Memorias de Cálculo La Esperanza

Nombre del Proyecto

CONSTRUCCIÓN DE REDES ELÉCTRICASEN EL BARRIO LA ESPERANZA, EN EL MUNICIPIO DE SARAVENA, DEPARTAMENTO DE ARAUCA.

Fecha de elaboración

Diciembre de 2012

Descripción:

Redes Eléctricas Proyectadas en Media y Baja Tensión.

|Página;

1 de: 31

MEMORIAS DE CÁLCULO

Elaboró: Observaciones: Dirección:Tipo de documento:

Osman Mojica. Carrera 22 N° 22 – 46, Arauca.Contratista Teléfono: 885 24 95 DEFINITIVO

Aprobó:

Fecha: Diciembre de 2013

Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

2 de: 31

Tabla de contenido

1. RESUMEN GENERAL DEL PROYECTO..........................................................................4

2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO......................................................................................5

2.1. OBJETIVO.........................................................................................................................................5

2.2. PUNTO DE DERIVACIÓN............................................................................................................5

2.3. SUBESTACIÓN................................................................................................................................5

2.4. PLANOS ELÉCTRICOS.................................................................................................................5

2.5. RED EN BAJA TENSIÓN...............................................................................................................5

2.6. INSTALACIONES INTERNAS.......................................................................................................6

3. ANÁLISIS DE LA DEMANDA............................................................................................6

3.1. DEMANDA MÁXIMA......................................................................................................................6

3.2. CURVA DE DEMANDA MÁXIMA DIVERSIFICADA.............................................................7

3.3. PROYECCIÓN DE LA DEMANDA.............................................................................................10

4. CRITERIO DE SELECCIÓN DEL TRANSFORMADOR..............................................10

5. DISEÑO DE LA RED ELÉCTRICA...................................................................................14

5.1. CÁLCULOS DE REGULACIÓN DE TENSIÓN ELÉCTRICA................................................14

6. CÁLCULOS MECÁNICOS..................................................................................................18

6.1. CÁLCULOS MECÁNICOS DEL CONDUCTOR EN RED PRIMARIA TRFÁSICA..........18

7. ANÁLISIS DE FALLAS ELÉCTRICAS............................................................................22

7.1. CÁLCULOS DE CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO..........................................................22

8. CÁLCULO DEL CONTADOR.............................................................................................29

9. TRANSFORMADOR............................................................................................................29

10. SELECCIÓN DE PROTECCIONES....................................................................................29

10.1. SOBRECORRIENTES EN S/E...................................................................................................29

11. SOBRETENSIONES............................................................................................................30

12. CÁLCULO DEL BAJANTE DEL TRANSFORMADOR.................................................30



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

3 de: 31

1. RESUMEN GENERAL DEL PROYECTO

NOMBRE PROYECTO: Construcción Redes de Distribución de Energía Eléctrica en el Barrio La Esperanza Municipio de Saravena Departamento de Arauca.

UBICACIÓN: Barrio La Esperanza, en el Municipio de Saravena, Departamento de Arauca.

TIPO DE SERVICIO: Residencial Estrato 1

NÚMERO DE USUARIOS: 97 Usuarios.

DEMANDA MÁXIMA POR USUARIO:Demanda Año cero: 1.76 KVADemanda proyectada 8 años: 2.23 KVADemanda proyectada 15 años: 2.74 KVA

CAPACIDAD TOTAL INSTALADA: 150 kVA.

NÚMERO DE TRANSFORMADORES: 2 de 75 kVA.

LÍNEAS Y REDESRed MT: 540 mtr.Red BT: 680 mtr.

TIPO DE RED: Disposición Horizontal

CARGA INSTALADA POR VIVIENDA: 3,42 kVA

DISEÑO INSTALACIONES INTERNAS:Aparato mayor carga: 800 VACarga alumbrado general: 1920 VA

2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

4 de: 31

2.1. OBJETIVO

Elaborar el diseño y las memorias de cálculo de las instalaciones eléctricas (Red General en M.T., Subestación, red en B.T.) para suministrar energía a 97 viviendas del barrio La Esperanza, localizado en el municipio de SARAVENA en el Departamento de Arauca, para sus respectiva revisión, aprobación y consecución de recursos mediante el desembolso del capital requerido por parte de los Fondos de Ampliación y Mejoramiento de la Prestación del Servicio de Energía del Gobierno Nacional, que permita la construcción de la infraestructura eléctrica requerida evidenciada en este proyecto de inversión.

2.2. PUNTO DE DERIVACIÓN

La Acometida General para el presente proyecto será aérea en M.T. y se tomará de la red existente a 13,8 kV indicada en función a las convenciones de red eléctrica existente en el respectivo plano.

2.3. SUBESTACIÓN

Las subestaciones eléctricas serán unidades transformadoras monofásicas, del tipo aéreo, con transformadores de distribución de la potencia requerida según los cálculos indicados en el aparte “CRITERIO DE SELECCIÓN DEL TRANSFORMADOR y en los cálculos regulación Eléctrica en el Anexo N° 1”, montados en estructuras sencillas de postes de concreto de 12m x 1050 kgf, las redes de distribución tanto primaria como secundaria estarán dispuestas de manera horizontal.

Las subestaciones a montar transformarán energía de 13200 VCA a 220-127VCA, y se protegerán eléctricamente en el lado de Media Tensión con las unidades electromecánicas indicadas en el aparte “SOBRECORRIENTES”.

2.4. PLANOS ELÉCTRICOS

El presente proyecto incluye los diagramas eléctricos en el Aparte de Planos Eléctricos relacionados como sigue;

a) PROYECTO CONSTRUCCIÓN DE REDES DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELECTRICA EN EL BARRIO LA ESPERANZA, MUNICIPIO DE SARAVENA.

2.5. RED EN BAJA TENSIÓN

La red de baja tensión se proyecta aérea en conductor THHN Calibre N° 2 AWG desde bornes del Transformador hasta el punto de derivación (percha), la subestación llevará además una protección de corte en baja tensión apropiada para la potencia específica en cada caso, la acometida de las viviendas se hará en conductor aislado N° 8 AWG y el conductor Trenzado XLPE en conductor N° 2 AWG principalmente será el conductor de los tramos entre bajante de S/E y acometidas de usuarios siempre y cuando los cálculos de regulación lo permitan, en caso contrario se utilizará otro calibre en los tramos en que sea necesario.

2.6. INSTALACIONES INTERNASLa construcción debe cumplir lo establecido en las normas de diseño de la Empresa de Energía de Arauca (ENELAR ESP.), el Código Eléctrico Nacional NTC 2050 y el Reglamento técnico de instalaciones eléctricas (RETIE).



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

5 de: 31

3. ANÁLISIS DE LA DEMANDA

3.1. DEMANDA MÁXIMAEn atención al cálculo de la demanda, se tomará lo dispuesto en la NTC 2050, en relación a la sección 220 – CÁLCULOS DE CIRCUITOS, RAMALES Y ACOMETIDAS, que para el cálculo de la carga de alumbrado para unidades de Vivienda establece en la tabla 220.3.b), como sigue;

Tabla extraída de la norma NTC 2050

Dado que se establece una carga de alumbrado de 32 VA

m2 para unidades de vivienda, en las

que además se entiende por alumbrado, aquellas salidas de tomacorriente de uso general de



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

6 de: 31

20 amperios nominales o menos, para las cuales no se requiere de ningún otro cálculo adicional.

Cargade AlumbradoGeneral (VA )=Área [m2 ] 32 VAm2

Para las familias evaluadas se ha establecido un valor de 60 m2 de área de superficie del suelo, por lo tanto, la carga de Alumbrado General para tales familias será de;

Cargade AlumbradoGeneral (VA )=67 [m2 ] 32 VAm2

=2140VA

Dadas las condiciones socioeconómicas de las familias, se considera que los hogares no hacen uso de artefactos tales como estufas eléctricas o secadoras eléctricas de ropa, pero se contemplará un circuito adicional para pequeños electrodomésticos, circuito con una carga instalada de 1500 VA, que suministrará energía a una Plancha eléctrica de 800 VA como aparato de mayor carga conectado a éste circuito.

Por lo tanto, la carga instalada por acometida eléctrica de cada usuario será de;

Carga Instalada=Cargade AlumbradoGeneral (VA )+Carga pequeños Electrodomésticos (VA )¿2144VA+1500VA=3640VA

Para evaluar la demanda máxima por usuario, se tomará la carga del aparato de mayor potencia conectado al circuito eléctrico de pequeños electrodomésticos, y su potencia se sumará al resultado de la potencia de la carga de alumbrado general multiplicada por un factor de demanda estimado en 0,5 ;

DM=SM+ (S i X Fd )=800VA+ (2140VA∗0,4485 )=1760VA = 1,76 kVA

Donde;DM=DemandaMáximaenVA .SM=Cargadel Aparatode Mayor PotenciaenVA .Si=Carga de AlumbradoGeneralenVA .Fd=Factor de Demanda Estimado .

Se tiene para un Usuario “Tipo” una demanda máxima de 1,76 kVA para el año de inicio, llamado a partir de este momento, año 0.

3.2. CURVA DE DEMANDA MÁXIMA DIVERSIFICADA



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

7 de: 31

Dado que los usuarios que se han de beneficiar en el proyecto son usuarios del estrato socioeconómico 1 del Sector Urbano, se atiende a la tabla A.3.2.1. de Factores de Diversidad por Estrato

Socioeconómico en el Anexo Técnico del Capítulo 3 Normatividad Enelar año 2006, donde los factores de diversidad para los diferentes usuarios del sector residencial aparecen como sigue;



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

8 de: 31

La curva característica del factor de diversidad para los usuarios de Estrato Socioeconómico 1 (Urbano) que se ha de utilizar es la siguiente;

0 10 20 30 40 50 600

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Factor de Diversidad - Usuarios Rurales Estrato Socio-Económico Bajo Bajo

Número de Usuarios

Fact

or d

e Di

vers

idad

Finalmente, la curva de la demanda máxima diversificada en función a la demanda máxima por usuario calculada para las viviendas de las veredas a electrificar es la siguiente;



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

9 de: 31

0 10 20 30 40 50 600.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00Curva de Demanda Máxima Diversificada

Número de Ususarios

Dem

anda

Máx

ima

Dive

rsifi

cada

kVA

3.3. PROYECCIÓN DE LA DEMANDA

Se realiza el cálculo de la demanda eléctrica por usuario Individual en función del tiempo, para determinar el consumo de cada vivienda al cabo de los 8 y 15 años posteriores al inicio de la prestación del servicio público domiciliario, tiempos necesarios para calcular y establecer los diseños eléctricos para el dimensionamiento de las Subestaciones y las Redes Eléctricas, respectivamente.

En relación a la normatividad Enelar año 2006, con base al apartado 3.4.6.1. Generalidades, la proyección de la demanda individual, por usuario, se evalúa en torno a la siguiente ecuación histórica exponencial y creciente;

La proyección de la demanda individual, por usuario, al cabo de 8 años, con una tasa de crecimiento de la demanda r=3, será de;

Daño 8=Daño 0 x(1+3100

)8

=1,76kVA x (1,03)8=2,23kVA

La proyección de la demanda individual, por usuario, al cabo de 15 años, con una tasa de crecimiento de la demanda r=3, será de;



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

10 de: 31

Daño 15=Daño 0 x (1+3100

)15

=1,76kVA x (1,03)15=2,742k VA

4. CRITERIO DE SELECCIÓN DEL TRANSFORMADOR

De acuerdo a la normatividad Enelar año 2006, para la escogencia del transformador de Distribución, se debe tener en cuenta la siguiente relación para la determinación de la potencia nominal en placa de características de la máquina;

De la curva de Demanda Máxima Diversificada, se extrae la siguiente tabla resumen, donde además se correlacionan las demandas máximas diversificadas por número de usuarios, presentes y proyectadas a 8 y 15 años para el diseño de las S/E y las redes de distribución, respectivamente;

Usuarios del Estrato Socioeconómico 1

Número de

Usuarios

Factor de Diversidad (ENELAR)

Demanda Máxima año 0

(kVA)

Demanda Máxima

Proyectada a 15 años (kVA)

Demanda Máxima

Proyectada a 8 años (kVA)

Transformador Trifásico

Sobrecarga del Transformador

(p.u.)

1 1 1.76 2.74 2.232 1.53 2.30 3.58 2.913 1.86 2.84 4.42 3.604 2.09 3.37 5.25 4.275 2.25 3.91 6.09 4.95 0.996 2.37 4.46 6.94 5.647 2.47 4.99 7.77 6.328 2.55 5.52 8.60 6.999 2.61 6.07 9.46 7.69

10 2.66 6.62 10.31 8.3811 2.71 7.14 11.13 9.05



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

11 de: 31

12 2.75 7.68 11.97 9.7313 2.78 8.23 12.82 10.43 1.0414 2.81 8.77 13.66 11.1115 2.84 9.30 14.48 11.7816 2.86 9.85 15.34 12.4717 2.88 10.39 16.19 13.1618 2.9 10.92 17.02 13.8419 2.92 11.45 17.84 14.5120 2.94 11.97 18.65 15.1721 2.95 12.53 19.52 15.8722 2.96 13.08 20.38 16.57 15 1.1023 2.98 13.58 21.16 17.2124 2.99 14.13 22.01 17.9025 3 14.67 22.85 18.5830 3.04 17.37 27.06 22.0035 3.07 20.07 31.26 25.42 1.0240 3.09 22.78 35.50 28.8645 3.11 25.47 39.68 32.2646 3.13 25.87 40.30 32.77 30 1.0947 3.13 26.43 41.17 33.4848 3.13 26.99 42.05 34.1949 3.13 27.55 42.93 34.9050 3.13 28.12 43.80 35.6251 3.13 28.68 44.68 36.3352 3.13 29.24 45.55 37.0453 3.13 29.80 46.43 37.7554 3.13 30.36 47.31 38.4655 3.13 30.93 48.18 39.1856 3.13 31.49 49.06 39.8957 3.13 32.05 49.93 40.6058 3.13 32.61 50.81 41.3159 3.13 33.18 51.69 42.0360 3.13 33.74 52.56 42.7461 3.13 34.30 53.44 43.4562 3.13 34.86 54.31 44.1663 3.13 35.42 55.19 44.8864 3.13 35.99 56.07 45.5965 3.13 36.55 56.94 46.3066 3.13 37.11 57.82 47.01



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

12 de: 31

67 3.13 37.67 58.70 47.7268 3.13 38.24 59.57 48.4469 3.13 38.80 60.45 49.15 45 1.0970 3.13 39.36 61.32 49.8671 3.13 39.92 62.20 50.5772 3.13 40.49 63.08 51.2973 3.13 41.05 63.95 52.0074 3.13 41.61 64.83 52.7175 3.13 42.17 65.70 53.4276 3.13 42.73 66.58 54.1477 3.13 43.30 67.46 54.8578 3.13 43.86 68.33 55.5679 3.13 44.42 69.21 56.2780 3.13 44.98 70.08 56.9881 3.13 45.55 70.96 57.7082 3.13 46.11 71.84 58.4183 3.13 46.67 72.71 59.1284 3.13 47.23 73.59 59.8385 3.13 47.80 74.46 60.5586 3.13 48.36 75.34 61.2687 3.13 48.92 76.22 61.9788 3.13 49.48 77.09 62.6889 3.13 50.04 77.97 63.4090 3.13 50.61 78.84 64.1191 3.13 51.17 79.72 64.8292 3.13 51.73 80.60 65.5393 3.13 52.29 81.47 66.2494 3.13 52.86 82.35 66.9695 3.13 53.42 83.22 67.6796 3.13 53.98 84.10 68.3897 3.13 54.54 84.98 69.0998 3.13 55.11 85.85 69.8199 3.13 55.67 86.73 70.52

100 3.13 56.23 87.60 71.23101 3.13 56.79 88.48 71.94102 3.13 57.35 89.36 72.66103 3.13 57.92 90.23 73.37104 3.13 58.48 91.11 74.08105 3.13 59.04 91.98 74.79



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

13 de: 31

106 3.13 59.60 92.86 75.50107 3.13 60.17 93.74 76.22108 3.13 60.73 94.61 76.93109 3.13 61.29 95.49 77.64110 3.13 61.85 96.37 78.35111 3.13 62.42 97.24 79.07112 3.13 62.98 98.12 79.78113 3.13 63.54 98.99 80.49114 3.13 64.10 99.87 81.20115 3.13 64.66 100.75 81.92 75 1.09116 3.13 65.23 101.62 82.63117 3.13 65.79 102.50 83.34118 3.13 66.35 103.37 84.05119 3.13 66.91 104.25 84.76120 3.13 67.48 105.13 85.48121 3.13 68.04 106.00 86.19122 3.13 68.60 106.88 86.90123 3.13 69.16 107.75 87.61124 3.13 69.73 108.63 88.33125 3.13 70.29 109.51 89.04126 3.13 70.85 110.38 89.75

Se considera que los transformadores de distribución a utilizar han de tener una cargabilidad del 1,1 en p.u., con relación a su potencia nominal en placa de características.

5. DISEÑO DE LA RED ELÉCTRICA

A continuación los procedimientos técnicos para los diseños eléctricos;

5.1. CÁLCULOS DE REGULACIÓN DE TENSIÓN ELÉCTRICA

Como primera medida para establecer que efectivamente pueda hacerse el tendido de una red eléctrica Primaria o Secundaria para energizar un usuario, se debe cumplir con los estándares en regulación de tensión eléctrica, suministrados por el Operador de Red, valores que no se deben sobrepasar, en función a la normatividad Enelar, año 2006, tabla 1.9 Capítulo I, donde se reza lo siguiente;



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

14 de: 31

En este caso concreto, en que se beneficiarán a 141 usuarios del sector urbano se energizarán de la siguiente manera;En Media tensión el conductor seleccionado para hacer el tendido de la red eléctrica es un conductor N° 2 AWG del tipo ACSR, mientras que en la red secundaria se ha de utilizar conductor trenzado XLPE.Para estimar los porcentajes de regulación que se tendrán en la instalación de un diseño concreto en función a la topología de los usuarios que estén conectados a la red de distribución, sea primaria o secundaria, se necesitará establecer el momento eléctrico y la constante de regulación para el tipo de conductor según la disposición física de los conductores, es decir, el porcentaje de regulación que en todo momento deberá ser menor o igual a lo especificado en la tabla 1,9 del Capítulo 1 de la norma Enelar año 2006, obedecerá a la siguiente formulación;

%V=M x Kc=kVA x L [km ] x 2x ( r [ Ωkm ] x cosα+ xl [ Ωkm ] x sinα10 x kV 2 )

Donde,

r [ Ωkm ]=Resistividad delConductor seleccionado .

xl [ Ωkm ]=Reactanciainductiva por unidad longitudinal .

α=Ángulodel triángulo de Potenciasdel Sistema , estimado en25,8419 ° .k V 2=Tensión de Líneadel Sistemaen kV .L [km ]=Longitud de la red Eléctrica.



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

15 de: 31

kVA=Potencia de laCarga proyectada a15 años .

La Resistividad del Conductor es una constante a una frecuencia de red y una potencia de trabajo determinada, por lo que se atenderá a lo especificado por los fabricantes en relación a 60 Hz y un 75 % de la corriente nominal del conductor con 50°C de temperatura de trabajo. Se atenderá al modelo eléctrico de líneas cortas, por lo que además de la Resistividad propia del conductor se necesita también la reactancia inductiva por unidad longitudinal y otros parámetros de fábrica, en atención a esto se utilizarán los datos eléctricos que aparecen en la siguiente tabla;

Electrical Transmission and Distribution Reference Book, by Central Station Engineers of the Westinghouse Electric Corporation, East Pittsburgh – Pennsylvania

Para determinar la Reactancia Inductiva por unidad longitudinal del conductor seleccionado se atenderá a lo expresado en la siguiente ecuación, donde;

xl [ Ωkm ]=7,54 x10−2 x ln(DMERMG )

Donde,DME=Distancia MediaEquivalente .RMG=RadioMedioGeométrico .

La Distancia Media equivalente es la distancia media existente entre todos los conductores del circuito de las fases, y el Radio Medio Geométrico obedece al diámetro externo del conductor eléctrico, éste último se extrae directamente de la anterior tabla en el aparte “Geometric Mean Radius at 60 HZ, feet”, mientras que el DME para tres conductores portadores de corriente se calcula con basea la siguiente formula;

DME=(ab xbc x ac )13

Donde,



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

16 de: 31

a,b,c, son conductores portadores de corriente, y las distancias entre ellos son ab ,bc y acComo se puede optar entre una red aérea primaria y/o secundaria, se debe hallar la reactancia inductiva y finalmente la Constante de regulación debida a la incidencia de las fases, conductores y sus disposiciones físicas;

CIRCUITO PRIMARIO DE TRES HILOS, A 13,8 KV

Dado que el circuito Primario será un circuito de 3 Hilos, de acuerdo a la norma Enelar 2006, las unidades constructivas (523 ICEL) de las cuales se echará mano para acometer el proyecto serán similares a la siguiente;

*** Datos del circuito en Conductor ACSR N° 2 AWG;

DME=(ab xba x ac )12=0.81m.

RMG=¿0,00504 pies = 0,001536585 m.

Resistividad = 1,65 [ ΩMilla ]=1,0255 [ Ωkm ]

k V 2=190,44

xl [ Ωkm ]=7,54 x10−2 x ln( 0.81m0,001536585m )=0,4732[ Ωkm ]

Kc=2x ( r [ Ωkm ] x cosα+xl [ Ωkm ] x sin α10 x k V 2 )=2x ( 1,0255[ Ωkm ] x 0,9+0,4732[ Ωkm ] x0,4359

10 x190,44 kV 2 )Elaboró: Observaciones: Dirección:

Tipo de documento:Osman Mojica. Carrera 22 N° 22 – 46,

Arauca.Contratista Teléfono: 885 24 95 DEFINITIVOAprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

17 de: 31

Dado que la constante de regulación es ínfima, y las redes eléctricas en media tensión son tan reducidas (de menos de 800 metros de longitud) se considera improcedente el cálculo de regulación dado que la longitud de las redes de distribución en media tensión existentes son mucho mayores que las redes a construir.

CIRCUITO SECUNDARIO TRIFASICO DE CUATRO HILOS TRENZADO, A 220/127 V.

Dado que el circuito Primario será un circuito trifásico de 3 Fases 4 Hilos, se utilizarán unidades constructivas LA 320 principalmente, de las cuales se echará mano para acometer el proyecto, y por tanto la constante de regulación se extraerá del Anexo Técnico del Capítulo 3 de la Norma ENELAR E.S.P., para conductor trenzado XLPE según el calibre que se necesite en las tablas de cálculos de regulación, ver la siguiente tabla;

Para los casos concretos el porcentaje de regulación de una línea Primaria proveniente del Barraje de una subestación de Potencia hasta la última estructura constitutiva de la Red Primaria debe ser de;



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

18 de: 31

*** Los cálculos de regulación y la escogencia de la unidad transformadora por usuarios a “amarrar” al transformador determinado se encuentran adjuntos en el Anexo N° 1 del presente documento.

6. CÁLCULOS MECÁNICOS6.1. CÁLCULOS MECÁNICOS DEL CONDUCTOR EN RED PRIMARIA

TRFÁSICA

Para realizar el correcto montaje y tendido de la red Primaria Trifásica de Distribución con conductor N° 2 AWG ACSR, se deben estimar las tensiones mecánicas del conductor, los vanos permitidos, y otras características propias de la línea que determinen valores límites con ciertos factores de seguridad, como patrones estándar máximos permitidos para la integridad de las redes en el momento de la instalación y en todo su ciclo de vida.

Para el cálculo mecánico del conductor eléctrico se contemplan los diferentes valores físicos implícitos en el montaje y selección de las unidades constructivas relacionadas al tensionado mismo del conductor eléctrico, así como los factores externos al montaje y tensionado de la red, siendo éstos los efectos medioambientales que inciden en diferentes “cambios de estado” del sistema electromecánico a montar.

Para empezar con el análisis se debe conocer la ficha técnico-mecánica del conductor seleccionado, por lo cual a continuación se observa la ficha técnica del conductor N° 2 AWG ACSR;

CONDUCTOR N° 2 AWG ACSRTensión de Rotura. (kg) 1266T1. 25% de Tensión de Ruptura = Tensión de Trabajo diario. (kg) 316

e. Coeficiente de Dilatación del Conductor (°C)0,000019166

7E. Módulo de elasticidad del conductor (kg/mm2) 9000a. Área del conductor en mm2 39,2W1. Peso del conductor en kg/m 0,13627W2. Peso del conductor en kg/m 0,25518Relación de Hilos de Aluminio y Acero del Conductor 6--1Área en mm2 de un hilo conductor/acero. 5,6



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

19 de: 31

En la tabla de arriba, el peso del conductor ya tiene implícito el valor adicional de la carga agregada a la masa propia del conductor por efecto de la fuerza del viento en función a su velocidad (se determina como W2 ya que será la condición final con viento).

Como segunda medida se deben conocer las variables medioambientales que inciden en el cambio de estado de la red eléctrica, siendo éstos los siguientes;

Variables del conductor debido a condiciones MedioambientalesEDS, Temperatura Promedio °C 25Temperatura Mínima Esperada. °C 13Máxima Temperatura Esperada °C 75Velocidad máxima del viento km/h 80

Con los datos consignados en las dos tablas anteriores se procede a desarrollar la ecuación de tercer grado de cambio de estado para determinar la tensión final en kgf del Conductor, con relación a vanos reguladores “S”, desde 100 hasta 500 metros de longitud y la siguiente ecuación;

Donde T2 equivale la solución de la ecuación, siendo la tensión en kgf final del conductor con las condiciones dadas, para las otras variables y constantes ver las dos tablas superiores.

En función a la longitud del vano determinado, la temperatura y la velocidad del viento, la catenaria que se ha de formar puede llegar a variar sustancialmente, lo que implicaría una mayor o menor flecha dependiendo de las condiciones atmosféricas circundantes del conductor, así como el cambio de la magnitud de la tensión ejercida en el conductor y que ha de soportar la unidad constructiva entre vanos. Se deben evaluar por separado las limitantes del tendido del conductor que se describen a continuación;

No se puede sobrepasar una flecha máxima determinada en función a las mínimas distancias de seguridad exigidas por el RETIE, lo que implica analizar la flecha máxima y la flecha mínima probables en relación a las condiciones ambientales más fuertes (máximo viento incidente y máxima temperatura) y las condiciones ambientales más suaves (mínimo temperatura) respectivamente. A continuación se determinó la gráfica de la flecha máxima y flecha mínima para el conductor seleccionado en relación a diferente longitud de vano regulador y dos diferentes condiciones atmosféricas;



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

20 de: 31

50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 3000123456789

10Flecha de la Catenaria

75°C con viento13°C con viento

Vano Regulador en m.

Flec

ha e

n m

.

De la anterior imagen debe tomarse como línea de referencia la curva azul superior (75° con viento de 80 km/h), sobre la cual con relación al menor valor de distancia de seguridad se determine el vano Regulador máximo de la red eléctrica.

La indicación del RETIE con base a la distancia mínima de seguridad de la parte más baja de la línea al suelo es de 5,6 m, ejemplificado en la siguiente imagen;



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

21 de: 31

Para determinar la flecha máxima a presentarse con una distancia de seguridad mínima de 5,6 m más el 1,3 en p.u. como factor de seguridad es la siguiente (Nota, este valor sólo se determinó para vanos reguladores en los que los dos puntos extremos de amarre del conductor se realicen a la misma altura, lo que significa que los postes entre vanos estarán todos cimentados en terreno completamente plano, sin elevaciones del terreno entre postes);

Flecha máxima AdmisibleAltura del Poste en m. 12Enterramiento del poste en m. 1,8

Altura del Poste desde el suelo hasta el extremo superior en m.10,

2Flecha en m. 3Distancia de Seguridad obtenida en m. ( 5,6m*FS) 7,2

FS. Factor de Seguridad de la Distancia de seguridad Mínima1,2

9

Se concluye que el vano máximo recomendado a tender para la red de media tensión de los proyectos es de 150 m de longitud contemplando un factor de seguridad del 1,23 como holgura sobre los 5,6 metros como altura mínima exigida por la norma.

El conductor determinado debe tenderse con una tensión física igual al 33% de la Tensión de Ruptura del conductor, como tensión de montaje solamente, en condiciones medioambientales promedio, es decir con temperatura de 25°C y un viento mínimo como condiciones de trabajo óptimas.

Cuando el conductor se ve sometido a condiciones ambientales cambiantes, en la realidad el conductor eléctrico presenta condiciones de cambio de estado físico, lo que se traduce en un cambio de la tensión instantánea a la que ha de verse sometido el elemento conductor, por este motivo debe hacerse la evaluación de la tensión en kgf con la mayor y menor temperatura posibles con el mayor viento probable existente en ambas condiciones, determinado por medio de la ecuación de cambio de estado ya nombrada las tensiones en dos condiciones ambientales diferentes con relación a una variedad de vanos reguladores a seleccionar, lo que nos arroja la siguiente gráfica comparativa;



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

22 de: 31

100 150 200 250 300 350 400 450 500150

250

350

450

550

Cálculo Mecánico del Conductor N° 2 ACSR

75°C con viento13°C con Viento

Vano regulador en m.

Tens

ión

en k

g

Se puede observar en la imagen anterior como varía la tensión física aparente que presentaría el conductor eléctrico con diferentes longitudes de vanos reguladores en el eje “x” y el consecuente valor de la tensión en kgfen el eje “y”, del elemento en dos escenarios diferentes, siendo estos escenarios una temperatura mínima de 13°C y una máxima de 75°C.

Ya que se seleccionó como distancia del máximo vano recomendable una longitud de 150 m, la tensión máxima existente en este vano a una temperatura mínima de 13°C con viento de 80 km/h sería de 350 kgf aproximadamente, como se cumple que la tensión presente en esta condición es un 27% de la tensión de ruptura del conductor, y el valor máximo presentable que se ha de aceptar en la peor condición de acuerdo a lo manejable es del 50% de la tensión de ruptura, y 27% < 50%, se corrobora que el vano regulador de 150 m cumple a la perfección con la tensión máxima en servicio aceptada para el montaje elétromecánico.

En atención a lo realizado normalmente en los proyectos Urbanos de Enelar E.S.P. el vano máximo promedio de tendido es de 70 metros, por lo que el proyecto estará en excelentes condiciones en relación al comportamiento mecánico del conductor y estructuras.

7. ANÁLISIS DE FALLAS ELÉCTRICAS7.1. CÁLCULOS DE CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO

Dado que no se suministran los datos de la corriente de corto circuito en el punto de derivación de la red Primaria de los Proyectos Eléctricos a acometer, se realiza el siguiente procedimiento para la determinación de dicho valor aproximado;

Dado que se debe establecer en primera instancia la corriente rms de corto circuito (Icc rms) en el lado de Alta tensión de la S/E de distribución a montar, con relación a la Norma IEEE 80-2000 y las siguientes consideraciones especiales…

1) La red eléctrica a considerar es radial.



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

23 de: 31

2) La resistencia del arco o del corto circuito no se tiene en cuenta, se considera un corto franco a tierra.

3) Se consideran las líneas de transmisión eléctrica como impedancias en serie, ya que se toman como líneas cortas de no más de 100 km de distancia desde la S/E Reductora hasta la S/E de distribución a Baja Tensión.

4) Se calcularán las Icc por el método de Impedancias.5) El cálculo de la Icc se reduce al cálculo de la Zcc ( Impedancia de Corto Circuito) en el modelo

monofásico.6) Se adoptarán las siguientes fórmulas para el cálculo de las corrientes de corto circuito, en

función al tipo de corto circuito posible a presentar (imagen extraída del “Cuaderno Técnico Schneider Electric N° 158, página 16) ;

Se debe resaltar que se va a calcular la Icc para la Malla de PaT de una S/E de distribución de potencia a BT, por lo que se utilizará en todo momento el “defecto” (falla) a tierra de la anterior imagen, considerando a Zh (Impedancia de retorno a la fuente) igual a cero siendo un corto franco monofásico a tierra el modelo a tomar en todo momento. En sistemas de MT y AT, las fallas monofásicas a tierra en comparación con las demás fallas entre fases y tierra ocurren el 72% de las veces, contra un 22% de las Fallas bifásicas y un 6% de las fallas trifásicas.

7) Para el cálculo de la impedancia del transformador de Potencia aguas arriba de la unidad transformadora de Distribución a montar en los proyectos, se considerará la impedancia como sigue;



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

24 de: 31

(Estimando que la resistencia del Transformador es mucho menor que la Reactancia, podemos prescindir de la resistencia del transformador, haciendo que la impedancia del transformador sea igual a la reactancia del mismo, esto es ZT.)

U=Tensión del transformador de Potencia en el Secundario.Sn= Potencia aparente del Transformador.Ucc= Tensión a aplicar en el laboratorio al primario del transformador de Potencia para que en el secundario del mismo aparezca la corriente nominal In (con los bornes del secundario en BT cortocircuitados). Proviene de la norma HD 428.1S1, ver siguiente tabla;

Extrapolando la información contenida en la anterior tabla tenemos que;

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140

500100015002000250030003500400045005000 Ucc contra Potencia Aparente

Ucc en %

Pote

ncia

Elé

ctri

ca e

n kV

A

Importante esclarecer que esta norma aplica para transformadores de distribución a 50Hz y con tensiones máximas de 34,5 kV, donde las Reactancias inductivas de los transformadores son menores que con una tensión de red a 60 Hz, si se utilizan directamente las Ucc de acuerdo a esta norma las Impedancias del transformador serán menores lo que implica una Icc mayor, para efectos prácticos se tomarán directamente estos valores porcentuales de Tensión de Corto circuito para los análisis.

8) Líneas Eléctricas en MT;

En este caso se hallarán la resistencia por unidad longitudinal y la reactancia inductiva por unidad longitudinal, que se sumarán en serie con la impedancia del transformador para encontrar la corriente de corto circuito;Enelar E.S.P., unidad constructiva tipo, para el cálculo de reactancia inductiva en la línea de distribución desde la Subestación Reductora MT/MT hasta el punto de derivación del cada proyecto de cada vereda.



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

25 de: 31

Conductores típicamente utilizados para circuitos Primarios trifásicos a 13,8 KV, Electrical Transmission and Distribution Reference Book, by Central Station Engineers of the Westinghouse Electric Corporation, East Pittsburgh – Pennsylvania;



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

26 de: 31

La resistencia a 60 Hz por unidad Longitudinal se toma directamente de la tabla anterior, mientras que la Reactancia Inductiva se calculará mediante la siguiente ecuación;

Xl=7,54∗10−2 ln(DMERME )[ Ωkm ]

Donde DME = Distancia Media Equivalente y RME = Radio medio Equivalente, extraído de la tabla anterior.

Para la disposición física de los conductores de la norma Enelar ESP, A 5009 (ICEL 553), se tendrá que la Distancia Media Equivalente o DME será igual a;

*** Datos del circuito en Conductor ACSR N° 2 AWG para red Primaria Trifásica;

DME=(ab xbc x ac )13=0.8173m.

RMG=¿0,00504 pies = 0,001536585 m.

Resistividad = 1,65 [ ΩMilla ]=1,0255 [ Ωkm ]

xl [ Ωkm ]=7,54 x10−2 x ln( 0,8173m0,001536585m )=0,47323[ Ωkm ]

Ahora conocemos que la impedancia de la línea = ZL/km = 1,0255Ωkm

+ j 0,4732 Ωkm

.

*** Datos del circuito en Conductor ACSR N° 1/0 AWG para red Primaria Trifásica;


RMG=¿0,00446 pies = 0,001359408 m.



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

27 de: 31

Resistividad = 1,12[ ΩMilla ]=0,696 [ Ωkm ]

xl [ Ωkm ]=7,54 x10−2 x ln( 0,8173m0,001359408m )=0,4824[ Ω

km ]Ahora conocemos que la impedancia de la línea = ZL/km = 0,696

Ωkm

+ j 0,4824Ωkm

.



RMG=¿0,00510 pies = 0,0015548 m.


xl [ Ωkm ]=7,54 x10−2 x ln( 0,8173m0,0015548m )=0,472355[ Ωkm ]

Ahora conocemos que la impedancia de la línea = ZL/km = 0,556Ωkm

+ j 0,472Ωkm

.



RMG=¿0,00814 pies = 0,002482 m.


xl [ Ωkm ]=7,54 x10−2 x ln( 0,8173m0,002482m )=0,437 [ Ωkm ]Ahora conocemos que la impedancia de la línea = ZL/km = 0,3679

Ωkm

+ j 0,437Ωkm

.

9) Finalmente, se hace un modelo monofásico con una fuente de tensión de 13,8 kV a forma de Barraje Infinito, donde la Icc rms simétrica corresponderá a la corriente debida a la diferencia de potencial (13,8 kV) polarizando una Impediancia equivalente Zequi (Zequi = ZT + ZL), donde la Zequi es la suma algebraica de la Impedancia del Transformador y de la



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

28 de: 31

Impedancia de la Línea al cabo del recorrido en metros desde la S/E de Potencia hasta la S/E de Distribución;

*** Corriente de Corto Circuito;

La siguiente tabla determina las corrientes de corto circuito rms simétricas a tierra en el punto de derivación de las nuevas redes de MT a construir en los barrios, con relación a las 9 presunciones anteriores, éstas corrientes son las que se han de utilizar para el dimensionamiento de las mallas de PaT a construir por S/E de Distribución en las respectivas veredas;



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

29 de: 31

8. CÁLCULO DEL CONTADOR

El contador de energía se selecciona básicamente con la capacidad de la carga instalada, incluyendo la proyección a 15 años con una rata de crecimiento del 3% anual.Para esto, se calcula la corriente para la demanda máxima proyectada a 15 años:

I 15=Cinst

√3∗V F Si el sistema es trifásico.

Donde I15 es la corriente correspondiente a la demanda máxima proyectada a 15 años, Dmax15, y VL es el voltaje de línea.

I 15=3420VA360

I 15=10 APor tanto, la corriente máxima será de 11.42 A, por lo cual se instalará un contador trifásicor de medida directa de 20 (50) A.

9. TRANSFORMADOR

La determinación de la capacidad de los transformadores se realizó en los apartes superiores, apartes 4 y 5 del presente escrito.

10. SELECCIÓN DE PROTECCIONES

10.1. SOBRECORRIENTES EN S/E

Se utilizaran cortacircuitos tipo abierto, con hilo fusible tipo H, que se seleccionará en función a lo consignado en la norma MN256-MN257-MN258-MN259, Capítulo Número 10 ENELAR E.S.P. donde;



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

30 de: 31

11. SOBRETENSIONES

Se usaran DPS tipo distribución, seleccionados con base en los criterios establecidos en las normas para tal fin. En su ubicación se debe tener en cuenta que eléctricamente queden lo más próximo posible al transformador y “aguas abajo” de los cortacircuitos.

Teniendo en cuenta esto, se selecciona un DPS de 12 KV y 10 KA.

V PARARRAYO=0 .8∗V MAX

El nivel de tensión máximo presente es:

V MAX=15KV

V PARARRAYO=0 .8∗15KV

V PARARRAYO=12KVSe selecciona DPS de óxido de zinc, tipo distribución de 12 KV de tensión nominal y corriente nominal de descarga de 10 KA, para un impulso de corriente tipo rayo, onda 8/20s.

12. CÁLCULO DEL BAJANTE DEL TRANSFORMADOR

El cálculo del calibre para el bajante del transformador se realizara con base en la corriente nominal secundaria del transformador. El conductor deberá ser en cobre aislado.

INS=Sn

√3VFIN DE MEMORIAS DE CÁLCULO

DOCUMENTO ELABORADO POR;

___________________________________

WISTONG YESSID POVEDA ZAMBRANO

INGENIERO ELÉCTRICO

M.P. CN 205-63336



Aprobó:


Nombre del Proyecto



Diciembre de 2012

Descripción:


|Página;

31 de: 31

ANEXO N°1CÁLCULOS DE REGULACIÓN ELÉCTRICA



Aprobó:


Memorias de Cálculo La Esperanza

Documents

Transcript of Memorias de Cálculo La Esperanza