Capitulo4

CAPTULO IV

RESULTADOS

En el presente captulo se desarrollar la ingeniera bsica de baja tensin de la ampliacin de los servicios auxiliares de la subestacin Machango estudiando en primer lugar las cargas existentes y las que sern agregadas, en segundo lugar los conductores de baja tensin que existen, datos tomados en la campo, y el clculo de los alimentadores que se realiz totalizando las cargas estudiadas en un principio, pues en base a estas sern seleccionados los transformadores para luego realizar la seleccin de los alimentadores, mediante clculos y normas nacionales e

internacionales.

Luego se realizaron los clculos del banco de bateras de 125 V DC para culminar con la elaboracin de los diagramas unifilares, primero de los existentes, basados en datos tomados en campo pues la documentacin que exista de dicha subestacin no se encontraba actualizada por ende se elaboraron los diagramas de la configuracin en la situacin actual y luego la configuracin que se tendr en un futuro. Se presenta un diagrama de flujo del desarrollo del captulo (figura 4).

Los servicios auxiliares de la subestacin estn conformados por el tablero de distribucin de corriente alterna AC denominado NG1, el tablero de corriente continua (DC) llamado NK3 y el de corriente alterna AC llamado TSACA-1. En la figura 5, se puede observar la distribucin fsica de los mismos dentro del cuarto de control, as como del rectificador/cargador de 125V DC y del banco de bateras.

51

Figura 4: Diagrama de flujo del desarrollo del captulo IV

52

Figura 5: Distribucin fsica de los tableros de servicios auxiliares.

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4.1 Estimado de Cargas

4.1.1 Cargas Existente

Para la realizacin del estimado de cargas existente, se recolect informacin en campo, donde se visualizaron cuales eran algunas cargas, puesto que varias de ellas no se encontraban identificadas, adems ENELVEN suministro los datos de la potencia consumida en la Subestacin. Las figuras 4, 5, 6, 7 y 8. Muestran el estado de los tableros existentes, as como la manera en que se encuentran identificadas las cargas dentro los mismos.

4.1.1.1 Cargas existentes en servicios auxiliares AC.

Se elaboraron las Tablas de la potencia requerida por estos equipos dependiendo de la cantidad de equipos utilizados para el tablero AC. Ver figura 4, donde se muestra el tablero NG1 en el cuarto de control.

Tabla 3

Consumo actual

Descripcin Cant. Unit W Total W

Consumo actual 1 4.000 4.000

Total 4.000

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Tabla 4

Tomas industriales


Consumo actual 1 5.000 5.000

Total 5.000

Nota: Segn verificacin en sitio. Estos tomas estn dentro de los gabinetes de transformadores.

Figura 6: Cargas del Tablero NG1 Servicios Auxiliares AC. Fotografa realizada en el cuarto de control de Servicios Auxiliares de la S/E Machango.

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Figura 7: Cargas Tablero TSACA-1. Fotografa realizada en el cuarto de control de Servicios Auxiliares de la S/E Machango

56

4.1.1.2 Cargas existentes servicios auxiliares DC.

Se realizaron las tablas de la potencia requerida por estos equipos dependiendo de la cantidad de equipos utilizados para el tablero DC.

Tabla 5

Cargas existentes DC

carga

Descripcin Cant. Unit W momentnea continua

RELES 1 50 - 50

MOTORES 1 500 500

Total 500 50

Figura 8: Cargas Tablero Servicios auxiliares DC parte Superior. Fotografa realizada en el cuarto de control de la S/E Machango.

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Figura 9: Cargas Tablero Servicios auxiliares DC parte inferior. Fotografa realizada en el cuarto de control de la S/E Machango

Figura 10: Cargas Tablero Servicios auxiliares DC Completo. Fotografa realizada en el cuarto de control de la S/E Machango.

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4.1.2 Cargas Nuevas

Para saber el consumo de las cargas nuevas, se siguieron los datos del fabricante y se consider la cantidad de equipos que son necesarios agregar de cada tipo. A continuacin se enumeraran los lineamientos y criterios que sern

considerados para este estudio:

Existen dos (2) bancos de transformadores trifsicos, tipo distribucin con capacidad de 75 kVA cada uno, 34,5 kV / 208-125 V, que alimentan el tablero de servicios auxiliares a travs de un tablero de transferencia

manual.

El clculo se hizo tomando en consideracin los servicios generales de la subestacin (Iluminacin, aires acondicionados, tomacorrientes, etc) estimado y la correspondientes cargas de los servicios auxiliares para los circuitos de proteccin y control.

Se considerar para la subestacin Machango, una carga actual de 9.944 VA, medida en el tablero de transferencia manual de los servicios auxiliares CA.

Para el cuarto de control de la subestacin, se instalaran dos aires

acondicionado en 208V con una capacidad de 5 Toneladas cada uno.

Para la garita de Vigilancia de la subestacin, se instalara un aire acondicionado en 208V con una capacidad de 18.000 BTU.

4.1.2.1 Cargas Nuevas en el sistema de 208V AC

Aqu se presentan las tablas que representa la potencia necesaria en corriente alterna (AC) para cada tipo de equipo teniendo consideracin que en varios casos sern necesarios ms de uno.

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Tabla 6 Consumo de Reflectores de Metall Halide de 1000 W


Reflectores de Metall Halide 20 1.000 20.000

Total 20.000

Tabla 7 Consumo Reflectores de Metall Halide de 250 W


Reflectores de Metall Halide 2 250 500

Total 500

Tabla 8 Consumo del Aire acondicionado Cuarto de Control.

Descripcin Cant. Unit VA Total VA

Aire acondicionado 2 6.268 12.536

Total 12.536

60

Tabla 9 Consumo del Aire acondicionado garita de vigilancia


Aire acondicionado 1 2.038 2.038

Total 2.038

Tabla 10

Otros consumos


Iluminacin cuarto de control 25 60 1.500

Sistema hidroneumtico 1 696 696

Extractor de aire cuarto de bateras. 2 696 1.392

Ventilador cuarto de UMA 1 696 696

Total 4.284

61

Tabla 11 Consumo de los Servicios auxiliares de gabinetes


Calefaccin 1 100 100

Iluminacin 1 60 60

Toma corriente 1 1.200 1.200

Total 1.360

Servicios auxiliares del interruptor

Tabla 12 Consumo de los Servicios auxiliares interruptor de potencia 3AP1 FG 115kV

Descripcin Cant. A B C

Calefaccin 1 30

Iluminacin 1 60

Toma 1 1.800

Total 30 60 1.800

Tabla 13 Consumo de los Servicios auxiliares del seccionador Hapam tipo HAC-EV 115 Kv.


Calefaccin 1 22 22

Total 22

62

Tabla 14 Consumo de los Servicios auxiliares del sistema de vigilancia

4.1.2.2 Cargas Nuevas en el sistema de 125V DC

Aqu se presentan las tablas que representa la potencia necesaria en corriente directa (DC) para cada tipo de equipo teniendo en cuenta que en varios casos sern necesarios ms de uno.

Tabla 15 Consumo de la Unidad de subestacin SAS

carga


Sistem unit 1 240 - 240

Switch 2 3 - 6

Total 246


Inversor 1 2.929 2.929

Total 2.929

63

Tabla 16 Consumo del Equipo sincronizacin de tiempo y gestin RF

carga


GPS 1 100 - 100

Sync-Box 1 1 - 1

OSM TP22 1 20 - 20

Multiplexor 1 5 - 5

Total 126

Tabla 17 Consumo del Registrador de fallas Ametek

carga


Registrador de fallas 1 100 - 100

Total 100

64

Tabla 18 Consumo de los MEDIDORES SIMEAS Q

carga


Transductores 8 20 - 160

Total 160

Tabla 19 Consumo de la Reserva

carga

Descripcin Cant. Unit W momentnea Continua

Medidor multifuncional GE 35 1 18 - 18

Total 18

Tabla 20 Consumo de los Motores de 115 kv

carga


Motores de los interrupotres 1 688 688

Total 688 0

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Tabla 21 Consumo de Teleproteccin

Carga


Equipo de Teleproteccin 1 100 100

Total 100

Tabla 22 Consumo del Diferencial de barras

Carga


Unidades de baha 7 16 112

Unidad central 1 135 135

Total 247

66

Tabla 23 Consumo de Proteccin del Banco de Condensadores

carga


Bobinas Disparo Interruptor 34,5 kV 1 600 600 -

Bobinas Cierre Interruptor 34,5 kV 1 1.300 1300

Rel proteccin banco condensadores 1 50 50

Total 1.900 50

Baha de lnea (Puricaure)

Tabla 24 Consumo de Proteccin 1 Puricaure

Carga


Proteccin distancia 7SA6 1 18 - 18

Total 18

67

Tabla 25 Consumo de Proteccin 2 Puricaure

carga



Total 18

Tabla 26 Consumo del Cierre de interruptor Puricaure

Carga


Bobina de cierre interruptor 3AP1-FG 1 312 312

Rele auxiliar 7PA 6,9

Total 319 0

68

Tabla 27 Consumo del Circuito de apertura 1 Puricaure

carga


Bobina de apertura interruptor 3AP1-FG 1 312 312


Rele disparo y bloqueo 1 10 6,9

Rele supervisor de circuito de disparo 1 2 2

Total 326 2

Tabla 28 Consumo del Circuito de apertura 2 Puricaure

carga



Rele auxiliar 7PA 1 7 7


Total 319 2

69

Tabla 29 Consumo del Controlador de baha y control del interruptor Puricaure

carga


Controlador 6MD66 1 20 - 20

Control de interruptor 1 10 - 10

Total 30

Baha de lnea (HICOTEA TIPICO)

Tabla 30 Consumo de Proteccin 1 HICOTEA

Carga


Proteccin diferencial de lnea AREVA 1 20 - 20

Total 20

70

Tabla 31 Consumo de Proteccin 2 HICOTEA

Carga



Total 18

Tabla 32 Consumo de Cierre de interruptor HICOTEA

carga



Rel auxiliar 7PA 6,9

Total 319 0

71

Tabla 33 Consumo del Circuito de apertura 1 HICOTEA

carga




Rele disparo y bloqueo 1 10 6,9


Total 326 2

Tabla 34 Consumo del Circuito de apertura 2 HICOTEA

carga



Rele auxiliar 7PA 1 7 7


Total 319 2

72

Tabla 35 Consumo del Controlador de baha y control del interruptor HICOTEA

carga




Total 30

Baha de transformador (TRAFO 1 Y 2 TIPICO)

Tabla 36 Consumo de Proteccin 1 TRAFO 1 Y 2

carga


Proteccin diferencial de trafo 1 28 - 28

Total 28

73

Tabla 37 Consumo de Proteccin 2 TRAFO 1 Y 2

carga


Proteccin de sobrecorriente 1 7 - 7

Total 7

Tabla 38 Consumo de Cierre de interruptor TRAFO 1 Y 2

carga




Total 319 0

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Tabla 39 Consumo del Circuito de apertura 1 TRAFO 1 Y 2

carga




Rel disparo y bloqueo 1 10 6,9

Rel supervisor de circuito de disparo 1 2 2

Total 326 2

Tabla 40 Consumo del Circuito de apertura 2 TRAFO 1 Y 2

carga



Rel auxiliar 7PA 1 7 7

Rel supervisor de circuito de disparo 1 2 2

Total 319 2

75

Tabla 41 Consumo del Controlador de baha y control del interruptor TRAFO 1 Y 2

carga




Total 30

Baha de acople

Tabla 42 Consumo del Controlador de baha y control del interruptor acople

carga




Total 30

76

Baha de transformador 3

Tabla 43 Consumo de las Cargas transformador 3

carga



Diferencial de trafo 7UT61 1 19 19

Sobrecorreinte de trafo 7SJ62 1 7 7

Sobrecorreinte de acople 7SJ61 1 7 7

Reles de supervision de CD 6 2 12

Control INT +H310 1 10 10

Motor y control +B380 1 - 688 10

Motor int +H310 1 688 688

Motor y control int +B120 688 10

Cierre y disparo 1 INT +H310 1 312 312

Disparo 2 INT +H310 1 312 312

Cierre y disparo INT +B380 1 312 312

Cierre y disparo INT +B120 1 312 312

Total 3.000 95

77

Seleccin del interruptor automtico totalizador del tablero =NK1 +NK2 de 125 VDC

Para la seleccin del automtico totalizador necesario para proteger los

circuitos del tablero de corriente continua se establecen los siguientes criterios:

Se requiere de un automtico que proteja contra cortocircuitos en el barraje y el conexionado de los automticos.

Este automtico debe poder dejar circular la corriente mxima de la alimentacin del tablero de tal manera que cubra la carga continua y adems las cargas momentneas.

Tabla 44 Consumo del interruptor automtico totalizador NK1 +NK2 de 125 VDC

Descripcin Corriente (A) Total carga momentnea 84,6

Total carga continua 14

Se requiere un automtico que garantice la circulacin de los 84.6 A durante dos segundos y los 14 A de carga continua.

78

4.2 Calibre de los Alimentadores de Fuerza y Control

4.2.1 Calibre de los Conductores existentes, levantamiento en campo:

Muy pocos de los alimentadores estaban identificados adems, tampoco se pudo observar algunos por seguridad, ya que se trata de una subestacin energizada y se considera riesgoso acercarse demasiado a ciertas zonas, a pesar de cumplir con el equipamiento exigido (botas de seguridad y casco).

Informacin de los alimentadores existentes, recolectada en campo:

Desde el Tablero de Distribucin Principal de Servicios Auxiliares hasta TSAC-A1:

3C #2 AWG + 1C #4 AWG (N) + 1C #8 AWG (T), PVC-PVC

Desde el Tablero de Distribucin Principal de Servicios Auxiliares hasta el

Tablero de alumbrado exterior Ocasional:

3C #4 AWG + 1C #6 AWG (N) + 1C #8 AWG (T), PVC-PVC

79

Figura 11: Cables que van desde NG1 hasta TSACA-1. Fotografa realizada en el cuarto de control de la S/E Machango

Figura 12: Cableado desde el Cuarto de Control hasta el Patio de 34,5kV. Fotografa realizada en el cuarto de control de la S/E Machango.

80

4.2.2 Calibre de los Conductores Futuros, Clculos:

4.2.2.1 Criterios utilizados para la seleccin del Calibre de los conductores de Baja tensin

La seleccin del calibre de los conductores se realizo aplicando los criterios de ampacidad, cada de tensin y cortocircuito.

La seleccin definitiva del calibre de los conductores alimentadores, se hizo en funcin del calibre que resulto de mayor capacidad entre los criterios

establecidos.

Se utilizo el Factor de Correccin por Temperatura (Fct), de acuerdo a lo expresado en la tabla 310-16 del cdigo elctrico nacional, mostrada en el anexo 1.

Se utilizo el Factor de Correccin por carga (Fcc), de manera que la corriente de carga represente el 80 % de la corriente nominal del conductor.

Se utilizo como valor tpico de transformadores de distribucin una impedancia del 4% para el clculo por cortocircuito.

La seleccin del conductor por ampacidad se hizo con base a lo expresado en el Cdigo Elctrico Nacional (FONDONORMA 200:2004), Artculo 310-15, de acuerdo a lo indicado en la Tabla 310-16, mostrada en el anexo 1. Esta tabla corresponde a no ms de tres conductores activos en una canalizacin, basados en una temperatura ambiente de 30C.

81

El clculo del calibre del conductor de neutro, se realizo segn lo especificado en Cdigo Elctrico Nacional artculo 220-22 Carga del Neutro del Alimentador.

La seleccin del conductor de tierra, se realizo de acuerdo a lo especificado en el en Cdigo Elctrico Nacional articulo 250-122 y mostrado en el anexo 2.

La cada de tensin en las acometidas de los tableros se fijo en 3% y en los alimentadores a los equipos ser de 2%, de acuerdo con lo sealado en la norma ANSI C84.1-1989, ver anexo 3.

82

4.2.2.2 Carga Total Tomada en consideracin:

Tabla 45 Cargas Totalizadas a considerar para calcular los alimentadores

EQUIPO CANTIDAD VOLTAJE (V) POTENCIA (VA)FACTOR DE CARGA (%)

POTENCIA TOTAL (VA)

REFLECTORES METAL HALIDE 1000 W, A INSTALAR 20 208 1200 100 24.000,00REFLECTORES METAL HALIDE 250 W, A INSTALAR 2 208 282 100 564,00CALENTADORES DE ESPACIO CAJA DE MANDO SECC. 115 kV 8 208 160 80 1.024,00CALENTADORES DE ESPACIO INTERRUPTORES 115 kV 4 208 130 80 416,00AIRE ACONDICIONADO 3F, CUARTO DE CONTROL 2 208 6268 100 12.536,00AIRE ACONDICIONADO 1F, GARITA DE VIGILANCIA 1 208 2038 100 2.038,00ILUMINACIN INTERIOR CUARTO DE CONTROL 25 120 60 100 1.500,00

SISTEMA HIDRONEUMATICO 1 120 696 60 417,60EXTRACTOR DE AIRE CUARTO DE BATERIAS 2 120 696 100 1.392,00

VENTILADOR CUARTO DE UMA 1 120 696 100 696,00

RECTIFICADOR/CARGADOR, 3F 1 208 19.166,18 100 19.166,00CALENTADORES DE ESPACIOS 100 WPANELES DE PROTECCIN 12 120 100 80 960,00SERVICIOS AUXILIARES PANELES DE PROTECCIN 12 120 1511 10 1.813,20SERVICIOS AUXILIARES INTERRUPTOR 4 120 1890 50 3.780,00SERVICIOS AUXILIARES SECCIONADOR 8 120 22 50 88,00SERVICIOS AUXILIARES SISTEMA DE VIGILANCIA 1 120 3662 50 1.831,00

TOMA GENERAL DE 63 AMP. 1 120 28338 50 14.169,00

86.390,80

9.944,00

TOTAL DE POTENCIA EN V.A.(CARGAS NUEVAS)

TOTAL DE POTENCIA EN V.A. (CARGAS EXISTENTES)

CARGAS DE LA SUBESTACIN

83

Carga total estimada de la subestacin 96,334 kVA

Considerando una reserva del 20% 115,601 kVA para la subestacin

Capacidad de los transformadores de Serv. Auxiliares 75,000 kVA existentes

De acuerdo con el estimado de carga realizado, tomando en cuenta los

criterios descritos, puede notarse que con toda la carga de los servicios auxiliares de la subestacin, se supera la capacidad total del banco de transformacin de los servicios auxiliares existentes que es de 75 kVA, por lo que se requiere el reemplazo de los mismos y tomando en cuenta los valores normalizados para capacidad de transformadores, se instalarn entonces 3 transformadores de 50kVA.

Capacidad de los transformadores de Serv. Auxiliares 50,000 kVA a instalar

Capacidad total del banco de transformadores de Serv. 150,000 kVA auxiliares a instalar

Seguidamente con cada una de las cargas estimadas para los equipos a instalar en la subestacin Machango, se proceder a calcular el alimentador correspondiente.

84

4.2.2.3 Calculo de Alimentadores de Baja tensin

Alimentador desde Banco de Transformadores de Servicios auxiliares 150 kVA hasta Panel de Distribucin 208 V en el cuarto de Control.

Se considerarn los siguientes parmetros:

- Capacidad del Transformador : 150 kVA - Tensin de Operacin Baja Tensin : 208 V - Corriente a Plena carga Baja Tensin : 416,35 Amp - Corriente de cortocircuito 208 V : 10,40

kAmp

- Temperatura ambiente promedio : 40C. - Longitud Tramo del con ductor : 100 - Aislamiento del Conductor Baja Tensin : PVC, 75C

Seleccin por Ampacidad

Primero se selecciona el factor de correccin para una temperatura de 40C.

=Fct 0,88

Este factor de correccin se aplicara a la ampacidad dada en la tabla 310-16 del cdigo elctrico nacional. Se tomara el conductor calibre 350 MCM, para iniciar la verificacin por ampacidad:

Cdigo Elctrico Nacional (CEN)

Conductor 350 MCM I(tabla) = 310 A

85

Iconductor = I(tabla) x Fct Iconductor = 310 A x 0,88 = 272,8 A. Nmero de Conductores por fase requeridos = 416,35/272,8 = 1,53 El nmero de conductores finalmente es 2 por fase.

Seleccin por Cada de Tensin

Se utilizo el mtodo de los amperios metros para determinar el conductor que cumpla con el criterio establecido en funcin de las condiciones de carga. Se asume un factor de potencia de 0,8.

Longitud del Circuito = 100 m La capacidad de distribucin CD= I/2xL = 416,35/2 A*100m = 20817,5 A.m

Con este valor calculado, considerando una cada de tensin de 3%, ductos no metlicos (PVC), resulta de la tabla mostrada en el anexo 4, el conductor calibre 350 MCM, Cu.

Seleccin por Cortocircuito

Para la seleccin por cortocircuito se utilizara la siguiente expresin, la cual determina el tamao del conductor que soporta la magnitud de corriente de cortocircuito especificada durante un periodo de tiempo definido.

86

( )( )

t

TT

Ac

+

+

=5.23415.2342log0297.0

Icc

(7) Donde:

Icc = Corriente de Corto circuito en Amperios (A) Ac = rea del Conductor en (Circular Mils) 1T = Temperatura de Operacin del Conductor (75C) 2T = Temperatura Mxima de Cortocircuito (250C)

t = Tiempo de duracin del cortocircuito (seg)

Aplicando la ecuacin anterior, el calibre mnimo del conductor que soporta los requerimientos establecidos, de una corriente de cortocircuito de 10,40 kA en un tiempo de 0,3 seg, es el #1/0 AWG, lapso en el cual las protecciones deben haber actuado y despejado la falla.

De acuerdo al clculo anterior, en base a los criterios establecidos de

ampacidad, cada de tensin y cortocircuito, el conductor definitivo por fase para el alimentador resulta 2C#350 MCM, PVC-PVC; Cu.

Alimentador desde el Tablero de Servicios Auxiliares NG-01 hasta el Tablero de Servicios Auxiliares TSA ubicados en el cuarto de Control.

Se considerarn los siguientes parmetros: - Carga Estimada Cuarto de Control : 30,5 kVA - Tensin de Servicio : 208/120 Vca

- Corriente de Carga : 84,80 Amp - Corriente de cortocircuito 208 V : 10 kAmp - Temperatura ambiente promedio : 40C.

87

- Longitud Tramo del conductor : 10 - Aislamiento del Conductor Baja Tensin : PVC, 75C

Seleccin por Ampacidad

Primero se selecciona el factor de correccin para una temperatura de 40C.

=Fct 0,88

Este factor de correccin se aplicara a la ampacidad dada en la tabla 310-16 del cdigo elctrico nacional. Se tomara el conductor calibre #2 AWG, para iniciar la verificacin por ampacidad:

Cdigo Elctrico Nacional (CEN)

Conductor #2 AWG

I(tabla) = 115 A Iconductor = I(tabla) x Fct x Fcc Iconductor = 115 A x 0,88 x 0,8 = 80,96 A. IconductorI de carga, el cable soporta la carga. Segn el clculo anterior el conductor seleccionado para el alimentador es 1/0

AWG, Cu.

88

Seleccin por Cada de Tensin

Se utilizara el mtodo de los amperios metros para determinar el conductor que cumpla con el criterio establecido en funcin de las condiciones de carga. Se asume un factor de potencia de 0,8.

Longitud del Circuito = 10 m La capacidad de distribucin CD= IxL = 84,8 A*10m=848 A.m

Con este valor calculado, considerando una cada de tensin de 3%, ductos no metlicos (PVC), resulta de la tabla mostrada en el anexo 4, el conductor calibre #10 AWG, Cu.

Seleccin por Cortocircuito

Para la seleccin por cortocircuito se utilizara la siguiente expresin, la cual determina el tamao del conductor que soporta la magnitud de corriente

de cortocircuito especificada durante un periodo de tiempo definido.

( )( )

t

TT

Ac

+

+

=5.23415.2342log0297.0

Icc

(8) Donde:

Icc = Corriente de Corto circuito en Amperios (A) Ac = rea del Conductor en (Circular Mils) 1T = Temperatura de Operacin del Conductor (75C) 2T = Temperatura Mxima de Cortocircuito (250C)

89

t = Tiempo de duracin del cortocircuito (seg)

Aplicando la ecuacin anterior, el calibre mnimo del conductor que

soporta los requerimientos establecidos, de una corriente de cortocircuito de 10 kA en un tiempo de 0,20 seg, es el #2 AWG, lapso en el cual las protecciones deben haber actuado y despejado la falla.

De acuerdo al clculo anterior, en base a los criterios establecidos de ampacidad, cada de tensin y cortocircuito, el conductor definitivo para el alimentador resulta 3C 1/0 AWG, PVC-PCV; Cu.

Alimentadores dentro del Cuarto de Control y Celdas

Para la seleccin de estos circuitos alimentadores en 120 V y 208 V, se proceder de la misma manera descrita anteriormente, los resultados son mostrados en la tabla 46. El nivel de cortocircuito para estos clculos se ha estimado en 10.000 A.

90

Tabla 46 Alimentadores Baja Tensin Subestacin Machango

91

4.2.2.4 Calculo del Conductor Neutro

Alimentador Neutro Banco de Transformadores 150 KVA.

Para determinar el calibre mnimo del conductor del neutro del banco de transformadores se tomar el 70% de la carga total segn lo especificado en Cdigo Elctrico Nacional artculo 220-22 Carga del Neutro del Alimentador:

Capacidad Total= 150 KVA

70% Capacidad Total=150 KVA*70% = 105 KVA

A31,3648.0*208*3

105000Ineutro ==

El calibre mnimo del conductor neutro, requerido para esta carga es un conductor 1# 500 MCM, PVC-PVC.

Conductor Neutro, que se instalara entre el Tablero de Servicios Auxiliares NG-01 y el Tablero de Servicios Auxiliares TSA

Para determinar el calibre mnimo del mismo ser necesario estimar la carga monofsica conectada al tablero.

Carga Estimada en vatios

- Iluminacin = 1660 W - Tomacorrientes = 1200 W Sub-Total = 2860 W - Extractores Cuarto de Bateras = 1392 W - Ventilador Cuarto de UMA = 696 W - Bombas Cuarto de UMA = 1056 W

92

- Bombas Sistema Hidroneumtico = 696 W - Tablero Control de Acceso = 600 W - Tablero Control de Intruso = 600 W Sub-Total de Carga = 7900 W Reserva 20% = 1580 W Calculo de la Corriente de Diseo del Neutro:

A89,328.0*208*3

9480Ineutro ==

El calibre mnimo del conductor neutro, requerido para esta carga es un

conductor 1# 8 AWG, PVC-PVC.

4.2.2.5 Seleccin del Conductor de Tierra

Para la seleccin de este conductor, que ser instalado entre el Tablero de Servicios Auxiliares NG-01 y el Tablero de Servicios Auxiliares TSA, es preciso conocer la capacidad nominal del interruptor ubicado en el Tablero (NG-01).

Capacidad del Interruptor Principal en el Panel de Distribucin = 3 x 150 Amp

Con este valor de capacidad del interruptor se ingresa en la tabla 250-122 mostrada en el anexo 2, para escoger el conductor de tierra, el cual resulta 1 # 6 AWG, PVC-PVC.

93

4.3 Caractersticas Generales de los Servicios Auxiliares en la S/E Machango 115/34,5 kV

El sistema de servicios auxiliares presenta las siguientes caractersticas generales:

a) Sistema de corriente alterna 208 V AC (3 fases-cuatro hilos, slidamente puesto a tierra.)

Margen de tensin (%): 85-110 Frecuencia nominal (Hz): 60

b) Sistema de corriente continua 125 V DC Margen de tensin (%): 85-110

A continuacin se describen en forma detallada las consideraciones, criterios y procesos de clculo para el dimensionamiento de los interruptores automticos correspondientes al sistema de servicios auxiliares de la S/E MACHANGO 115/34.5 kV.

4.3.1 Sistema de 208 V AC

En la tabla 47 se tiene la siguiente configuracin:

Se ha dispuesto cada una de las cargas propuestas por la ingeniera bsica para

las alimentaciones requeridas en el proyecto.

94

En las columnas de potencia por fase se tiene una distribucin de la potencia

para el circuito trifsico correspondiente. ste es necesario para dar las pautas para ciertos circuitos que requieren una distribucin por fase.

La potencia total resulta, en algunos casos, del procesamiento de las potencias por fase y en otros, es un dato directo del equipo.

El factor de utilizacin se determina segn el tipo de carga que se est tratando. Es determinante en los casos de cargas muy grandes y que implican

un servicio no continuo o segmentado, como lo pueden ser la calefaccin, la iluminacin y las tomas de los equipos de patio que funcionan slo algunos simultneamente.

La potencia neta es el resultado de aplicar el factor de utilizacin a la potencia total trifsica.

El valor de corriente nominal se determina del clculo:

(9) donde,

In = Corriente nominal

Pn = Potencia nominal

Vn = Tensin nominal

xVn3PnIn =

95

Luego de tener el valor de corriente nominal y con base en este resultado se

selecciona el valor de la corriente de cada interruptor automtico, teniendo en cuenta que se debe cumplir con la coordinacin de proteccin entre la proteccin en el tablero de 208 V AC y el interruptor automtico individual de cada carga aguas abajo. El interruptor automtico del tablero de auxiliares debe cumplir con una curva de proteccin termomagntica con tiempos de disparo ms largos que los propios interruptores automticos de cada carga. Sin embargo, como criterio de diseo no se seleccionar para un tablero de servicios auxiliares un automtico menor de 10 A.

4.3.1.1 Clculo de la corriente de cortocircuito del barraje de 208 V AC

El clculo de la corriente de corto circuito del tablero de servicios auxiliares de corriente alterna est basado en considerar el caso ms crtico que se puede presentar, como es tener potencia infinita en bornes del transformador de servicios auxiliares. El clculo es como sigue:

El tamao del transformador es de: 75 kVA.

(10) donde,

In = corriente nominal del transformador del lado de baja tensin; en Amperios.

Pn = potencia nominal del transformador medida en VA.

==

xVn3PnIn

96

Vn = Tensin nominal del transformador del lado de baja tensin; en Voltios.

= 75.000

3 x 208

In =208,18 A

La corriente de cortocircuito ser:

(11) donde,

Icc = corriente de cortocircuito del transformador del lado de baja tensin

In = corriente nominal del lado de baja tensin.

Xt = impedancia del transformador de distribucin en por unidad.

= 208,18

0,03

Icc = 6,94 kA

Se supone para el clculo un transformador que tendr un 3 % de impedancia.

Por lo tanto en el caso ms crtico se tendr una corriente de corto circuito de 6,94 kA.

==

XtInIcc

97

De lo anterior se desprende que la corriente de cortocircuito no ser mayor de 6,94kA y que los interruptores deben cumplir con esta capacidad de ruptura como mnimo.

98

Tabla 47 Cargas Totalizadas del Sistema de 208 V AC

SERVICIOS AUXILIARES EDIFICIO DE CONTROL - CONSUMO ACTUALPotencia por fase (W)

ITEM DESCRIPCION DE LA CARGAPotencia unitaria (W) A B C

Potencia total(W) F.U.

Potencia Activa(W)

Potencia reactiva (VAr)

Potencia aparente(VA)

Factor depotencia (%)

Corriente nominal (A)

5.2.1.1. Consumo actual 3 1 4.000 4.000 1,00 4.000 1.937 4.444 0,90 12,35.2.1.2. Tomas industriales 3 2 5.000 10.000 0,50 5.000 2.422 5.556 0,90 15,4

SUBTOTAL CARGAS ACTUALES 9.000 4.359 10.000 25,0

SERVICIOS AUXILIARES EDIFICIO DE CONTROL Y PATIO 115 kv - CONSUMO PREVISTOPotencia por fase (W)



Potencia Activa(W)





5.3.1.1. Reflectores de Metall Halide de 1000 W 3 1 20.000 20.000 1,00 20.000 24.000 0,83 66,95.3.1.2. Reflectores de Metall Halide de 250 W 3 1 500 500 1,00 500 257 564 0,89 1,65.3.1.3. Aire acondicionado ed de control. 3 1 10.029 10.029 1,00 10.029 7.522 12.536 0,80 34,85.3.1.4. Aire acondicionado garita de vigilancia 3 1 1.630 1.630 1,00 1.630 1.223 2.038 0,80 5,75.3.1.5. Otros consumos 3 1 3.856 3.856 1,00 3.856 1.867 4.284 0,90 11,95.3.1.6. Servicios auxiliares de gabinetes 3 12 1.360 16.320 0,10 1.632 790 1.813 0,90 5,05.3.1.7. Cargadores de bateras 1 y 2 3 2 7.924 15.848 0,50 7.924 5.943 9.905 0,80 27,55.3.1.8. Servicios auxiliares del interruptor 3 3 1.890 30 60 1.800 5.670 0,50 2.835 2.835 1,00 7,95.3.1.9. Servicios auxiliares del seccionador 3 8 22 176 0,50 88 88 1,00 0,25.3.1.10.Servicios auxiliares del sistema de vigilancia 3 1 2.929 2.929 0,50 1.465 1.099 1.831 0,80 5,1

SUBTOTAL CARGAS EDIFICIO DE CONTROL Y PATIO DE 115 kv 49.959 18.701 59.894 138,7

TOTAL CARGAS TABLERO =NG01+NG1 58.959 23.060 69.894Reserva 20% 13.979TAMAO DEL TRANSFORMADOR DE SERVICIOS AUXILIARES (VA) 83.873

FACTOR DE POTENCIA SERVICIOS AUXILIARES 0,84

TRANSFORMADOR DE SERVICIOS AUXILIARES EXISTENTE (VA) 75.000 208,4

N

o

.

P

O

L

O

S

C

A

N

T

I

D

A

D

N

o

.

P

O

L

O

S

C

A

N

T

I

D

A

D

99

4.3.2 Sistema de 125V DC

En la tabla 48, se presentan los cuadros con las cargas previstas para el sistema; donde se observa la siguiente informacin:

Se describe cada una de las cargas definidas en la ingeniera bsica para los requerimientos del proyecto. Adicionalmente en la columna tem se muestra el nmero que identifica cada automtico en el tablero de servicios auxiliares de 125 V DC.

Cada carga se ha clasificado segn su comportamiento en cargas momentneas y en cargas continuas.

Para cada carga, se ha establecido un factor de utilizacin, el cual refleja la simultaneidad con la que operan los diversos aparatos conectados al circuito.

El valor de corriente nominal se determina del clculo:

(12) donde,

In = Corriente nominal

Pn = Potencia nominal

Vn = Tensin nominal

VnPn

In =

100

Luego de tener el valor de corriente nominal y basado en este resultado, se

selecciona el valor de corriente de cada interruptor automtico; teniendo en cuenta que se coordinen adecuadamente los tiempos de operacin de la proteccin en el tablero de distribucin 125 V DC y el automtico de cada carga aguas abajo. Con el fin de servir como soporte, se presentan las curvas caractersticas de los aparatos correspondientes. Como criterio general de diseo el valor mnimo de corriente para los automticos de la distribucin de DC ser de 10 A.

4.3.2.1 Clculo de la corriente de cortocircuito para el tablero de 125 VDC

El tablero de distribucin de corriente continua de 125 V DC est alimentado por los cargadores de bateras y por el banco de bateras.

Los cargadores de bateras no aportan corriente de cortocircuito dado que el equipo electrnico en presencia de sobrecorrientes, recorta la onda a travs de los tiristores del puente rectificador.

Por el lado de la batera se tiene que la corriente de cortocircuito est en funcin de la resistencia interna de la batera y del tipo de batera suministrada. En este caso se tendr la batera ms grande tiene una resistencia interna de 0,615 m por celda y por lo tanto est en capacidad de suministrar una corriente de cortocircuito de aproximadamente 3.252 A.

Sin embargo para todo el sistema, se utilizarn interruptores automticos con

capacidad de manejar corrientes de cortocircuito de hasta de 10 kA.

101

Tabla 48 Cargas Totalizadas del Sistema de 125 V AC

SERVICIOS AUXILIARES EDIFICIO DE CONTROL - CONSUMO ACTUALPotencia por fase (W)



Potencia Activa(W)





5.2.1.1. Consumo actual 3 1 4.000 4.000 1,00 4.000 1.937 4.444 0,90 12,35.2.1.2. Tomas industriales 3 2 5.000 10.000 0,50 5.000 2.422 5.556 0,90 15,4

SUBTOTAL CARGAS ACTUALES 9.000 4.359 10.000 25,0

SERVICIOS AUXILIARES EDIFICIO DE CONTROL Y PATIO 115 kv - CONSUMO PREVISTOPotencia por fase (W)



Potencia Activa(W)





5.3.1.1. Reflectores de Metall Halide de 1000 W 3 1 20.000 20.000 1,00 20.000 24.000 0,83 66,95.3.1.2. Reflectores de Metall Halide de 250 W 3 1 500 500 1,00 500 257 564 0,89 1,65.3.1.3. Aire acondicionado ed de control. 3 1 10.029 10.029 1,00 10.029 7.522 12.536 0,80 34,85.3.1.4. Aire acondicionado garita de vigilancia 3 1 1.630 1.630 1,00 1.630 1.223 2.038 0,80 5,75.3.1.5. Otros consumos 3 1 3.856 3.856 1,00 3.856 1.867 4.284 0,90 11,95.3.1.6. Servicios auxiliares de gabinetes 3 12 1.360 16.320 0,10 1.632 790 1.813 0,90 5,05.3.1.7. Cargadores de bateras 1 y 2 3 2 7.924 15.848 0,50 7.924 5.943 9.905 0,80 27,55.3.1.8. Servicios auxiliares del interruptor 3 3 1.890 30 60 1.800 5.670 0,50 2.835 2.835 1,00 7,95.3.1.9. Servicios auxiliares del seccionador 3 8 22 176 0,50 88 88 1,00 0,25.3.1.10.Servicios auxiliares del sistema de vigilancia 3 1 2.929 2.929 0,50 1.465 1.099 1.831 0,80 5,1

SUBTOTAL CARGAS EDIFICIO DE CONTROL Y PATIO DE 115 kv 49.959 18.701 59.894 138,7

TOTAL CARGAS TABLERO =NG01+NG1 58.959 23.060 69.894Reserva 20% 13.979TAMAO DEL TRANSFORMADOR DE SERVICIOS AUXILIARES (VA) 83.873

FACTOR DE POTENCIA SERVICIOS AUXILIARES 0,84

TRANSFORMADOR DE SERVICIOS AUXILIARES EXISTENTE (VA) 75.000 208,4

N

o

.

P

O

L

O

S

C

A

N

T

I

D

A

D

N

o

.

P

O

L

O

S

C

A

N

T

I

D

A

D

102

4.4 Clculo de los Bancos de Bateras de 125 V DC

4.4.1 Clculo de la cantidad de celdas

Dadas las condiciones de operacin de los equipos en el sistema de 125V DC se establece un lmite de tolerancia para el nivel de tensin del banco de bateras. Con las nuevas tecnologas de estado slido, electrnicas y numricas, el lmite de tensin que soportan los equipos puede ser hasta un 25%. Sin embargo, se establece un 10% como lmite superior y un 15% como lmite inferior; dado que se tienen equipos como rels auxiliares que tienen un rango de operacin ms estrecho.

La tensin mxima del sistema ser de: 125V + 125x0,10V = 137,5 V DC

La tensin mnima del sistema ser de: 125V - 125x0,15V = 106,25 V DC

Segn la norma IEEE-485 el nmero de celdas se calcula as:

Teniendo en cuenta la tensin mxima del sistema como limitante.

Nmero de celdas=

Nmero de celdas= = 59

Teniendo en cuenta la tensin mnima del sistema como limitante.

V 2,35V 137,5

necualizaci de Tensinsistema el para permitida mxima Tensin

103

Nmero de celdas=

Nmero de celdas= =61

A partir de las posibilidades que ofrece el fabricante se puede escoger entre 59 o 61 celdas

Por lo tanto se seleccionan 60, que dar una tensin mxima de 141 V.

4.4.2 Consumo previsto

El sistema de 125 V DC de la subestacin est compuesto por dos tipos de cargas a diferenciar: las cargas momentneas y las cargas continuas como se muestra en la norma IEEE STD 485 numeral 4.2.3. (Ver anexo 5).

Carga momentnea

Estas cargas son clasificadas as, dado que se presentaran espordicamente; por ejemplo en circuitos de cierre o disparo de los interruptores, apertura de los seccionadores, que durante el tiempo en que la batera estuviera alimentando esta carga (8 horas) pueden presentarse ms de una vez.

batera la de descarga de Tensinsistema el para permitida mnima Tensin

V 1.75106,25V

104

La clasificacin para el presente clculo se puede ver en la tabla 49, del clculo de cargas.

Carga continua

Gran parte de la carga de 125 V DC est conectada siempre y esta carga se considera continua. El cuadro de ciclos estar compuesto por la suma de cargas momentneas y por la suma de cargas continuas, como se muestra a continuacin:

Se considera un tiempo de descarga de: 8 horas = 480 min

Tabla 49 Cuadro de ciclos

Designacin Carga (A) Tiempo (min)

Total (Ah)

Cargas momentneas 84,6 1 1,41

Cargas continuas 14,0 480 112,00

Total 113,41

Las corrientes de la tabla anterior se han calculado agrupando las cargas momentneas. A estas cargas se les asigna un tiempo de duracin de 1 min segn norma IEEE STD 485. La carga con una duracin de 480 min corresponde al total de la carga continua (Vase Tabla 49).

La ampliacin de la subestacin consume 113.41 Ah.

105

De acuerdo con especificaciones del cliente se suministra un banco de bateras de 250 Ah

4.4.3 Clculo del cargador de bateras de 125V DC para el edificio de control

El clculo del cargador de bateras est basado en la siguiente ecuacin:

, (13) donde:

Ah: Amperios-hora del banco de bateras existente

n: Constante para compensar las prdidas durante la carga (1,2 para plomo cido)

T: Tiempo deseado en horas para la recarga

Ao: Carga en Amperios que toma el sistema en carga continua.

Consideramos un tiempo de carga de: 8 horas = 480 min

Al reemplazar los valores en la ecuacin, se obtiene: A = 51,7A

El cargador suministrado es de: 50 A

0ATAhnA +=

106

4.5. Diagramas Unifilares

Para culminar con lo concerniente a la ingeniera se realizaron los planos

funcionales de las bahas y tableros correspondientes al esquema de la Subestacin

Machango. Los planos generados, en esta fase corresponden a los de los equipos exteriores y los tableros que se encuentran dispuestos en la sala de control.

Fue necesario para ver y poder comparar los cambios a realizar en la Subestacin Machango 115/34,5 kV, hacer adems los diagramas unifilares de la Subestacin actualmente y los cambios a realizar a futuro, tanto para la barra de 115kV como de las barras de 34,5kV- 13,8kV pues la misma cambiara su configuracin a 115/34,5kV-13.8 kV como se observa en los diagramas.

En el apartado 2.2.4 se encuentra la informacin necesaria con respecto a las figuras y nomenclatura usada en los diagramas.

Los diagramas Unifilares realizados fueron:

1) S/E Machango Unifilar 115kV Situacin Actual:

En este diagrama se ve la configuracin actual de la barra de Alta Tensin 115kV, presentado en la figura 11

107

2) S/E Machango Unifilar 115kV Situacin Futura

La figura 12 muestra a la barra de 115 kV, en la cual no habr mayor cambio, solo de los transformadores que se conectan con la barra de 13,8kV y de 34,5kV

Transformador No. 1 115/13,8 kV 20 MVA Transformador No. 2 115/34,5 kV 20 MVA Transformador No. 3 115/34,5kV 20 MVA

3) S/E Machango Unifilar 34,5 kV Situacin Actual

En este diagrama (Figura 13) se observa la configuracin existente que se desprende de la barra de 34,5 kV y la sealizacin que tienen en campo La Subestacin Machango presenta una configuracin tipo barra simple seccionada con barra de transferencia en 34,5KV en Media Tensin, con tres Transformadores de Potencia de 115/34,5 KV, uno de 20 MVA y otros dos de 10MVA cada uno.

De la barra de 34,5 KV se alimentan los siguientes circuitos:

Barra 1:

Transformador No. 1 115/34,5 kV 10 MVA Bachaquero (B-105) Burro Negro (B-205)

108

Banco de Condensadores (B-150) 01 Bancos de Transformadores monofsicos de 3x 25 KVA para los servicios

auxiliares 34,5 KV / 208-120 V

Barra 2:

Transformador No. 2 115/34,5 kV 10 MVA Represa (B-305) Sabana de Machando (B-405). Banco de Condensadores (B-250) 01 Bancos de Transformadores monofsicos de 3x 25 KVA para los servicios

auxiliares 34,5 KV / 208-120 V

4) S/E Machango Unifilar (34,5-13,8) kV Situacin Futura

En la figura 14 se observan los equipos concernientes a la Barra de 34,5kV y a la de 13, 8kV ya que se colocara un transformador de 115/13,5 kV y dos de 115/345kV

La Subestacin Machango tendr la siguiente configuracin:

De la barra de 34,5 kV se alimentan los siguientes circuitos:

109

Barra 1 34.5KV:

Transformador No. 3 115/34,5 kV 20 MVA Bachaquero (B-105) Burro Negro (B-205) Banco de Condensadores (B-150) 01 Bancos de Transformadores monofsicos de 3x 25 KVA para los servicios

auxiliares 34,5 kV / 208-120 V

Barra 2 34.5KV:

Transformador No. 2 115/34,5 kV 20 MVA Represa (B-305) Sabana de Machando (B-405). Banco de Condensadores (B-250)

Barra 1 13.8KV:

Transformador No. 1 115/13,8 kV 20 MVA Circuito 1 (D-105) Circuito 2 (D-205) Circuito 3 (D-305) 01 Bancos deTransformadores monofasicos de 3x 50 KVA para los servicios

auxiliares 13.8 kV / 208-125 V.

110

5) S/E Machango Unifilar Servicios Auxiliares Situacin Actual:

En la figura 15 se pueden observar las cargas luego del levantamiento de carga dentro del cuarto de control, donde se encuentran los Servicios Auxiliares. Las cargas existente, tanto en el tablero de distribucin automtica AC llamado NG1, y los tableros de corriente alterna llamado SAAC-A1 y el de corriente directa, llamado NK3.

1) S/E Machango Unifilar Servicios Auxiliares Situacin Futura

La figura 16 muestra las cargas que se ven en la figura 14, adicionndole las nuevas, adems de hacer referencia a los nuevos nombres que tendrn los tableros de servicios Auxiliares

Es decir, el tablero de distribucin automtica AC llamado NG1 ms el tablero para las nuevas cargas llamado NG01 (NG1+NG01), y los tableros de corriente alterna llamado TSACA-1 y el de corriente directa existente llamado NK3, ser renombrado como NK1 y al tablero que abastecer a las cargas nuevas se llamar NK2, es as como podemos ver que la barra DC es llamada (NK1+NK2).

111

Figura 13: Diagrama unifilar 115kV Situacin Actual.

112

Figura 14: Diagrama unifilar 115kV Situacin Futura.

113

Figura 15: Diagrama unifilar 34,5kV Situacin Actual.

114

Figura 16: Diagrama unifilar 34,5kV-138kV Situacin Futura.

115

Figura 17: Diagrama unifilar Servicios Auxiliares Situacin Actual.

116

Figura 18: Diagrama unifilar Servicios Auxiliares Situacin Futura.

Capitulo4

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