin para la alimentacin de las instalaciones provisionales de obra para una planta termoelctrica. Incluye un estudio de la demanda elctrica en servicios de obra, grupos de oficinas y almacenes. As como iluminacin auxiliar, dimensionamiento de centros electrgenos a base de diesel. La seleccin de cables subterrneos basndose en ampacidad, cada de tensin y configuracin. La adecuacin de tableros de 480 V y 208 V, clculo de cortocircuito, corrientes de diseo para interruptores y la electrotecnia de grupos de Oficinas y almacenes. En particular este informe incluye la adecuacin de dos generadores a base de diesel, de cinco tableros de obra y de dos tableros que alimentarn a los edificios antes mencionados. La alimentacin de estos tableros se realiza mediante cables son una seccin transversal de 504,32 milmetros cuadrados.

iv

DEDICATORIA

A mi familia y compaeros de estudios, A mis amigos y a mis profesores,

Y a todas aquellas personas que de algn modo me han ayudado

v

INDICE GENERAL RESUMEN ...................................................................................................................... iii DEDICATORIA ............................................................................................................. iv INDICE GENERAL ........................................................................................................ v INDICE DE TABLAS .................................................................................................... vii INDICE DE ILUSTRACIONES .................................................................................. viii SIMBOLOS ..................................................................................................................... ix ABREVIACIONES .......................................................................................................... x INTRODUCCIN ........................................................................................................... 2 Antecedentes: .................................................................................................................... 2 Planteamiento del Problema: .............................................................................................. 3 Objetivo General: ............................................................................................................... 3 Objetivos Especficos:........................................................................................................ 3 Limitaciones ...................................................................................................................... 4 DESCRIPCIN DE LA EMPRESA ............................................................................... 5 1.1 La Corporacin ............................................................................................................ 5 1.2 Filosofa ....................................................................................................................... 6 1.2.1 Misin ....................................................................................................................... 6 1.2.2 Visin ....................................................................................................................... 6 1.2.3 Valores ...................................................................................................................... 7 1.3 Poltica de Calidad de Empresas Y&V ......................................................................... 7 1.4 Estructura Organizacional ............................................................................................ 7 MARCO TERICO ........................................................................................................ 9 2.1 Fases de un Proyecto de Ingeniera ............................................................................... 9 2.1.2 Relacin entre las fases de un Proyecto ..................................................................... 9 2.1.2.1 Ingeniera Conceptual ........................................................................................... 10 2.1.2.2 Ingeniera 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 Distribucin subterrnea ............................................................................................. 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 Cada de Tensin .................................................................................................. 22 2.4 Transformadores ........................................................................................................ 23 2.5 Componentes Simtricas y Anlisis de Corto Circuitos .............................................. 24 2.5.1 Fuentes de Falla ...................................................................................................... 26 2.6 Grupos Electrgenos .................................................................................................. 30 2.6.1 Generador Sincrnico .............................................................................................. 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 METODOLGICO ....................................................................................... 38 3.1 Induccin a Empresas Y&V ....................................................................................... 38

vi

3.2 Revisin de Normas, Bibliografa e Ingeniera Conceptual ......................................... 40 3.3 Estudio de la Demanda ............................................................................................... 41 3.4 Dimensionamiento de los Grupos Electrgenos .......................................................... 41 3.5 Ubicacin de los tableros y faros de iluminacin en la obra ........................................ 41 3.6 Seleccin de cables subterrneos ................................................................................ 41 3.7 Anlisis Luminotcnico del Conjunto de Oficinas y del Almacn ............................... 42 3.8 Estudio de Cortocircuito ............................................................................................. 42 3.9 Informe final y presentacin para la gerencia de Electricidad ..................................... 43 3.10 Materiales y Herramientas de Trabajo ...................................................................... 43 BASES DEL DISEO ................................................................................................... 44 4.1 Estudio de la demanda ................................................................................................ 46 4.2 Grupos Electrgenos .................................................................................................. 48 4.3 Seleccin del Cable Conductor ................................................................................... 48 4.4 Nivel de Corto circuito y Diseo de las Protecciones .................................................. 49 4.5 Anlisis Luminotcnico e Instalaciones Elctricas ...................................................... 49 CLCULOS 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 Diseo 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 Almacn ................................................................... 65 5.2.2 Estudio de Cortocircuito y Diseo de Puesta a Tierra. ............................................. 69 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................ 72 Recomendaciones ............................................................................................................ 73 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .......................................................................... 74 APENDICE A ................................................................................................................ 76 Modelo de clculo de ampacidad en cable subterrneos .............................................. 76 APENDICE B ................................................................................................................. 80 CATALOGOS ................................................................................................................ 80 B.1 Soldadoras ................................................................................................................. 80 B.2 Grupos Elctrogenos ................................................................................................. 85 B. 3 Luminarias Tubulares ............................................................................................... 89 APENDICE C ................................................................................................................ 90 Modelo de clculo de corrientes de cortocircuito ......................................................... 90 APENDICE D ................................................................................................................ 93 Planillas .......................................................................................................................... 93 APENDICE E ................................................................................................................. 98 Cdigo de Matlab para el clculo de corrientes de Cortocircuito ................................ 98 APENDICE F ................................................................................................................. 99 Por qu dos grupos electrgenos? ............................................................................... 99 APENDICE F ............................................................................................................... 100 Reflectores y Dimensiones de los postes de iluminacin. ............................................ 100

vii

INDICE DE TABLAS Tabla 2.1. Factor k para el clculo del GMR en conductores trenzados ................................ 21 Tabla 2.2. Valores en p.u de los parmetros usuales de un Generador Sincrnico ................. 26 Tabla 2.3. Categoras de la iluminacin segn 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 segn la categora de iluminacin utilizada ........................ 55 Tabla 5.4. Potencia total consumida por circuitos de Iluminacin en Oficinas ...................... 56 Tabla 5.5 Potencia Estimada consumida en el generador de 1138 kVA ................................ 59 Tabla 5.6. Cada de Tensin de los tableros conectados al generador de 1138 kVA .............. 60 Tabla 5.7. Corriente de cortocircuito y seleccin 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 almacn. ............................................ 66 Tabla 5.10. Potencia Estimada consumida en el generador de 350 kVA ............................... 68 Tabla 5.11. Cada de Tensin de los tableros conectados al generador de 350 kVA .............. 69 Tabla 5.12. Corriente de cortocircuito y seleccin 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 clculo de Ampacidad. .................................................................. 76 Tabla A.2. Resistencia Trmica de cada uno de los elementos de la configuracin ............... 78 Tabla A.3. Diferencia de Temperatura entre cada uno de los elementos de la configuracin . 78

viii

INDICE DE ILUSTRACIONES Ilustracin 1.1. Constitucin corporativa de Empresas Y&V .................................................. 5 Ilustracin 1.2. Estructura Organizacional de Empresas Y&V ................................................ 8 Ilustracin 2.1. Un cable con neutro concntrico tpico ........................................................ 13 Ilustracin 2.2. Modelo del circuito trmico para el clculo de las ampacidades. .................. 17 Ilustracin 2.3. Dimensiones del cable para el clculo de impedancias ................................. 21 Ilustracin 2.4. Diagrama Unifilar de un Sistema Elctrico comn. ...................................... 26 Ilustracin 2.5. Gua ilustrativa del comportamiento de la corriente ante fallas a distintos lugares del sistema con respecto a la fuente de generacin. .................................................. 28 Ilustracin 2.6 Redes de secuencias reducidas donde Z1, Z2 y Z0 son las impedancias equivalentes de cada red en el punto de falla. ....................................................................... 29 Ilustracin 2.7 Fallas Monofsicas y su conexin de redes de secuencia. (a) falla slida, (b) falla en el sistema; (c) falla con impedancia ......................................................................... 30 Ilustracin 2.8. Planta Elctrica de Diesel ............................................................................ 33 Ilustracin 2.9. Rotor y Estator de una Mquina Sincrnica ................................................. 34 Ilustracin 3.1. Diagrama de bloques de la metodologa utilizada en el proyecto .................. 39 Ilustracin 4.1. Ubicacin Geogrfica de la Planta en el Mapa de Venezuela. ....................... 44 Ilustracin 4.2. Ubicacin Geogrfica de la Planta en el Mapa del estado Miranda ............... 45 Ilustracin 4.3. Proyeccin de la posible ubicacin de la planta sobre el Mapa. .................... 45 Ilustracin 4.4. Proyeccin de la Planta Termoelctrica. ....................................................... 46 Ilustracin 4.5. Visualizacin en 3D de la Planta .................................................................. 46 Ilustracin 5.1. Ubicacin de los tableros en la obra ............................................................. 51 Ilustracin 5.2. Modelo del Complejo de oficinas ................................................................. 54 Ilustracin 5.3. Distribucin de las Luminarias en el conjunto de Oficinas ........................... 56 Ilustracin 5.4. Distribucin de Tomacorrientes en el conjunto de Oficinas .......................... 57 Ilustracin 5.5. Unifilar preliminar sistema del generador de 1138 kVA ............................... 59 Ilustracin 5.6 Configuracin de la malla de Puesta a Tierra del Gen de 1138 kVA. ............. 61 Ilustracin 5.7. Unifilar del Sistema conectado al generador de 1138 kVA ........................... 62 Ilustracin 5.8. Ubicacin de los tableros conectados al generador de 350 kVA ................... 63 Ilustracin 5.9. Distribucin de los reflectores en la obra. ..................................................... 64 Ilustracin 5.10a. Dimensiones del Almacn. Alzado Principal ............................................ 65 Ilustracin 5.10b. Dimensiones del Almacn. Alzado Lateral Derecho. ................................ 66 Ilustracin 5.11. Ubicacin de las Luminarias en el Almacn. .............................................. 67 Ilustracin 5.12. Unifilar preliminar del generador de 350 kVA ........................................... 69 Ilustracin 5.13. Dimensiones de Malla de puesta a tierra para el generador de 350 kVA ..... 70 Ilustracin 5.14. Diagrama Unifilar del sistema de 350 kVA ................................................ 71 Ilustracin C.1. Interconexin de redes secuencia para el anlisis de una falla monofsica ... 90 Ilustracin C.2. Modelo ilustrativo de una falla en la barra 1. ............................................... 92 Ilustracin F.1. Distancia entre el tablero # 4 y el generador de 1138 kVA ........................... 99

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SIMBOLOS I Corriente kA Kilo Amperio kV Kilo Voltios kVA Kilo Voltio Amperio kVAr Kilo Voltio - Amperios reactivos kW Kilo Vatios kWh Kilo Vatios Hora mm Milmetros m Metros mi Millas MVA Mega Voltio Amperios MW Mega Vatios N Neutro nm Nanmetro NPC Nmero de computadoras R Resistencia Rcc Resistencia de cortocircuito rpm Revoluciones por minuto T Par mecnico V Voltios VA Voltio Amperios VFF Voltaje Fase a Fase VFN Voltaje Fase a Neutro W Vatios X Reactancia Xcc Reactancia de cortocircuito 1F Monofsico 3F Trifsico C Grados centgrados Fase Ohmios

x

ABREVIACIONES

ANSI American National Standards Institute AT Alta Tensin AWG American Wire Gauge BT Baja Tensin CADAFE Compaa Annima De Administracin y Fomento Elctrico COVENIN Comit Venezolano de Normas Industriales EDC Electricidad de Caracas EE.UU Estados Unidos EPR Etileno Propileno EPRI Electric Power Research Institute IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineer IPC Ingeniera, Procura y Construccin ISO International Standard Organization NFPA National Fire Protection Association PVC Policloruro de vinilo SF6 Hexafloruro de Azufre XLPE Polietileno reticulado

INTRODUCCIN

En vista de la necesidad de ampliar la generacin de energa elctrica dada la demanda cambiante de este servicio, la C.A. La Electricidad de Caracas ha considerado necesario llevar

a cabo la ejecucin del Proyecto relativo a la Planta Termoelctrica y Subestacin Elctrica Termocentro, en el estado Miranda.

Esta planta termoelctrica de ciclo combinado trabajar con turbogeneradores de combustin a gas y a vapor, a ser operados en modo de ciclo combinado gas-vapor y estar constituido por tres (3) bloques de generacin de potencia, con una capacidad instalada de 500 MW ISO cada uno, para una generacin total de 1.500 MW. Usar gas metano como combustible primario y combustible lquido (gasleo industrial) como combustible de respaldo.

Apoyando este importante proyecto, Empresas Y&V Ingeniera y Construccin, desarrollar el diseo a nivel de ingeniera de detalle de la nueva planta de generacin, incluyendo los servicios conexos, dentro de los cuales se encuentra la alimentacin elctrica de las obras correspondientes a las instalaciones provisionales que permitirn desarrollar,

coordinar y controlar el proyecto de generacin.

Antecedentes:

El diseo de ingeniera bsica y conceptual de esta acometida fue realizado por Y&V Ingeniera y Construccin, en un lapso de 12 semanas aproximadamente, el cual precedi al trabajo realizado en este informe. Se estipul lo siguiente:

Se requiere la adecuacin de dos grupos electrgenos de 480V ubicados en las

inmediaciones del terreno donde se construir la planta de generacin, y la instalacin de equipamiento que permita la disponibilidad de tensiones de servicio a nivel de 480V/277V y 208V/120V.

3

Se requiere la adecuacin de cables subterrneos en ductos para la alimentacin de los tableros que proveern tensin en 480V/277V. Estos tableros estarn

distribuidos en todo el terreno. Sern 4 tableros en total.

Se requiere de un tablero de tensin 208V/120V que ser alimentado por cables

subterrneos en ductos. Para ello, se requiere de un transformador de 100kVA con

relacin de 480V/208V. Este tablero alimentar al conjunto de oficinas ubicadas en las instalaciones provisionales.

Se requiere de faros de iluminacin distribuidos en toda la obra, que sern alimentados mediante cables subterrneos en ductos.

Planteamiento del Problema:

En este trabajo se estudi el suministro de energa a niveles de tensin 480 V, 277 V, 208 V y 120 V a partir de dos plantas generadoras, las cuales debern alimentar a tableros de distribucin para el uso de soldadores y maquinarias de construccin, as como tambin un grupo de oficinas.

Objetivo General:

Realizar del diseo de una acometida elctrica para el suministro de energa a niveles de tensin 480 V, 208 V y 120 V a partir de dos grupos electrgenos que

servirn de alimentacin a las instalaciones provisionales de obra, de la planta de generacin termoelctrica del centro Termocentro, ubicada en la Hacienda El

Sitio, en el estado Miranda.

Objetivos Especficos:

Realizar un estudio de demanda en las instalaciones provisionales.

Seleccin de los cables subterrneos.

Ubicacin de los tableros y faros de iluminacin en la obra.

Seleccin de ruta de los cables subterrneos que alimentarn a los tableros de distribucin.

Especificacin de la capacidad de generacin por los grupos electrgenos.

4

Especificacin de los niveles de cortocircuito en los tableros ubicados en las instalaciones.

Limitaciones

Imposibilidad de realizar la coordinacin de las protecciones en la acometida.

Imposibilidad de aumentar o reducir el nmero 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 elctrica.

5

DESCRIPCIN DE LA EMPRESA

Empresas Y&V es una corporacin de servicios de clase mundial, de slida trayectoria y liderazgo en las reas de:

Ingeniera y Construccin

Operacin y mantenimiento

Gestin ambiental

Especializada en los sectores petrolero, petroqumico, industrial y de infraestructura, con base en Venezuela y operaciones en Amrica Latina, Estados Unidos y Canad.

1.1 La Corporacin

Empresas Y&V est conformada por cuatro compaas que, juntas, son capaces de resolver las necesidades de los clientes ms exigentes, en la ilustracin 1.1 se muestran estas cuatro subdivisiones:

Ilustracin 1.1. Constitucin corporativa de Empresas Y&V

Entre los servicios que ofrece estn:

Ingeniera conceptual, bsica y de detalles

Gestin de procura

CAPITULO 1

6

Gerencia de construccin

Inspeccin de obras

Gerencia integral de proyectos

Proyectos llave en mano (Ingeniera, Procura y Construccin IPC)

1.2 Filosofa

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, as como la bsqueda de la excelencia en cada labor que ejecutamos. De igual forma, creen firmemente en la posibilidad de un desarrollo sustentable y en la obligacin de contribuir

favorablemente al progreso de la sociedad y de las comunidades que reciben su influencia. Supervisan que estos principios guen la actuacin 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 Misin

Prestar servicios de excelencia que excedan las expectativas de sus clientes y maximicen la satisfaccin de trabajadores y accionistas dentro de un entorno tico y moral orientado al servicio del individuo, de la sociedad y de la conservacin del ambiente.

1.2.2 Visin

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 lograr el crecimiento personal y profesional, mejorando la calidad y percibiendo la satisfaccin de los logros de la organizacin.

7

1.2.3 Valores

Reconocimiento y respeto al individuo.

Pro actividad, pasin, compromiso.

Integridad.

Disposicin al logro y espritu competitivo.

Mejoramiento continuo en la bsqueda de desarrollo personal y profesional del capital humano.

Trabajo en equipo.

1.3 Poltica de Calidad de Empresas Y&V

Empresas Y&V cuenta con las ms importantes certificaciones, tal como la ISO

(Organizacin Internacional de Normalizacin) 9001-2000 otorgada por FONDONORMA (Fondo para la Normalizacin y Certificacin de Calidad), para toda la lnea de servicios de Ingeniera, Procura y Construccin, que la avalan como una corporacin que cumple con los ms exigentes estndares de calidad en el desarrollo de sus procesos y servicios.

Su poltica es la siguiente:

Satisfacer los requerimientos y expectativas de sus clientes mediante servicios de

ingeniera y construccin 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 ilustracin 1.2, en el se muestran las responsabilidades y autoridades del personal de Y&V Ingeniera y Construccin descritas en el manual de organizacin y polticas de la misma. La Gerencia del Departamento de Electricidad se encuentra bajo la dependencia de la Vicepresidencia de Ingeniera.

Ilustracin 1.2. Estructura Organizacional de Empresas Y&V

9

MARCO TERICO

En este captulo se menciona todos los conceptos tericos pertinentes a la elaboracin de este libro. Se empez definiendo como se describen actualmente las fases de un proyecto de ingeniera y cuales son aplicadas en este proyecto. Luego se contina con el detalle terico

utilizado para la resolucin de los problemas presentados en este proyecto. Estos estn relacionados con la Distribucin de Potencia Elctrica y el diseo de Acometidas e

Instalaciones Elctricas.

2.1 Fases de un Proyecto de Ingeniera

Las fases del proyecto son divisiones dentro del mismo proyecto, donde es necesario ejercer un control adicional para gestionar eficazmente la conclusin 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 Relacin entre las fases de un Proyecto

Existen tres tipos de relaciones entre fases de un proyecto y son las siguientes [1]:

Una relacin secuencial, donde una fase slo puede iniciarse una vez que se completa la fase anterior.

Una relacin de superposicin, donde una fase se inicia antes de que finalice la anterior.

Una relacin iterativa, donde en un momento dado slo se planifica una fase y la planificacin de la siguiente se efecta conforme avanzan el trabajo y los entregables de la fase actual.

En el caso de este proyecto se utiliz una relacin secuencial de las fases. Y a su vez, por ser un proyecto de ingeniera, se involucraron dos fases de l cuyas denominaciones son:

Ingeniera Conceptual e Ingeniera de Detalle. Sus definiciones son:

CAPITULO 2

10

2.1.2.1 Ingeniera Conceptual

La Ingeniera Conceptual es la primera fase o etapa de un proyecto de ingeniera, es la fase en la cual se fijan los objetivos deseados por el cliente, se establecen que tipo de tecnologas se aplican y se definen el marco de normas tcnicas que regularan los diseos [2]. En este proyecto, la ingeniera conceptual fue realizada por la empresa espaola Duro Felguera S. A.

2.1.2.2 Ingeniera de Detalle

La ingeniera de detalle tiene como objetivo obtener el diseo detallado de la instalacin, necesario para proceder con la construccin [2]. Esta fase fue la que se llev a cabo en la elaboracin de este proyecto.

2.2 Estudio de la Demanda

En esta seccin 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 elctrica.

2.2.1 Demanda

La demanda es la carga elctrica promedio sobre un perodo de tiempo, generalmente 15, 20 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 caracterizar como corriente. El pico de demanda sobre un perodo de tiempo es la manera ms comn 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 vara. 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 expresin 2.1.

( )( )PkW hkWhFC =

(2.1)

Donde:

11

kWh = demanda total en el tiempo dado

PkW= pico de la demanda

h= nmero 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 expresin 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].

1

coinn

iPikW

PkWF

=

=

(2.2)

Donde:

PkW= pico de la demanda del sistema completo

PikW = picos individuales de las demandas dentro del sistema

n = nmero de cargas individuales dentro del sistema

Varios estudios han evaluado el factor de coincidencia segn el nmero de usuarios conectados a la acometida. Dentro de esos estudios se destaca esta curva que se rige por la expresin 2.3, donde n es el numero de usuarios conectados [4]:

512 3

12

coinn

F + + =

(2.3)

2.3 Distribucin subterrnea

12

Este tipo de distribucin se encuentra de manera oculta y es ms confiable que la distribucin area, porque al estar enterrada se reduce la posibilidad de falla por descargas atmosfricas, ramas de rboles 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 (slido) con una seccin transversal dada, es menos flexible que un conductor elaborado con 7 hilos de mismo calibre. Estos conductores estarn construidos con un ncleo central rodeado por una o ms capas de alambres helicoidalmente establecido. Los conductores se clasificarn de la siguiente manera: Clase AA, Clase A, Clase B, Clase C y Clase D1.

El aluminio empieza a fundirse por encima de los 660C y empieza a perder resistencia mecnica por encima de los 100C. Tiene una buena resistencia a la corrosin; cuando est

expuesto a la atmsfera el aluminio se oxida, y esta capa delgada e invisible de oxidacin la protege de los qumicos, condiciones del clima e incluso cidos. El aluminio puede corroerse rpidamente si existe contacto elctrico con el cobre. Esta corrosin galvnica 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 corrosin, se empieza a fundir a los 1083 C, y empieza a perder resistencia mecnica a partir de los 100 C, mas rpidamente entre los 200 y 325 C.

En el Sistema Internacional de Unidades los conductores son especificados en mm2. Segn ANSI/IEEE son dados en kcmil, miles de mils circulares. En el pasado se utilizaba la abreviacin MCM, que tambin significa miles de mils circulares (M es miles, no mega, en este caso). La relacin entre ambos sistemas de unidades viene dada por la expresin 2.4.

1 ASTM B8 - 04 Conductores de cobre, duro, medio duro o blando.

13

21 mm 1.97 kcmil= (2.4)

Diferentes tamaos de conductores son especificados con nmeros de calibre o el rea en

mils circulares. Los cables ms pequeos son comnmente denominados segn el sistema de calibres de cables americano (AWG), el calibre es un nmero que progresa geomtricamente. Un cable slido numero 36 tiene un dimetro asociado de 0,0127 cm (0,005 pulgadas), y el tamao ms grande, el numero 0000 (se le refiere como 4/0) tiene un dimetro asociado de 1,17 cm (0,46 pulgadas). Si vamos de menor a mayor en calibres de conductores tenemos los siguientes nmeros asociados: 4, 3, 2, 1, 0 (1/0), 00 (2/0), 000 (3/0), 0000 (4/0). Mientras ms grande es el calibre menor es el nmero [3].

2.3.2 Cables

En el centro de los cables est 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 ilustracin 2.1).

Ilustracin 2.1. Un cable con neutro concntrico tpico[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 dimetro reducido soportar diferencias de

tensin significativas. Un cable con un aislamiento de polmeros de 4.5 mm de ancho esta diseado para soportar 8 kV continuos; eso es un esfuerzo promedio de 20 kV/cm. Adems del gran esfuerzo de voltaje que debe soportar, el aislamiento debe soportar un esfuerzo trmico durante cortocircuitos y cuando hay mucha carga conectada. Tambin debe ser lo suficientemente flexible para poder trabajar con l.

El escudo o neutro es una rejilla que rodea el aislamiento, y mantiene el exterior del cable en potencial cero, en caso de que sta se encuentre conectada a tierra. Tambin provee un

14

camino de retorno de corriente desbalanceadas o de fallas. Son hechos con cobre, ya que el aluminio se corroe muy rpido y no hace bien esta funcin [3].

Las capas semiconductores son importantes porque hacen que el comportamiento del campo elctrico dentro de los cables, se comporte de una manera suave. Y la chaqueta

provee al cable de proteccin contra esfuerzos mecnicos y algo de proteccin contra el agua. Tambin se utilizan para mantener el campo elctrico confinado dentro del cable.

2.3.3 Instalaciones y Configuraciones

Enterrado: Cables son enterrados directamente en la tierra. Esta es la manera ms rpida y econmica de hacer una instalacin subterrnea. La mayor desventaja es que hacer reparaciones es problemtico. Tambin son conocidas como trincheras [3].

Tuberas o Ductos: El uso de tuberas hace que las reparaciones sean ms fciles de elaborar. Los cables en tuberas tienen ms ampacidad que los directamente enterrados en la tierra [3].

Tuberas en concreto (Bancada): Son utilizados en construcciones urbanas, el concreto protege a la tubera de que colapse o de movimientos de tierra. El concreto

previene tambin de las excavaciones [3].

2.3.4 Impedancia Resistiva

Todo conductor elctrico tiene como caracterstica, su resistencia al paso de la corriente a travs de el. Esta caracterstica se le conoce como resistencia elctrica, 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 energa elctrica 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 distribucin de la corriente en la seccin del conductor. Estos son el efecto pelicular y de proximidad. Para tomar en cuenta estos fenmenos que reducen el rea 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 expresin 2,6.

( )1CC ep fpR R Y Y= + + (2.6)

En donde Yep y Yfp, son el factor de correccin del efecto pelicular y de la proximidad respectivamente. El factor Yep se puede hallar mediante la siguiente aproximacin polinomial

[7]:

4

4192 0,8s

eps

XYX

=

+ Para Xs 2,8 (2.7a)

20,136 0,0177 0,0563ep s sY X X= + Para 2,8 Xs 3,8 (2.7b)

1152 2

sep

XY = Para 3,8 Xs (2.7c)

En donde

( ) ( )0,02768 ssCC

f kX

R=

f frecuencia en Hz

ks constante del efecto pelicular = 1 tpicamente.

RCC resistencia CC para la temperatura de operacin requerida.

Para casi todas las aplicaciones en frecuencia industrial Xs es < 2,8.

Para el factor de proximidad se tiene la siguiente expresin [7]:

2 2 1,180,3120, 27

cpY ay ya

= + +

(2.8)

En donde

16

4

4 ,192 0,8p c

p

x da y

x s= =

+

( ) ( )0,02768 psdc

f kX

R=

dc dimetro del conductor

s distancia entre los centros de los conductores

kp constante de proximidad es 1 tpicamente.

A frecuencia industrial se puede ignorar el efecto de la proximidad si el espaciamiento s es diez veces el dimetro del conductor (el efecto es menos del 1 %) [3].

Este valor obtenido de resistencia en corriente alterna, esta relacionado con el clculo de ampacidad de un cable, veamos entonces dicha relacin.

2.3.4.1 Ampacidad

La ampacidad es la mxima 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 estn diseados para operar a una temperatura mxima de 90C durante operaciones normales o en 130C en condiciones de emergencia. Operar cables sobre su lmite de corriente incrementa la probabilidad de fallas prematuras,

surgen arborescencia en el aislamiento, fallas trmicas, decrecimiento de la capacidad elctrica del aislamiento y disminucin de la vida til del aislamiento.

La ampacidad la mayora de las veces limita la carga elctrica conectada al cable. Ella no es la nica consideracin que se debe hacer a la hora de elegir el cable, tambin existen consideraciones de prdidas y econmicas [3].

17

Los clculos de la ampacidad en cables se rige por principios de termodinmica: la temperatura en el conductor es una funcin 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 elctrico: el calor es anlogo a la corriente, temperatura al voltaje y la resistencia a trmica a la resistencia elctrica [8]. El calor que pasa a travs de una resistencia trmica aumenta la temperatura entre los dos lugares del material trmico. Usando el equivalente trmico a la ley de Ohm, se tiene que:

2( )th thT Tc Ta R H R I R = = = (2.9)

En donde:

Tc temperatura del conductor [C]

Ta temperatura del ambiente [C]

Rth resistencia trmica total entre el conductor y el ambiente [C-m/W]

I corriente elctrica del conductor [A]

H calor generado en el cable [W]

R resistencia elctrica del conductor [/m]

Ilustracin 2.2. Modelo del circuito trmico para el clculo de las ampacidades[3].

En la ilustracin 2.2 se muestra en el modelo simplificado, que las dos fuentes de calor

son, las prdidas por fases y por el neutro. El cable tambin tiene prdidas dielctricas, pero para los voltajes que se utilizan en distribucin, estas prdidas son tan pequeas que las podemos despreciar [8]. Las resistencias trmicas mayores, en cualquier configuracin, son

18

las del aislamiento, la chaqueta y la tierra. Estas resistencias trmicas son calculadas a partir de la resistividad trmica de los materiales involucrados. Por ejemplo para un conductor directamente enterrado, la resistencia trmica del aislamiento, la chaqueta, y el terreno son calculados con las siguientes expresiones segn la norma IEEE 835-1994 [6]:

ln2

aislamiento exttd

cond

rRr

pi

=

(2.10)

ln2

chaqueta exttc

cond

rRr

pi

=

(2.11)

3

32.ln

2terreno

ttcond

HRr

pi

=

(2.12)

[ ]'

1 . 'ct

n ARB C Tm Ds

=

+ + (2.13)

0.0104. . '.PVC PVC tR nD t

=

(2.14)

Rtd resistencia trmica del aislamiento [C-m/W]

Rtc resistencia trmica de la chaqueta [C-m/W]

Rtt resistencia trmica del terreno [C-m/W]

Rct resistencia trmica entre la chaqueta y las paredes de la tubera[C-m/W], Las constantes A, B y C se pueden ubicar en tablas[8]. Ver Apndice A.

RPVC resistencia trmica de la tubera de PVC [C-m/W]

resistividad trmica del material [C-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 nmero de conductores contenidos dentro de Ds

Ds dimetro equivalente del cable o del conjunto de cable [m]

Tm temperatura media del medio intermedio [C]

19

t ancho de la tubera [m]

D dimetro de la tubera [m]

2.3.5 Impedancia Inductiva y Capacitiva

Por otro lado, para la seleccin de cables tambin es necesaria la condicin por cada de

tensin. Para ello se necesita saber que ocurre en los cables a tensin 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 demostr que un neutro concntrico de mltiples 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 concntrico. 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.

( )211

ax abaa ab

xx ab

Z ZZ Z Z

Z Z

=

(2.15)

( )200

22

2ax ab

aa abxx ab

Z ZZ Z Z

Z Z+

= + +

(2.16)

Las impedancias mutuas y propias de las expresiones de secuencia son encontradas con:

101log taa t DZ R R jkGMR

= + + (2.17)

101log tab t DZ R jkGMD

= + (2.18)

101log txx N tN

DZ R R jkGMR

= + + (2.19)

101 log2

tax t

DZ R jkDN

= + (2.20)

En donde

Zaa la impedancia propia de cada conductor [/km]

Zab la impedancia mutua entre dos conductores [/km]

20

Zax la impedancia mutua entre un conductor de fase y su neutro concntrico [/km]

Zxx la impedancia propia de cada neutro concntrico [/km]

R resistencia del conductor de fase, ohmios/distancia [/km]

RN resistencia del neutro (o cubierta), ohmios/distancia [/km]

1 0,17460fk = [/km]

GMR radio medio geomtrico del conductor de fase [m]

GMD distancia media geomtrica entre conductores de fase [m]

3. .AB BC CAGMD d d d =

(2.21)

Rt resistencia del camino de retorno por tierra,

0,05960

tfR =

[/km] (2.22)

1.020.472tD f

= (2.23)

Dt profundidad equivalente del camino por tierra de retorno, [m]

resistividad del terreno. [-m]

GMRN radio medio geomtrico del neutro concntrico.

Para cables con un neutro concntrico de mltiples conductores o hilos, se tiene que

( )10,7788 2 nnN nGMR nDN r= (2.24)

En donde n es el nmero de neutros y rn es el radio de cada neutro [m]. Ver ilustracin 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 geomtrico (GMR) cuantifica la inductancia interna de un conductor, y es menor al radio del conductor. Si el conductor fuese slido se tendra que:

21

1/ 4GMR re= (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.

Ilustracin 2.3. Dimensiones del cable para el clculo de impedancias [3]

Tabla 2.1. Factor k para el clculo del GMR en conductores trenzados [3] Nmero de hilos K

1 (Slido) 0.7788 3 0.6778 7 0.7256 19 0.7577 37 0.7678 61 0.7722

Ntese que de las expresiones 2.17 a 2.20 se asocia una seccin compleja que corresponde a las reactancias inductivas. Estas como se puede observar dependen exclusivamente de la geometra y de la frecuencia en la que se este trabajando.

Efectos significativos en las impedancias de secuencia positiva y cero de los cables.

Separacin entre cables: mayor separacin aumenta la impedancia de secuencia

positiva, en cambio la de secuencia cero no se ve afectada.

Tamao del conductor: Conductores de mayor calibre hace que la resistencia sea mucho menor; la reactancia disminuye pero en menor cantidad.

22

Resistencia del neutro concntrico: El aumentar la resistencia del neutro aumenta la parte reactiva de las impedancias de secuencia cero y positiva. Ms all de cierto

punto, el aumentar la resistencia del neutro disminuye la resistencia de ambas secuencias.

Aadir otros cables o neutros: aadir 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 distribucin areos. Un conductor slo tiene una capacitancia dada por:

10

0,000024

logC

Dd

=

(2.27)

Donde:

C capacitancia en [F/km]

constante dielctrica

d dimetro interno del aislamiento [mm]

D dimetro 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 nmero de cables por fase debido a la cada de

tensin.

2.3.5.1 Cada de Tensin

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 expresin:

23

Zaa Zba Zca ZnaZab Zbb Zcb Znb

ZZac Zbc Zcc ZncZan 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 expresin para cada de tensin de la norma IEEE 141-93 [14] que se muestra a continuacin:

[ ] [ ].[ ] cos [ ].[ ] sinVd R I L X I L = + (2.29)

Donde

[Vd] = matriz de cada de voltaje en Voltios

[I] = matriz corriente de lnea en Amperios.

= ngulo 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 elctrico desde un valor a otro, manteniendo el mismo valor de potencia en el proceso. Ellos poseen dos devanados acoplados

juntos a travs de un campo magntico. Los voltajes de entrada y de salida estn relacionados por las vueltas de los devanados del transformador [3].

11 2

2

NV VN

= (2.30)

En donde N1 y N2 son el nmero de vueltas de los devanados y V1 y V2 son las tensiones inducidas en los devanados. La relacin de transformacin para corriente viene dado por la siguiente expresin [3]:

24

1 1 2 2I N I N= (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 ncleo 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 monofsicos alimentan a las cargas monofsicas, se pueden utilizar

dos o tres unidades de transformacin monofsica para alimentar cargas trifsicas. La placa de un transformador monofsico contiene la informacin de potencia nominal en kVA, voltaje nominal, porcentaje de impedancia, polaridad, peso, diagrama de conexin y tipo de refrigeracin.

La corriente de carga en un transformador es [3]:

kVA

kV

SIV

= (2.31)

Por otro lado, los transformadores trifsicos areos generalmente estn compuesto por tres unidades de transformadores monofsicos. Los que se encuentran bajo tierra son normalmente una sola unidad, usualmente en un ncleo de tres o cinco columnas. Los de cinco columnas

son los ms comunes. Los kVA nominales de un banco trifsico es la suma total en cada unidad. La corriente de carga en cada fase de un transformador trifsico es [3]:

, ,3 3kVA kVA

FN kV FF kV

S SIV V

= = (2.32)

2.5 Componentes Simtricas y Anlisis de Corto Circuitos

En esta seccin slo se comenta acerca de las componentes simtricas en sistemas trifsicos. Para estos sistemas slo 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 120[15].

a 1 120 0.5 0.866j= = +

25

Luego con este factor definido, podremos plantear las ecuaciones de tensin y corriente de secuencia cero (I0 y V0), positiva (I1 y V1) y negativa (I2 y V2) respectivamente, en funcin de las tensiones y corrientes de fase [15]. Estas expresiones vienen presentadas de la siguiente forma:

0

21

22

1 1 11 1 a a3

1 a a

a

b

c

I II II I

=

(2.34)

0

21

22

1 1 11

1 a a3

1 a a

a

b

c

V VV VV V

=

(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 anlisis 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 cadas de voltajes slo en la secuencia positiva, no en la secuencia negativa ni en la secuencia cero.

2. Corrientes de secuencia negativa en un sistema balanceado produce cadas de voltajes slo en la secuencia negativa, no en la secuencia positiva ni en la secuencia cero.

3. Corrientes de secuencia cero en un sistema balanceado produce cadas de voltajes slo 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 asimtrica, una fase abierta u otra anomala.

1. Corrientes de secuencia positiva circulando en un sistema desbalanceado, produce cadas de voltaje en secuencia positiva, negativa y cero.

26

2. Corrientes de secuencia negativa circulando en un sistema desbalanceado, produce cadas de voltaje en secuencia positiva, negativa y cero.

3. Corrientes de secuencia cero circulando en un sistema desbalanceado, produce cadas de voltaje en secuencia positiva, negativa y cero.

Estas condiciones fundamentalmente importantes permiten interconectar las redes independientes de secuencia, slo y exclusivamente en el rea o punto de desbalance. Antes

de seguir con la interconexin de redes de secuencia, veamos cuales son las posibles fuentes de fallas en un sistema elctrico de potencia [15].

2.5.1 Fuentes de Falla

Un diagrama unifilar usual de una seccin de un sistema elctrico es mostrado en la

ilustracin 2.3. La corriente simtrica suministrada por estos equipos a las fallas del sistema de potencia, decrece exponencialmente con el tiempo de duracin 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 clculo 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 rgimen permanente del eje directo Xd.

Ilustracin 2.4. Diagrama Unifilar de un Sistema Elctrico comn[16].

Los valores de estas reactancias varan con el tamao de las maquinas y los valores

especficos los puede facilitar el fabricante o pueden ser medidos. En la siguiente tabla veremos valores tpicos para estas reactancias, as como el tiempo de duracin de estos periodos transitorios y subtransitorios:

Tabla 2.2. Valores en p.u de los parmetros usuales de un Generador Sincrnico [17]

27

Mquina A B C D Kva 69 156 781 1044 V 240/480 240/480 240/480 240/480 Rpm 1800 1800 1800 1800 Hgen 0.26 0.2 0.4 0.43 Fp 0.8 0.8 0.8 0.8 Xd 2.02 6.16 2.43 2.38 Xd' 0.171 0.347 0.254 0.264 Xd'' 0.087 0.291 0.207 0.201 Xq 1.06 2.49 1.12 1.1 Xq'' 0.163 0.503 0.351 0.376 Td' 0.08 0.105 0.198 0.273 Td'' 0.004 0.011 0.02 0.014 Ra 0.011 0.022 0.017 0.013 X0 0.038 0.054 0.051 0.074 X2 0.125 0.375 0.279 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 mximo de corriente de falla que es til para Rels de alta velocidad.

El comportamiento de las fallas elctricas segn la configuracin del sistema elctrico, se puede ver en la ilustracin 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 operacin global de una proteccin de baja velocidad, pero generalmente el decrecimiento del nivel de cortocircuito con el pasar del tiempo hace que no haya problemas de coordinacin; a menos que, las caractersticas de tiempo corriente de las protecciones que sean utilizadas sean significativamente diferentes.

Usualmente los motores de induccin no son tomados en cuenta como fuentes de corriente de falla para propsitos 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

Ilustracin 2.5. Gua ilustrativa del comportamiento de la corriente ante fallas a distintos lugares del sistema con respecto a la fuente de generacin [16].

Estas fallas pueden ocurrir de muchas formas, algunas con ms frecuencias que otras. En nuestro caso discutiremos dos formas de que ocurra una falla en el sistema elctrico, por ser

las que mayor nivel de cortocircuito poseen [16] estas son:

1. Cortocircuito Trifsico: las tres fases se encuentra en cortocircuito entre ellas.

2. Cortocircuito Monofsico: Una fase se encuentra en cortocircuito.

29

Para las fallas trifsicas, se asumir que el sistema queda balanceado, por lo que la representacin en redes de secuencia no hace falta, slo se toma en cuenta la red de secuencia positiva, ver ilustracin 2.5. Para la reduccin de las impedancias equivalentes, se recomienda el uso del teorema de Thevenin en los puntos de falla [19]. Mientras que para la falla monofsica si se debe tomar en cuenta la interconexin de las redes de secuencia, porque este tipo de falla representa un desbalance para el sistema elctrico. Para el anlisis de estas fallas

se deben conectar las redes de secuencia en serie, como se muestra en la ilustracin 2.6.

Ilustracin 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 conexin 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 slida, 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 acten y la falla se mantenga como una

operacin normal del sistema.

30

Ilustracin 2.7 Fallas Monofsicas y su conexin de redes de secuencia. (a) falla slida, (b) falla en el sistema; (c) falla con impedancia [16].

Para aislar estas fallas se utilizan los equipos de proteccin, aqu mostraremos los ms utilizados en la industria elctrica.

2.6 Grupos Electrgenos

Un grupo electrgeno es una mquina que mueve un generador de electricidad a travs de un motor de combustin interna. Son comnmente utilizados cuando hay dficit en la

generacin de energa elctrica de algn lugar, o cuando son frecuentes los cortes en el suministro elctrico. Una de las utilidades ms comunes es la de generar electricidad en

aquellos lugares donde no hay suministro elctrico, generalmente son zonas apartadas con pocas infraestructuras y muy poco habitadas.

Un grupo electrgeno consta de las siguientes partes[20]:

Motor. El motor representa nuestra fuente de energa mecnica para que el alternador gire y genere electricidad. Existe dos tipos de motores: Motores de gasolina y de gasoil (disel). Generalmente los motores disel son los ms utilizados en los grupos Electrgenos por sus prestaciones mecnicas, ecolgicas y econmicas.

31

Regulacin del motor. El regulador del motor es un dispositivo mecnico diseado para mantener una velocidad constante del motor con relacin a los requisitos de carga. La

velocidad del motor est directamente relacionada con la frecuencia de salida del alternador, por lo que cualquier variacin de la velocidad del motor afectar a la frecuencia de la potencia de salida.

Sistema elctrico del motor. El sistema elctrico 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 elctrico, una/s batera/s libre/s de mantenimiento (acumuladores de plomo), sin embargo, se puede instalar otros tipos de bateras si as se especifica, y los sensores y dispositivos de alarmas de los que disponga el motor. Normalmente, un motor dispone de un manocontacto de presin 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 batera.

Sistema de refrigeracin. El sistema de refrigeracin del motor puede ser por medio de agua, aceite o aire. El sistema de refrigeracin por aire consiste en un ventilador de gran capacidad que hace pasar aire fro a lo largo del motor para enfriarlo. El sistema de

refrigeracin por agua/aceite consta de un radiador, un ventilador interior para enfriar sus propios componentes.

Alternador. La energa elctrica de salida se produce por medio de una alternador apantallado, protegido contra salpicaduras, autoexcitado, autorregulado y sin escobillas

acoplado con precisin al motor, aunque tambin se pueden acoplar alternadores con escobillas para aquellos grupos cuyo funcionamiento vaya a ser limitado y, en ninguna

circunstancia, forzado a regmenes mayores.

Depsito de combustible y bancada. El motor y el alternador estn acoplados y

montados sobre una bancada de acero de gran resistencia La bancada incluye un depsito de combustible con una capacidad mnima de 8 horas de funcionamiento a plena carga. En caso de necesitar ms combustible, se debe disear un tanque anexo a la planta que suministre de combustible al depsito.

Aislamiento de la vibracin. El Grupo Electrgeno esta dotado de tacos antivibrantes diseados para reducir las vibraciones transmitidas por el Grupo Motor-Alternador. Estos aisladores estn 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 Electrgeno El silenciador y el sistema de escape reducen la emisin 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 informacin detallada del sistema que est instalado en el Grupo Electrgeno.

Interruptor automtico de salida. Para proteger al alternador, se suministra un interruptor automtico de salida adecuado para el modelo y rgimen de salida del Grupo

Electrgeno con control manual. Para grupos Electrgenos con control automtico se protege el alternador mediante contactores adecuados para el modelo adecuado y rgimen de salida.

Otros accesorios instalables en un Grupo Electrgeno. Adems de lo mencionado anteriormente, existen otros dispositivos que nos ayudan a controlar y mantener, de forma

automtica, el correcto funcionamiento del mismo. Para la regulacin automtica de la velocidad del motor se emplean una tarjeta electrnica de control para la seal de entrada "pick-up" y salida del "actuador". El pick-up es un dispositivo magntico que se instala justo en el engranaje situado en el motor, y ste, 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 travs del campo magntico de la punta del pick-up, 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 automtica el rgimen 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 ilustracin 2.7 se muestran algunas de las caractersticas arriba mencionadas.

1. Motor

2. Alternador

3. Cuadro elctrico de mando y control

33

4. Una bancada de apoyo

5. Un sistema de gases de escape

Ilustracin 2.8. Planta Elctrica de Diesel [20]

2.6.1 Generador Sincrnico

Es el generador de potencia ms utilizado en el siglo pasado, la maquina sincrnica 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 elctrico [3]. La mayora de los generadores de distribucin son maquinas de polos salientes con cuatro o seis polos dependiendo de la velocidad de los motores 1800 o 1200 respectivamente.

Los generadores sincrnicos operan con factores de potencia en adelanto o en atraso y con tensin controlada. La mayora de los generadores sincrnicos de distribucin utilizan este control de tensin cuando estn en operacin. Estos generadores para igualar la tensin que hay en la acometida, ellos inyectan una cantidad constante de potencia activa y reactiva

(manteniendo el factor de potencia constante) [3].

La conexin trifsica proviene de los devanados del estator (parte fija de la maquina), y se acopla magnticamente con el rotor (parte mvil). Este rotor produce un campo magntico que al girar a la velocidad sincrnica de la maquina, induce corriente en los devanados de el estator y a su vez un fuerza electromagntica inducida. El rotor tambin posee un devanado que es excitado externamente con corriente DC. Ver ilustracin 2.8,

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Ilustracin 2.9. Rotor y Estator de una Mquina Sincrnica [3]

Varias impedancias actan en esta mquina dependiendo del escenario:

Reactancia subtransitoria (Xd): Normalmente, Xd se encuentra entre 10% y 30 % de impedancia base de la mquina. Mayores valores de Xd limitan la corriente de cortocircuito que la mquina suministra pero esto reduce la capacidad del generador de responder rpidamente 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 tpicamente 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 armnicos triples. La reactancia de secuencia cero es normalmente pequea,

menores al 5 % en bases de la mquina.

En la tabla 2.2 presentada anteriormente, se pueden ver los valores de los parmetros de los generadores sincrnicos.

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2.7 Luminotecnia

En salas donde se realizan tareas visuales, los denominados interiores de trabajo, la funcin principal de la iluminacin es facilitar la productividad de las tareas visuales all realizadas.

Sin embargo, en reas de circulacin 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 ltimo, ya sea que se considere que la iluminacin debe promover la capacidad visual, el confort visual, el agrado visual o, la combinacin de ellos, se deben tener en cuenta la eficiencia en el uso de energa y el costo [22].

2.7.1 Iluminancia

Es el flujo luminoso recibido por unidad de superficie. Se designa tambin como Nivel de Iluminacin. El nivel de iluminacin debe adecuarse a la actividad a desarrollar en los locales,

siendo la primera unidad que se debe fijar al realizar un proyecto de iluminacin. Depende del tipo de actividad que se vaya a realizar.

Podemos conocer que la iluminancia viene dada por la siguiente expresin [22]:

2lmm

lumEA

=

(2.36)

Donde,

lum flujo luminoso, su unidad es el lumen.

A rea 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 emitira si toda su potencia se transformase en emisin luminosa de 555 nm (seccin del espectro visible de luz mas intenso para el ojo humano). En la prctica se define el rendimiento luminoso como el cociente entre el flujo luminoso emitido por la fuente de luz y la potencia elctrica de dicha fuente.

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Desde el punto de vista de aprovechamiento energtico, una lmpara ser tanto ms eficiente cuanto mayor cantidad de lmenes produzca por cada vatio elctrico; en este aspecto debe tenerse siempre en cuenta que muchas lmparas requieren equipos auxiliares que han de valorarse a la hora de calcular el rendimiento luminoso, debindose considerar los lm/W

producidos incluyendo el consumo de los equipos auxiliares [22].

lmW

lumRP

=

(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 rea de la siguiente forma:

2

2

lmWm

lm mW

EDpR

= =

(2.34)

En la siguiente tabla observaremos el nivel de iluminacin que debe tener un lugar segn la labor o tarea que en ella se realice [22]:

Tabla 2.3. Categoras de la iluminacin segn su uso [22]

rea o tipo de actividad Categora Iluminancia(Lux)

reas pblicas con alrededores oscuros A 20 50

Orientacin simple para las visitas temporales cortas B 50 100

rea de trabajo donde las tareas visuales se realizan ocasionalmente C 100 200

reas para tareas visuales de alto contraste o de tamao grande D 200 500 reas para tareas visuales de mediano contraste o de tamao pequeo E 500 1000 reas para tareas visuales de bajo contraste o de tamao muy pequeo F 1000 2000 reas para tareas visuales de bajo contraste con objetos de tamao muy

pequeo, por perodos prolongados G 2000 5000 reas para tareas visuales que requieren exactitud por perodos prolongados H 5000 10000

reas para tareas visuales muy especiales con contraste extremadamente bajo y objetos muy pequeos I 10000 20000

2.8 Sistemas de Puesta a Tierra

En una instalacin podr existir una puesta a tierra de servicio y una puesta a tierra de

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proteccin. La tierra de servicio es la malla de tierra donde se conecta el punto neutro de un transformador de potencia o de una mquina elctrica. La resistencia de la malla de servicio depende exclusivamente del valor de corriente de falla monofsica que se desea tener en el sistema. La tierra de proteccin es la malla de tierra donde se conectan todas las partes

metlicas de los equipos que conforman un sistema elctrico, que normalmente no estn energizados, pero que en caso de fallas pueden quedar sometidos a la tensin del sistema. Los

valores de resistencia de la malla de proteccin estn 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 mximas definidas por normas internacionales, definen el valor de la resistencia de la malla [23].

Es comn usar la misma malla de tierra de una subestacin tanto como malla de servicio como malla de proteccin. En la medida que se cumplan las condiciones de seguridad esto no

es problema. No est permitido conectar a la misma malla sistemas de tensiones diferentes [23].

Los sistemas aislados no tienen una conexin intencional a tierra. Cabe destacar que la conexin a tierra en sistemas aislados se hace a travs de caminos de alta impedancia, como

son las capacidades distribuidas de los alimentadores (cables y lneas areas) y a travs de las impedancias de los pararrayos. La principal caracterstica de este tipo de sistema son las

bajsimas corrientes de cortocircuito monofsico que presentan, en caso de existir una falla en el sistema. Por esta razn es necesario disponer de protecciones especiales, muy sensibles que puedan detectar la presencia de una falla monofsica del orden de miliamperes. El retorno de la corriente de falla monofsica en sistemas aislados se produce a travs de capacidades distribuidas de los cables y de las lneas [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 monofsica. Sin embargo, son ms las desventajas que presentan los sistemas aislados, razn por la cual son poco utilizados en la actualidad. Desde el punto de vista de la continuidad de servicio, los sistemas aislados no

presentan ms ventaja que los sistemas aterrizados a travs de alta resistencia, con la diferencia que en estos ltimos, las tensiones pueden limitarse [23].

Una forma de detectar la existencia de fallas monofsicas en sistemas aislados, es conectando voltmetros entre fase y tierra. Estos dispositivos son capaces de detectar la fase daada, pero no de ubicar el punto de falla [23].

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MARCO METODOLGICO

Esta metodologa estuvo basada en los objetivos generales y especficos del proyecto. En la ilustracin 3.1 se puede apreciar de mejor manera los pasos seguidos para la realizacin del proyecto.

Entre los problemas que se encontraron en la realizacin de este proyecto, fue la necesidad de elaborar un diseo en detalle de todos los equipos y su interconexin para as lograr el objetivo general del proyecto. Para solucionar esto, se utilizaron los recursos que provey la empresa, tales como planos, normas, recursos bibliogrficos y recursos humanos. Una vez que se dispuso de estos recursos y que se estuvo familiarizado con ellos, se procedi al diseo y

elaboracin del proyecto. Estos pasos de familiarizacin con los recursos de la empresa se explicaran de manera ms detallada a continuacin.

3.1 Induccin a Empresas Y&V

Esta fase se realiz para conocer la empresa y cuales son sus criterios, visiones, polticas,

misiones, normativas, formatos y deberes que se tuvieron en cuenta para la realizacin de este tipo de proyectos. Tambin se adquiri informacin en esta fase acerca de la historia de la

empresa, como estn constituidos los diferentes departamentos y como estn distribuidos cada uno de ellos. Se realiz un recorrido por la empresa y se conoci 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 informacin bibliogrfica. Finalmente, se conoci al personal involucrado con el

proyecto y se ubic en el lugar de trabajo.

CAPITULO 3

39

Ilustracin 3.1. Diagrama de bloques de la metodologa utilizada en el proyecto

40

3.2 Revisin de Normas, Bibliografa e Ingeniera Conceptual

Durante esta fase se revis toda la informacin bibliogrfica necesaria para el posterior desarrollo del proyecto. Esta informacin fue conseguida por la Intranet (normas, libros y catlogos), en la Internet (trabajos acadmicos, referencias bibliogrficas y libros) y libros.

En la primera etapa se revis un listado de las normas de CADAFE, IEEE, COVENIN [24], y un Manual de Distribucin de Potencia Elctrica [3], involucrados en la elaboracin de proyectos en el rea de distribucin de energa elctrica. En el siguiente listado se puede ubicar, aquellas normas que resultaron imprescindibles o de uso frecuente, al momento de realizar este proyecto. Los ttulos de estas se podrn ubicar en la bibliografa 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 diseo 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 cmo deben ser construidas. En las normas IEEE se pudo encontrar los criterios de diseo para la seleccin de conductores. Y por

ltimo, en el Cdigo Elctrico Nacional se encontr los requisitos mnimos que deben cumplir las Instalaciones Elctricas en nuestro pas.

Se revis tambin los criterios que utiliza la empresa para la realizacin 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 utiliz la base de conocimientos de la empresa, que se encuentra en la Intranet, lo cual permiti la agilizacin de la bsqueda de los

documentos pertinentes.

Se precis tambin la ubicacin de catlogos de conductores, generadores, transformadores, luminarias y postes que se utilizaran como criterio de diseo en clculos

posteriores.

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3.3 Estudio de la Demanda

Para la realizacin de este estudio se tom en cuenta el nmero de equipos que se iba alimentar con energa elctrica en las instalaciones provisionales. Esta informacin se ubic en la ingeniera conceptual. Luego con este listado de equipos se procedi a modelarlas como

cargas elctricas que demandan una corriente constante durante su operacin. Los valores de corriente para cada carga se pueden encontrar en detalle, en el Capitulo 5.

3.4 Dimensionamiento de los Grupos Electrgenos

Una vez obtenida la demanda elctrica total, se estim la potencia que seria necesaria generar por los dos grupos electrgenos. Por motivos de disponibilidad en el mercado y costo de combustible, se decidi que seran dos plantas elctricas a base de Diesel. La ubicacin de

ellas en el terreno de la obra, ya estaba estipulada en la fase previa de este proyecto (ingeniera conceptual).

3.5 Ubicacin de los tableros y faros de iluminacin en la obra

Para comenzar con el diseo de las instalaciones provisionales, fue necesario ubicar los tableros de distribucin y los faros de iluminacin, esparcidos estratgicamente por toda la obra. Los criterios que se utilizaron para ubicarlos fueron los siguientes:

Cercana con los dos grupos electrgenos, para preveer posibles problemas por cada de tensin.

Cercana con los edificios a los que se deba alimentar con energa elctrica (conjunto de oficinas y almacenes). La ubicacin de los mismos estaba ya estipulada en la fase previa a este trabajo.

Los tableros de 480V deban estar ubicados en aquellos lugares de la obra donde va a ser necesaria en el uso de soldadoras y compresores.

3.6 Seleccin de cables subterrneos

Luego de haber fijado la ubicacin de los tableros y faros, y que estos sern alimentados por cables conductores que estarn distribuidos por toda la obra a travs de ductos enterrados,

segn la norma CADAFE 64-87[27], se pudo comenzar con el proceso de la seleccin de

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cables que estaran conectados entre los grupos electrgenos, los tableros y finalmente las cargas. Para ellos se emple el siguiente algoritmo:

1. Seleccin de cables por la seccin 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 condicin de temperatura de

operacin, tal y como se expresa en la norma IEEE 835-94 [6]. Ver Apndice A.

3. Verificar si con la longitud entre la generacin y la carga no viole la condicin de cada de tensin [14].

4. De no cumplirse alguna de las condiciones por ampacidad cada de tensin, se

tom otra seccin transversal del cable o se coloc otro conductor en paralelo por cada fase, hasta que se cumplan ambos criterios en condiciones normales de

operacin.

3.7 Anlisis Luminotcnico del Conjunto de Oficinas y del Almacn

Para este anlisis 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 realiz con la ayuda del programa Luxicon, el cual provea la informacin acerca del nmero y tipo de luminarias necesarias para

satisfacer lo estipulado en la tabla 2.2 segn el rea en metros cuadrados que se deseaba iluminar.

Es necesario mencionar que este estudio se hizo simultneamente con el estudio de la demanda, ya que estas luminarias seleccionadas suministraron informacin acerca de la corriente demandada por estas instalaciones.

3.8 Estudio de Cortocircuito

Este estudio se realiz modelando posibles fallas monofsicas y trifsicas en los bornes de las plantas generadoras y en los tableros de distribucin esparcidos por toda la obra. Con esto, se da una informacin para el diseo de protecciones de estas instalaciones. Se utilizaron

componentes simtricas para realizar estos clculos. Ver Apndice C.

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3.9 Informe final y presentacin para la gerencia de Electricidad

La elaboracin del informe final se realiz mediante la recopilacin de las metodologas, los resultados e informacin 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 inclua 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

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BASES DEL DISEO

En este capitulo se discuten las bases y premisas que se utilizan en la elaboracin de los clculos, para el diseo de la acometida que alimentar las instalaciones provisionales. Se menciona tambin, los factores climticos que influyeron en el diseo de este proyecto. Se coloca a continuacin una serie de ilustraciones que contiene informacin acerca de la ubicacin geogrfica de la planta, la ubicacin de las instalaciones provisionales dentro de la planta y un unifilar del sistema que se dise.

Ilustracin 4.1. Ubicacin Geogrfica de la Planta en el Mapa de Venezuela.

CAPITULO 4

Planta El

45

Ilustracin 4.2. Ubicacin Geogrfica de la Planta en el Mapa del estado Miranda

Ilustracin 4.3. Proyeccin de la posible ubicacin de la planta sobre el Mapa.

3322 KKmm ((llnneeaa

46

Ilustracin 4.4. Proyeccin de la Planta Termoelctrica.

Ilustracin 4.5. Visualizacin en 3D de la Planta

4.1 Estudio de la demanda

Por medio de la ingeniera conceptual realizada por la empresa espaola 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 estarn distribuidos alrededor de toda

2 Por normas de seguridad de la empresa, no se puede colocar el cdigo del documento

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la obra. Este grupo de oficinas tendr cargas elctricas habituales para estos edificios, computadores, aires acondicionados, luminarias y otros equipos de oficina. Mientras tanto, los tableros tambin alimentarn cargas para la elaboracin de este tipo de obras, soldadoras, compresores y otros equipos de construccin.

Luego de haber realizado el anlisis y estudio de las normas relacionadas con este estudio, se procedi 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 alimentarn equipos de obra:

Se tendr un factor de coincidencia menor o igual que 0,6.

Se tendr un factor de potencia mximo de 0.85.

Los tableros de distribucin debern cumplir lo que se rige en la norma NFPA 70

para prevenir cualquier tipo de incendios en su etapa de operacin.

Se tendr una demanda mxima de corriente de 600A por cada tablero.

En los tableros que alimentarn el grupo de oficinas y el almacn:

Se tendr un factor de coincidencia menor o igual que 0,9

Se tendr un factor de potencia mximo de 0,85

Se deber cumplir lo estipulado en el Cdigo Elctrico Nacional acerca de la prevencin de incendios en edificios industriales.

El tablero de grupo de oficinas tendr una demanda mxima acorde con el transformador que estar aguas arriba.

Una vez que se ha concluido el estudio de la demanda, se pudo empezar a dimensionar los generadores diesel que alimentarn estas instalaciones, as como el banco de transformadores

monofsicos que alimentaran a las oficinas en 208 V. Y tambin, se hizo el estudio de los conductores que se utilizaran para abastecer a cada uno de los tableros de distribucin antes mencionados.

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4.2 Grupos Electrgenos

Estos equipos ya se haban planteado en la ingeniera conceptual realizada en fases previas a este proyecto. Por lo tanto, lo que se realiz en el estudio de la demanda estuvo basado en los dos generadores planteados. Estos generadores sern impulsados por combustin de

diesel. Se deber tener en cuenta que:

Ambos generadores tendrn como tensin nominal 480 V.

Debern cumplir lo que se rige en la norma NFPA 850 para la prevencin de incendios de estos grupos electrgenos.

Su potencia nominal deber ser mayor a la demanda mxima (en un 10% como mnimo) a la que ser expuesta, y depender a su vez, de la disponibilidad de los fabricantes.

4.3 Seleccin del Cable Conductor

Para la seleccin de conductores se debi tener