UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR COORDINACION DE INGENIERIA ELECTRICA SISTEMAS DE ENERGIA ELECTRICA EN MEDIA Y BAJA TENSION POR JUAN SEBASTIAN MARTINEZ INFORME FINAL DE PASANTIA PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO ELECTRICISTA Sartenejas, Diciembre 2007 UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR COORDINACION DE INGENIERIA ELECTRICA SISTEMAS DE ENERGIA ELECTRICA EN MEDIA Y BAJA TENSION POR JUAN SEBASTIAN MARTINEZ TUTOR ACADEMICO: PROF. MIGUEL MARTINEZ LOZANO TUTOR INDUSTRIAL: ING. MARIA ALEJANDRA GONZALEZ INFORME FINAL DE PASANTIA PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO ELECTRICISTA Sartenejas, Diciembre 2007 SISTEMAS DE ENERGIA ELECTRICA EN MEDIA Y BAJA TENSION POR JUAN SEBASTIAN MARTINEZ RESUMEN El presente informe pretende relatar las actividades realizadas en la C.A. La Electricidad de Caracas, en el marco del periodo de pasantía larga requerido para optar al titulo de Ingeniero Electricista. Aquí se exponen de una manera detallada seis proyectos realizados en conjunto con el departamento de Ingeniería y Desarrollo adscrito al Centro de Servicios Chacao, cuyo objetivo principal es proveer soluciones a problemas de suministro de energía planteados por suscriptores afectos a la red de media y baja tensión de la empresa. Simultáneamente se presentan y discuten los criterios de diseño adoptados por la empresa para este tipo de proyectos (los cuales se basan tanto en normativas internas como en el código eléctrico nacional); y los cuales buscan regular el funcionamiento de los elementos integrantes de la red de distribución. Como último punto y de una manera teórica, se abordan las variantes existentes en las conexiones de los conductores de neutro y tierra en los sistemas de puesta a tierra de instalaciones de baja tensión, en aras de evaluar la conveniencia y alternativas que ofrecen los diferentes esquemas aceptados y usados a nivel mundial. Destacándose en todos los casos la importancia de brindar una adecuada seguridad a personas y equipos en el diseño de los proyectos eléctricos. iv INDICE GENERAL RESUMEN ................................................................................................................................ iv INDICE GENERAL ................................................................................................................... v INDICE DE FIGURAS ............................................................................................................. xii LISTA DE SIMBOLOS Y ABREVIATURAS......................................................................... xiii 1. 2. INTRODUCCION ............................................................................................................... 1 1.1 Objetivos generales ....................................................................................................... 3 1.2 Objetivos específicos .................................................................................................... 3 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA .................................................................................... 4 2.1 Misión, visión y valores de la Empresa ......................................................................... 5 2.2 Estructura Organizativa de la Electricidad de Caracas ................................................... 6 3. CONCEPTOS FUNDAMENTALES ................................................................................... 7 4. INSTALACIONES EN MEDIA Y BAJA TENSION......................................................... 13 4.1 Sistemas de distribución .............................................................................................. 13 4.1.1 Sistema de distribución primario .......................................................................... 14 4.1.2 Sistema de distribución secundario ...................................................................... 15 4.2 Características de la carga ........................................................................................... 15 4.2.1 Según el uso de la energía .................................................................................... 15 4.2.2 Según la importancia de la carga .......................................................................... 16 4.3 Proyectos eléctricos de distribución ............................................................................ 17 4.3.1 Unidades participantes en la gestión y elaboración de proyectos de distribución. . 17 4.3.2 Clasificación de los proyectos de media y baja tensión ......................................... 17 4.4 Proyectos elaborados en la E. de C. ............................................................................. 18 v 5. 4.4.1 Servicios Provisionales ........................................................................................ 19 4.4.2 Unificación e independización de servicios. ......................................................... 19 4.4.3 Remodelación por Decretos 46 y 2195 ................................................................. 19 4.4.4 Aumento o disminución de carga ......................................................................... 20 4.4.5 Reubicación de instalaciones................................................................................ 20 4.4.6 Alumbrado público .............................................................................................. 20 4.4.7 Parcelamientos..................................................................................................... 21 4.4.8 Servicios nuevos .................................................................................................. 21 CRITERIOS DE DISEÑO ................................................................................................. 22 5.1 Diversificación de la demanda .................................................................................... 22 5.2 Selección de la acometida ........................................................................................... 23 5.3 Dimensionamiento de los equipos de protección ......................................................... 24 5.4 Selección de los equipos de medición ......................................................................... 25 5.5 Selección del tipo y número de módulos de medición ................................................. 26 5.6 Cálculo de la caída de voltaje ...................................................................................... 27 5.7 Levantamiento de obras en sitio .................................................................................. 28 5.8 Algoritmos de diseño según el tipo de proyecto .......................................................... 29 5.8.1 Servicios Provisionales ........................................................................................ 29 5.8.2 Servicios residenciales individuales y multifamiliares .......................................... 31 5.8.3 Servicios comerciales e industriales ..................................................................... 35 5.8.4 Servicios Generales (Residenciales, comerciales e industriales) ........................... 36 5.8.5 Servicios Preferenciales ....................................................................................... 38 vi 6. CONEXIONES DE LOS CONDUCTORES DE NEUTRO Y TIERRA EN SISTEMAS DE BAJA TENSION ...................................................................................................................... 40 6.1 Ventajas de la conexión a tierra de los sistemas eléctricos ........................................... 41 6.2 Esquemas de conexión a tierra en los sistemas de baja tensión .................................... 42 6.2.1 Sistema TN .......................................................................................................... 43 6.2.2 Sistema TT .......................................................................................................... 45 6.2.3 Sistema IT ........................................................................................................... 46 6.3 Características principales de los diversos esquemas de conexión a tierra .................... 46 6.3.1 Sistemas TN ........................................................................................................ 47 6.3.2 Sistema TT .......................................................................................................... 49 6.3.3 Sistema IT ........................................................................................................... 50 6.4 Interruptores de protección de fuga a tierra ................................................................. 51 6.5 Compatibilidad electromagnética ................................................................................ 54 6.6 Sistema de puesta a tierra usado en Venezuela ............................................................ 55 6.7 Evaluación de los diversos esquemas .......................................................................... 56 6.7.1 Contactos indirectos............................................................................................. 56 6.7.2 Compatibilidad electromagnética ......................................................................... 57 6.7.3 Descargas atmosféricas ........................................................................................ 59 6.7.4 Confiabilidad ....................................................................................................... 59 6.8 Recomendaciones ....................................................................................................... 61 6.8.1 Instalaciones Residenciales .................................................................................. 64 6.8.2 Instalaciones de Telecomunicaciones ................................................................... 64 6.8.3 Instalaciones médicas........................................................................................... 65 vii 6.9 7. Consideraciones finales ............................................................................................... 66 CÁLCULO Y DISEÑO DE LOS PROYECTOS REALIZADOS ...................................... 67 7.1 Aumento de Carga ...................................................................................................... 68 7.1.1 7.2 Parcelamiento ............................................................................................................. 70 7.2.1 7.3 Conjunto Residencial Terra Viva ......................................................................... 71 Servicios Nuevos ........................................................................................................ 77 7.3.1 Urbanización Piedemonte .................................................................................... 77 7.3.2 Urbanización “Los Bambúes” .............................................................................. 84 7.3.3 Galpón Starwhite ................................................................................................. 90 7.4 Servicio Provisional .................................................................................................... 93 7.4.1 7.5 8. Pizzería Luna de Oro ........................................................................................... 68 Urbanización “Los Samanes” ............................................................................... 94 Recomendaciones ....................................................................................................... 97 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................. 99 BIBLIOGRAFÍA .....................................................................................................................101 ANEXO 1 ................................................................................................................................104 ANEXO 2 ................................................................................................................................109 ANEXO 3 ................................................................................................................................118 ANEXO 4 ................................................................................................................................127 ANEXO 5 ................................................................................................................................131 viii INDICE DE TABLAS Tabla I. Módulos de medición normalizados. ............................................................................ 26 Tabla II. Voltajes normalizados según el tipo de servicio a alimentar ........................................ 27 Tabla III. Clase socioeconómica según la demanda ................................................................... 33 Tabla IV. Coeficientes kVA/m2 para servicios comerciales ....................................................... 35 Tabla V. Coeficientes kVA/m2 en servicios industriales. .......................................................... 35 Tabla VI. Coeficientes kVA/m2 para servicios generales ........................................................... 37 Tabla VII. Significado de los códigos encontrados en los esquemas de puesta a tierra. .............. 43 Tabla VIII. Efectos de la corriente a través del cuerpo humano según su intensidad. ................. 53 Tabla IX. Intensidades de corriente y tiempos de exposición máximos permisibles ................... 53 Tabla X. Demanda diversificada del local comercial. ................................................................ 68 Tabla XI. Demanda diversificada de las quintas tipo A.............................................................. 72 Tabla XII. Demanda diversificada de las quintas tipo B. ........................................................... 72 Tabla XIII. Demanda diversificada del Servicio General. .......................................................... 72 Tabla XIV. Demanda diversificada del Servicio General. .......................................................... 78 Tabla XV. Demanda diversificada del Servicio Preferencial...................................................... 78 Tabla XVI. Demanda diversificada de los apartamentos. ........................................................... 79 Tabla XVII. Demanda diversificada de los pent-house. ............................................................. 79 Tabla XVIII. Demanda diversificada del Servicio General. ....................................................... 84 Tabla XIX. Demanda diversificada del Servicio Preferencial. ................................................... 85 Tabla XX. Demanda diversificada de los apartamentos. ............................................................ 85 Tabla XXI. Demanda diversificada de los pent-house. .............................................................. 85 Tabla XXII. Demanda diversificada del local. ........................................................................... 91 ix Tabla XXIII. Demanda diversificada del Servicio Preferencial. ................................................. 91 Tabla XXIV. Carga conectada y Demanda Diversificada. ......................................................... 95 Tabla XXV. Factores de conversión de kVA a Amperios. ........................................................105 Tabla XXVI. Factor de continuidad..........................................................................................105 Tabla XXVII. Factor de desequilibrio. .....................................................................................105 Tabla XXVIII. Dispositivos de protección normalizados. .........................................................106 Tabla XXIX. Medidores de medida directa normalizados por la compañía. ..............................107 Tabla XXX. Capacidad de los módulos de medición. ...............................................................108 Tabla XXXI. Factores de demanda para equipos en servicios provisionales. ............................110 Tabla XXXII. Cajas equipadas para servicios provisionales con acometida aérea. ....................110 Tabla XXXIII. Cajas equipadas para servicios provisionales con acometida subterránea. .........110 Tabla XXXIV. Factores de alumbrado y tomacorriente en servicios residenciales. ...................111 Tabla XXXV. Factores de demanda de otros equipos de uso residencial. .................................111 Tabla XXXVI. Factores para cocina de uso residencial. ...........................................................111 Tabla XXXVII. Demanda de apartamentos por categoría (Parte 1). ..........................................112 Tabla XXXVIII. Demanda de apartamentos por categoría (Parte 2)..........................................113 Tabla XXXIX. Demanda de apartamentos por categoría (Parte 3). ...........................................114 Tabla XL. Factores de alumbrado en servicios comerciales. .....................................................115 Tabla XLI. Factores para cocina de uso comercial. ...................................................................115 Tabla XLII. Factores de tomacorriente en servicios comerciales...............................................115 Tabla XLIII. Factores de otros equipos usados en servicios comerciales...................................116 Tabla XLIV. Factores a usar en motores y equipos varios de uso comercial. ............................116 Tabla XLV. Factores para ascensores de uso residencial. .........................................................116 x Tabla XLVI. Factores para ascensores de uso comercial...........................................................116 Tabla XLVII. Factores a emplear en bombas hidroneumáticas. ................................................117 Tabla XLVIII. Capacidad de carga de conductores aislados en líneas aéreas B.T. ....................119 Tabla XLIX. Capacidad de carga de conductores de cobre B.T. instalados en ductos subterráneos. ................................................................................................................................................120 Tabla L. Capacidad de carga de conductores de aluminio B.T. instalados en ductos subterráneos. ................................................................................................................................................121 Tabla LI. Capacidad de carga de conductores de cobre instalados en ductos .............................122 Tabla LII. Capacidad de carga de conductores de aluminio instalados en ductos ......................122 Tabla LIII. Capacidad de distribución de conductores de cobre en circuitos subterraneos. ........123 Tabla LIV. Capacidad de distribución de conductores de aluminio en circuitos subterraneos. ...124 Tabla LV. Capacidad de distribución de conductores de cobre en circuitos aereos. ...................125 Tabla LVI. Capacidad de distribución de conductores arvidal en circuitos aereos. ....................126 xi INDICE DE FIGURAS Figura 1. Organigrama general de la C.A. La Electricidad de Caracas ......................................... 6 Figura 2. Conexión de las carcasas de los equipos a los electrodos de puesta a tierra. ................ 41 Figura 3. Camino de circulación de las corrientes de falla. ........................................................ 42 Figura 4. Sistema TN-S ............................................................................................................. 44 Figura 5. Sistema TN-C ............................................................................................................ 44 Figura 6. Sistema TN-C-S ......................................................................................................... 45 Figura 7. Sistema TT. ................................................................................................................ 46 Figura 8. Sistema IT sin conexión a tierra. ................................................................................ 46 Figura 9. Conexión del interruptor de protección de fuga a tierra............................................... 51 Figura 10. Condiciones de operación del interruptor de protección de fuga a tierra. ................... 52 Figura 11. Efectos de las interferencias electromagnéticas. ........................................................ 54 Figura 12. Contacto indirecto con equipo con falla de aislamiento............................................. 56 Figura 13. Conexión equipotencial a tierra (recomendada). ....................................................... 58 Figura 14. Conexión independiente a tierra (no recomendada). ................................................. 58 Figura 15. Conexión IT ante primera falla de aislamiento. ......................................................... 60 Figura 16. Conexión IT ante segunda falla de aislamiento. ........................................................ 60 Figura 17. Análisis en redes de secuencia de la primera falla de aislamiento ............................. 60 Figura 18. Análisis en redes de secuencia de la segunda falla de aislamiento ............................. 61 Figura 19. Módulos de medición normalizados (Parte 1). .........................................................128 Figura 20. Módulos de medición normalizados (Parte 2). .........................................................129 Figura 21. Módulos de medición normalizados (Parte 3). .........................................................130 xii LISTA DE SIMBOLOS Y ABREVIATURAS A/A Aire acondicionado A.T. Alta tensión B.T. Baja tensión C.A. Compañía Anónima C.E.N Código Eléctrico Nacional CTC Carga total conectada DPA Dispositivo de protección de acometida DPC Dispositivo de protección de la compañía DPM Dispositivo de protección de modulo DPS Dispositivo de protección del suscriptor E.de C. Electricidad de Caracas F Fases Fc Factor de carga Fd Factor de demanda Fdc Factor de desequilibrio de carga I Intensidad eléctrica M.T. Media tensión P Polos PE Conductor de protección PEN Conductor de protección y neutro RCD Residual current device (Interruptor de protección de fuga a tierra) S/G Servicios Generales xiii S/P Servicios Preferenciales T/C Tomacorrientes Y Conexión tipo estrella Δ Conexión tipo delta xiv 1. INTRODUCCION Un sistema eléctrico de potencia es aquel que engloba todo lo referente a la energía eléctrica, desde su generación en las plantas eléctricas hasta cualquier punto de suministro en donde está sea empleada. Los sistemas eléctricos de potencia se dividen en 3 grandes subsistemas, como lo son generación, transmisión y distribución. La generación de energía es realizada en las plantas eléctricas (las cuales pueden ser hidroeléctricas, térmicas, nucleares, a gas, eólicas, solares etc.) y se lleva a cabo en tensiones comprendidas entre los 4 kV y los 24 kV, posteriormente dicha tensión se eleva a valores mayores a los 230 kV y por medio del sistema de transmisión (líneas aéreas, líneas subterráneas y cables submarinos) es llevada a los centros de consumo. Allí las subestaciones de transformación reducen las tensiones (a valores menores a los 230 kV) y se derivan circuitos que llegan a las subestaciones de distribución, de las cuales emergen los diversos circuitos alimentadores (menores a 34,5 kV) que mediante los transformadores de distribución logran suplir de energía eléctrica a los usuarios residenciales, comerciales e industriales. De esta forma, la cadena de distribución es probablemente el elemento más importante de un sistema eléctrico, ya que ella es el enlace con los suscriptores que al fin y al cabo son el destino final de la energía en su objetivo de convertirse en trabajo útil. Los proyectos en media y baja tensión tienen como meta principal asegurar el suministro de energía a los usuarios, y para ello abarcan el diseño de todas las obras e instalaciones necesarias desde las subestaciones de distribución hasta las instalaciones del cliente. 1 El C.E.N. y las normativas internas de la compañía ofrecen una serie de criterios a tomar en cuenta en la realización de este tipo de proyectos, pero el Ingeniero a cargo es el responsable directo en la búsqueda de equilibrio entre las diversas variables que se puedan presentar, para lograr una adecuada seguridad, confiabilidad, disponibilidad y operatividad del servicio eléctrico. Siendo en cierto modo el objetivo del presente trabajo, revisar, disertar y mostrar la metodología empleada en nuestro país en el diseño de instalaciones de media y baja tensión; y de manera adicional desarrollar un estudio sobre las conexiones posibles de los conductores de neutro y tierra en instalaciones de baja tensión (mediante la exposición de las ventajas y desventajas que cada uno de ellos representa), en vísperas de determinar las aplicaciones más ventajosas para cada esquema en base a criterios como: protección contra contactos indirectos, descargas atmosféricas, compatibilidad electromagnética y confiabilidad del sistema. El trabajo se presenta a lo largo de ocho capítulos; el capítulo cuatro aborda el tema de las instalaciones de media y baja tensión, en el capítulo cinco se desarrollan los criterios de diseño empleados en la elaboración de los proyectos, el capítulo seis comprende una investigación sobre las alternativas de conexión de los conductores de neutro y tierra en los sistemas de baja tensión, en el capítulo siete se explican detalladamente los seis proyectos realizados en el transcurso de la pasantía, y al final del trabajo se exponen las conclusiones y recomendaciones inherentes a las actividades realizadas. 2 1.1 Objetivos generales Elaboración de proyectos de distribución en la C.A. La Electricidad de Caracas y estudio de las diversas configuraciones de conexión de neutro y tierra, en las instalaciones de baja tensión. 1.2 Objetivos específicos Familiarización con los proyectos de distribución desarrollados en la compañía; así como con los elementos componentes y mecanismos de diseño respectivos. Instrucción en las alternativas de conexión de los conductores de neutro y tierra, y sus efectos sobre la operación de los sistemas de baja tensión. Elaboración de seis proyectos de distribución, entre los cuales se incluyen servicios residenciales, parcelamientos, servicios provisionales y aumentos de carga. 3 2. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA En 1895 y con un capital inicial de Bs. 500.000, el Ingeniero Ricardo Zuloaga emprende la creación de la Electricidad de Caracas, dos años después la empresa inicia formalmente actividades con la puesta en marcha de la planta hidroeléctrica “El Encantado”, la cual contaba con una capacidad de 420 kW y para la época se convertía en la primera planta de Latinoamérica (y una de las primeras en el mundo) para la transmisión a distancia de corriente alterna. En el año 2000 la empresa norteamericana The AES Corporation, en una oferta pública de acciones, adquiere el 87,1% de las acciones de La Electricidad de Caracas. A principios del año 2007, el gobierno anuncia la inminente nacionalización de la compañía, con lo cual la empresa privada venezolana de mayor tradición pasa a formar parte del patrimonio del estado. A lo largo de sus más de 110 años de historia, La Electricidad de Caracas se convertiría en la industria eléctrica pionera en Venezuela, al propiciar el desarrollo industrial de un país rural cuya economía se fundamentaba básicamente en la agricultura. Actualmente la empresa mediante la generación, transmisión, distribución y comercialización de la energía eléctrica se encarga de satisfacer la demanda de mas de un millón de suscriptores, distribuidos a lo largo de 5200 Km2 en la Gran Caracas y San Felipe en el Estado Yaracuy; para lo cual cuenta con una capacidad instalada de 2316 MW, siendo el 100% generada por la compañía por medio de sus plantas termoeléctricas, con las cuales logran abastecer aproximadamente al 27% de la población venezolana. 4 2.1 Misión, visión y valores de la Empresa Misión La Electricidad de Caracas es una empresa del Estado Venezolano, dedicada a proveer el mejor servicio eléctrico y comprometida a responder las expectativas de sus clientes, trabajadores y accionistas, contribuyendo así a elevar la calidad de vida de la sociedad venezolana. Visión Ser una empresa reconocida nacional e internacionalmente como líder innovador, proveedora de un servicio eléctrico de alta calidad, con personal y tecnologías excelentes, financieramente sólida y factor fundamental del sector eléctrico venezolano. Valores Poner la seguridad primero. La seguridad siempre está primero, para nuestra gente, los contratistas y las comunidades. Actúa con integridad. Somos honestos, dignos de confianza y responsables. La Integridad es la esencia en todo lo que hacemos, en la forma de conducimos y en la manera de relacionarnos los unos con los otros. Honrar sus compromisos. Honramos los compromisos con nuestros clientes, compañeros, comunidades, accionistas, proveedores y socios. Queremos que nuestro negocio, en general, sea una contribución positiva a la sociedad. Esforzarse por la excelencia. Nos esforzamos para ser los mejores en todo lo que hacemos y para operar con niveles de clase mundial. 5 Disfrutar el trabajo. El trabajo puede ser divertido, gratificante y emocionante. Disfrutamos de nuestro trabajo y apreciamos la satisfacción de ser parte de un equipo que está marcando una diferencia. Y cuando deje de ser de esa manera, cambiaremos lo que hacemos o cómo hacemos las cosas. 2.2 Estructura Organizativa de la Electricidad de Caracas Figura 1. Organigrama general de la C.A. La Electricidad de Caracas 6 3. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Con el objetivo de procurar una mejor comprensión del tema, se definirán algunos conceptos básicos de los sistemas eléctricos de potencia que serán abordados con frecuencia a lo largo del presente informe. Subestación (S/E): Son instalaciones usadas en la transmisión y distribución de la energía eléctrica; estas pueden servir tanto para transformación del voltaje (siendo las elevadoras usadas en el sistema de transmisión y las reductoras empleadas en la cadena de distribución) como para operaciones de interrupción y maniobra y su principal aplicación se debe a la conveniencia de transportar energía eléctrica a altos voltajes con la finalidad de disminuir las perdidas por efecto Joule. Troncal: Es el conductor que corre a través de la ruta principal, sale de las subestaciones y determina la capacidad del circuito. Ramal: Es una derivación del troncal y mediante un calibre igual o menor se encarga de alimentar a diversas cargas. Demanda: Es el consumo eléctrico registrado asociado a determinado intervalo de tiempo, y se expresa en unidades de potencia como kVA y kW. Demanda máxima: Es el mayor de todos los consumos registrados durante una serie de intervalos de tiempo determinado. Demanda diversificada: Es la demanda de la composición del grupo, como un todo, agrupando diferentes cargas en determinado intervalo de tiempo. Demanda asignada contratada: Es la correlación entre la demanda probable y la capacidad total instalada por el suscriptor, y expresa la potencia que la compañía garantiza suministrar al suscriptor. 7 Carga total conectada: Es la sumatoria de la potencia total (expresada en kVA) que consumen a plena carga cada uno de los equipos instalados en la propiedad servida. 𝐶. 𝑇. 𝐶. = 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 (1) Capacidad instalada: Representa la potencia total que la compañía dispone para suministrar al suscriptor. Factor de diversidad: Es la razón entre la suma de las demandas individuales del conjunto y la demanda máxima del grupo. Su valor ofrece una idea de cuán similar es el comportamiento que experimentan las cargas y se obtiene de la siguiente forma: 𝐹𝑑𝑖𝑣 = 𝐷𝑚𝑎𝑥 𝑖 ≥1 𝐷𝑚𝑎𝑥 𝑔𝑟𝑢𝑝𝑜 (2) Factor de demanda: Es la razón obtenida entre la demanda máxima y la carga total conectada del sistema (en determinado intervalo de tiempo), y permite conocer el porcentaje de operación simultánea de la carga alimentada. Su valor se obtiene evaluando la siguiente expresión: 𝐹𝑑𝑒𝑚 = 𝐷𝑚𝑎𝑥 ≤1 𝐶. 𝑇. 𝐶. (3) Factor de utilización: El factor de utilización es producto de la relación entre la demanda máxima y la capacidad instalada, su uso ofrece un indicativo de la eficiencia con la cual se emplea la capacidad nominal del sistema. 𝐹𝑢𝑡𝑖𝑙 = 𝐷𝑚𝑎𝑥 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 (4) Factor de carga: Es la relación existente entre la demanda promedio y la demanda máxima en cierto intervalo de tiempo. 𝐹𝑐 = 𝐷𝑝𝑟𝑜𝑚 𝐷𝑚𝑎𝑥 8 (5) Factor de potencia: Es el cociente obtenido al considerar la potencia activa (kW) entre la potencia total aparente (kVA), y su valor nos permite obtener una idea de las pérdidas registradas en el sistema. Ampacidad: Representa el valor máximo de la intensidad de corriente que puede circular a través de un conductor en forma segura (sin poner en peligro su aislamiento). La ampacidad depende principalmente de la capacidad de disipar energía del medio que los rodea. Y se puede calcular numéricamente por medio de la siguiente expresión [16]: 𝐼 = 𝑓𝑛 ∗ 𝑓𝑡 ∗ 𝐼𝑡 (6) Donde: I = Corriente admisible corregida (A ) fn = Factor de corrección por número de conductores ft = Factor de corrección por temperatura It = Corriente admisible por sección de conductor según tablas (A ) Nivel de cortocircuito: Es la máxima corriente de falla que puede circular por determinado punto de la red eléctrica. Porcentaje de caída de tensión: En distribución se refiere a la diferencia de tensión (expresada de forma porcentual) existente entre el punto de transformación y el punto de suministro del cliente. Respecto a este tema el C.E.N. (en la sección 210 de Circuitos ramales) establece un máximo de 2,5% para acometidas subterráneas y de 3% para acometidas aéreas. Acometida: Comprende el cableado, instalaciones y equipos destinados al suministro de energía a un suscriptor. Esta abarca desde la red de distribución (punto de suministro), hasta los bornes de entrada de la protección del cliente (punto de entrega) y dependiendo del tipo de las instalaciones de baja tensión de la compañía, pueden ser aéreas o subterráneas. 9 Tuberías, ductos y canales: Son elementos comúnmente empleados en las instalaciones eléctricas como alojamiento para los conductores eléctricos, estos son usados para fines tan diversos como: Razones de seguridad (resguardarlos de cualquier manipulación de parte de personal no autorizado) Protegerlos de la intemperie Fines ornamentales Bancadas: Es la agrupación de una o varias tuberías de hierro, acero o plástico en una zanja o canal, recubiertas con tierra compactada o concreto de baja resistencia. El diseño de las bancadas, depende en forma directa del número y tamaño de las tuberías, debiéndose guardar una distancia mínima entre ellas y las paredes de la zanja; adicionalmente suelen agregarse tuberías de reserva previendo futuras expansiones. Punto de distribución (PD): Describe el sótano, poste o casilla en donde se encuentra ubicado un equipo de transformación, dicha instalación viene identificada con un número único con el cual se puede certificar el número y tipo de acometidas en baja tensión que son alimentadas. Punto de suministro (PS): Determina el punto desde el cual parte la acometida en baja tensión de cada cliente, por lo que representa el lugar hasta el cual la compañía debe cumplir con el criterio de caída de voltaje establecido por el C.E.N. Interruptor de distribución (ID): Se refiere al equipo de protección encargado de seccionar e interrumpir el suministro eléctrico en caso de mantenimiento o falla en el circuito de distribución, a cada uno de estos equipos se le asigna un número único, con el cual se puede identificar rápidamente el tramo afectado. 10 Cuadrículas: Son un conjunto de planos (generalmente en escala 1:500) en los que se representa toda el área metropolitana de Caracas. En ellas, se pueden visualizar elementos existentes en el área tales como: parcelas, vialidad, obras civiles e instalaciones eléctricas. Las cuadrículas constituyen una herramienta muy útil a la hora de desarrollar proyectos de distribución, ya que su estudio permite la elaboración de un anteproyecto, el cual posteriormente será complementado con el levantamiento de obras civiles y eléctricas realizadas en sitio. Microstation: Es un software usado por la empresa para manejar y crear archivos de diseño para ingeniería, arquitectura y urbanismo. En él, se elaboran los planos de los proyectos realizados, los cuales contienen entre otras cosas información como: Plano de ubicación Esquema eléctrico existente, en proyecto y en retiro Obras civiles y eléctricas existentes Detalles de estructuras a instalar por el cliente SIGRED: El Sistema de Información Geográfica para Redes Eléctricas de Distribución, es una base de datos existente en la C.A. La Electricidad de Caracas que permite acceder a los detalles del sistema de distribución de la empresa. Pudiéndose fácilmente visualizar a través de su uso estructuras de A.T. y B.T., su ubicación, características, etc. Tierra: Superficie de la tierra, en la que por convención se toma una referencia de potencial constante e igual a cero. Puesta a tierra: Conexión de un equipo o circuito eléctrico a tierra mediante el uso de un electrodo sepultado en su superficie. 11 Carcasa: Coraza exterior de los equipos eléctricos, que en condiciones normales debe estar aislada de las partes activas. Estas pueden ser hechas de materiales conductores, en cuyo caso por razones de seguridad deben ser conectadas a tierras por medio de un conductor de protección (PE). Conductor de protección (PE): Es utilizado para conectar las carcasas de los equipos a la toma de tierra del sistema eléctrico, de esta forma además de crearse un camino de circulación para las corrientes de fallas a tierra, se impide la formación de voltajes de toque peligrosos para los seres vivientes. Falla a tierra [3]: Es una conexión no intencional entre el conductor activo de un circuito eléctrico y los conductores que normalmente no conducen corriente, las envolventes metálicas, canalizaciones metálicas, equipo metálico o la tierra. Camino efectivo de falla a tierra [3]: Es una vía conductiva de baja impedancia, construida a propósito, permanente, diseñada para conducir corrientes bajo condiciones de falla a tierra desde el punto donde se produce la falla a tierra en un sistema de cableado hasta la fuente del suministro eléctrico. Voltaje de paso: Se refiere al voltaje que puede surgir sobre una persona parada en la superficie del suelo y con una separación de un metro entre sus pies. Voltaje de toque: Diferencia de potencial que experimenta entre los pies y sus manos o cuerpo, una persona expuesta a contacto con alguna estructura conductora energizada. Armónicos: Son distorsiones presentes en las ondas sinodales de tensión y corriente de los sistemas eléctricos, debido al uso de cargas con impedancia no lineal y/o equipos que realizan conmutaciones en su operación normal. 12 4. INSTALACIONES EN MEDIA Y BAJA TENSION El sistema eléctrico de la C.A. La Electricidad de Caracas está compuesto de la siguiente forma: Generación 11,5 kV / 13,8 kV Transmisión 69 kV / 230 kV Sub-transmisión 30 kV / 69 kV Distribución 8,3 kV / 12,47 kV La empresa a través de su amplia red de distribución llega a abastecer diariamente a más de un millón de clientes solo en el área metropolitana y continuamente llegan a sus oficinas solicitudes de proyectos de índole residencial, comercial e industrial de parte de clientes interesados en el suministro de energía eléctrica. El constante crecimiento de la red de distribución hace necesaria una fuerte coordinación entre los departamentos de gestión, planificación e ingeniería de proyectos; ya que en sus manos reside una adecuada captación e incorporación de nuevos clientes. Conocer de manera firme la clase, magnitud e importancia de los proyectos encomendados, permite realizar un diseño lo más ajustado posible a las condiciones reales de operación, logrando así mantener la excelente imagen y calidad de servicio de la empresa ante sus clientes. 4.1 Sistemas de distribución Los sistemas de media y baja tensión abarcan todas las instalaciones concernientes a la distribución de energía eléctrica, desde las subestaciones de transformación hasta los circuitos de acometida que llegan a los usuarios finales. 13 Las redes de distribución cubren la superficie de los grandes centros de consumo (cargas tanto industriales, como comerciales y residenciales) mediante circuitos alimentadores (aéreos y subterráneos) que llegan hasta los centros de medición de los suscriptores, con lo que desempeñan quizás el papel más importante en la cadena de suministro eléctrico, como lo es el transportar la energía eléctrica a todo aquel que la requiera. 4.1.1 Sistema de distribución primario Comienzan a la salida de la subestación, y por medio de los circuitos troncales y ramales, abarcan grandes áreas compuestas principalmente por cargas concentradas (aquellas con una demanda mayor a 500 kVA) e industrias que realizan consumo a la tensión primaria de distribución del sistema. La configuración de los sistemas de distribución primarios varía dependiendo de la topología del terreno y las características de las cargas a alimentar, prevaleciendo las siguientes alternativas: Sistema radial. En este arreglo, un solo circuito troncal por medio de derivaciones e interconexiones con otros circuitos se encarga de la distribución de la energía eléctrica. Es la configuración más simple y comúnmente empleada. Sistema en anillo. Se basa en la alimentación por medio de dos circuitos troncales independientes (c/u conectado a uno de sus extremos), si bien en condiciones normales solo opera uno de ellos, en caso de falla entra en servicio el circuito de respaldo gracias a la actuación de los seccionadores e interruptores del sistema. Se emplea generalmente en cargas de gran importancia, en las cuales no se pueden permitir interrupciones del servicio eléctrico. 14 Sistema mallado. Está constituido por varios circuitos interconectados entre sí, lo que permite la continuidad del servicio en caso de interrupciones, siendo su principal problema la complejidad de su diseño y operación y su poca flexibilidad. Sistema múltiple. Consiste en la instalación de dos o más circuitos primarios en paralelo, los cuales alimentan una carga a través de un interruptor de transferencia (manual o automática) o dos o más bancos de transformación operando en paralelo. 4.1.2 Sistema de distribución secundario Es aquel compuesto por todos los circuitos conectados al secundario de los transformadores de distribución (acometidas de clientes); cubre todas las cargas en baja tensión y debido a sus constantes modificaciones representan el elemento más variable en los sistemas eléctricos de potencia. 4.2 Características de la carga Hay diversos criterios que permiten clasificar las cargas eléctricas, pero quizás los más importantes y comúnmente usados son los descritos a continuación: 4.2.1 Según el uso de la energía Residencial Comercial Industrial Institucional 15 Esta clasificación se establece debido a la necesidad de discriminar las cargas tomando en cuenta tanto su distribución espacial (cargas concentradas y no concentradas) como el intervalo de tiempo en que la energía es requerida (continuas, intermitentes, estacionales, o provisionales). 4.2.2 Según la importancia de la carga Si bien la confiabilidad y disponibilidad del servicio eléctrico deben estar garantizadas y ser lo más altas posible, en caso de fallas o imprevistos en el sistema de distribución existe prioridad de determinados lugares sobre otros en cuanto al suministro eléctrico; por lo que se hace necesario segregar aquellas cargas en las que la interrupción de la energía eléctrica puede significar peligro para la vida de las personas, graves pérdidas materiales o económicas de aquellas en las que las pérdidas serian casi despreciables. Por lo que surge la siguiente clasificación: Primera categoría. Está constituida por lugares como hospitales, servicios de transporte público, minas, petroleras, petroquímicas, grandes industrias etc. en los cuales el servicio debe ser ininterrumpido (por lo que generalmente cuenta con diferentes tipos de respaldo como doble alimentación, generadores, UPS, etc.) Segunda categoría. Compuesta por aquellas cargas en las que alguna falla del servicio eléctrico derivaría en una reducción de la producción, inactividad del personal o de ciertos mecanismos como es el caso de los grandes comercios y pequeñas industrias. Tercera categoría. Esta formada por aquellas cargas no prioritarias en las que el suministro puede ser racionado sin mayores consecuencias para el usuario, como las zonas residenciales o pequeños comercios. 16 4.3 Proyectos eléctricos de distribución Los proyectos de media y baja tensión radican en el diseño de las obras eléctricas, civiles, e ingeniería de detalle desde la subestación hasta el punto de medida del suscriptor (cumpliendo con los criterios de la empresa) necesarias para llevar el suministro eléctrico a cualquier lugar en que éste sea requerido. 4.3.1 Unidades participantes en la gestión y elaboración de proyectos de distribución. - Oficinas Comerciales: Representan el primer contacto del cliente con la empresa, su función consiste en atender y canalizar todas aquellas solicitudes de clientes relacionadas con la prestación del servicio eléctrico. - Gestión de Proyectos: Es la unidad encargada de solicitar los recaudos correspondientes al tipo de proyecto, así como de orientar al cliente y negociar las fechas de compromiso. - Planificación y Desarrollo: Se encarga de la elaboración de los anteproyectos, proyectos e ingeniería de detalle, relacionados a los servicios solicitados por los clientes; contemplando a su vez el diseño de la totalidad de las obras civiles y eléctricas a ejecutar. 4.3.2 Clasificación de los proyectos de media y baja tensión Los proyectos de distribución ejecutados por la empresa se clasifican siguiendo diversos criterios como lo son: Por tipo de cliente: Particulares Entes Gubernamentales 17 Por tipo de servicio: Residencial Comercial Residencial – comercial Industrial Médico – asistencial Educacional Alumbrado público Transporte Rural Por tipo de proyectos: 4.4 Servicios Provisionales Aumento o disminución de carga Reubicación de instalaciones Independización o unificación de servicios Alumbrado público Remodelación por Decretos 46 y 2195 Urbanizaciones o parcelamientos Servicios nuevos Proyectos elaborados en la E. de C. A continuación se describirán brevemente la variedad de proyectos de distribución desarrollados en la empresa. 18 4.4.1 Servicios Provisionales Es aquel en el cual se suministra el servicio eléctrico a un cliente por un lapso de tiempo determinado, bien sea para cubrir la ejecución de una obra o presentación de un espectáculo. En los servicios provisionales se contempla el retiro de la acometida del cliente una vez concluido su objetivo, por lo que se caracterizan por ser instalaciones poco complejas y de fácil montaje y remoción. 4.4.2 Unificación e independización de servicios. Consiste en modificar la acometida del cliente, bien sea agrupando diferentes suscriptores en un medidor común (unificación) o separando aquellos que se encuentran concentrados bajo una sola cuenta (independización). La unificación es común en aquellos casos donde hay suscripciones aledañas con características similares, razón por la que los clientes optan por congregar varios servicios en una sola cuenta, la cual registrará el consumo de energía del grupo. Por el contrario la independización ocurre principalmente en aquellos casos, donde en un medidor que agrupa varios suscriptores ocurre un desequilibrio entre las cargas alimentadas, como consecuencia de variaciones notables de demanda entre las cargas integrantes del grupo; originando la solicitud de autonomía del servicio por parte de los clientes. 4.4.3 Remodelación por Decretos 46 y 2195 En el capitulo 7 del Código Eléctrico Nacional, se encuentran las especificaciones sobre la instalación, funcionamiento y mantenimiento de los circuitos, sistemas y equipos empleados en condiciones de emergencia. 19 Los decretos 46 y 2195 se encargan de hacer cumplir dichos requerimientos en las instalaciones eléctricas de edificaciones antiguas, mediante la modificación del diseño de dichas instalaciones hacia unas que cumplan con las normas eléctricas vigentes en materia de sistemas de emergencia y protección contra incendios. 4.4.4 Aumento o disminución de carga Son proyectos ejecutados a petición del cliente para redimensionar su acometida y hacerla acorde a sus requerimientos reales de energía, el aumento de carga es necesario para cubrir de forma eficiente y segura crecimientos en la demanda, mientras que la disminución de carga es realizada especialmente para lograr ajustes tarifarios de parte de la empresa. Para ejecutar este tipo de proyectos se debe verificar el cumplimiento de los decretos 46 y 2195, en caso contrario se debe ejecutar primero la remodelación de las instalaciones. 4.4.5 Reubicación de instalaciones Comprende los planes llevados a cabo para relocalizar instalaciones eléctricas (postes, acometidas, líneas aéreas o subterráneas, etc.), de acuerdo a solicitudes de parte de los clientes o en aquellos casos en los que la ejecución de nuevos proyectos sea obstaculizada por estructuras existentes. 4.4.6 Alumbrado público Abarca todos los proyectos requeridos para la construcción o mejoramiento de instalaciones de alumbrado público, que tienen como objetivo el brindar un ambiente grato, seguro, placentero y ornamental para vehículos y peatones en el marco citadino. 20 4.4.7 Parcelamientos Consiste en el desarrollo de proyectos destinados a la electrificación de desarrollos urbanísticos y parcelas del tipo residencial, comercial, educativas, deportivas, etc. Generalmente abarcan solo la acometida en alta tensión hasta el transformador del sistema, debiéndose solicitar posteriormente proyectos de servicio definitivo para cada una de las parcelas integrantes del conjunto. 4.4.8 Servicios nuevos Son todos aquellos proyectos dirigidos a la instalación del suministro eléctrico a aquellos clientes que requieren por primera vez del servicio. Cargas del tipo residencial, comercial e industrial han de hacer esta solicitud en aras de la obtención del suministro eléctrico. 21 5. CRITERIOS DE DISEÑO La ejecución de proyectos de distribución requiere de un diseño minucioso y detallado en el cual se tomen en cuenta cada uno de los detalles que pueden influir o afectar su desempeño, un diseño adecuado debe incluir las siguientes consideraciones: Seguridad. Es imperativo cumplir con las normas establecidas por el C.E.N. y la compañía, en aras de minimizar la posibilidad de fuego y otros daños accidentales sobre personas u objetos. Confiabilidad. Se asocia a la continuidad del servicio eléctrico, por lo que es preciso minimizar la probabilidad de ocurrencia de interrupciones. Flexibilidad. Se debe prever el crecimiento de la demanda a corto o mediano plazo en aquellos casos donde sea acertado hacerlo. Accesibilidad. El fácil acceso a equipos e instalaciones para mantenimiento, reparaciones o modificaciones tiene que estar garantizado. Simplicidad de Operación. Influye en la confiabilidad del sistema, debe evitarse cualquier maniobra complicada o peligrosa bajo condiciones normales o de emergencia. Operación del sistema. El proyecto debe respetar los parámetros establecidos de carga, caída de voltaje y nivel de cortocircuito. 5.1 Diversificación de la demanda Como es bien sabido, no todos lo equipos conectados a la red eléctrica funcionan al mismo tiempo, por lo que la diversificación de la demanda surge ante la necesidad de conocer los requerimientos reales de energía del suscriptor. 22 El subestimar la demanda expone la seguridad, fiabilidad y calidad del servicio eléctrico, mientras que sobrestimarla deriva en una mayor complejidad del proyecto y su correspondiente costo económico. Basados en diversos estudios, en el C.E.N. se establecieron factores de demanda para los equipos eléctricos más utilizados según sea el uso de la energía (residencial, comercial, industrial); estos criterios fueron adoptados por la empresa para poder estimar de manera propia la demanda real en cada uno de los proyectos solicitados y gran parte de ellos son presentados en el anexo 1 del presente trabajo. De esta forma, dependiendo del proyecto a realizar se aplican los factores correspondientes para proceder a hallar la demanda diversificada total. 5.2 Selección de la acometida La acometida se calcula basándose en la capacidad en amperios del interruptor principal más la demanda diversificada en condiciones normales del servicio preferencial y se diseña al 100% de capacidad. En caso de tener varios interruptores principales, se calcula la acometida tomando en cuenta la capacidad del interruptor mayor, más la demanda diversificada de los servicios restantes. Se utilizarán cables de aluminio, en los tramos de acometidas comprendidos entre el punto de suministro y el interruptor principal y del interruptor principal hasta la barra de llegada en el centro de medición. El número de circuitos a utilizar se calcula tomando en cuenta la ampacidad del conductor seleccionado y el factor de bancada respectivo. 23 Los cables del centro de medición deben ser de cobre antifuego. La capacidad calculada en Amperios puede exceder hasta un 5% de la capacidad del equipo de protección instalado. El tipo de acometida a utilizar depende principalmente de la disposición encontrada en las instalaciones de baja tensión de la compañía más cercanas a la zona servida; sin embargo, a su vez se deben garantizar los siguientes criterios: Acometidas aéreas Aplican en aquellos casos donde se localizan instalaciones de baja tensión aéreas, estas no deben exceder de 200 Amperes, ni de los 30 metros de longitud desde la estructura aérea en la vía hasta el modulo de medición. Acometidas subterráneas Destinadas a los lugares en donde se encuentran instalaciones de baja tensión subterráneas y a las situaciones en donde las acometidas aéreas encuentran limitaciones. 5.3 Dimensionamiento de los equipos de protección Obedeciendo a razones de tipo económico y de operación, la disposición adoptada es proteger la continuidad del servicio y no al equipo en sí, con la excepción de aquellos casos donde se pone en peligro la vida o propiedad de las personas, en el cual prevalece la seguridad por sobre la continuidad del servicio eléctrico. La protección del transformador de distribución viene dada por fusibles, el fusible primario protege la continuidad del servicio en el alimentador, mientras que el secundario protege la continuidad del servicio en el transformador. 24 En la elección de los dispositivos de protección de la acometida, se debe primero calcular la demanda diversificada para luego proceder a elegir aquel equipo cuya capacidad sea la inmediata superior a la calculada del servicio. Además se tendrá en cuenta lo siguiente: Los DPS siempre serán interruptores termomagnéticos En el caso de servicios residenciales, los DPC destinados serán fusibles Para Servicios Generales y Servicios Preferenciales el DPC a elegir será un interruptor Cuando se trate de DPM y DPA el dispositivo preferido será un seccionador-fusible Finalmente el cableado requerido y la capacidad de los dispositivos de protección normalizados por la empresa son presentados en la tabla XXVIII del anexo 3. 5.4 Selección de los equipos de medición La capacidad de los medidores está sujeta a las características del dispositivo de protección a través de la siguiente condición: 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜𝑟 ≥ 1,25 ∗ 𝐷𝑃𝑆 (7) Se cuentan con equipos de medición directa monofásicos (hasta 60 A), bifásicos (hasta 100 A) y trifásicos (hasta 200 A); a partir de 200 A, se emplean equipos trifásicos de medida indirecta los cuales trabajan con 3 transformadores de corriente monofásicos con relación de transformación 200/5 A, 400/5 A y 600/5 A. La elección de los medidores de medida directa (menores a 200 A) será regida por la tabla XXIX del anexo 1, en la cual también se encuentra el calibre de los conductores que debe emplearse para la alimentación de dicho servicio. 25 5.5 Selección del tipo y número de módulos de medición El tipo y número de módulos de medición a instalar se decidirá conforme a los siguientes factores: Cantidad de servicios a alimentar Número de fases de cada uno de los servicios Capacidad de los medidores o equipos de protección a instalar En la tabla I se presentan los diferentes módulos de medición normalizados por la empresa y sus respectivas dimensiones (ilustraciones de estos se pueden visualizar en el anexo 4). Tabla I. Módulos de medición normalizados. Denominación Medio módulo de protección superior Módulo completo de protección superior Medio módulo de protección lateral Módulo completo de protección lateral Dimensiones (m) (1,65 + 0,45) x 0,90 x 0,40 (1,65 + 0,45) x 1,75 x 0,40 1,86 x (0,90 + 0,45) x 0,40 1,86 x (1,76 + 0,45) x 0,40 La cantidad de módulos a emplear será determinada por la capacidad de estos, la cual es presentada en la tabla XXX del anexo 1. En caso de combinaciones de medidores no presentes en dicha tabla, se debe realizar el diseño por área específica según la siguiente formula: 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 á𝑟𝑒𝑎 = # 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑖𝑝𝑜 # 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 (8) Se calculan los diversos factores de área y se suman entre sí; si la sumatoria es menor o igual a 1.05, la combinación es permitida. 26 5.6 Cálculo de la caída de voltaje Producto de la corriente circulante entre dos puntos de un circuito, existe una diferencia de voltaje y por ley de ohm se conoce que ésta es proporcional a la impedancia del circuito y su corriente. Por lo que al proyectar acometidas de una gran extensión o con una alta carga, es común encontrarse con una grave condición de voltaje en el punto de suministro del cliente. Los equipos eléctricos están diseñados para trabajar en determinada banda de voltajes y operaciones fuera de este margen afectan su correcto funcionamiento y vida útil, lo que motivó que el C.E.N. estableciera regulaciones a las caídas de voltajes permitidas en las acometidas eléctricas. De esta forma, en acometidas aéreas la diferencia de voltaje entre el punto de distribución y el punto de suministro está limitada al 3%, mientras que en las subterráneas, no debe exceder el 2,5%. Además, la caída máxima de voltaje permisible entre el punto de suministro y el punto de entrega es del 1%. En la tabla II se pueden observar los voltajes normalizados por la E.de C. según la naturaleza del servicio a alimentar. Tabla II. Voltajes normalizados según el tipo de servicio a alimentar. [1] Servicio # de hilos 1F 2 Voltaje nominal (V) 120 Servicio Residencial 1F 3 120/240 Residencial, comercial pequeño y alumbrado público 1F 3 240/480 Alumbrado público y campos deportivos 3F 4 208/120 Residencial, comercial, oficinas, pequeñas industrias y hospitales 3F 3 240 Solo en cargas trifásicas balanceadas 3F 3F 4 3 480/277 600 Comercial e industrial Grandes industrias 27 El cálculo de la caída de voltaje se realiza con la ayuda de la siguiente expresión: %𝑉 = 2,5 ∗ 𝑑 ∗ 𝑙 𝐶 ∗ #𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 (9) Donde %V = caída de voltaje en el tramo en estudio C = es la constante de capacidad de distribución del conductor utilizado l = es la longitud de la acometida (m) d = es la demanda del sistema (kVA) # circuitos = representa la cantidad de circuitos que componen la acometida Las medidas a tomar en caso de que se incumpla el porcentaje de caída de voltaje normalizado para el tipo de acometida elegida son: Aumentar el número de circuitos a utilizar Reemplazar el calibre seleccionado por el inmediatamente superior 5.7 Levantamiento de obras en sitio En el marco del desarrollo del proyecto, se debe efectuar una visita a las instalaciones del cliente y sus alrededores, en la cual se contempla una inspección que cubra los siguientes aspectos: Ubicación de instalaciones eléctricas existentes Se debe localizar el transformador o punto de alimentación respectivo; de igual forma es inherente examinar las instalaciones eléctricas de B.T. y M.T. presentes y evaluar la factibilidad de montaje de las estructuras requeridas en el proyecto. Ruta de la tubería En caso de instalaciones subterráneas, se debe asegurar que la ruta propuesta no coincida con la de otros servicios existentes (Gas, agua, teléfono, fibra óptica). 28 Dimensiones de obras civiles En caso de ser necesaria la ejecución de obras civiles, corresponde tomar medidas que permitan conocer la magnitud del trabajo a realizar. Servidumbre Es preciso verificar la ruta a seguir por las estructuras de B.T. y A.T. para de esta forma realizar la solicitud de servidumbre en caso de ser necesario. Reunión con el cliente Es esencial coordinar una cita con el cliente para verificar y aclarar todos los detalles de construcción del proyecto, así como para solicitar cualquier información adicional requerida para su mejor ejecución. 5.8 Algoritmos de diseño según el tipo de proyecto La elaboración de cada proyecto consta de una serie de etapas y a continuación se pretende establecer una metodología de cálculo (del tipo cronológica) que desemboque en una mejor comprensión de ellas. Los factores y tablas de demanda necesarios para el cálculo de cada tipo de proyecto son presentados en el anexo 2. 5.8.1 Servicios Provisionales Cálculo de la Demanda Se aplican factores de demanda conocidos a los equipos indicados en las tablas de carga del cliente. Los equipos que no tienen factor de demanda específico según el C.E.N, son catalogados como equipos varios. 29 Si el total de equipos varios suman 5 kVA o menos, se toma como factor de demanda 1. Cálculo de la protección El dispositivo de protección del suscriptor (DPS) siempre será un interruptor trifásico y su capacidad será calculada de la siguiente forma: Si la carga del motor mayor conectado es 10 kVA 𝐷𝑃𝑆 = [((𝑘𝑉𝐴 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 ∗ 1.5) + 𝐷𝐷1) ∗ 𝐹𝑑𝑐] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (10) En caso contrario 𝐷𝑃𝑆 = [((𝑘𝑉𝐴 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 ∗ 2) + 𝐷𝐷1) ∗ 𝐹𝑑𝑐] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (11) Donde: DD1 = Demanda diversificada del resto de los equipos (kVA) Para los servicios provisionales se acostumbra usar cajas equipadas (que contienen en su interior el interruptor principal y el dispositivo de medición respectivo), las cuales vienen en versiones de 50,100,250,425,500,800 y 1000 A para acometidas aéreas y 50,100,160 y 350 A para acometidas subterráneas; debido a la corta vida que presentan los servicios provisionales, su fácil instalación y retiro (solo deben conectarse o desconectarse la entrada y la salida de la caja a la acometida diseñada previamente) permite su uso en múltiples ocasiones. Dispositivo de medición Está incluido en la caja equipada, por lo que su dimensión está ligada a la capacidad calculada del dispositivo de protección. Cálculo de la acometida 𝐼= [𝐴1 + 𝐴2 ∗ 𝐹𝑐] ∗ 𝐹𝑑𝑐 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 30 (12) Donde: A1 = Demanda diversificada de equipos con factor de demanda conocido (kVA) A2 = Demanda diversificada de equipos varios (kVA) 5.8.2 Servicios residenciales individuales y multifamiliares Cálculo de la Demanda Es importante destacar que en los servicios residenciales existen dos maneras de calcular la demanda diversificada total, la primera de ellas permite estimar la demanda diversificada de una vivienda, mientras que con la otra se deduce la demanda diversificada de una urbanización o conjunto de viviendas. Ambos procedimientos son explicados detalladamente a continuación. a. Demanda diversificada de una vivienda Con la tabla de carga de la vivienda se calcula la corriente de acometida, de los métodos presentados a continuación se empleará aquel que concuerde con el caso estudiado. Método económico de demanda por carga total conectada: Válido cuando la corriente de acometida es mayor a 100 A, en cuyo caso aplica alguno de los siguientes casos: Sabiendo que 𝐵𝑂 = 𝐶𝑇𝐶 – 𝐵1 (13) Si Demanda Individual ≥ 10 kVA 𝐷𝐼𝐷 = 10 + 𝐵𝑂– 10 ∗ 0.4 + 𝐵1 ∗ 𝐹𝑑 (14) En caso contrario 𝐷𝐼𝐷 = 𝐵𝑂 + 𝐵1 ∗ 𝐹𝑑 31 (15) Donde: BO = Carga de equipos que no poseen factor de demanda (kVA) B1 = Carga de equipos con factor de demanda establecido por el C.E.N. (kVA) DID = Demanda individual diversificada (kVA) Método detallado de demanda por equipos: Si la corriente de acometida es menor a 100 A, para hallar la demanda total diversificada se utiliza la siguiente expresión: 𝐷𝐼𝐷 = 𝐶1 ∗ 𝐹𝑑 + 𝐶2 ∗ 0.7 + 𝐶3 ∗ 𝐹𝑑 (16) Donde: C1 = Carga por alumbrado y tomacorrientes (kVA) C2 = Carga de equipos que no poseen factor de demanda (kVA) C3 = Carga de equipos con factor de demanda establecido por el C.E.N. (kVA) DID = Demanda individual diversificada (kVA) Si el resultado obtenido de la demanda por equipos es menor al 70% de la demanda por carga total conectada, los cálculos deberán efectuarse con dicho método. b. Demanda diversificada de un conjunto de viviendas Cuando se trata de un conjunto residencial compuesto por varias viviendas (casas o apartamentos), la demanda total diversificada (sin incluir A/A) se obtiene discriminando las viviendas por categorías sociales, tomando en cuenta el área en m2 y la demanda individual diversificada (sin incluir A/A) según la tabla III. 32 Tabla III. Clase socioeconómica según la demanda. [1] Clase Socioeconómica Área (m2) Media baja Media Media alta Alta Extra alta 89 90 - 109 110 - 120 120 -180 > 180 Demanda por categoría (kVA) 3,6 6 7,5 9,6 15,5 Demanda Max. sin A.A. (kVA) 6 14 18 22 26 Método de la tabla de demanda por categoría: Una vez conocida la clase social y el número de viviendas, la demanda total diversificada se logra al ubicar el valor correspondiente en las tablas de demanda por categoría (tablas XXXVII, XXXVIII y XXXIX del Anexo 2). Si el valor obtenido en la demanda individual diversificada es mayor a 26 kVA, se aplicará el siguiente criterio: 𝐷𝑇𝐷 = 𝐷𝐼𝐷 ∗ 𝐷𝑇𝐷𝐶 26 (17) De manera separada se obtiene la demanda proveniente de los equipos de A/A 𝐷𝐷𝐴 = 0,94 ∗ 0,65 + 0,35 ∗ 𝐶𝑇𝐴 (18) # 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜𝑠 Donde: DID = Demanda individual diversificada (kVA) DTD = Demanda total diversificada (kVA) DTDC = Demanda según la tabla de demanda por categoría (kVA) DDA = Demanda diversificada de aires acondicionados (kVA) CTA = Carga de aires acondicionados (kVA) 33 Cálculo de la protección El dispositivo de protección del suscriptor (DPS) siempre será un interruptor y su capacidad será calculada de la siguiente forma: 𝐷𝑃𝑆 = 𝐷𝐼𝐷 ∗ 𝐹𝑐 ∗ 𝐹𝑑𝑐 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (19) El dispositivo de protección principal (DPC) será un seccionador-fusible (seccionador trifásico + 3 fusibles monofásicos) en aras de garantizar la continuidad del servicio y su capacidad se calculará siguiendo el siguiente criterio: 𝐷𝑃𝐶 = [𝐷𝑇𝐷𝐶 + 𝐷𝐷𝐴 ∗ 𝐹𝑐] ∗ 𝐹𝑑𝑐 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (20) Donde: DID = Demanda individual diversificada (kVA) DTDC = Demanda según la tabla de demanda por categoría (kVA) DDA = Demanda diversificada de aires acondicionados (kVA) Cálculo de la acometida 𝐼= [𝐷𝑇𝐷𝐶 + (𝐷𝐷𝐴 + 𝐷𝐷𝑆) ∗ 𝐹𝑐] ∗ 𝐹𝑑𝑐 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (21) Donde DTDC = Demanda según la tabla de demanda por categoría (kVA) DDA = Demanda diversificada de aires acondicionados (kVA) DDS = Demanda diversificada total del servicio general y servicio preferencial en condición de emergencia (kVA). 34 5.8.3 Servicios comerciales e industriales Cálculo de la demanda Se toma la tabla de carga proporcionada por el cliente y se le aplican los factores de diversidad respectivos, una vez hecho esto la demanda total diversificada se calcula de la siguiente manera 𝐷𝐷𝑇 = 𝐷𝐷 (22) Donde: DDT = Demanda diversificada total (kVA) DD = Demanda diversificada de cada equipo (kVA) En las tablas IV y V se pueden consultar factores típicos de demanda por área para comercios e industrias. Dichos factores solo deben ser examinados en forma de consulta y jamás serán tomados como parámetros de diseño. Tabla IV. Coeficientes kVA/m2 para servicios comerciales. [1] Tipo de local Oficinas Tiendas y comercios Restaurantes Iluminación y TC 0,06 Aire Acondicionado 0,04 0,07 0,06 0,04 0,15 Tabla V. Coeficientes kVA/m2 en servicios industriales. [1] Tipo de local Industrias Área total Estacionamiento (sin incluir estacionamiento) 0,1 0,01 Cálculo de la protección El dispositivo de protección del suscriptor (DPS) puede ser un interruptor o un seccionador – fusible y su capacidad se calcula de la siguiente forma. 35 𝐷𝑃𝑆 = (𝐷𝐷𝑇 − 𝐷𝐷𝑁𝐶 ∗ 𝐹𝑐 + 𝐷𝐷𝑁𝐶] ∗ 𝐹𝑑𝑐 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (23) Donde: DDT = Demanda diversificada total (kVA) DDNC = Demanda diversificada de aquellos equipos cuya carga no es continua (kVA) Cálculo de la acometida 𝐼= [𝐷𝐷𝑇 + 𝐷𝐷𝑆 ∗ 𝐹𝑐] ∗ 𝐹𝑑𝑐 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (24) Donde: DDT = demanda diversificada total (kVA) DDS = Demanda diversificada total del servicio general y servicio preferencial en condición de emergencia (kVA). 5.8.4 Servicios Generales (Residenciales, comerciales e industriales) Cálculo de la demanda Se diversifica la demanda a partir de la tabla de carga del cliente, es importante determinar el tipo de carga al cual se destina el servicio general (residencial, comercial o industrial) para poder hacer una correcta estimación de este. Cuando se trate de servicios residenciales, si estos cuentan con conserjería (se incluyen como un apartamento) y/o área social (se toman como un local comercial) se calcularán la demandas diversificadas concernientes y se incluirán en el computo de la demanda diversificada total del servicio general. 𝐷𝐷𝑆𝐺 = 𝐷𝐷𝑇 + 𝐷𝐷𝐶 + 𝐷𝐷𝐴𝑆 36 (25) Donde: DDSG = Demanda diversificada del servicio general (kVA) DDT = Demanda diversificada total (kVA) DDC = Demanda diversificada de la conserjería (kVA) DDAS = Demanda diversificada del área social (kVA) De manera similar a los servicios comerciales e industriales, en la tabla VI se pueden examinar algunos factores típicos de demanda por área para servicios generales según el tipo de local al cual este está destinado. Esta tabla debe ser tomada solo como fuente de consulta y no como criterio de diseño. Tabla VI. Coeficientes kVA/m2 para servicios generales. [1] Tipo de local Tienda o Comercio Área de Estacionamiento circulación 0,02 0,01 Área total (sin incluir estacionamiento) 0,01 Hospitales y Hoteles 0,02 0,01 0,002 Oficinas y Escuelas 0,01 0,01 0,02 Otros 0,02 0,01 0,02 Cálculo de la protección El dispositivo de protección del suscriptor (DPS) siempre será un interruptor trifásico y su capacidad se calcula de la siguiente manera. Si la carga del motor mayor conectado es 10 kVA 𝐷𝑃𝑆 = [((𝑘𝑉𝐴 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 ∗ 1.5) + 𝐷𝐷1) ∗ 1,05] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (26) En caso contrario, se evaluarán los resultados obtenidos por los 2 métodos presentados a continuación y se optará por aquel que ofrezca la peor condición. 𝐷𝑃𝑆 = [((𝑘𝑉𝐴 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 ∗ 2) + 𝐷𝐷1) ∗ 1,05] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 37 (27) 𝐷𝑃𝑆 = [𝐷𝐷𝐶 + 𝐷𝐷1 ∗ 𝐹𝑐] ∗ 𝐹𝑑𝑐] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (28) Donde: DD1 = Demanda diversificada del resto de los equipos (kVA) DDC = Demanda diversificada de la conserjería (kVA) Cálculo de la acometida 𝐼= [𝐷𝐷𝐶 + 𝐷𝐷1 ∗ 𝐹𝑐] ∗ 𝐹𝑑𝑐] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (29) Donde: DD1 = Demanda diversificada del resto de los equipos (kVA) DDC = Demanda diversificada de la conserjería (kVA) 5.8.5 Servicios Preferenciales A excepción de los equipos de detección de incendio, el grueso de los componentes de los servicios preferenciales operan solo en condición de emergencia; pero en determinados casos es común encontrarse con que el servicio preferencial desempeña la función del servicio general, por lo que para poder apreciar adecuadamente la demanda a satisfacer se hace necesario distinguir entre los equipos que operan en condiciones normales y aquellos que solo actúan ante una emergencia. Los equipos usados en condición normal generalmente son ascensores, bombas hidroneumáticas, equipos de detección de incendio, alumbrado, tomacorrientes, etc. Mientras que en caso de emergencia al funcionamiento de estos equipos se les debe agregar el de las bombas contra incendio, equipos de presurización, etc. 38 Cálculo de la demanda 𝐷𝐷𝑆𝑃 = 𝐷𝐷𝐸 (30) Donde: DDSP = Demanda diversificada del servicio preferencial (kVA) DDE = Demanda diversificada de los equipos en condición de emergencia (kVA) Cálculo de la protección El dispositivo de protección del suscriptor (DPS) siempre será un interruptor trifásico y su capacidad se calcula de la siguiente manera. Si la bomba contra incendios es 90 % de la C.T.C. del S/P 𝐷𝑃𝑆 = [ 𝑘𝑉𝐴 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ∗ 2.5 + (𝐷𝐷𝑆𝑃1 ∗ 1,05)] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (31) En caso contrario, se valorarán los dos métodos presentados a continuación y se seleccionará aquel que presente la peor condición. 𝐷𝑃𝑆 = [ 𝑘𝑉𝐴 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ∗ 2 + (𝐷𝐷𝑆𝑃1 ∗ 1,05)] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝐷𝑃𝑆 = [𝐷𝐷𝑆𝑃2 ∗ 𝐹𝑐 ∗ 𝐹𝑑𝑐] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (32) (33) Donde: DDSP1 = Demanda diversificada servicio preferencial sin bomba contra incendios (kVA) DDSP2 = Demanda diversificada servicio preferencial en condición de emergencia (kVA) Cálculo de la acometida 𝐼= 𝐷𝐷𝑆𝑃2 ∗ 𝐹𝑐 ∗ 𝐹𝑑𝑐 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 39 (34) 6. CONEXIONES DE LOS CONDUCTORES DE NEUTRO Y TIERRA EN SISTEMAS DE BAJA TENSION Un sistema de puesta a tierra, consiste en un camino de poca resistencia encargado de prevenir el surgimiento de grandes diferencias de potenciales entre la tierra del sistema y las partes conectadas a ella, además de permitir el flujo de corrientes de falla destinadas al accionamiento de los dispositivos de protección (disminuyendo así los riesgos a la integridad de personas y equipos). Estos usualmente están conformados por una o varias jabalinas metálicas conectadas a por lo menos un punto del circuito eléctrico y enterradas en un terreno de baja resistencia eléctrica; siendo su principal objetivo el proporcionar seguridad a personas, debido que al ofrecer una impedancia menor a la del cuerpo humano, cualquier corriente de fuga presente se derivará principalmente por ella. Las fallas de aislamiento en los equipos eléctricos originan que sus envolventes metálicas (las cuales usualmente están desenergizadas) adquieran un potencial respecto a la tierra local del sistema, desembocando en corrientes de fuga a tierra que pueden causar efectos como: Riesgos a la seguridad de personas y equipos Interrupción del servicio Interferencia con equipos y líneas de telecomunicaciones Una buena conexión a tierra, limita el alcance de dichos efectos y redunda en un buen funcionamiento de los equipos eléctricos y de protección, acrecentando la calidad del servicio eléctrico. La calidad de servicio involucra el suministro de energía con parámetros adecuados de corriente, voltaje y armónicos en un ambiente de alta confiabilidad y disponibilidad. 40 En la figura 2, se puede observar la conexión mas recomendada de los equipos a la toma de tierra del sistema. Figura 2. Conexión de las carcasas de los equipos a los electrodos de puesta a tierra. 6.1 Ventajas de la conexión a tierra de los sistemas eléctricos Se cuenta con una referencia de potencial robusta e invariable Conectando las carcasas de los equipos a tierra, se crea un camino de circulación para las corrientes de falla, lo cual favorece la sensibilidad y selectividad de los equipos de protección presentes en la instalación eléctrica. Protección de personas y equipos contra descargas atmosféricas. Reduce los niveles de interferencia (electromagnética y de radiofrecuencia) en los equipos electrónicos de alta sensibilidad (como los usados en telecomunicaciones). En la figuras 3 se observa el principal camino para la circulación de corrientes de fuga, en un sistema sin puesta a tierra y en otro aterrado. 41 Figura 3. Camino de circulación de las corrientes de falla. 6.2 Esquemas de conexión a tierra en los sistemas de baja tensión Existen variados esquemas de conexión, cada uno de los cuales cuenta con sus respectivas ventajas y desventajas. La elección de uno de ellos sobre otro viene dada por la aplicación en la cual se vaya a trabajar, en donde se debe buscar un equilibrio entre los aspectos de seguridad, continuidad de servicio y compatibilidad electromagnética requeridos. En donde la compatibilidad electromagnética implica la existencia de un ambiente con mínimas influencias externas (principalmente campos magnéticos y señales de ruido). Las diferentes configuraciones de conexión de los conductores de neutro y tierra, se denominan por medio de códigos de 2 a 4 letras, cuyo significado según su posición se explica en la tabla VII. 42 Tabla VII. Significado de los códigos encontrados en los esquemas de puesta a tierra. Posición Primera Letra T I T Segunda N Tercera y/o cuarta S C Significado Conexión a tierra de un punto de la fuente de alimentación Aislamiento de tierra de la fuente de alimentación, o conexión por medio de una alta impedancia Conexión del conductor de protección a una toma de tierra independiente Indica la conexión del conductor de protección a la toma de tierra de la fuente de alimentación Los conductores de neutro y de protección se encuentran aislados Las funciones de neutro y protección son desempeñadas por un único conductor. Los aspectos básicos de cada uno de los esquemas de conexión se resumen a continuación: 6.2.1 Sistema TN El neutro del circuito primario se encuentra conectado a tierra. Existe un vínculo entre la conexión a tierra de la fuente de alimentación y el conductor de protección del circuito secundario. Existen tres tipos de conexiones TN, entre las cuales se cuentan: TN-S El neutro del primario y el conductor de protección eléctrica (PE) del secundario son independientes y existe un vínculo entre ellos solo en la conexión a tierra de la fuente de alimentación. Requiere un cableado compuesto por 5 conductores. En la figura 4 se presenta una típica conexión TN-S. 43 Figura 4. Sistema TN-S TN-C Un solo circuito es el encargado de actuar como neutro y conductor de protección del sistema (PEN). Requiere un cableado compuesto por 4 conductores. Un típico esquema TN-C es presentado en la figura 5. Figura 5. Sistema TN-C 44 TN-C-S Representa un híbrido entre los esquemas TN-C y TN-S; de esta forma cuenta con un conductor que desempeña las funciones de neutro y de protección (esquema TN-C) desde la fuente de alimentación hasta el punto de entrada del suscriptor (generalmente en el modulo de medición), para posteriormente dirigirse hacia el interior de las instalaciones con circuitos individuales tanto para el neutro como para la protección a tierra (esquema TN-S). En la figura 6 se puede observar el esquema de conexión TN-C-S. Figura 6. Sistema TN-C-S 6.2.2 Sistema TT En el primario se procede a conectar a tierra el neutro del circuito. En el secundario se conectan las carcasas de los equipos a un conductor de protección (estableciendo entre ellos una conexión equipotencial), el cual se conecta a una toma de tierra independiente de la usada en la fuente de alimentación. El conductor de tierra y el neutro del sistema permanecen aislados a lo largo de toda la instalación. La conexión TT es representada a continuación en la figura 7. 45 Figura 7. Sistema TT. 6.2.3 Sistema IT La fuente de alimentación se encuentra aislada de tierra; además entre los conductores de fase y tierra debe existir una impedancia de muy alto valor (mayor a los 50 kΩ). Las carcasas de los equipos se conectan a una toma individual de tierra. Una conexión particular IT, en la cual el neutro se encuentra aislado de tierra sin la presencia de ningún dispositivo de monitoreo de impedancias, se muestra en la figura 8. Figura 8. Sistema IT sin conexión a tierra. 6.3 Características principales de los diversos esquemas de conexión a tierra A continuación se mencionarán las principales ventajas y desventajas de los esquemas de puesta a tierra antes mencionados. 46 6.3.1 Sistemas TN La conexión del conductor de protección a la tierra de la fuente de alimentación crea una conexión de baja impedancia entre ambos puntos, por lo que cualquier falla desembocará en corrientes lo suficientemente altas como para ser detectadas e interrumpidas por los equipos de protección existentes en el circuito. Ante descargas atmosféricas, la conexión mencionada en el punto anterior impide la formación de voltajes de paso que puedan comprometer la integridad de los usuarios (ya que actúa como camino de retorno para la corriente originada por la descarga). Los conductores de protección de varios suscriptores están conectados a la toma de tierra de la fuente de alimentación; lo cual asegura una mejor puesta a tierra para todo el conjunto, pero que de ocurrir una falla en alguno de ellos o en la red de media tensión, podría inducir corrientes por el neutro y voltajes de toque peligrosos en las instalaciones de los demás clientes. La longitud de la acometida es limitada; ya que se debe restringir la impedancia del circuito para reducir los voltajes de toque y mantener altas las magnitudes de las corrientes de falla (lo que significa una rápida desconexión del flujo eléctrico). Una posible solución para extender la longitud máxima del circuito, es instalar un conductor de protección independiente del neutro (que es el caso de lo esquemas TN-S y TN-C-S) o emplear fusibles con curvas de disparo más rápidas. TN-S El conductor de protección independiente permite extender la longitud máxima de la acometida. 47 La no conexión entre el conductor de protección y el neutro en ningún punto del circuito, evita la tanto la circulación de corrientes a través de él como la formación de lazos de tierra, propiciando así una alta compatibilidad electromagnética en el sistema. Se debe complementar la protección del circuito, con la instalación de dispositivos de protección de fuga a tierra (RCD). TN-C El hecho de que neutro y tierra estén presentes en el mismo conductor (conductor PEN), obliga al uso de esta conexión solo en sistemas con un mínimo desbalance (lo que implica poca corriente circulante por el neutro y por ende una pequeña caída de voltaje en el conductor) o en aquellos donde la instalación de un circuito adicional se dificulte. Para disminuir el riesgo causado por rotura o robo de neutro se emplean cables concéntricos (en los cuales el conductor PEN rodea el conductor de fase), buscando dificultar la posibilidad de rotura de neutro sin causar la rotura del conductor de fase (lo que interrumpiría el servicio eléctrico). Requiere de un elaborado diseño de puesta a tierra, en búsqueda de la máxima equipotencialidad posible. De esta forma se deben instalar múltiples conexiones a tierra a lo largo del circuito, lo cual contribuye a su vez a mitigar el peligro de rotura de neutro. Es impráctica la instalación de interruptores de protección de fuga a tierra, además no hay dispositivos que puedan detectar la rotura del conductor de neutro. Es usado frecuentemente por las compañías eléctricas y sistemas ferroviarios. TN-C-S Ahorra un conductor en el tramo entre la fuente de alimentación y el punto de suministro del cliente. 48 Reduce los riesgos ocasionados por rotura de neutro (al menos en el interior de las instalaciones del cliente). El tramo en el cual el conductor de protección es independiente al neutro, permite extender la longitud máxima de la acometida. La instalación de dispositivos de protección de fuga a tierra (RCD), es fundamental para obtener una mayor seguridad para personas y equipos. 6.3.2 Sistema TT Es la conexión más sencilla y fácil de desarrollar, además solo requiere 4 conductores. El aislamiento existente entre las tomas de tierra del cliente y la fuente de alimentación torna esencial la instalación de interruptores de detección de fallas a tierra (RCD) (los cuales pueden ser ajustados desde 5 hasta 500 mA dependiendo del grado de seguridad que se desee ofrecer), ya que la alta impedancia existente entre ambas tomas provoca que las corrientes de falla sean muy bajas y no puedan ser detectadas por los dispositivos de protección de sobrecorriente (por lo cual no es nada recomendable realizar esta conexión en clientes de alta demanda). Cuenta con una puesta a tierra única e independiente, a la cual se encuentra conectada el conductor de tierra del sistema (que a su vez está vinculado a todas las carcasas metálicas de los equipos). Requiere bajo mantenimiento, solo basta con chequear mensualmente el correcto funcionamiento de los RCD (pulsando el botón de reset). 49 6.3.3 Sistema IT El aislamiento de tierra en la fuente de alimentación (el cual se obtiene con la instalación de un transformador de aislamiento), avala la ocurrencia de una primera falla sin riesgo de seguridad alguno (solo fluyen corrientes capacitivas de valores casi despreciables), lo cual otorga confiabilidad y continuidad al servicio eléctrico. En caso de ocurrir una segunda falla de aislamiento (mientras todavía esta presente la primera), el sistema actuaria como si estuviera conectado a tierra, por lo que circularía una corriente de fuga capaz de activar las protecciones del circuito. Es usado comúnmente en aquellos sitios donde ocurren frecuentes fallas de aislamiento, o en aquellos donde la interrupción de la alimentación eléctrica puede acarrear graves consecuencias. El propósito del transformador de aislamiento es separar eléctricamente los circuitos primarios y secundarios, evitando cualquier interferencia externa sobre los equipos conectados a este. Un caso especial se presenta en aquellos lugares donde es necesaria la minimización de los riesgos a personas o equipos y el aislamiento de otros clientes conectados a la red de media tensión, además de la continuidad del servicio eléctrico (por ejemplo, las instalaciones medicas); entonces se conecta un monitor de aislamiento encargado de censar la alta impedancia existente entre los conductores de fase y tierra, y que desconecta el circuito (aún ante una primera falla de aislamiento) si esta llegase a representar un peligro a los usuarios (los pacientes en el caso de hospitales) o equipos. Es indispensable mantener lo mas alto posible la impedancia del sistema a tierra, para poder minimizar las corrientes de fuga. 50 6.4 Interruptores de protección de fuga a tierra Son dispositivo electromecánicos diseñados para detectar e interrumpir fallas de aislamiento en los equipos eléctricos, estos se conectan en serie con la alimentación en donde se encargarán de medir la corriente resultante en el circuito. En condiciones normales de operación dicha corriente debe ser prácticamente cero (ya que la corriente que entra por los conductores de fase debería retornar enteramente por el neutro), de no ser así se estaría en presencia de una falla de aislamiento, la cual provocaría la actuación del dispositivo interrumpiendo la alimentación del equipo para proteger a los usuarios contra posibles descargas eléctricas. En la figura 9 se exhibe la conexión de los interruptores de protección a tierra en un circuito trifásico; mientras en la figura 10 se puede observar su operación (en un equipo de conexión monofásica) en condiciones normales y ante la presencia de corrientes de fuga. Figura 9. Conexión del interruptor de protección de fuga a tierra. 51 Figura 10. Condiciones de operación del interruptor de protección de fuga a tierra. En aquellas aplicaciones en que lo primordial es resguardar la seguridad de los usuarios (dejando un poco de lado la continuidad del servicio) es usual que dichos dispositivos se ajusten a un umbral de disparo de 5 a 30 mA en un tiempo de 25 a 40 ms, evitando de esta manera aquellos niveles de corriente y el tiempo de exposición respectivo que resultan en alto riesgo de electrocución según las tablas VIII y IX (para ello se toma la resistencia equivalente del cuerpo humano en un valor aproximado a 1000 Ω, bajo condiciones normales de temperatura, humedad y presión). 52 Tabla VIII. Efectos de la corriente a través del cuerpo humano según su intensidad. [15] Corriente (mA) Efecto 1 Ligero temblor, sacudimiento de los músculos 2-4 Temblor de los nervios en los dedos 5-9 Ligera convulsión o contracción 10 - 19 Sensación desagradable, pero todavía es posible soltarse 20 - 29 Fuertes dolores en el brazo, ya no es posible soltarse voluntariamente 30 - 49 Manos paralizadas, el dolor es insoportable 50 - 99 Inicio del paro del aparato respiratorio > 100 Inicio de la fibrilación (peligro de muerte) Tabla IX. Intensidades de corriente y tiempos de exposición máximos permisibles. [14] Corriente (mA) 15 20 30 100 500 1000 Tiempo para fibrilación (s) 120 60 35 3 0,1 0,03 Los interruptores de protección de fuga a tierra pueden ser usados en cualquiera de los esquemas de puesta a tierra planteados influyendo positivamente en la seguridad del sistema, ya que logran complementar a los dispositivos de protección de sobrecorriente y/o cortocircuito (fusibles, termomagnéticos) presentes, los cuales en algunos casos debido a la escasa magnitud de las corrientes son incapaces de detectar fallas de aislamiento en los circuitos eléctricos. 53 6.5 Compatibilidad electromagnética La presencia de artefactos electrónicos en ambientes contaminados por campos electromagnéticos (generalmente causados por otros aparatos eléctricos o electrónicos operantes en el ambiente circundante), ocasiona efectos indeseados en estos, los cuales se manifiestan comúnmente por medio de señales de ruido y/o funcionamientos fuera de lo común. Como fuentes de interferencia electromagnética se pueden identificar: líneas de transmisión, rayos, motores eléctricos, antenas y líneas de telecomunicaciones, equipos electrónicos y de computación, etc. A continuación en la figura 11, se representa el efecto de las interferencias electromagnéticas sobre las señales de entrada de los equipos. Figura 11. Efectos de las interferencias electromagnéticas. Siendo posible minimizar su efecto, mediante la aplicación de medidas como: Instalación de un buen sistema de puesta a tierra Blindaje de los cables de alimentación de los equipos electrónicos Instalación de filtros capacitivos o inductivos La compatibilidad electromagnética consiste en el establecimiento de un ambiente basado en los siguientes principios: Su efectividad al aislar las influencias de radiaciones externas La emisión mínima de interferencias hacia otros equipos 54 Hay que tener en cuenta que es casi imposible aislar cualquier equipo de la influencia eléctrica presente en el ambiente circundante, pero sí se pueden tomar medidas para disminuir estos efectos; una de ellas y quizás la más práctica consiste en interconectar todos los equipos entre sí y a una única toma de tierra (en caso de dificultarse la aplicación de esta medida se debe procurar el mayor aislamiento posible entre las diferentes conexiones a tierra presentes), para limitar la formación de diferencias de potenciales entre los equipos que tengan una conexión común (por ejemplo redes de computadoras) y evitar así corrientes de fuga que puedan influir negativamente en el desempeño de los equipos. Otra solución consiste en conectar múltiples conexiones de tierra a lo largo del circuito, pero evitando siempre que equipos conectados entre si posean tomas diferentes de tierra, para así impedir la formación de lazos de tierra. En otras palabras, no se puede permitir la existencia de mas de un camino de tierra para artefactos conectados entre si, ya que las señales deben ir a un punto común y permanecer aisladas de las demás en su entorno. 6.6 Sistema de puesta a tierra usado en Venezuela El C.E.N. establece en la sección 250 “Puesta a tierra” que la tierra no debe emplearse como el único conductor de puesta a tierra de equipos o como el camino efectivo de corriente de falla a tierra. Por lo cual debe establecerse un circuito permanente de baja impedancia capaz de conducir las corrientes de falla a tierra desde cualquier parte del circuito eléctrico hasta la fuente de alimentación. De esta forma el esquema de conexión empleado en nuestro país es el TN-S; a diferencia de lugares como Europa en donde se emplea comúnmente el esquema TT, en el cual se procede a conectar el conductor de protección a las tuberías metálicas de agua (las cuales desempeñan el 55 papel de electrodos de tierra). Pero semejante práctica ha perdido empuje recientemente motivadas a la progresiva sustitución de estas por tuberías nuevas hechas en PVC, resultando en una migración generalizada hacia esquemas del tipo TN. 6.7 Evaluación de los diversos esquemas A continuación se evaluará de forma sencilla y práctica el desempeño de los esquemas de conexión antes estudiados frente a las contingencias encontradas con mayor frecuencia en los sistemas eléctricos y de ser posible se establecerá la conexión más favorable para cada aplicación. 6.7.1 Contactos indirectos Aún con la presencia de una conexión a tierra de las partes metálicas externas de los equipos y sabiendo que cualquier corriente de fuga circulará principalmente por dicho camino, existen riesgos de electrocución para los usuarios debido a que una intensidad de corriente será descargada a tierra a través de su cuerpo (principio del divisor de corriente). En la figura 12 se puede observar el grave riesgo de seguridad, que puede representar el contacto indirecto con un equipo cuya carcasa este energizada. Figura 12. Contacto indirecto con equipo con falla de aislamiento 56 Todos los esquemas ofrecen protección contra posibles electrocuciones; si bien en los tipos TN al ocurrir una falla de aislamiento el flujo eléctrico se interrumpe mediante la apertura de los equipos de protección de sobrecorriente, (debido a que cualquier falla de aislamiento originada provoca corrientes de una magnitud suficiente como para que el equipo pueda detectarlas), lo contrario ocurre en el esquema TT donde generalmente las corrientes de fuga a tierra son de baja magnitud (pero aun así peligrosas para el ser humano) por lo que se deben instalar dispositivos de protección adicionales (como los interruptores de falla a tierra) que puedan detectar e interrumpir el servicio eléctrico. A priori el sistema TT de puesta a tierra permite obtener mayores niveles de seguridad, pero la instalación adicional de interruptores diferenciales en los esquemas TN-S y TN-C-S brindarían niveles de seguridad similares, con una mayor calidad de servicio (ya que se contaría con un único sistema de puesta a tierra para toda la instalación). Además los esquemas tipo TN proporcionan mayores índices de seguridad en zonas húmedas, donde la presencia de personas o materiales inflamables sería crítica ante una falla de aislamiento a tierra. 6.7.2 Compatibilidad electromagnética Si se desea una señal libre de ruido e interferencias las opciones a estudiar son el sistema TN-S y TT, ambos poseen un nivel bajo de ruido y la independencia entre el neutro y el conductor de protección evita la aparición de voltajes inducidos producto de corrientes de retorno o impedancias vistas por los conductores. 57 El TT es ampliamente recomendado para una conexión de alta fidelidad, ya que al poseer una conexión autónoma a tierra, el conductor de protección no esta expuesto a la continua circulación de corrientes propias o inducidas por otros consumidores. Mientras que en el TN-S de instalarse múltiples conexiones de tierra de manera adecuada, debido a la existencia de una conexión a tierra global (en la cual se interconectan diferentes tomas de tierra en la red de baja tensión) se reducen los voltajes inducidos en los terminales de entrada de los equipos y las corrientes de fuga son compartidas por los conductores y electrodos de tierra presentes en la instalación, reduciendo el calentamiento y la interferencia en los equipos ante la presencia de una falla. En las figuras 13 y 14 se pueden observar las conexiones recomendadas y no recomendadas de las carcasas metálicas a tierra, para evitar la formación de los perjudiciales lazos de tierra. Figura 13. Conexión equipotencial a tierra (recomendada). Figura 14. Conexión independiente a tierra (no recomendada). 58 6.7.3 Descargas atmosféricas El mayor problema causado por las descargas atmosféricas viene dado en el aspecto de seguridad a personas o equipos, ya que además del peligro que representa un impacto directo, estas pueden originar voltajes de paso peligrosos para los seres vivientes y la circulación de grandes corrientes por los conductores de protección de los equipos. En los sistemas TN al estar interconectadas las instalaciones de baja y media tensión, se cuenta con un camino de baja impedancia por el cual circulan las corrientes originadas por sobretensiones, lo inverso ocurre en el esquema TT el cual representa la conexión más desfavorable contra este tipo de eventos, ya que la alta impedancia existente entre ambas tomas de tierra puede generar voltajes de paso peligrosos para los usuarios. 6.7.4 Confiabilidad En el apartado de la confiabilidad y continuidad del servicio eléctrico las ventajas apuntan hacia el esquema IT; el aislamiento de tierra presente en esta conexión ampara una primera falla de aislamiento, tras la cual si bien surgen ciertas sobretensiones y corrientes de fuga (principalmente capacitivas), el riesgo de choque eléctrico es prácticamente nulo; pero de ocurrir una segunda falla (siempre y cuando se mantenga la primera), sí se presentarían altas corrientes (y por consecuente riesgos a la seguridad de los usuarios), por lo que se interrumpiría el servicio eléctrico. Esta clase de conexiones es necesaria en aquellos locales en los cuales acontezcan continuamente fallas de aislamiento o donde la interrupción del servicio eléctrico represente graves pérdidas de producción o atente contra la seguridad de las personas. 59 En las figuras 15, 16, 17 y 18 se analizan los efectos de una primera y segunda falla de aislamiento en un esquema IT. Figura 15. Conexión IT ante primera falla de aislamiento. Figura 16. Conexión IT ante segunda falla de aislamiento. Figura 17. Análisis en redes de secuencia de la primera falla de aislamiento 60 Figura 18. Análisis en redes de secuencia de la segunda falla de aislamiento Los demás esquemas estudiados (tanto TN, como TT) no ofrecen continuidad del servicio ante fallas de aislamiento; y de llegar a ser así, se debería sin duda a una falla en los equipos de protección respectivos, en cuyo caso se estaría en presencia de un grave riesgo de seguridad. 6.8 Recomendaciones El principal punto a destacar es la importancia que representa el hecho de que los conductores de neutro y tierra estén separados, si bien dicha configuración implica una mayor complejidad y costo, las ventajas que ofrece compensan en gran medida dichos inconvenientes. Un sistema eléctrico con conductores independientes de neutro y tierra presenta los siguientes beneficios: En caso de rotura o robo del conductor de neutro Se distinguen dos condiciones, en la primera se estudiara el efecto sobre usuarios monofásicos y posteriormente sobre usuarios alimentados trifásicamente. Usuarios monofásicos: Los equipo dejan de trabajar (al no estar el neutro no se puede cerrar el circuito) pero no existe ningún peligro para la seguridad de personas o equipos. Si el circuito no contara con conductor de tierra o este estuviera unido al conductor de neutro, se presentaría un grave problema de 61 seguridad, ya que además de dejar de funcionar el equipo, existe una alta posibilidad de que su carcasa (siempre y cuando este hecha de un material conductor) se energice con el voltaje proveniente del conductor de fase resultando en peligrosos voltajes de toque para los usuarios. Usuarios trifásicos: En un sistema balanceado los equipos continúan funcionando y no se presenta ningún riesgo a la seguridad de personas; pero de hallarse un desbalance en el sistema, este podría ocasionar fuertes daños a los equipos, motivado a la falta de un camino de retorno para las corrientes de desbalance. En caso de rotura o robo del conductor de tierra El equipo funcionaría correctamente y en condiciones normales de operación no habría ningún peligro, pero motivado a la pérdida de la conexión a tierra del circuito de ocurrir alguna falla quedaría expuesta la seguridad de la instalación. En caso de fallas Ante la ocurrencia de fallas del tipo fase-neutro o fase-tierra, se presentan corrientes lo suficientemente altas como para que sean detectadas e interrumpidas por los dispositivos de protección presentes en el sistema. Mientras que las fallas neutro-tierra, originarían interferencias en los equipos electrónicos de alta sensibilidad (debido a la circulación de corrientes por el neutro) y de haber algún dispositivo de protección a tierra este se dispararía interrumpiendo el servicio; pero en si la falla no implicaría ningún peligro para los usuarios, puesto que el sistema se comportaría como si ambas funciones estuvieran integradas en el mismo conductor. 62 Reducción de las diferencias de tensión entre las salidas a tierra de los equipos Si bien idealmente, en condiciones normales, no existe circulación de corriente por los conductores de tierra, la formación de capacitancias entre conductores muy cercanos origina pequeñas corrientes de fuga a través de los conductores, que causan diferencias de voltaje mínimas entre las salidas a tierra de los equipos, las cuales redundan en problemas de ruido e interferencias en los equipos electrónicos. Problema que se magnificaría de estar unidos ambos conductores, ya que la continua circulación de corrientes a través del neutro, multiplicaría la dimensión de dichos inconvenientes. Otro punto destacable, es la importancia de poseer una sola toma de tierra en el interior de las instalaciones (bien sea unida o separada de la fuente de alimentación). En otro orden de ideas, la realización de híbridos entre los esquemas estudiados de conexión de los conductores de neutro y tierra, permitiría compensar las desventajas de un esquema con las ventajas de otro de ellos; optimizando de esta forma la puesta a tierra de las instalaciones, en aras de lograr una mayor seguridad a usuarios y correcta operación de los equipos. Estas se realizan principalmente entre conexiones tipo TN y TT, ya que al interconectar las tomas de tierra de varios clientes disminuye la probabilidad de que uno de ellos no tenga una adecuada conexión a tierra (lo cual se presenta a menudo en el esquema TT, debido a que la conexión a tierra corre bajo entera responsabilidad del cliente). 63 6.8.1 Instalaciones Residenciales En este tipo de instalaciones es primordial garantizar la seguridad a los usuarios, y para ello se requiere limitar e interrumpir cualquier corriente que pueda representar un grave riesgo a su integridad física; de igual manera se debe avalar la continuidad de servicio y compatibilidad electromagnética necesaria para el correcto funcionamiento de los equipos, pero dichos aspectos en cierta medida son subestimados en esta clase de establecimientos. Los esquemas más recomendados son los TN-S, TN-C-S y TT, predominando el TN-C-S debido a la dificultad encontrada a veces en la instalación de la toma a tierra independiente del TT, y el ahorro de un conductor entre la fuente de alimentación y el punto de suministro del cliente. 6.8.2 Instalaciones de Telecomunicaciones Si bien la principal función de un sistema de puesta a tierra es proveer seguridad a los usuarios, no se debe obviar su objetivo secundario, el cual consiste en proporcionar un ambiente de alta compatibilidad electromagnética que asegure el buen desempeño de los equipos electrónicos más sensibles. Instalaciones de telecomunicaciones u otras similares en las cuales sea necesario un ambiente libre de interferencias y señales de ruido, ameritan que en la selección e instalación del sistema de puesta a tierra, se tomen en cuenta las desavenencias existentes entre la seguridad y la compatibilidad electromagnética para poder obtener un balance entre ambos aspectos. El conectar los equipos a una toma de tierra independiente de la fuente de alimentación (tal como el esquema TT) evita la inducción de corrientes en el conductor de tierra, además de proveer el camino de circulación de corrientes a tierra más corto posible. 64 Mientras que el conectar los equipos entre si y a una única toma de tierra (esquema TN-S) reduce la inducción de voltajes en los equipos, además de disminuir el efecto de las corrientes de fuga en el sistema, que originan indeseadas señales de ruido en los equipos. Si bien, ambos esquemas ofrecen grandes ventajas, la robustez de la conexión a tierra del esquema TN-S (debido a la interconexión entre variados clientes de la red de baja tensión), favorece usualmente su práctica en este tipo de instalaciones. 6.8.3 Instalaciones médicas Un caso particular en el que se emplea una conexión IT, viene dado en los hospitales y clínicas; donde si bien la continuidad del servicio es fundamental, el estado físico de los pacientes hace necesaria la actuación de los dispositivos de protección ante cualquier corriente de fuga o sobretensión existente. De este modo, en la alimentación del servicio (la cual es exclusiva, para evitar cualquier tipo de interferencias) se conecta un monitor de impedancias, dispositivo que ante la circulación de corrientes de fuga evalúa la caída de voltaje en sus bornes (la impedancia vista entre los conductores de fase y neutro debe mantenerse en un valor mayor de 50 kΩ, para asegurar la seguridad de los usuarios) y de ser mayor a la permitida emite una señal de alarma visual y sonora que alerta al personal medico sobre la anormalidad ocurrida. Cabe destacar que la delicada condición física de los pacientes (además de disminuir la resistencia equivalente de su cuerpo llevándola incluso a valores menores a los 1000 Ω), hace que muchas veces este no pueda responder adecuadamente ante eventos riesgosos; y es por ello es que se establece un umbral para las corrientes de fuga hasta de 1 mA (el cual no representaría gran peligro para personas en condiciones normales). 65 6.9 Consideraciones finales Es necesario resaltar que la rotura de conductores en instalaciones subterráneas es poco frecuente (comparadas con la tasa de ocurrencias en instalaciones aéreas), pero aun así el grave peligro que este puede representar, ha llevado a la escasa práctica (y prohibición en algunos casos) del esquema TN-C (en el cual se fusionan el conductor de neutro y de protección). Todo esto llevó al desarrollo de una alternativa para aprovechar las ventajas de tener un conductor menos, surgiendo así el esquema TN-C-S, que actualmente es muy utilizado y uno de los más recomendados en los sistemas de baja tensión. El esquema TN-C permite el ahorro de un conductor, pero para mitigar el grave riesgo que puede ocasionar la rotura del neutro precisa de cables especiales y múltiples conexiones a tierra, mientras que los demás sistemas TN no requieren de una puesta a tierra tan elaborada y permiten conectar varias consumidores a la toma de tierra de la fuente de alimentación. La conexión IT solo requiere de 4 conductores, pero de existir la conexión a tierra a través de una alta impedancia esta debe ser continuamente monitoreada, y por último la conexión TT obliga a construir una toma de tierra individual para cada consumidor, además de requerir la instalación de interruptores de fuga a tierra en los equipos en donde sea necesario. Si bien cada esquema implica una fuerte inversión, lo importante es no realizar una selección basada meramente en el aspecto económico, hay que tener siempre en cuenta que la vida humana es el principal valor a proteger, por lo que la seguridad debe imperar sobre todas las demás variables a la hora de escoger, diseñar e instalar cualquier sistema de puesta a tierra. Finalmente, es indispensable conocer que los riesgos nunca podrán ser eliminados completamente, por lo que siempre habrán situaciones inesperadas que conlleven cierto peligro, pero que con un buen criterio y sentido de responsabilidad, se pueden reducir significativamente. 66 7. CÁLCULO Y DISEÑO DE LOS PROYECTOS REALIZADOS En el desarrollo de las actividades de pasantía se atendieron seis solicitudes de proyectos, de las cuales cuatro eran destinadas a clientes residenciales y dos a clientes comerciales. En cuanto al tipo de servicio requerido, estos estaban constituidos por: Un servicio provisional (dirigido a la construcción de viviendas) Un parcelamiento Un aumento de carga Dos servicios nuevos residenciales Un servicio nuevo comercial Los proyectos encomendados requerían en su totalidad servicios trifásicos de cuatro hilos y resultaron alimentados por una tensión primaria tanto de 8,3 kV como de 12,47 kV. La demanda diversificada de estos, se extiende desde 63 kVA hasta 400 kVA y el tiempo estipulado para su elaboración comprendía desde 5 días hábiles (servicios provisionales) hasta 20 días hábiles (servicios nuevos residenciales mayores a 60 medidores). En cuanto a la dificultad hallada, los servicios provisionales son en cierta manera los proyectos más accesibles, encontrándose luego los aumentos de carga, servicios nuevos y por último los parcelamientos. Una excepción a esta categorización se puede observar en este trabajo, en donde la reducida dimensión del parcelamiento hizo que los diseños de los servicios nuevos asomaran una mayor complejidad. A continuación se expondrán de una manera detallada y en forma de algoritmo, los seis proyectos de distribución realizados y en el anexo 5 se presentarán los planos resultantes. 67 7.1 Aumento de Carga Los aumentos de cargas se ejecutan cuando un suscriptor desea redimensionar su acometida para cubrir de forma eficiente y segura con los requerimientos de su demanda actual o futura. 7.1.1 Pizzería Luna de Oro En este caso se obtuvo una solicitud de parte de un cliente identificado como “Inversiones Jean Michelle” en la cual demandaban la ampliación de su acometida actual de 74 kVA hacia una de 145 kVA, para así satisfacer el aumento de demanda generado por la ampliación de un local ubicado en la Av. Principal de Los Ruices en el Municipio Sucre del Edo. Miranda. La remodelación del local (al cual se le incluyo un segundo piso) origino el aumento de la demanda del suscriptor y frecuentes interrupciones del servicio causadas por la imposibilidad de abastecer tal demanda por medio de la actual acometida. Cálculo de la demanda diversificada En la tabla X presentada a continuación se observa la tabla de carga levantada por personal de la E.de C. una vez aplicados los factores de diversidad respectivos. Tabla X. Demanda diversificada del local comercial. Cantidad 12 1 1 1 1 Equipo Carga Total Factor de diversidad Dem. Div. Alumbrado 9,5 kVA 1 9,5 kVA Tomacorrientes 36 kVA 0,6 21,6 kVA A/A 80 kVA 0,94*(0,65+0,35/12) 51,07 kVA Hidroneumáticos 3 kVA 0,65 1,95 kVA Extractores 3 kVA 1 3 kVA Freidora 10 kVA 1 10 kVA Montacarga 3 kVA 1 3 kVA Dem. Div. Total 100,12 kVA 68 Entonces, se tiene que: 𝐷𝐷𝑇 = 100,12 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷𝑇 (𝐴𝑚𝑝) = 100,12 𝑘𝑉𝐴 = 278,11 𝐴 0,36 𝑘𝑉 El servicio a reemplazar (donde se realiza el aumento de carga) posee una D.A.C. de 37 kVA por lo que el aumento de carga real seria de aproximadamente 63 kVA. Cálculo del interruptor del cliente 𝐷𝑃𝑆 = 100,12 𝑘𝑉𝐴 ∗ 1,25 ∗ 1,1 = 382,40 𝐴 0,36 𝑘𝑉 De esta forma el equipo de protección a emplear es un seccionador-fusible y su capacidad según la tabla XXV del anexo 1 debe ser 3[400/400] A. Cálculo del medidor El medidor a utilizar es uno de medición indirecta compuesto por 3 transformadores monofásicos de relación de transformación 400/5 A. Levantamiento de obras civiles y eléctricas Además del servicio en el que se va a realizar el aumento de carga, existen 2 medidores adicionales incorporados al mismo cliente, estos poseen una carga de 8 kVA y 28 kVA respectivamente que unidas a los 100 kVA antes mencionados resultan en una demanda conjunta de 136 kVA para la acometida principal del cliente. Se encontró que la carga en estudio esta alimentada por un transformador de 500 kVA cargado al 22% (según medición de carga solicitada), este tiene asociada una flauta de 7 bocas de las cuales 6 están ocupadas (la séptima se deja libre en caso de ser necesaria el acoplamiento de una nueva flauta). Una de estas salidas la constituye la acometida del cliente, que consta de 1 circuito 400 MCM de aproximadamente 93 m de longitud. 69 Cálculo del tipo de conductor y el número de circuitos La tabla XL del anexo 3 indica que para un factor de carga de 75% (servicio comercial), un conductor 400 MCM posee una capacidad de 109 kVA, por lo que se hace necesario agregar nuevos circuitos para suplir los requerimientos actuales de energía (para ello se debe acoplar una nueva flauta al transformador debido a que este no cuenta con salidas disponibles), estos se correrán en paralelo hasta satisfacer la demanda con criterios de ampacidad y caída de voltaje. Criterio de ampacidad # 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 400 𝑀𝐶𝑀 = 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝐷𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝐴𝑚𝑝 377,78 𝐴 = ≈2 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 (𝐴𝑚𝑝) ∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑎𝑑𝑎 323 𝐴 ∗ 0,8 Criterio de caída de voltaje %𝑉 = 2,5 ∗ 𝑑 ∗ 𝑙 2,5 ∗ 136 ∗ 93 = = 2,94% 𝐶 ∗ #𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 5381 ∗ 2 Como la caída de voltaje se excede del 2,5% máximo permitido, entonces se agrega un nuevo circuito. Y se calcula la nueva caída de voltaje %𝑉 = 2,5 ∗ 𝑑 ∗ 𝑙 2,5 ∗ 136 ∗ 93 = = 1,96% 𝐶 ∗ #𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 5381 ∗ 3 De esta forma es necesario correr dos nuevos circuitos 400 MCM para cumplir satisfactoriamente con la demanda del cliente. 7.2 Parcelamiento A diferencia de un servicio nuevo, en donde se lleva a cabo un plan para alimentar determinado suscriptor, los parcelamientos consisten en el desarrollo de un proyecto destinado a servir diversos usuarios pertenecientes a cierta área de consumo. 70 En los parcelamientos se deben seleccionar los circuitos de distribución primaria y secundaria, así como los equipos de protección y seccionamiento necesarios; en muchas ocasiones corresponde incluso seleccionar los transformadores y diseñar el alumbrado público de la zona. En estos casos es importante que el cliente consigne información como: Número de parcelas Área de c/u de ellas Tipo de construcción a ejecutar en las parcelas y su demanda estimada El departamento de planificación de distribución de la empresa se encargará de la elección de los circuitos de alta tensión a utilizar, mediante la evaluación de la capacidad disponible en las subestaciones aledañas. 7.2.1 Conjunto Residencial Terra Viva Fue recibida una solicitud proveniente de un cliente identificado como “Promotora 150405” en la que se procura el servicio eléctrico a un conjunto residencial ubicado en el parcelamiento “Urbanización Mirador Los Campitos” en el Edo. Miranda. Cálculo de la demanda diversificada La carga solicitada por el cliente es de 409 kVA, y esta destinada a las siguientes instalaciones: 5 quintas tipo A de 220 m2 5 quintas tipo B de 260m2 1 S/G En las tablas XI, XII y XIII presentadas a continuación, se presentan las demandas diversificadas de los diferentes servicios. 71 Tabla XI. Demanda diversificada de las quintas tipo A. Cantidad Carga Total Equipo Iluminación y t/c 16 kVA 12 3 1 4 1 A/A Cocinas Secadora Calentadores Hidroneumáticos 25 kVA 16 kVA 5 kVA 6,5 kVA 2,5 kVA Factor de diversidad Dem. Div. 1 (Los primeros 3 kVA) 7,55 kVA 0,35 (Los siguientes hasta 120 kVA) 0,94*(0,65+0,35/12) 15,96 kVA 0,55 8,8 kVA 1 5 kVA 1 6,5 kVA 0,65 1,63 kVA Dem. Div. Total 45,44 kVA Tabla XII. Demanda diversificada de las quintas tipo B. Cantidad Carga Total Equipo Dem. Div. 1 (Los primeros 3 kVA) 7,9 kVA 0,35 (Los siguientes hasta 120 kVA) A/A 27,5 kVA 0,94*(0,65+0,35/13) 17,5 kVA Cocinas 16 kVA 0,55 8,8 kVA Secadoras 10 kVA 1 10 kVA Calentadores 6,5 kVA 1 6,5 kVA Hidroneumáticos 2,5 kVA 0,65 1,63 kVA 52,33 Dem. Div. Total kVA Iluminación y t/c 13 3 2 4 1 Factor de diversidad 17 kVA Tabla XIII. Demanda diversificada del Servicio General. Equipo Carga Total Iluminación y t/c 5 kVA Factor de diversidad 1 (Los primeros 3 kVA) 0,35 (Los siguientes hasta 120 kVA) Dem. Div. Total 72 Dem. Div. 3,7 kVA 3,7 kVA Como la demanda individual diversificada de ambos tipos de quintas es mayor a 26 kVA, no entran en la clasificación por clase socioeconómica de la tabla I, y por ende no se puede ubicar la demanda del conjunto en la tabla XXXVI de demanda de apartamentos por categoría. De esta forma se debe reformular su cálculo tal como fue presentado en el capitulo 5 en la sección de servicios residenciales. 𝐷𝐼𝐷 ∗ 𝐷𝑇𝐷𝐶 26 𝐷𝑇𝐷 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜 = Donde según la tabla de demanda de apartamentos por categoría encontrada en el anexo 2 10 apartamentos clase extra alta 48,98 kVA Entonces 𝐷𝐷 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜 = 32 𝑘𝑉𝐴 ∗ 48,98 𝑘𝑉𝐴 = 60,28 𝑘𝑉𝐴 26 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷𝐴 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜 = 0,94 ∗ 0,65 + 0,35 125 ∗ 262,5 𝑘𝑉𝐴 = 161,08 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 = 𝐷𝐷𝑆𝐺 + 𝐷𝐷 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜 + 𝐷𝐷𝐴 ∗ 1,1 𝐷𝐷 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 = 3,7 𝑘𝑉𝐴 + 60,28 𝑘𝑉𝐴 + 161,08 𝑘𝑉𝐴 ∗ 1,1 = 248 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 (𝐴𝑚𝑝) = 248 𝑘𝑉𝐴 = 688,89 A 0,36 𝑘𝑉 Cálculo del interruptor principal La distribución de los servicios en los módulos de medición arrojo el siguiente resultado: Módulo 1 4 quintas tipo B Módulo 2 2 quintas tipo A + S/G Módulo 3 3 quintas tipo A + 1 quinta tipo B 73 Módulo 1 4 apartamentos clase extra alta 26,66 kVA 𝐷𝐷𝐴 = 0,94 ∗ 0,65 + 𝐷𝑇𝐷1 = 0,35 52 ∗ 110 𝑘𝑉𝐴 = 67,91 𝑘𝑉𝐴 34,83 𝑘𝑉𝐴 ∗ 26,66 𝑘𝑉𝐴 = 35,71 𝑘𝑉𝐴 26 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 1 = (67,91 𝑘𝑉𝐴 + 35,71 𝑘𝑉𝐴) ∗ 1,1 = 113,98 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝑃𝑀 = 113,98 𝑘𝑉𝐴 = 316,61 𝐴 0,36 𝑘𝑉 Módulo 2 2 apartamentos clase extra alta 19,22 kVA 0,35 24 𝐷𝐷𝐴 = 0,94 ∗ 0,65 + 𝐷𝑇𝐷2 = ∗ 50 𝑘𝑉𝐴 = 31,23 𝑘𝑉𝐴 29,48 𝑘𝑉𝐴 ∗ 19,22 𝑘𝑉𝐴 = 21,79 𝑘𝑉𝐴 26 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 2 = (31,23 𝑘𝑉𝐴 + 21,79 𝑘𝑉𝐴) ∗ 1,1 = 58,32 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝑃𝑀 = 58,32 𝑘𝑉𝐴 = 162 𝐴 0,36 𝑘𝑉 Módulo 3 4 apartamentos clase extra alta 26,66 kVA 𝐷𝐷𝐴 = 0,94 ∗ 0,65 + 𝐷𝑇𝐷3 = 0,35 49 ∗ 102,5 𝑘𝑉𝐴 = 63,31 𝑘𝑉𝐴 34,83 𝑘𝑉𝐴 ∗ 26,66 𝑘𝑉𝐴 = 35,71 𝑘𝑉𝐴 26 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 3 = (63,31 𝑘𝑉𝐴 + 35,71 𝑘𝑉𝐴) ∗ 1,1 = 108,92 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝑃𝑀 = 108,92 𝑘𝑉𝐴 = 302,55 𝐴 0,36 𝑘𝑉 74 Por lo que los dispositivos de protección a instalar en cada uno de los módulos serán del tipo seccionador-fusible con capacidades de 3[250/200] A (módulo 2) y 3[400/400] A (módulos 1 y 3). Cálculo de la protección del cliente 𝐷𝑃𝐶 = 𝐷𝐼𝐷 ∗ 𝐹𝑐 ∗ 𝐹𝑑𝑐 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 Quintas tipo A 𝐷𝑃𝐶 = 45,44 𝑘𝑉𝐴 ∗ 1 ∗ 1,1 = 138,84 𝐴 0,36 𝑘𝑉 𝐷𝑃𝐶 = 52,33 𝑘𝑉𝐴 ∗ 1 ∗ 1,1 = 159,89 𝐴 0,36 𝑘𝑉 Quintas tipo B Servicio General 𝐷𝑃𝐶 = 3,7 𝑘𝑉𝐴 ∗ 1 ∗ 1,1 = 11,31 𝐴 0,36 𝑘𝑉 Los dispositivos de protección individual serán interruptores y sus capacidades serán 3P.150 A (quintas tipo A), 3P.175 A (quintas tipo B) y 3P.100 A (S/G). Cálculo del medidor Tanto las quintas tipo A como las tipo B, serán dotadas de un equipo de medida indirecta trifásico de 200 A, compuesto por 3 transformadores monofásicos de relación de transformación 200/5 A. El servicio general (el cual esta constituido por una conserjería) contara con un equipo de medición trifásico de 40 A. 75 Levantamiento de obras civiles y eléctricas La demanda diversificada total del proyecto es de 248 kVA, en el parcelamiento se estimó un transformador tipo pedestal de 500 kVA (el cual se encuentra existente) para alimentar 3 parcelas, las 2 restantes no han sido aún proyectadas pero su carga fue estimada en unos 300 kVA, este tipo de transformadores se puede sobrecargar de manera segura hasta un 10%, por lo que no existiría ningún inconveniente en cuanto al uso de dicho equipo. La acometida en baja tensión desde el transformador hasta una tanquilla frente a la parcela del cliente existe y consta de 2 circuitos 400 MCM. En el lugar se encuentra en funcionamiento el servicio provisional de construcción, el cual debe ser retirado para proceder a instalar el servicio definitivo. Cálculo del tipo de conductor y el número de circuitos Criterio de ampacidad # 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 400 𝑀𝐶𝑀 = 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝐷𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝐴𝑚𝑝 688,89 𝐴 = ≈3 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 (𝐴𝑚𝑝) ∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑎𝑑𝑎 323 𝐴 ∗ 0,8 Criterio de caída de voltaje %𝑉 = 2,5 ∗ 𝑑 ∗ 𝑙 2,5 ∗ 248 ∗ 48 = = 1,84% 𝐶 ∗ #𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 5381 ∗ 3 De esta manera se debe correr un nuevo circuito 400 MCM para poder satisfacer la demanda solicitada. 76 7.3 Servicios Nuevos Al proyectar un servicio nuevo es preciso especificar y diseñar los equipos e instalaciones eléctricas necesarias para suplir de energía a la zona en estudio. El primer paso consiste en determinar cuál será el uso de la energía (residencial, comercial o industrial), para de esta manera poder hacer una correcta estimación de la demanda real de la instalación por medio de los criterios de diversificación de cargas establecidos en el C.E.N. y que fueron descritos anteriormente en el capitulo 3. Posteriormente se debe determinar la subestación y el circuito de media tensión con el cual se pretende alimentar al nuevo cliente (lo cual debe ser consultado con el departamento de planificación de distribución de la empresa, el cual debe aprobar dicha solicitud o plantear otra alternativa de conexión), y hacer el levantamiento de las obras eléctricas y civiles existentes en sitio, con el objetivo de estudiar los posibles escenarios y determinar cuál representa la mejor opción desde un punto de vista técnico-económico. 7.3.1 Urbanización Piedemonte Se recibió una solicitud de parte de un cliente identificado como “Desarrollos PR2”, en la cual requerían una carga de 450 kVA alimentada por una acometida trifásica de 4 hilos en 208/120 V, destinada al futuro suministro de energía eléctrica al conjunto residencial “Piedemonte” en la Urb. La Boyera en el Edo. Miranda. Cálculo de la demanda diversificada La urbanización estará compuesta de la siguiente forma: 2 torres (c/u formada por 36 y 39 apartamentos respectivamente) 1 conserjería 77 1 servicio general 1 servicio preferencial Los apartamentos tienen un área comprendida entre los 82 m2 y los 101 m2, por lo que para efectos del cálculo de la acometida principal (por medio del método de la tabla de demanda por categoría) serán incluidos en la categoría media. En las tablas XIV, XV, XVI y XVII se presentan un estimado de la carga conectada por servicio, realizado por el cliente y el cual constituye uno de los recaudos necesarios para proceder a la elaboración del proyecto, y a las cuales se les aplico los factores de diversidad para servicios residenciales del Anexo 2 obteniendo los siguientes resultados. Tabla XIV. Demanda diversificada del Servicio General. Cantidad 2 4 Equipo Carga Total Factor de diversidad Ventilación 54 kVA 1 Alumbrado 59 kVA 1 Hidroneumáticos 20 kVA 0,65 Ascensores 40 kVA 0,6 Dem. Div. Total Dem. Div. 54 kVA 59 kVA 13 kVA 24 kVA 150 kVA Tabla XV. Demanda diversificada del Servicio Preferencial Cantidad 1 2 Equipo Ventilación forzada Bomba c/incendio Bomba presurización Carga Total Factor de diversidad Dem. Div. 1 kVA 1 1 kVA 15 kVA 1 15 kVA 7,5 kVA 78 1 15 kVA Dem. Div. Total 31 kVA Tabla XVI. Demanda diversificada de los apartamentos. Cantidad Equipo Carga Total Factor de diversidad Dem. Div. 1 (Los primeros 3 kVA) 3,74 kVA 0,35 (Los siguientes hasta 120 kVA) 2 kVA 0,94*(0,65+0,35) 1,88 kVA 8 kVA 0,8 6,4 kVA 5 kVA 1 5 kVA 1,5 kVA 1 1,5 kVA Dem. Div. Total 18,52 kVA Iluminación y t/c 5,1 kVA 1 1 1 1 A/A Cocina Secadora Calentador Tabla XVII. Demanda diversificada de los pent-house. Cantidad 1 1 1 2 Equipo Carga Total Iluminación y t/c 5,1 kVA A/A Cocina Secadora Calentador 2 kVA 8 kVA 5 kVA 3 kVA Factor de diversidad Dem. Div. 1 (Los primeros 3 kVA) 4,93 kVA 0,35 (Los siguientes hasta 120 kVA) 0,94*(0,65+0,35) 1,88 kVA 0,8 6,4 kVA 1 5 kVA 1 3 kVA Dem. Div. Total 21,21 kVA Es necesario resaltar que la demanda diversificada de los apartamentos y de los pent-house (calculadas en las Tablas III y IV) solo aplican para el diseño de la acometida individual del apartamento o pent-house y la elección de su medidor respectivo. Por lo que para hallar la demanda diversificada de los 76 apartamentos (73 apartamentos tipo + 2 pent-house + 1 conserjería) se debe acudir a la tabla de demanda de apartamentos por categoría encontrada en el anexo 2. Donde tomando en cuenta el número de viviendas (76) y la clase asignada (media) se obtiene la siguiente demanda diversificada: 76 apartamentos clase media 118,56 kVA 79 Luego se procede a calcular la demanda diversificada de los aires acondicionados (75 unidades) por medio de la tabla XXXV del anexo 2. 𝐷𝐷𝐴 = 0,94 ∗ 0,65 + 0,35 75 ∗ 75 ∗ 2 𝑘𝑉𝐴 = 92,31 𝑘𝑉𝐴 Finalmente, una vez hallada la demanda diversificada del servicio preferencial, servicio general, de los apartamentos y de los aires acondicionados se procede a calcular la demanda diversificada máxima, la cual se empleará para el diseño de la acometida principal. Los equipos incluidos en el servicio preferencial solo operan en caso de emergencia, por lo que la demanda diversificada estimada para dicho servicio debe ser ignorada en el cómputo de la demanda diversificada máxima. 𝐷𝐷𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 = [𝐷𝑇𝐷𝐶 + (𝐷𝐷𝐴 + 𝐷𝐷𝑆) ∗ 𝐹𝑐] ∗ 𝐹𝑑𝑐 𝐷𝐷𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 = (150 𝑘𝑉𝐴 + 118,56 𝑘𝑉𝐴 + 92,31 𝑘𝑉𝐴) ∗ 1.1 = 396,96 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 (𝐴𝑚𝑝) = 396,96 𝑘𝑉𝐴 = 1102,67 𝐴 0,36 𝑘𝑉 Cálculo de los interruptores principales El conjunto residencial está conformado por 2 torres de apartamentos, 1 servicio general y 1 servicio preferencial; por norma el servicio preferencial y el servicio general debe contar c/u con su dispositivo de protección, además en búsqueda de mayor confiabilidad en la prestación del servicio se proyecta un interruptor principal para c/u de las torres. Para lo cual se debe calcular la demanda diversificada de las torres A y B. Torre A 39 apartamentos 65,01 kVA (tabla de demanda de apartamentos por categoría) 𝐷𝐷𝐴 = 0,94 ∗ 0,65 + 0,35 39 ∗ 39 ∗ 2 𝑘𝑉𝐴 = 48,32 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑇𝑜𝑟𝑟𝑒 𝐴 = (65,01 𝑘𝑉𝐴 + 48,32 𝑘𝑉𝐴) ∗ 1,1 = 124,66 𝑘𝑉𝐴 80 𝐷𝑃𝑀 = 124,66 𝑘𝑉𝐴 = 346,28 𝐴 0,360 𝑘𝑉 La torre A cuenta con 3 módulos de medición (c/u de los cuales contiene 13 servicios), y el dispositivo de protección de la acometida debe ser un seccionador-fusible de capacidad 3[400/400] A. Torre B 36 apartamentos 60,60 kVA (tabla de demanda de apartamentos por categoría) 𝐷𝐷𝐴 = 0,94 ∗ 0,65 + 0,35 36 ∗ 36 ∗ 2 𝑘𝑉𝐴 = 44,65 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑇𝑜𝑟𝑟𝑒 𝐵 = (60,60 𝑘𝑉𝐴 + 44,65 𝑘𝑉𝐴) ∗ 1,1 = 115,78 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝑃𝑀 = 115,78 𝑘𝑉𝐴 = 321,61 𝐴 0,360 𝑘𝑉 La torre B cuenta con 3 módulos de medición (c/u de los cuales contiene 12 servicios), y el dispositivo de protección de la acometida será un seccionador-fusible de capacidad 3[400/400] A. Servicio General 𝐷𝐷𝑆𝐺 = 𝐷𝑃𝑆 = 𝐷𝑃𝑆 = 𝐷𝐷𝑇 + 𝐷𝐷𝐶 = 155 𝑘𝑉𝐴 [(𝑘𝑉𝐴 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 ∗ 2) + 𝐷𝐷1 ∗ 1,05] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [(10 𝑘𝑉𝐴 ∗ 2) + 148,5 𝑘𝑉𝐴 ∗ 1,05] = 488,68 𝐴 0,36 𝑘𝑉 El dispositivo de protección a emplear es un interruptor y su capacidad debe ser 3P.600 A. Servicio Preferencial 𝐷𝑃𝑆 = 𝐷𝑃𝑆 = [ 𝑘𝑉𝐴 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ∗ 2 + 𝐷𝐷𝑆𝑃1 ∗ 1,05] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [(15 𝑘𝑉𝐴 ∗ 2) + 16 𝑘𝑉𝐴 ∗ 1,05] = 130 𝐴 0,36 𝑉 El dispositivo de protección a emplear es un interruptor y su capacidad debe ser 3P.150 A. 81 Cálculo de la protección del cliente 𝐷𝑃𝑆 = 𝐷𝐼𝐷 ∗ 𝐹𝑐 ∗ 𝐹𝑑𝑐 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 Apartamentos 𝐷𝑃𝑆 = 18,52 𝑘𝑉𝐴 ∗ 1 ∗ 1,1 = 97,94 𝐴 0,208 𝑘𝑉 Los equipos de protección deben ser interruptores con capacidad 3P.100 A ajustada al 70%. Pent-house 𝐷𝑃𝑆 = 21,21 𝑘𝑉𝐴 ∗ 1 ∗ 1,1 = 112,17 𝐴 0,208 𝑘𝑉 Los equipos de protección deben ser interruptores con capacidad 3P.150 A ajustada al 70%. Cálculo de los medidores Apartamentos El medidor a utilizar es del tipo 2F de 100 A de medición directa. Pent-house El medidor a utilizar es del tipo 2F de 125 A de medición directa. Servicio General El medidor a utilizar es del tipo 3F de 600 A de medición indirecta, con relación de transformación 600/5 A. Servicio Preferencial El medidor a utilizar es del tipo 3F de 200 A de medición indirecta, con relación de transformación 200/5 A. 82 Levantamiento de obras civiles y eléctricas La zona en la cual se realiza la construcción de la urbanización “Piedemonte” forma parte de un parcelamiento realizado hace poco tiempo, por lo cual en sus alrededores no se cuenta con ningún tipo de obras civiles o eléctricas a excepción de una línea de 12,47 kV perteneciente al Circuito Esmeralda A6. De dicho circuito se realizara una conexión hacia un transformador de 500 kVA tipo pedestal en proyecto, del cual saldrá la acometida que se dirigirá hacia el modulo principal del conjunto residencial Cálculo del tipo de conductor y el número de circuitos Con el valor obtenido de la demanda diversificada máxima se realiza la elección del tipo de conductor y el número de circuitos a utilizar en la acometida principal; para lo cual se utiliza el procedimiento expuesto en el capitulo 3 y las tablas del anexo 4. Por normas de la E. de C. se debe utilizar conductor de aluminio desde el punto de suministro hasta el interruptor principal, por lo cual se selecciona el conductor 400 MCM el cual es el de mayor calibre normalizado por la empresa. Existen 2 criterios que permiten determinar el número de circuitos a utilizar, los cuales se señalan a continuación: Criterio de ampacidad # 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 400 𝑀𝐶𝑀 = 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝐷𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝐴𝑚𝑝 1102,65 𝐴 = ≈5 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 (𝐴𝑚𝑝) ∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑎𝑑𝑎 323 𝐴 ∗ 0,7 Criterio de caída de voltaje %𝑉 = 2,5 ∗ 𝑑 ∗ 𝑙 2,5 ∗ 397 ∗ 19 = = 0,7% 𝐶 ∗ #𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 5381 ∗ 5 83 7.3.2 Urbanización “Los Bambúes” Se acogió una solicitud de parte de un cliente señalado como “Promotora PGW”, en la cual requerían una carga de 350 kVA alimentada por una acometida trifásica de 4 hilos en 208/120 V, destinada al suministro de energía eléctrica al conjunto residencial “Los Bambúes” en la Urb. La Boyera en el Edo. Miranda. Cálculo de la demanda diversificada La urbanización estará compuesta de la siguiente forma: 4 torres (c/u formada por 15, 12, 15 y 17 apartamentos respectivamente) 1 servicio general 1 servicio preferencial El procedimiento empleado para el diseño de este proyecto fue el mismo manejado en el proyecto anterior, por lo solo se presentaran los resultados obtenidos, para lo cual se emplearon los datos de demanda obtenidos en las tablas XVIII, XIX, XX y XXI presentadas a continuación. Tabla XVIII. Demanda diversificada del Servicio General. Cantidad 2 3 Equipo Carga Total Factor de diversidad Tomacorrientes 3 kVA 1 Alumbrado 21 kVA 1 Extractores 9 kVA 1 Hidroneumáticos 19 kVA 0,65 Ascensores 36 kVA 0,66 Dem. Div. Total 84 Dem. Div. 3 kVA 21 kVA 9 kVA 12,35 kVA 23,76 kVA 69,11 kVA Tabla XIX. Demanda diversificada del Servicio Preferencial. Cantidad Equipo Carga Total Factor de diversidad Dem. Div. 1 Bomba c/incendio 10 kVA 1 10 kVA Dem. Div. Total 10 kVA Tabla XX. Demanda diversificada de los apartamentos. Cantidad Equipo Carga Total Factor de diversidad Dem. Div. 1 (Los primeros 3 kVA) 3,35 kVA 0,35 (Los siguientes hasta 120 kVA) 1,5 kVA 0,94*(0,65+0,35) 1,41 kVA 8 kVA 0,8 6,4 kVA 5 kVA 1 5 kVA 1,5 kVA 1 1,5 kVA Dem. Div. Total 17,66 kVA Iluminación y t/c 4 kVA 1 1 1 1 A/A Cocina Secadora Calentador Tabla XXI. Demanda diversificada de los pent-house. Cantidad Equipo Carga Total Iluminación y t/c 6 kVA 2 1 1 2 A/A Cocina Secadora Calentador 3 kVA 8 kVA 5 kVA 3 kVA Factor de diversidad Dem. Div. 1 (Los primeros 3 kVA) 4,05 kVA 0,35 (Los siguientes hasta 120 kVA) 0,94*[0,65+(0,35/2)] 2,32 kVA 0,8 6,4 kVA 1 5 kVA 1 3 kVA Dem. Div. Total 20,77 kVA El área de los apartamentos esta comprendida entre los 92 m2 y los 125 m2 por lo que se les asigna la categoría media alta, requisito necesario para hallar la demanda diversificada de los 59 apartamentos (52 apartamentos tipo + 7 pent-house) en la tabla de demanda de apartamentos por categoría encontrada en el anexo 2. La demanda diversificada leída en la tabla es la siguiente: 85 59 apartamentos clase media 127,44 kVA Luego se procede a calcular la demanda diversificada de los aires acondicionados (66 unidades) por medio de la tabla XXXV del anexo 2. 𝐷𝐷𝐴 = 0,94 ∗ 0,65 + 0,35 66 ∗ 66 ∗ 1,5 𝑘𝑉𝐴 = 60,98 𝑘𝑉𝐴 Finalmente tenemos que: 𝐷𝐷 𝐴𝑐𝑜𝑚𝑒𝑡𝑖𝑑𝑎 = (𝐷𝐷𝑆𝐺 + 𝐷𝑇𝐷𝐶 + 𝐷𝐷𝐴) ∗ 1.1 𝐷𝐷 𝐴𝑐𝑜𝑚𝑒𝑡𝑖𝑑𝑎 = 71,11 𝑘𝑉𝐴 + 127,44 𝑘𝑉𝐴 + 60,98 𝑘𝑉𝐴 ∗ 1.1 = 285,48 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷 𝐴𝑐𝑜𝑚𝑒𝑡𝑖𝑑𝑎 𝐴𝑚𝑝 = 285,48 𝑘𝑉𝐴 = 793 𝐴 0,36 𝑘𝑉 Cálculo de los interruptores principales Debido a criterios usados en la compañía cada servicio debe contar con su interruptor respectivo, por lo que se debe calcular el interruptor principal del servicio general, servicio preferencial y c/u de las torres de apartamentos. Para ello se determina la demanda diversificada de las torres A, B, C y D. Torre A y Torre C 15 apartamentos 37,02 kVA (según la tabla de demanda de apartamentos por categoría) 𝐷𝐷𝐴 = 0,94 ∗ 0,65 + 0,35 15 ∗ 15 ∗ 1,5 𝑘𝑉𝐴 = 14,24 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑇𝑜𝑟𝑟𝑒𝑠 𝐴 𝑦 𝐶 = (37,02 𝑘𝑉𝐴 + 14,24 𝑘𝑉𝐴) ∗ 1,1 = 56,39 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝑃𝑀 = 56,39 𝑘𝑉𝐴 = 156,64 𝐴 0,360 𝑘𝑉 Las torres A y C comparten un módulo de medición (compuesto por 15 servicios), y el dispositivo de protección a emplear es un seccionador-fusible con capacidad 3[250/160] A. Torre B 12 apartamentos 30,74 kVA (tabla de demanda de apartamentos por categoría) 86 𝐷𝐷𝐴 = 0,94 ∗ 0,65 + 0,35 12 ∗ 12 ∗ 1,5 𝑘𝑉𝐴 = 11,49 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑇𝑜𝑟𝑟𝑒 𝐵 = (30,74 𝑘𝑉𝐴 + 11,49 𝑘𝑉𝐴) ∗ 1,1 = 46,45 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝑃𝑀 = 46,45 𝑘𝑉𝐴 = 129,03 𝐴 0,360 𝑘𝑉 La torre B cuenta con un módulo de medición (compuesto por 12 servicios), y el dispositivo de protección a emplear es un seccionador-fusible con capacidad 3[250/160] A. Torre D 17 apartamentos 41,19 kVA (tabla de demanda de apartamentos por categoría) 𝐷𝐷𝐴 = 0,94 ∗ 0,65 + 0,35 24 ∗ 24 ∗ 1,5 𝑘𝑉𝐴 = 22,49 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑇𝑜𝑟𝑟𝑒 𝐶 = (41,19 𝑘𝑉𝐴 + 22,49 𝑘𝑉𝐴) ∗ 1,1 = 70,05 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝑃𝑀 = 11 2 La torre B cuenta con 70,05 𝑘𝑉𝐴 = 194,58 𝐴 0,36 𝑘𝑉 módulos de medición (compuesto por 12 y 5 servicios respectivamente) y se debe emplear un dispositivo de protección de acometida del tipo seccionador-fusible de capacidad 3[250/200] A. Servicio General 𝐷𝑃𝑆 = 𝐷𝑃𝑆 = [(𝑘𝑉𝐴 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 ∗ 2) + 𝐷𝐷1 ∗ 1,05] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [(12 𝑘𝑉𝐴) ∗ 2 + (61,19 𝑘𝑉𝐴) ∗ 1,05] = 245,14 𝐴 0,36 𝑘𝑉 El dispositivo de protección a emplear es un interruptor y su capacidad debe ser 3p.400 A (ajustada al 70 %). Servicio Preferencial 𝐷𝑃𝑆 = [ 𝑘𝑉𝐴 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ∗ 2 + (𝐷𝐷𝑆𝑃1 ∗ 1,05)] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 87 𝐷𝑃𝑆 = [(10 𝑘𝑉𝐴) ∗ 2 + (0 𝑘𝑉𝐴) ∗ 1,05] = 55,56 𝐴 0,36 𝑉 El dispositivo de protección a emplear es un interruptor del tipo 3p.100 A. Cálculo de la protección del cliente 𝐷𝑃𝐶 = [(𝐷𝑒𝑚. 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑣. 𝐷𝑖𝑣. + 𝐷. 𝐷. 𝑜𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜𝑠) ∗ 𝐹𝑐 ∗ 𝐹𝑑𝑐] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 Apartamentos 𝐷𝑃𝐶 = 17,66 𝑘𝑉𝐴 + 0 𝑘𝑉𝐴 ∗ 1 ∗ 1,1 = 53,96 𝐴 0,36 𝑘𝑉 El dispositivo de protección a emplear es un interruptor y su capacidad debe ser 3P.100 A ajustada al 100%. Pent-house 𝐷𝑃𝐶 = [(20,77 𝑘𝑉𝐴 + 0 𝑘𝑉𝐴) ∗ 1 ∗ 1,15] = 66,35 𝐴 0,36 𝑘𝑉 El dispositivo de protección a emplear es un interruptor del tipo 3P.100 A ajustado al 70%. Cálculo de los medidores Apartamentos El medidor a utilizar es del tipo 3F de 100 A de medición directa. Pent-house El medidor a utilizar es del tipo 3F de 100 A de medición directa. Servicio General El medidor a utilizar es del tipo 3F de 400 A de medición indirecta, con relación de transformación 400/5 A. Servicio Provisional El medidor a utilizar es del tipo 3F de 80 A de medición directa. 88 Levantamiento de obras civiles y eléctricas La instalación eléctrica mas cercana es un sótano de alta tensión en el que se encuentra en punta un ramal perteneciente al circuito Esmeralda A3, así que se proyecto instalar un poste de alta tensión cercano a este sótano a partir del cual se derivara una acometida aérea. De esta forma y mediante 150 metros de conductor calibre 1/0 AGW (pasando por 2 postes en proyecto) llegar a un poste de 15 m en el cual se colocara un banco de transformadores aéreos de 300 kVA para suplir la carga. A un lado del punto de transformación se construirá una tanquilla en la cual se alojara una flauta de trece bocas de la cual saldrán las diferentes acometidas hacia los interruptores principales, ya que por razones de espacio y de longitudes de las acometidas estos deberán ser instalados independientemente. Cálculo del tipo de conductor y el número de circuitos Los transformadores monofásicos de 100 kVA tienen asociado un bajante constituido por un circuito 250 MCM, a la flauta de trece bocas en proyecto entraran los 3 circuitos 250 MCM provenientes del banco de transformadores y saldrán hacia los interruptores principales el tipo de conductor y numero de circuitos calculados a continuación. Torres A y C Criterio de ampacidad # 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 400 𝑀𝐶𝑀 = 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝐷𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝐴𝑚𝑝 156,64 𝐴 = ≈1 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 (𝐴𝑚𝑝) ∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑎𝑑𝑎 323 𝐴 ∗ 1 Criterio de caída de voltaje %𝑉 = 2,5 ∗ 𝑑 ∗ 𝑙 2,5 ∗ 56,39 ∗ 54 = = 1,41% 𝐶 ∗ #𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 5381 ∗ 89 Torre B Criterio de ampacidad # 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 400 𝑀𝐶𝑀 = 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝐷𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝐴𝑚𝑝 129,03 𝐴 = ≈1 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 (𝐴𝑚𝑝) ∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑎𝑑𝑎 323 𝐴 ∗ 1 Criterio de caída de voltaje %𝑉 = 2,5 ∗ 𝑑 ∗ 𝑙 2,5 ∗ 45,65 ∗ 72 = = 1,53% 𝐶 ∗ #𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 5381 ∗ 1 Torre D Criterio de ampacidad # 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 400 𝑀𝐶𝑀 = 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝐷𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝐴𝑚𝑝 194,58 𝐴 = ≈1 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 (𝐴𝑚𝑝) ∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑎𝑑𝑎 323 𝐴 ∗ 1 Criterio de caída de voltaje %𝑉 = 2,5 ∗ 𝑑 ∗ 𝑙 2,5 ∗ 70,05 ∗ 77 = = 2,50% 𝐶 ∗ #𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 5381 ∗ 1 S/G y S/P Criterio de ampacidad # 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 400 𝑀𝐶𝑀 = 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝐷𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝐴𝑚𝑝 245,14 𝐴 = ≈1 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 (𝐴𝑚𝑝) ∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑎𝑑𝑎 323 𝐴 ∗ 1 Criterio de caída de voltaje %𝑉 = 2,5 ∗ 𝑑 ∗ 𝑙 2,5 ∗ 69,11 ∗ 66 = = 2,12% 𝐶 ∗ #𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 5381 ∗ 1 7.3.3 Galpón Starwhite Se admitió una solicitud proveniente de un cliente registrado como “Inversiones Starwhite”, en la cual demandaban una carga de 300 kVA alimentada por una acometida trifásica de 4 hilos en 208/120 V, destinada al suministro de energía eléctrica al galpón comercial “Inversiones Blue Palace” en la Hacienda El Encantado en el Edo. Miranda. 90 Cálculo de la demanda diversificada Adicional a la carga propia del galpón el proyecto vislumbra la instalación de un servicio preferencial, la demanda diversificada de ambos servicios es presentada a continuación en las tablas XXII y XXIII. Tabla XXII. Demanda diversificada del local. Cantidad 12 3 2 Equipo Carga Total Factor de diversidad Dem. Div. Tomacorrientes 38,5 kVA 0,6 23,1 kVA Iluminación 76 kVA 1 76 kVA A/A 110 kVA 0,94*[0,65+(0,35/12)] 70,23 kVA Hidroneumáticos 15 kVA 0,65 9,75 kVA Cocinas 10 kVA 0,65 6,5 kVA Dem. Div. Total 185,58 kVA Tabla XXIII. Demanda diversificada del Servicio Preferencial. Cantidad Equipo Carga Total Factor de diversidad Dem. Div. 1 Bomba c/incendio 40 kVA 1 40 kVA Dem. Div. Total 40 kVA El procedimiento empleado para hallar la demanda diversificada es el relatado en el capitulo 4 en el apartado de los servicios comerciales y para ello se emplearon las tablas presentes en el anexo 3. Los servicios preferenciales usualmente están constituidos solo por equipos que operan en casos de emergencias, en los cuales se da por sentado que existe una interrupción del servicio eléctrico; razón por la cual su demanda no es tomada en el cálculo de la capacidad de la acometida principal del servicio. 91 De acuerdo a este criterio, se obtiene la siguiente demanda diversificada total: 𝐷𝐷𝑇 = 185,58 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷𝑇 𝐴𝑚𝑝 = 185,58 𝑘𝑉𝐴 = 515,5 𝐴 0,36 𝑘𝑉 Cálculo de los interruptores principales Servicio Preferencial 𝐷𝑃𝑆 = [ 𝑘𝑉𝐴 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ∗ 2 + (𝐷𝐷𝑆𝑃1 ∗ 1,05)] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝐷𝑃𝑆 = 40 𝑘𝑉𝐴 ∗ 2 = 222,22 𝐴 0,36 𝑘𝑉 El equipo de protección a emplear es un interruptor del tipo 3P.250 A. Cálculo de la protección del cliente 𝐷𝑃𝑆 = 𝐷𝑃𝑆 = (𝐷𝐷𝑇 − 𝐷𝐷𝑁𝐶 ∗ 𝐹𝑐 + 𝐷𝐷𝑁𝐶] ∗ 𝐹𝑑𝑐 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 185,58 𝑘𝑉𝐴 ∗ 1,25 ∗ 1,1 = 708,81 A 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 El dispositivo de protección a emplear es un interruptor tipo Pringle de capacidad 3P[1000/1000] A ajustado al 70%. Cálculo del medidor Galpón El medidor a utilizar es un equipo de medida indirecta trifásico de 800 A conformado por tres transformadores monofásicos de relación de transformación 800/5 A. Servicio Preferencial El medidor a utilizar es un equipo de medida indirecta trifásico de 400 A conformado por tres transformadores monofásicos de relación de transformación 400/5 A. 92 Levantamiento de obras civiles y eléctricas Por un lindero de la parcela del cliente transita un ramal aéreo de 8,3 kV perteneciente al circuito Lagunita A3, que se interceptara con un poste en proyecto del cual partirá una derivación en alta tensión por medio de la extensión de 73 m de de conductor 1/0 AWG, con el cual se llegara hasta otro poste en proyecto en el que se instalará un banco de transformación aéreo de 300 kVA para suministrar el servicio eléctrico al galpón industrial “Starwhite”. La debilidad del terreno donde se pretenden instalar los módulos de medición obligo a que el punto de transformación deba ser colocado en la acera opuesta, de esta manera se deberá tender una acometida aérea a través de la calle para poder alimentar los servicios proyectados. Cálculo del tipo de conductor y el número de circuitos Criterio de ampacidad # 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 4/0 𝐴𝑊𝐺 = 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝐷𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝐴𝑚𝑝 708,81𝐴 = ≈3 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 (𝐴𝑚𝑝) ∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑎𝑑𝑎 323 𝐴 ∗ 0,75 Criterio de caída de voltaje %𝑉 = 7.4 2,5 ∗ 𝑑 ∗ 𝑙 2,5 ∗ 194,58 ∗ 13 = = 0,46% 𝐶 ∗ #𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑠 4600 ∗ 3 Servicio Provisional El servicio provisional reside en suplir de energía por un tiempo estipulado a determinado cliente; pero muchas veces este se debe a la ejecución de obras de construcción, por lo que se hace necesario prever también en su diseño la posterior instalación de un servicio definitivo (del tipo residencial, comercial o industrial). En este caso el esquema del proyecto seguirá los razonamientos expuestos anteriormente en el apartado de los servicios nuevos. 93 El diseño de los servicios provisionales es relativamente poco complejo, ya que debido a su naturaleza de corta duración, la simplicidad y el fácil montaje o remoción de las instalaciones y equipos eléctricos son aspectos a tomar en cuenta. Para estos casos la compañía dispone unas cajas equipadas (que contienen en su interior el interruptor principal y el dispositivo de medición respectivo) para acometidas aéreas y subterráneas, que al ir montadas es postes evitan la construcción de cuartos de medición. 7.4.1 Urbanización “Los Samanes” Se recibió una solicitud de parte de un cliente identificado como Asociación Civil Bosque Los Samanes, en la cual requería una carga de 150 kVA, alimentada por una acometida trifásica de 4 hilos en 208/120 V, para la instalación de un servicio provisional destinado a la construcción de un conjunto residencial en la Urb. Los Samanes en Baruta, Edo. Miranda. Cálculo de la demanda diversificada Contando con los datos proporcionados por el cliente de los equipos a conectar (tabla de carga), y siguiendo los lineamientos para servicios provisionales expuestos en el capitulo 3, se procedió a calcular la demanda diversificada total. En la tabla XXIV se presenta la demanda diversificada del conjunto, al aplicarle los factores de diversidad presentes en la tabla XXXI del Anexo 2, en donde hay que recalcar que se catalogan como equipos varios aquellos no especificados en dicha tabla. 94 Tabla XXIV. Carga conectada y Demanda Diversificada. Cantidad 1 1 1 2 Equipo Carga Total Factor de diversidad Dem. Div. Iluminación 15 kVA 1 15 kVA Reflectores 6 kVA 0,6 3,6 kVA Vibradores 6 kVA 0,6 3,6 kVA Mezcladora 6 kVA 0,6 3,6 kVA Dobladora 6 kVA 0,6 3,6 kVA Cortadora 6 kVA 0,6 3,6 kVA Torres 105 kVA 0,8 84 kVA grúas Dem. Div. Total 117 kVA Finalmente, se tiene que: 𝐷𝐷𝑇 = 117 𝑘𝑉𝐴 𝐷𝐷𝑇 𝐴𝑚𝑝 = 117 𝑘𝑉𝐴 = 325 𝐴 0,36 𝑘𝑉 Cálculo de la caja equipada Como fue comentado anteriormente en los servicios provisionales no se disponen de módulos de medición ni interruptores principales, sino que en su lugar se emplazan las llamadas cajas equipadas, las cuales van montadas en postes y están compuestas por el DPS y su medidor respectivo; estas cajas equipadas vienen para acometidas aéreas (50 A hasta 1000 A) y acometidas subterráneas (50 A hasta 350 A). Como la carga del motor mayor es ≥ 10 kVA 𝐷𝑃𝑆 = [(𝑘𝑉𝐴 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 ∗ 1.5) + 𝐷𝐷1 ∗ 𝐹𝑑𝑐] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝐷𝑃𝑆 = [(52,5 𝑘𝑉𝐴 ∗ 1,5) + 75 𝑘𝑉𝐴 ∗ 1,1] = 447,92 𝐴 0,36 𝑘𝑉 Entonces: 95 Por lo que corresponde utilizar una caja equipada con capacidad de 500 A, y al buscar en la tabla XXXIII del anexo 4 se obtiene la N376A. Cálculo del medidor El modelo de caja equipada 376A incluye en su interior un medidor 3F de 600 A de medición indirecta, con relación de transformación 600/5 A. Levantamiento de obras civiles y eléctricas El levantamiento de obras civiles y eléctricas realizado en sitio, junto con el análisis de las herramientas disponibles en el departamento de ingeniería y desarrollo (SIGRED, cuadriculas), arrojo como resultado la necesidad de extender el cable de alta tensión perteneciente al circuito Esmeralda A2 (para lo cual se proyecto la construcción de 2 sótanos) aproximadamente 135 metros hasta llegar a la parcela del cliente, en cuyo frente se colocara un poste con 3 transformadores de 50 kVA para alimentar el servicio provisional. La extensión del cable de 12,47 kV y la construcción de los 2 sótanos de alta tensión, se realiza previéndose el futuro suministro eléctrico al servicio definitivo, que será del tipo residencial y tendrá una carga de 350 kVA según estimaciones hechas por el cliente. Hacer dichas previsiones representan un gran ahorro económico para el cliente, además de facilitar el proyecto y posterior ejecución del servicio definitivo. Cálculo del tipo de conductor y el número de circuitos La extensión del circuito de alta tensión planteada esta sujeta a la aprobación del departamento de planificación de distribución de la empresa, que además decidirá el calibre y el número de conductores a utilizar según los resultados obtenidos en los estudios de la demanda actual y futura en el circuito. 96 En cuanto a la acometida, el banco de transformadores de 150 kVA a instalar posee un bajante de 2x250 MCM, el cual será destinado para la alimentación de la caja equipada del servicio provisional. 7.5 Recomendaciones Hay que recordar que la gran mayoría de criterios y factores empleados en el “Manual de estimación de demanda y diseño de distribución para la elaboración de proyectos en la C.A La Electricidad de Caracas”, datan de hace más de 30 años; por lo que tecnologías de bajo consumo energético presentes actualmente en electrodomésticos e iluminación, hacen necesaria su revisión para poder ajustarlos a la realidad energética actual. Si bien, en el cálculo de la demanda diversificada por equipos solo se toman en cuenta sus datos de placa y su factor de diversidad (el cual se puede considerar independiente a la carga del equipo), es indispensable redimensionar ciertos elementos empleados en la estimación de la demanda máxima diversificada, que sí son visiblemente afectados por estos cambios, como lo son: la tabla de demandas de viviendas por categoría, las tablas de diseño de demanda por área (existentes para la obtención de un estimado de la demanda en servicios residenciales, comerciales e industriales) y los factores de diversidad para iluminación. La coordinación entre las unidades participantes en la gestión y elaboración de proyectos es de suma importancia; en algunos de los casos estudiados se presentaron inconvenientes como falta de recaudos, entrega equivocada de requisitos, modificaciones en los proyectos hechas a última hora por parte del cliente, y otras tantas que no hacían más que generar continuos retrasos en el diseño de los proyectos. Por lo que se recomienda un exhaustivo chequeo y verificación de los recaudos entregados por el cliente (por parte de las unidades correspondientes), antes de ser remitidos al departamento de ingeniería y desarrollo de la empresa. 97 Otro problema encontrado tiene que ver con las inspecciones realizadas, muchas de ellas contemplan visualizaciones de sótanos, tanquillas, casillas de transformación, etc., y es frecuente que se encuentren anegadas o llenas de lodo, en cuyo caso se debe interrumpir la inspección y aplazarla para otra fecha. Finalmente, merece una mención especial el proyecto de aumento de carga comercial “Pizzeria Luna de Oro”, el cual consistió en un aumento de carga neta de 63 kVA; si se analiza detalladamente la solución planteada (parte de ella era la instalación de dos nuevos conductores calibre 400 MCM), se puede observar el gran volumen de obras necesarias para cumplir la demanda del cliente con los estándares establecidos en la C.A. La Electricidad de Caracas. Si bien, la ubicación del cliente en una zona de alta densidad comercial y trafico continuo de vehículos, junto con las obras eléctricas y civiles necesarias para llevar a cabo dicho proyecto, dificultan la obtención de la permisología respectiva, el costo económico derivado viene siendo el principal obstáculo para su ejecución; ya que quizás resulte poco conveniente para el cliente hacer semejante inversión para cubrir una simple ampliación del local. De esta forma, pudieran ser tomadas medidas alternativas para resolver las múltiples interrupciones de servicio, siendo las más comunes la instalación de generadores diesel, UPS y su respectivo banco de baterías. 98 8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El sistema de distribución constituye el componente de mayor extensión y volubilidad en los sistemas eléctricos de potencia, la existencia de normas eléctricas que establezcan criterios de diseño, y regulen las instalaciones y equipos eléctricos a emplear es indispensable en la obtención de compatibilidad y simplicidad de operación del sistema. El diseño adecuado de los proyectos de distribución influye positivamente en la seguridad, confiabilidad, disponibilidad y operación del servicio eléctrico; y por ello el proceso de diseño de proyectos de media y baja tensión, esta constituido por una serie de fases, siendo las mas destacadas el calculo de la demanda diversificada y el levantamiento de las obras civiles y eléctricas en sitio. La demanda diversificada permite estimar de manera adecuada (por medio de factores de uso, de diversidad y de coincidencia típicos según el tipo de carga estudiado) la demanda real de los proyectos encomendados. Mientras el levantamiento en sitio permite el planteamiento de diversas alternativas de alimentación y conexión, y la concepción de una idea sobre la infraestructura requerida. Un sistema puesto a tierra, es aquel en el cual al menos un punto del circuito esta conectado intencionalmente a tierra directamente o a través de una impedancia. La seguridad a personas y equipos representa la principal prioridad en el diseño de los sistemas eléctricos y la conexión a tierra de las instalaciones logra disminuir tanto el riesgo de choque eléctrico a personas como problemas asociados a sobrevoltajes y sobrecorrientes en los equipos. 99 Se estudiaron 5 esquemas de conexión de los conductores de neutro y tierra (TT, IT, TN-C, TNS, TN-S-C) en los sistemas de puesta a tierra de la red de distribución y su influencia sobre el control de parámetros como: Voltajes de toque Descargas atmosféricas Compatibilidad electromagnética Confiabilidad del servicio Todo esto, con la finalidad de determinar las mejores opciones de conexión de acuerdo al desempeño de cada uno de ellos en los criterios de evaluación mencionados anteriormente y a los requerimientos técnicos y de seguridad de la instalación. Destacandose la importancia de contar con conductores independientes para las funciones de neutro y de protección; y el uso de interruptores de protección de fuga a tierra para reforzar la seguridad de personas y equipos en las instalaciones proyectadas. 100 BIBLIOGRAFÍA [1] Angulo C., Ascencao J. “Manual de estimación de demanda y diseño de distribución para la elaboración de proyectos en la C.A La Electricidad de Caracas” Gerencia de Desarrollo Zona Oeste. C.A. La Electricidad de Caracas. [2] “Normas de acometidas” División Normas de Ingeniería. C.A. La Electricidad de Caracas. [3] “Código Eléctrico Nacional” CODELECTRA. Venezuela. 2004. [4] Quevedo Alejandra “Proyectos de distribución desarrollados en la C.A. La Electricidad de Caracas” Universidad Simón Bolívar. 1990. [5] Rodríguez María A. “Sistemas de distribución y esquemas para servicios residenciales-comerciales e iluminación vial” Universidad Simón Bolívar. 1996. [6] Bossa Giovanni “Estudio de planificación a corto plazo en las subestaciones Tacagua y Puerto de 69/12,47 kV” Universidad Simón Bolívar. 2006. [7] “La Empresa” http://www.laedc.com.ve/ArticlesDetail.asp?CategoryId=10871&modulo=1 Revisión: 21/06/2007 101 [8] http://elec.itmorelia.edu.mx/tovar/1introducmod-01.htm “Modelación de sistemas eléctricos de potencia” Revisión: 15/07/07 [9] http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/pablo/download/GeneralidadesSEP.pdf “Sistemas eléctricos de potencia” Revisión: 15/07/07 [10] http://www.tlc-direct.co.uk/Book/5.1.1.htm “Earthing” Revisión: 01/11/07 [11] Van Waes Jerome “Safety and EMC aspects of grounding” Technische Universiteit Eindhoven. Holland. 2003. [12] http://www.epanorama.net/documents/groundloop/why_grounding.html “Why grounding is used” Revisión: 04/11/07 [13] http://www.epanorama.net/documents/groundloop/neutral_ground_separate.html “Why do you have to use a separated conductor for grounding and for neutral” Revisión: 04/11/07 [14] Martínez Lozano Miguel “Diseño de sistemas de puesta a tierra” Universidad Simón Bolívar. Venezuela. 102 [15] Rivero de la Torre Ramón “La electricidad y el cuerpo humano” Instituto Tecnológico de Ciudad Madero. México [16] http://www. procobreperu.org “Conductores eléctricos” Revisión: 08/10/07 [17] Hofheinz Wolfgang “Electrical safety – Ungrounded power supply systems in medical sites” 103 ANEXO 1 104 Tabla XXV. Factores de conversión de kVA a Amperios. Tensión del sistema 3x120/208 V 2x120/240 V Voltaje de la carga del cliente 120 V = Vfase 120 V = Vfase Factores obtenidos 0,120 0,120 Bifásico ( 2F ) 3x120/208 V 2x120/240 V 208 V = Vfase 240 V = Vfase 0,208 0,240 Trifásico ( 3F ) 3x120/208 V 3x277/480 V √3x208 V = Vfase √3x480 V = Vfase 0,360 0,831 Servicios Monofásico ( 1F ) Tabla XXVI. Factor de continuidad. Factor de continuidad (Fc) Cargas residenciales y Servicios provisionales 1 Cargas comerciales, industriales, Servicios preferenciales y generales 1,25 Tabla XXVII. Factor de desequilibrio. Factor de desequilibrio (Fdc) Servicios monofásicos 1 Servicios provisionales, preferenciales, y generales, servicios bifásicos, acometidas individuales, interruptores principales, protecciones de módulos, 1,1 Servicios trifásicos individuales Nota: El Factor de desequilibrio solo se aplica a las cargas continuas. 105 1,15 Tabla XXVIII. Dispositivos de protección normalizados. Tipo de dispositivo Interruptor Seccionador Fusible Capacidad del dispositivo 1p 40 A # 6 AWG 1p 60 A # 6 AWG 2p 50 A # 6 AWG 2p 60 A # 6 AWG 2p 70 A # 4 AWG 2p 100 A # 2 AWG 3p 100 A # 2 AWG 3p 150 A # 2/0 AWG 3p 175 A # 2/0 AWG 3p 225 A 250 MCM 3p 400 A 500 MCM 3p 600 A 2 x 500 MCM 3 x 250 MCM 3p 800 A 4 x 250 MCM 3 x 500 MCM 3p 1200 A 4 x 500 MCM 3p 1600 A 5 x 500 MCM 3[250/160] A # 2/0 AWG 3[250/200] A 250 MCM 3[250/250] A 250 MCM 3[400/300] A 500 MCM 3[400/400] A 500 MCM 3[630/425] A 2 x 500 MCM 3[630/500] A 2 x 500 MCM 3[630/630] A 2 x 500 MCM 3[1000/1000] A 3 x500 MCM 3[2000/1200] A 4 x500 MCM 3[2000/1600] A 5 x 500 MCM 3[2000/2000] A 7 x500 MCM 3[3000/2500] A 8 x 500 MCM 3[3000/3000] A 10 x 500 MCM 3[4000/4000] A 14 x 500 MCM 106 Cable Tabla XXIX. Medidores de medida directa normalizados por la compañía. Sistema de Medidor Medidor alimentación Inom Normalizado DPS Fusible Seccionador bajo carga Calibre TTU 75ºC 1 3x120/208 V 2X120/240 V 50 A 80 A 3[80] A # 6 AWG 2 3x120/208 V 2X120/240 V 2[100] A # 6 AWG 3 3x120/208 V 3[80] A # 4 AWG RESD Servicio Fases 40 A 10(40) 80 A 20(80) 20(80) 3x120/208 V 2x120/240 V 150 A 50(150) 60 A 100 A 70 A 100 A 100 A 125 A 125 A 125 A 150 A 160 A No aplica 100 A 3[80] A 125 A 3[125] A 60 A 100 A 15(100) 70 A 100 A 125 A Com. Ind. S/G S/P 3 3x120/208 V 120 A 160 A 60 A 3 3x277/480 V 100 A 70 A 80 A 2 60 A 100 A 20(120) 40(160) 30(60) A 15(100) 107 3[80] A 3[125] A # 6 AWG # 4 AWG # 2 AWG # 2 AWG 2/0 - 4/0 AL # 6 AWG # 4 AWG # 2 AWG # 2 AWG 60 A 100 A 70 A 100 A 100 A 125 A 125 A 125 A 150 A 160 A 60 A 100 A 70 A 100 A 100 A 125 A 125 A 125 A 150 A 160 A No aplica 2/0 - 4/0 AL 60 A 100 A 3[125] A # 6 AWG 60 A 100 A 70 A 100 A 100 A 125 A 125 A 125 A 3[80] A 3[125] A No aplica 3[80] A 3[125] A 3[80] A 3[125] A # 6 AWG # 4 AWG # 2 AWG # 2 AWG 2/0 - 4/0 AL # 6 AWG # 4 AWG # 2 AWG # 2 AWG # 6 AWG # 4 AWG # 2 AWG # 2 AWG Tabla XXX. Capacidad de los módulos de medición. Denominación Capacidad Medio módulo de protección superior * 6 medidores (1F, 2F, 3F) cableados con conductor #6 AWG * 5 medidores (2F, 3F) cableados con conductor #2, #4 AWG * 1 equipos de medición indirecta hasta 800 A * 3 medidores (3F) cableados con conductor 2/0 AWG si la protección es un interruptor Medio módulo de protección superior * 14 medidores (1F, 2F) cableados con conductor #6 AWG * 13 medidores (3F) cableados con conductor #6 AWG * 11 medidores (2F, 3F) cableados con conductor #2 AWG, #4 AWG * 3 equipos de medición indirecta hasta 400 A * 2 equipos de medición indirecta hasta 800 A * 1 equipos de medición indirecta hasta 1600 A * 6 medidores (3F) cableados con conductor 2/0 AWG si la protección es un interruptor Medio módulo de protección lateral * 8 medidores (1F, 2F) cableados con conductor #6 AWG * 6 medidores (3F) cableados con conductor #6 AWG * 6 medidores (2F, 3F) cableados con conductor #2 AWG, #4 AWG * 2 equipos de medición indirecta de 200/5 A * 1 equipo de medición indirecta de 400/5 A * 1 equipo de medición indirecta de 800/5 A * 1 equipo de medición indirecta de 800/5 A si la protección es un interruptor * 3 medidores (3F) cableados con conductor 2/0 AWG si la protección es un interruptor * 18 medidores (1F, 2F,3F) cableados con conductor #6 AWG Módulo completo de * 16 medidores (2F, 3F) cableados con conductor #2 AWG, #4 AWG protección lateral * 7 medidores (3F) cableados con conductor 2/0 AWG si la protección es un interruptor * 6 medidores (3F) cableados con conductor 2/0 AWG si la protección es un interruptor 108 ANEXO 2 109 Servicios Provisionales Tabla XXXI. Factores de demanda para equipos en servicios provisionales. Cargas Factor de Demanda Iluminación 1 Grúas 0,8 Laminadoras metálicas 0,44 Número de equipos varios 1 1 2 0,9 3 0,8 4 0,7 5 o más 0,6 Tabla XXXII. Cajas equipadas para servicios provisionales con acometida aérea. Capacidad (A) Caja 50 N381B 100 N382B 250 N374A 425 N375A 500 N376A 800 N377A 1000 N378A Tabla XXXIII. Cajas equipadas para servicios provisionales con acometida subterránea. Capacidad (A) Caja 50 N311A 100 N312A 160 N346A 350 N347A 110 Servicios Residenciales Tabla XXXIV. Factores de alumbrado y tomacorriente en servicios residenciales. Porción de la carga de alumbrado y tomacorriente Factor de demanda Primeros 3 kVA o HP 1 Los siguientes hasta 120 kVA o HP 0,35 Exceso sobre 120 kVA o HP 0,25 Tabla XXXV. Factores de demanda de otros equipos de uso residencial. Equipo Aire Acondicionado Factor de demanda 0,94 x [(0,65+(0,35/Nº de A/A)] Hidroneumáticos 0,65 Puerta eléctrica 0,35 Secadoras 1 Calentadores 1 Tabla XXXVI. Factores para cocina de uso residencial. Nº de equipos ≤ 3,5 kVA > 3,5 y ≤ 8,75 kVA > 8,75 y ≤ 12 kVA 1 0,8 0,8 8 kVA 2 0,75 0,65 11 kVA 3 0,7 0,55 14 kVA 4 0,66 0,5 17 kVA 111 Tabla XXXVII. Demanda de apartamentos por categoría (Parte 1). Clase Socioeconómica N° Extra Alta Aire Acondicionado Alta Media Alta Media Media Baja Baja 5 kVA 7,5 kVA 10 kVA 1 15,5 9,93 7,49 6,23 3,62 1,76 4,7 7,05 9,4 2 19,22 12,62 9,62 7,86 4,89 2,6 7,76 11,63 15,51 3 22,94 15,32 11,74 9,48 6,15 3,45 10,81 16,22 21,62 4 26,66 18,02 13,87 11,1 7,41 4,3 13,87 20,8 27,73 5 30,38 20,73 15,99 12,72 8,68 5,14 16,92 25,38 33,84 6 34,1 23,44 18,11 14,33 9,95 5,99 19,98 29,96 39,95 7 37,82 26,16 20,22 15,93 11,21 6,83 23,03 34,55 46,06 8 41,54 28,89 22,33 17,54 12,48 7,68 26,09 39,13 52,17 9 45,26 31,62 24,44 19,13 13,75 8,52 29,14 43,71 58,28 10 48,98 34,35 26,54 20,73 15,02 9,36 32,2 48,29 64,39 11 52,7 37,09 28,64 22,32 16,29 10,21 35,25 52,88 70,5 12 56,42 39,84 30,74 23,9 17,56 11,05 38,31 57,46 76,61 13 60,14 42,59 32,84 25,48 18,83 11,89 41,36 62,04 82,72 14 63,86 45,35 34,93 27,06 20,1 12,74 44,42 66,62 88,83 15 67,58 48,11 37,02 28,63 21,37 13,58 47,47 71,21 94,94 16 71,3 50,88 39,11 30,2 22,64 14,42 50,53 75,79 101,05 17 75,02 53,65 41,19 31,76 23,92 15,26 53,58 80,37 107,16 18 78,74 56,42 43,27 33,32 25,19 16,1 56,64 84,95 113,27 19 82,46 59,21 45,34 34,87 26,47 16,94 59,69 89,54 119,38 20 86,18 61,99 47,42 36,42 27,74 17,78 62,75 94,12 125,49 21 89,9 64,79 49,49 37,96 29,02 18,62 98,7 131,6 22 93,62 67,58 51,55 39,5 30,29 19,46 68,86 103,28 137,71 23 97,34 70,39 53,62 41,04 31,57 20,3 71,91 107,87 143,82 24 101,06 73,2 55,68 42,57 32,85 21,14 74,97 112,45 149,93 25 104,78 76,01 57,73 44,1 34,13 21,98 78,02 117,03 156,04 26 108,5 78,83 59,79 45,62 35,41 22,82 81,08 121,61 162,15 27 112,22 81,65 61,84 47,14 36,69 23,65 84,13 126,2 168,26 28 115,94 84,48 63,89 48,65 37,97 24,49 87,19 130,78 174,37 29 119,66 87,32 65,93 50,16 39,25 25,33 90,24 135,36 180,48 30 123,38 90,16 67,97 51,67 40,53 26,16 139,94 186,59 112 65,8 93,3 Tabla XXXVIII. Demanda de apartamentos por categoría (Parte 2). Clase Socioeconómica N° Extra Alta Alta Media Alta Media Aire Acondicionado Media Baja Baja 5 kVA 7,5 kVA 10 kVA 31 127,1 93 70,01 53,17 41,82 27 96,35 144,53 192,7 32 130,82 95,85 72,05 54,66 43,1 27,84 99,41 149,11 198,81 33 134,54 98,71 74,08 56,16 44,38 28,67 102,46 153,69 204,92 34 138,26 101,57 76,11 57,64 45,67 29,51 105,52 158,27 211,03 35 141,98 104,43 78,13 59,13 46,96 30,34 108,57 162,86 217,14 36 145,7 107,3 80,16 60,6 48,24 31,17 111,63 167,44 223,25 37 149,42 110,18 82,18 62,08 49,53 32,01 114,68 172,02 229,36 38 153,14 113,06 84,19 63,55 50,82 32,84 117,74 176,6 235,47 39 156,86 115,95 86,2 65,01 52,1 33,68 120,79 181,19 241,58 40 160,58 118,84 88,21 66,47 53,39 34,51 123,85 185,77 247,69 41 164,3 121,74 90,22 67,93 54,68 35,34 126,9 190,35 253,8 42 168,02 124,64 92,22 69,38 55,97 36,17 126,96 194,93 259,91 43 171,74 127,55 94,23 70,83 57,26 133,01 199,52 266,02 44 175,46 130,46 96,22 72,27 58,56 37,84 136,07 204,1 272,13 45 179,18 133,38 98,22 73,71 59,85 38,67 139,12 208,68 278,24 46 182,9 136,3 100,21 75,14 61,14 39,5 142,18 213,26 284,35 47 186,62 139,23 102,2 76,57 62,43 40,33 145,23 217,85 290,46 48 190,34 142,16 104,18 78 63,73 41,16 148,29 222,43 296,57 49 194,06 145,1 106,16 79,42 65,02 41,99 151,34 227,01 302,68 50 197,78 150 108 78 66,32 42,82 154,4 231,59 308,79 51 201,5 153 110,16 79,56 67,32 43,65 157,45 236,18 314,9 52 205,22 156 112,32 81,12 68,64 44,47 160,51 240,76 321,01 53 208,94 159 114,48 82,68 69,96 45,3 163,56 245,34 327,12 54 212,66 162 116,64 84,24 71,28 46,13 166,62 249,92 333,23 55 216,38 165 118,8 85,8 72,6 46,96 169,67 254,51 339,34 56 220,1 168 120,96 87,36 73,92 47,78 172,73 259,09 345,45 57 223,82 171 123,12 88,92 75,24 48,61 175,78 263,67 351,56 58 227,54 174 125,28 90,48 76,56 49,44 178,84 268,25 357,67 59 231,26 177 127,44 92,04 77,88 50,26 181,89 272,84 363,78 60 234,98 180 129,6 93,6 79,2 51,09 184,95 277,42 369,89 113 37 Tabla XXXIX. Demanda de apartamentos por categoría (Parte 3). Clase Socioeconómica N° Extra Alta Alta Media Alta Media Aire Acondicionado Media Baja Baja 5 kVA 7,5 kVA 10 kVA 61 238,7 183 131,76 95,16 80,52 51,91 188 282 376 62 242,42 186 133,92 96,72 81,84 52,74 191,06 286,58 382,11 63 246,14 189 136,08 98,28 83,16 53,56 194,11 291,17 388,22 64 249,86 192 138,24 99,84 84,48 54,39 197,17 295,75 394,33 65 253,58 195 140,4 101,4 85,8 55,21 200,22 300,33 400,44 66 257,3 198 142,56 102,96 87,12 56,04 203,28 304,91 406,55 67 261,02 201 144,72 104,52 88,44 56,86 206,33 309,5 412,66 68 264,74 204 146,88 106,08 89,76 57,68 209,39 314,08 418,77 69 268,46 207 149,04 107,64 91,08 58,5 212,44 318,66 424,88 70 272,18 210 151,2 109,2 92,4 59,33 215,5 323,24 430,99 71 275,9 213 153,36 110,76 93,72 60,16 218,56 327,82 437,1 72 279,62 216 155,52 112,32 95,04 60,99 221,62 332,4 443,21 73 283,34 219 157,68 113,88 96,36 61,82 224,68 336,98 449,32 74 287,06 222 159,84 115,44 97,68 62,65 227,74 341,56 455,43 75 290,78 225 162 117 99 63,48 230,8 346,14 461,54 76 294,5 228 164,16 118,56 100,32 64,31 233,86 350,72 467,65 77 298,22 231 166,32 120,12 101,64 65,14 236,92 355,3 473,76 78 301,94 234 168,48 121,68 102,96 65,97 239,98 359,88 479,87 79 305,66 237 170,64 123,24 104,28 66,8 243,04 364,46 485,98 80 309,38 240 172,8 124,8 105,6 67,63 246,1 369,04 492,09 114 Servicios Comerciales e Industriales. Tabla XL. Factores de alumbrado en servicios comerciales. Tipo de local Factor de demanda Oficinas 1 Locales comerciales 1 Mercados 1 Restaurantes 1 Clubes 1 Escuelas 1 Teatros 1 Hospitales 0,40 hasta 50 kVA y 0,20 para el exceso Hoteles 0,50 hasta 20 kVA y 0,40 para el exceso Depositos 1 hasta 12,5 kVA y 0,50 para el exceso Otros 1 Tabla XLI. Factores para cocina de uso comercial. # cocinas Factor de demanda 2 1 3 0,90 4 0,80 5 0,70 6 0,65 Tabla XLII. Factores de tomacorriente en servicios comerciales. Carga de los tomacorrientes Factor de demanda Hasta 50 kVA 0,6 Mayores a 50 kVA 1 los primeros 10 kVA y 0,50 para el exceso 115 Tabla XLIII. Factores de otros equipos usados en servicios comerciales. Equipo Factor de demanda Aire Acondicionado 0,94 x [(0,65 + (0,35/Nº de A/A)] Extractores 1 Equipos contra incendio 1 Equipos de presurización 1 Tomacorrientes especiales 0,8 Tabla XLIV. Factores a usar en motores y equipos varios de uso comercial. # equipos Factor de demanda 1 1 2 0,90 3 0,80 4 0,70 5 0,60 Servicios Generales (Residencial, comercial e industrial) Tabla XLV. Factores para ascensores de uso residencial. # de ascensores Factor de demanda 1 0.85 2 0.73 3 0.66 ≥4 0.60 Tabla XLVI. Factores para ascensores de uso comercial. # de ascensores Factor de demanda 2 1 3 0,90 4 0,80 5 0,70 ≥6 0,65 116 Tabla XLVII. Factores a emplear en bombas hidroneumáticas. # de bombas Factor de demanda 1 0,65 2 0,60 ≥3 0,55 Servicios Provisionales Equipo Factor de demanda Bomba contra incendios 1 Equipo de presurización 1 117 ANEXO 3 118 Tabla XLVIII. Capacidad de carga de conductores aislados en líneas aéreas B.T. Cobre @ 75ºC Aluminio @ 75ºC AWG o MCM A 6 94 34 39 68 78 11 22 20 4 124 45 52 89 103 15 30 26 97 35 40 70 80 12 24 20 2 165 59 69 118 138 20 40 34 128 46 53 92 106 15 30 27 1/0 221 80 92 159 184 27 54 46 172 62 71 124 142 21 42 36 2/0 255 92 106 184 212 30 60 53 199 72 83 144 166 24 48 41 3/0 295 106 123 212 246 35 70 61 230 83 95 166 190 28 56 48 4/0 343 123 143 246 286 41 82 71 268 96 111 192 222 32 64 56 250 381 137 158 274 316 46 92 79 297 107 123 214 246 36 72 62 350 473 170 197 341 393 57 114 98 370 133 154 266 308 44 88 77 402 145 167 290 334 48 96 84 kVA kVA A 208 240 416 480 120 240 208 (3F) (3F) (3F) (3F) (1F) (1F) (1F) 400 119 208 240 416 480 120 240 208 (3F) (3F) (3F) (3F) (1F) (1F) (1F) Tabla XLIX. Capacidad de carga de conductores de cobre B.T. instalados en ductos subterráneos. FACTOR DE CARGA 50% (1) 75% (2) 100% (3) AWG o MCM A #8 60 22 25 44 50 14 58 21 24 42 48 14 55 20 23 40 46 13 #6 79 28 33 56 66 19 76 27 32 54 64 18 73 26 30 52 60 18 #2 136 49 56 98 112 33 131 47 54 94 108 31 125 45 52 90 104 30 1/0 182 65 76 130 152 44 174 63 72 126 144 42 166 60 69 120 138 40 2/0 208 75 86 150 172 50 199 72 83 144 166 48 189 68 78 136 156 45 3/0 239 86 99 172 198 57 228 82 95 164 190 55 217 78 90 156 180 52 4/0 277 100 115 200 230 66 263 95 109 190 218 63 249 90 103 180 206 60 250 307 110 127 220 254 74 291 105 121 210 242 70 275 99 114 198 228 66 350 374 135 155 270 310 90 354 127 147 254 294 85 333 120 138 240 276 80 500 459 165 191 330 382 110 432 155 179 310 358 104 405 146 168 292 336 97 kVA kVA A 208 240 416 480 240 (3F) (3F) (3F) (3F) (1F) kVA A 208 240 416 480 240 (3F) (3F) (3F) (3F) (1F) 208 240 416 480 240 (3F) (3F) (3F) (3F) (1F) (a) Cable unipolar de cobre blando 98% conductividad aislado con goma-neopreno o polietileno-PVC (b) Temperatura máxima en el cobre: 75°C (c) Temperatura ambiente: 25°C (d) 3 cables cargados en ducto no magnético (e) Resistividad del terreno: 90°C cm/watt (1) Úsese en zonas residenciales (2) Úsese en zonas comerciales o mixtas (3) Úsese en zonas industriales y para cargas continuas (4) Para 6, 9 y 12 cables cargados en el mismo banco de ductos, los valores de la tabla se multiplicaran por 0.85, 0.8 y 0,75 respectivamente. 120 Tabla L. Capacidad de carga de conductores de aluminio B.T. instalados en ductos subterráneos. FACTOR DE CARGA 50% (1) 75% (2) 100% (3) AWG o MCM A 6 62 22 26 44 51 15 60 22 25 44 50 14 57 21 24 42 47 14 4 81 29 34 58 67 19 78 28 32 56 65 19 74 27 31 54 61 18 2 108 39 45 78 90 26 104 37 43 74 86 25 98 35 41 70 81 24 1/0 144 52 60 104 120 35 137 49 57 98 114 33 130 47 54 94 103 31 2/0 165 59 68 118 137 40 157 57 65 114 130 38 149 54 62 108 124 36 3/0 190 68 79 136 158 46 181 65 75 130 150 43 170 61 71 122 141 41 4/0 220 79 91 158 183 53 209 75 87 150 174 50 195 70 81 140 162 47 250 244 88 101 176 203 59 231 83 96 166 192 55 216 78 90 156 179 52 350 299 108 124 216 248 72 282 102 117 204 234 68 263 95 109 190 218 63 400 323 116 134 232 268 78 304 109 126 218 252 73 283 102 117 204 235 68 kVA kVA A 208 240 416 480 240 (3F) (3F) (3F) (3F) (1F) kVA A 208 240 416 480 240 (3F) (3F) (3F) (3F) (1F) 208 240 416 480 240 (3F) (3F) (3F) (3F) (1F) (a) Cable unipolar de cobre blando 61% conductividad aislado con goma-neopreno o polietileno-PVC (b) Temperatura máxima en el aluminio: 75°C (c) Temperatura ambiente: 25°C (d) 3 cables cargados en ducto no magnético (e) Resistividad del terreno: 90°C cm/watt (1) Úsese en zonas residenciales (2) Úsese en zonas comerciales o mixtas (3) Úsese en zonas industriales y para cargas continuas (4) Para 6, 9 y 12 cables cargados en el mismo banco de ductos, los valores de la tabla se multiplicaran por 0.8, 0.75 y 0,7 respectivamente. 121 Tabla LI. Capacidad de carga de conductores de cobre instalados en ductos metálicos a la vista (Acometidas de edificios). Conductor de Cobre kVA AWG A 6 65 23 27 46 54 4 85 31 35 62 70 2 115 41 48 82 96 1/0 150 54 62 108 124 2/0 175 63 73 126 146 3/0 200 72 83 144 166 4/0 230 83 96 166 192 250 255 92 106 184 212 350 310 112 129 224 258 400 335 121 139 242 278 500 380 137 158 274 316 208 Y 120 240 / 120 Δ 416 Y 240 480 Y 277 Tabla LII. Capacidad de carga de conductores de aluminio instalados en ductos metálicos a la vista (Acometidas de edificios). Conductor de Cobre kVA 240 / 120 Δ 416 Y 240 480 Y 277 AWG A 208 Y 120 6 50 18 21 36 42 4 65 23 27 46 54 2 90 32 37 64 75 1/0 120 43 50 86 100 2/0 135 49 56 98 112 3/0 155 56 64 112 128 4/0 180 65 75 130 150 250 205 74 85 148 170 350 250 90 104 180 208 400 270 97 112 194 224 500 310 112 129 224 258 122 Tabla LIII. Capacidad de distribución de conductores de cobre en circuitos subterráneos. Valores de C = (kVA*m) AWG o MCM Cos α = 0,90 (1) Cos α = 0,80 (2) (3F) 208Y120 (2F) 2x120 (1F) 240/120 (3F) 208Y120 (2F) 2x120 (1F) 240/120 6 690 250 460 760 250 505 4 1075 400 715 1170 395 780 2 1660 640 1105 1780 615 1185 1/0 2535 1020 1690 2680 975 1785 2/0 3110 1290 2070 3240 1210 2160 3/0 3935 1720 2620 4020 1575 2680 4/0 4600 2000 3070 4670 1895 3115 250 5260 2225 3500 5250 2200 3500 350 6975 2665 4650 6720 2845 4480 500 8585 3090 5725 8080 3230 5385 (a) Cables unipolares 600 V instalado en ducto no magnético. (b) Temperatura máxima en el cobre: 75°C (c) % caída de voltaje: 2,5 (1) Úsese en cargas residenciales y comerciales (2) Úsese en cargas industriales 123 Tabla LIV. Capacidad de distribución de conductores de aluminio en circuitos subterráneos. Valores de C = (kVA*m) AWG o MCM Cos α = 0,90 (1) Cos α = 0,80 (2) (3F) 208Y120 (2F) 2x120 (1F) 240/120 (3F) 208Y120 (2F) 2x120 (1F) 240/120 6 455 164 303 505 162 337 4 720 262 480 792 259 528 2 1113 413 742 1213 405 809 1/0 1725 655 1150 1856 634 1237 2/0 2133 836 1422 2276 805 1517 3/0 2645 1067 1763 2789 1014 1859 4/0 3219 1335 2146 3349 1251 2233 250 3704 1579 2470 3830 1471 2553 350 4372 2106 3248 4894 2006 3263 400 5381 2263 3587 5392 2270 3595 500 6385 2565 4256 6274 2769 4183 (a) Cables unipolares 600 V instalado en ducto no magnético. (b) Temperatura máxima en el cobre: 75°C (c) % caída de voltaje: 2,5 (1) Úsese en cargas residenciales y comerciales (2) Úsese en cargas industriales 124 Tabla LV. Capacidad de distribución de conductores de cobre en circuitos aéreos. Valores de C = (kVA*m) AWG o MCM Cos α = 0,90 (1) Cos α = 0,80 (2) (3F) 208Y120 (2F) 2x120 (1F) 240/120 (3F) 208Y120 (2F) 2x120 (1F) 240/120 6 874 340 583 936 328 624 4 1279 520 853 1340 493 893 2 1954 668 1303 1990 796 1327 1/0 2846 1157 1897 2810 1220 1873 2/0 3398 1307 2265 3280 1402 2187 3/0 4016 1460 2677 3810 1536 2540 4/0 4702 1621 3135 4350 1660 2900 250 5236 1740 3491 4770 1760 3180 (a) Cables unipolares colocados en perchas 8” entre aisladores. (b) Temperatura máxima en el cobre: 75°C (c) % caída de voltaje: 3 (1) Úsese en cargas residenciales y comerciales (2) Úsese en cargas industriales 125 Tabla LVI. Capacidad de distribución de conductores arvidal en circuitos aéreos. Valores de C = (kVA*m) AWG o MCM Cos α = 0,90 (1) Cos α = 0,80 (2) (3F) 208Y120 (2F) 2x120 (1F) 240/120 (3F) 208Y120 (2F) 2X120 (1F) 240/120 4 983 385 655 1050 371 700 1/0 2215 971 1477 2246 908 1497 4/0 3407 1334 2271 3319 1445 2213 (a) Cables unipolares colocados en perchas 8” entre aisladores. (b) Temperatura máxima en el cobre: 75°C (c) % caída de voltaje: 3 (1) Úsese en cargas residenciales y comerciales (2) Úsese en cargas industriales 126 ANEXO 4 127 Figura 19. Módulos de medición normalizados (Parte 1). 128 Figura 20. Módulos de medición normalizados (Parte 2). 129 Figura 21. Módulos de medición normalizados (Parte 3). 130 ANEXO 5 131