DIMENSIONAMIENTO TRANSFORMADORES

EMPRESA ELÉCTRICA REGIONAL NORTE
ADECUACION DE LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN DE EMELNORTE,
DIMENSIONAMIENTO DE TRANSFORMADORES Y MÉTODO DE CÁLCULO DE
CAÍDAS DE VOLTAJE EN REDES SECUNDARIAS DE DISTRIBUCIÓN
1.- ANTECEDENTES.
El Sistema de Distribución de Emelnorte ha sufrido un gran incremento dentro de su
área de concesión, teniendo un aumento acelerado de las redes eléctricas así como un
incremento significativo de sus abonados, este comportamiento conlleva a una serie de
afectaciones en nuestro sistema eléctrico ya sean en el corto o largo plazo.
La Empresa Eléctrica Regional Norte tiene como finalidad mejorar la calidad de servicio;
con el objetivo de cumplir con las metas planteadas, se requiere realizar cambios en las
etapas de diseño y configuración de sus redes eléctricas, definiendo nuevos
lineamientos en el dimensionamiento de los conductores y transformadores de
distribución.
La estandarización de conductores está enfocada en dos aspectos: Realizar una
adecuada coordinación de protecciones, logrando una mayor selectividad de las
desconexiones ante fallas, reduciendo así la frecuencia como el tiempo de interrupción;
el segundo aspecto se enfoca en reducir las caídas de voltajes y pérdidas presentes a
lo largo de los alimentadores, logrando mejorar la calidad de energía eléctrica brindada
a los abonados.
Debido a la implementación del Plan Nacional de Cocción eficiente y calentamiento de
agua con electricidad, en sustitución del gas licuado de petróleo (GLP) en el sector
residencial, la demanda máxima en este sector sufre un incremento, además se observa
que en muchos casos se tiene un alto porcentaje de pérdidas en vacío de los
transformadores de distribución debido al sobredimensionamiento.
Por lo indicado, personal técnico de EMELNORTE , delegados técnicos de las diferentes
empresas eléctricas del país y el Ministerio de Electricidad y Energía Renovable,
mantuvieron reuniones mediante videoconferencia los días 22 de marzo de 2016, 7 de
abril de 2016, 4 de Agosto de 2016 y 1 de Septiembre de 2016, en las que se estableció
el cálculo del consumo promedio de los clientes residenciales y estratificación por rango
de consumo. Se determinó la zonificación de los estratos en el sistema GIS, se obtuvo
el procedimiento para el cálculo de la demanda de diseño de los transformadores de
distribución y se revisó el método de cálculo de caídas de voltaje en redes secundarias
de distribución.
Una vez presentados los resultados obtenidos por parte de EMELNORTE, los mismos
fueron aprobados por la Planificación de la Distribución del MEER.
1
2.- OBJETIVOS




Normalizar el calibre de conductor para las redes de distribución de medio
voltaje.
Establecer la metodología de cálculo para el dimensionamiento de los
transformadores de distribución, con carga residencial e incidencia de las
cocinas de inducción y calentamiento de agua.
Determinar el procedimiento de cálculo para las caídas de voltaje en redes
secundarias de distribución.
Dimensionar los conductores de bajo voltaje.
3.- NORMALIZACIÓN DE CONDUCTORES DE REDES DE DISTRIBUCIÓN DE
MEDIO VOLTAJE.
La Dirección de Planificación desarrolló los estudios de protecciones, habiéndose
identificado la necesidad de realizar cambios en los calibres de conductores a nivel de
13,8 kV, que permitan una apropiada coordinación de protecciones y reducir los
inconvenientes que se presentan en las redes de distribución, como son las caídas de
voltaje, pérdidas, e indicadores de interrupción; por tal razón y considerando que este
tema fue analizado al interior de la empresa, habiéndose identificado una serie de
alternativas, luego de lo cual se concluyó en forma consensuada la configuración más
adecuada.
Considerando lo indicado, a partir de la presente fecha, para proyectos de nuevas
instalaciones y readecuación de redes existentes, se considerará la siguiente
configuración, en cuanto a conductores:
Troncal principal: conductor ACSR 3/0 para fase y neutro.
Derivación primaria: conductor ACSR 2/0 para fase y neutro.
Derivación secundaria, terciaria y posteriores: conductor ACSR 1/0 para fase y neutro.
4.-METODOLOGÍA DE CÁLCULO DE LA DEMANDA DE DISEÑO EN
TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN, EN CASO DE NO CONOCER LOS
CONSUMOS DE LOS CLIENTES.
4.1.-ESTRATOS DE CONSUMO
Los clientes residenciales del área de concesión de EMELNORTE estarán clasificados
en 5 estratos de consumo como se muestra en la tabla 1.
Tabla 1: Clasificación de Estratos de Consumo
ESTRATOS DE CONSUMO
Categoría por estrato de consumo
kWh/mes(sin considerar la influencia de las cocinas)
E
D
C
B
A
0-100
101-150
151-250
251-500
>500
2
4.2.- ZONIFICACIÓN DE ESTRATOS DE CONSUMO.






La zonificación de estratos de consumo en el sistema GIS está disponible en la
dirección http://192.168.100.33/intranet/, en la pestaña PLANIFICACIONSISTEMA DE ARCHIVOS-GIS-GEODATABASE GIS (ARCGIS)-2016, con la
base correspondiente al mes actual del presente año, la cual se irá actualizando.
Para los proyectos nuevos, para definir el estrato de consumo se utilizará la
zonificación del ArcGis.
La zonificación es referencial, en casos particulares en los que el diseñador o
contratista considere que el proyecto a implementar sea de un estrato diferente
al identificado en el ArcGis, este tendrá que sustentarlo en la memoria técnica.
El sustento para abonados que registren datos históricos en sus planillas se lo
realizará mediante el promedio de sus consumos de planillas anteriores.
El sustento para abonados que no registren datos históricos se lo realizará
mediante el cálculo estimado del consumo de energía en base al procedimiento
indicado en la hoja de Excel "menú energético.xls".
El cálculo del consumo debe ser individual y para determinar el
dimensionamiento del transformador se utilizará el promedio de los consumos
individuales asociados al proyecto.
4.3.- DEMANDA DE DISEÑO EN TRANSFORMADORES
Una vez identificado el estrato de consumo, se procederá al cálculo de la Demanda de
Diseño del transformador mediante la ecuación 1:
𝐷𝑀𝐷+𝐷𝐴𝑃+𝐷𝑃𝑇
)+
𝐹𝑝
𝐷𝐷 = (
𝐶𝑒
(1)
En donde:
DD= Demanda de Diseño
DMD= Demanda Máxima Diversificada, incluida la demanda de las cocinas de
inducción.
DAP= Demanda de Alumbrado Público.
DPT= Demanda de Pérdidas Técnicas = 3,6%DMD
Fp= Factor de Potencia
Ce= Demanda Máxima Diversificada de Cargas Especiales, en caso de existir (única y
exclusivamente si afectan en período de máxima demanda)
La Demanda Máxima Diversificada total se obtendrá de la tabla 2.
3
Tabla 2: Demanda Máxima Diversificada incluida la demanda de cocinas de inducción
Estrato A
# Usuarios DMD (kW)
1
13.82
2
17.96
3
22.80
4
27.63
5
29.78
6
33.53
7
36.99
8
40.25
9
43.37
10
46.39
11
49.34
12
52.23
13
55.09
14
57.91
15
60.70
16
63.48
17
66.24
18
68.99
19
71.72
20
74.45
21
77.18
22
79.89
23
82.60
24
85.31
25
88.02
26
90.72
27
93.42
28
96.11
29
98.81
30
101.50
31
104.19
32
106.88
33
109.57
34
112.26
35
114.95
36
117.64
37
120.32
38
123.01
39
125.69
40
128.38
41
131.06
42
133.74
43
136.42
44
139.11
45
141.79
46
144.47
47
147.15
Demanda Máxima Diversificada incluido cocinas de inducción
Estrato B
Estrato C
Estrato D
Estrato E
# Usuarios DMD (kW) # Usuarios DMD (kW) # Usuarios DMD (kW) # Usuarios DMD (kW)
1
10.08
1
6.14
1
4.05
1
3.32
2
13.10
2
7.98
2
5.27
2
4.32
3
16.63
3
10.13
3
6.68
3
5.49
4
20.15
4
12.28
4
8.10
4
6.65
5
21.72
5
13.24
5
8.73
5
7.17
6
24.45
6
14.90
6
9.83
6
8.07
7
26.97
7
16.44
7
10.84
7
8.90
8
29.35
8
17.89
8
11.80
8
9.69
9
31.63
9
19.28
9
12.72
9
10.44
10
33.83
10
20.62
10
13.60
10
11.17
11
35.98
11
21.93
11
14.47
11
11.87
12
38.09
12
23.22
12
15.32
12
12.57
13
40.17
13
24.48
13
16.15
13
13.26
14
42.23
14
25.74
14
16.98
14
13.94
15
44.27
15
26.98
15
17.80
15
14.61
16
46.29
16
28.21
16
18.61
16
15.28
17
48.31
17
29.44
17
19.42
17
15.94
18
50.31
18
30.66
18
20.23
18
16.60
19
52.31
19
31.88
19
21.03
19
17.26
20
54.30
20
33.09
20
21.83
20
17.92
21
56.28
21
34.30
21
22.63
21
18.57
22
58.27
22
35.51
22
23.43
22
19.23
23
60.24
23
36.71
23
24.22
23
19.88
24
62.22
24
37.92
24
25.01
24
20.53
25
64.19
25
39.12
25
25.81
25
21.18
26
66.16
26
40.32
26
26.60
26
21.83
27
68.13
27
41.52
27
27.39
27
22.48
28
70.10
28
42.72
28
28.18
28
23.13
29
72.06
29
43.92
29
28.97
29
23.78
30
74.03
30
45.11
30
29.76
30
24.43
31
75.99
31
46.31
31
30.55
31
25.08
32
77.95
32
47.50
32
31.34
32
25.72
33
79.91
33
48.70
33
32.13
33
26.37
34
81.87
34
49.89
34
32.92
34
27.02
35
83.83
35
51.09
35
33.70
35
27.66
36
85.79
36
52.28
36
34.49
36
28.31
37
87.75
37
53.48
37
35.28
37
28.96
38
89.71
38
54.67
38
36.07
38
29.60
39
91.67
39
55.86
39
36.85
39
30.25
40
93.63
40
57.06
40
37.64
40
30.90
41
95.58
41
58.25
41
38.43
41
31.54
42
97.54
42
59.44
42
39.21
42
32.19
43
99.50
43
60.63
43
40.00
43
32.83
44
101.45
44
61.83
44
40.79
44
33.48
45
103.41
45
63.02
45
41.57
45
34.12
46
105.36
46
64.21
46
42.36
46
34.77
47
107.32
47
65.40
47
43.15
47
35.41
4
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
149.83
152.51
155.20
157.88
160.56
163.24
165.92
168.60
171.28
173.96
176.63
179.31
181.99
184.67
187.35
190.03
192.71
195.39
198.07
200.75
203.42
206.10
208.78
211.46
214.14
216.82
219.50
222.17
224.85
227.53
230.21
232.89
235.56
238.24
240.92
243.60
246.28
248.95
251.63
254.31
256.99
259.67
262.34
265.02
267.70
270.38
273.05
275.73
278.41
281.09
283.77
286.44
289.12
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
109.28
111.23
113.19
115.14
117.10
119.05
121.00
122.96
124.91
126.87
128.82
130.78
132.73
134.68
136.64
138.59
140.54
142.50
144.45
146.41
148.36
150.31
152.27
154.22
156.17
158.13
160.08
162.03
163.99
165.94
167.89
169.85
171.80
173.75
175.71
177.66
179.61
181.56
183.52
185.47
187.42
189.38
191.33
193.28
195.24
197.19
199.14
201.09
203.05
205.00
206.95
208.91
210.86
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
66.59
67.79
68.98
70.17
71.36
72.55
73.74
74.93
76.12
77.31
78.51
79.70
80.89
82.08
83.27
84.46
85.65
86.84
88.03
89.22
90.41
91.60
92.79
93.98
95.17
96.36
97.55
98.75
99.94
101.13
102.32
103.51
104.70
105.89
107.08
108.27
109.46
110.65
111.84
113.03
114.22
115.41
116.60
117.79
118.98
120.17
121.36
122.55
123.74
124.93
126.12
127.31
128.50
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
43.93
44.72
45.50
46.29
47.08
47.86
48.65
49.43
50.22
51.01
51.79
52.58
53.36
54.15
54.93
55.72
56.50
57.29
58.08
58.86
59.65
60.43
61.22
62.00
62.79
63.57
64.36
65.14
65.93
66.71
67.50
68.28
69.07
69.85
70.64
71.43
72.21
73.00
73.78
74.57
75.35
76.14
76.92
77.71
78.49
79.28
80.06
80.85
81.63
82.42
83.20
83.99
84.77
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
36.06
36.70
37.35
38.00
38.64
39.29
39.93
40.58
41.22
41.86
42.51
43.15
43.80
44.44
45.09
45.73
46.38
47.02
47.67
48.31
48.96
49.60
50.25
50.89
51.54
52.18
52.82
53.47
54.11
54.76
55.40
56.05
56.69
57.34
57.98
58.63
59.27
59.91
60.56
61.20
61.85
62.49
63.14
63.78
64.43
65.07
65.71
66.36
67.00
67.65
68.29
68.94
69.58
5
5.-METODOLOGÍA DE CÁLCULO DE LA DEMANDA DE DISEÑO EN
TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN, EN EL CASO DE CONOCER EL
CONSUMO DE LOS CLIENTES.
En el caso de conocer el consumo de los usuarios ligados al transformador, se deberá
obtener la Demanda de Diseño siguiendo los siguientes pasos.
-
El consumo promedio anual de los abonados se los obtendrá buscando el código
de cuenta del cliente, obtenido del ArcGIS en el archivo Consumo promedio
anual.xlsx
-
En caso de que no exista el código se deberá asociar el valor máximo
correspondiente al estrato de consumo.
-
A estos valores se deberá sumar un incremento en kWh debido a la
implementación de las cocinas de inducción como se indica en la tabla 3.
Tabla 3: Incremento en kWh por el uso de cocina de inducción
Consumo (kWh) Incremento por uso de cocina de inducción(kWh)
0-150
100
151-250
150
251-500
200
>500
0
Para determinar la Demanda Máxima de un abonado se utilizará la siguiente expresión:
(2)
Donde:
Dind= Demanda individual
DMcoin= Demanda Máxima coincidente.
Fc= Factor de coincidencia.
El factor de coincidencia siempre tendrá un valor de 0.43115106.
Para determinar la demanda coincidente de 5 abonados se utilizará la ecuación 3.
(3)
(4)
El Factor A en todos los casos tendrá un valor de 11.1245155
El Factor B dependerá del consumo mensual (promedio anual) que tenga el usuario en
kWh.
6
Una vez encontrados todos los valores de demanda individual se procederá a calcular
la Demanda máxima coincidente total.
𝐷𝑀𝐶𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑓𝑐 ∗ ∑ 𝐷𝑖𝑛𝑑1 + 𝐷𝑖𝑛𝑑2 + 𝐷𝑖𝑛𝑑3 … … 𝐷𝑖𝑛𝑑𝑛 (5)
Donde :
𝐷𝑀𝐶𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = Demanda Máxima coincidente total.
𝑓𝑐 = Factor de coincidencia correspondiente al número total de abonados.
El factor de coincidencia dependerá del número total de abonados que tenga el
transformador.
-
En caso de que el número de abonados sea de 1 a 4 se aplicará los valores
indicados en la tabla 4.
Tabla 4: Factor de coincidencia 1-4 abonados.
# Usuarios
1
2
3
4
fc
1
0,65
0,55
0,5
En caso de tener 5 abonados en adelante se obtendrá el factor de coincidencia partiendo
de la ecuación 6.
𝐹𝑐 = 𝑒 −0,7243 ∗ 𝑛−0,128443 + 0,037
(6)
Donde:
n= Número de abonados (5 en adelante)
Por lo tanto la Demanda de Diseño se calculará aplicando la ecuación 7:
𝐷𝑀𝐶𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙+𝐷𝐴𝑃+𝐷𝑃𝑇
) (7)
𝐹𝑝
𝐷𝐷 = (
7
6. METODOLOGÍA DE CÁLCULO DE CAÍDAS DE VOLTAJE EN REDES
SECUNDARIAS DE DISTRIBUCIÓN.
Para el cálculo de las caídas de voltaje en redes secundarias de distribución, se
empleará la misma metodología que se venía aplicando hasta el momento tomando en
cuenta las consideraciones que serán descritas en los puntos 6.1 y 6.2.
-El límite máximo admisible para redes secundarias de distribución para zonas urbanas
será de 3.5%
-El límite máximo admisible para redes secundarias de distribución para zonas rurales
será de 5%
6.1. ELECTRIFICACIONES NUEVAS CONSIDERANDO LA ZONIFICACIÓN DE
ESTRATOS
La tabla 5 muestra los campos que deben llenarse para obtener las máximas caídas
voltaje en una red secundaria de distribución:
Tabla 5: Tabla para el cálculo de caídas de voltaje en redes secundarias de distribución.
Este formato es conocido por lo que se procederá a explicar los cambios que se
realizaron.
-
En la columna 4 anteriormente se designaba los kVA por tramo, de acuerdo a la
Demanda Máxima Diversificada según el número de usuarios asignados a cada
8
tramo, estos valores de demanda se vieron incrementados de manera muy
considerable al incluir la demanda de las cocinas de inducción. Debido a esto, si
se mantiene el antiguo formato, las caídas de voltaje se incrementan de manera
muy significativa, lo que provocará sobredimensionamiento en los conductores,
por lo que el cálculo no sería el correcto.
Para solucionar este inconveniente es necesario realizar una distribución de carga en el
instante de máxima demanda, de acuerdo al siguiente procedimiento.
o
La DMD total será dividida para la sumatoria total del consumo en kWh:
𝐾=
o
𝐷𝑀𝐷𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
(8)
∑ 𝑘𝑊ℎ
La Demanda Máxima Individual en cada poste en el momento de máxima
demanda se obtendrá con la siguiente expresión:
𝐷𝑚á𝑥 𝑖𝑛𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙 = 𝐾 ∗ (𝑘𝑊ℎ𝑖𝑛𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠) )
(9)
Ejemplo 1:
Si se tiene un transformador monofásico con 9 abonados tipo C sin luminarias, como
indica el gráfico, se determina que la DMD en kW es de 19,27 kW con un factor de
potencia de 0,95 y sumado el 3,6% de pérdidas sería 21,02 kVA por lo que:
∑ 𝑘𝑊ℎ = 9 ∗ (250𝑘𝑊ℎ)
∑ 𝑘𝑊ℎ = 2250𝑘𝑊ℎ
Los ”250 kWh” es el límite máximo de consumo de un usuario tipo C. Este valor cambiará
de acuerdo al estrato. En el caso de EMELNORTE el cuadro de estratos está definido
en la Tabla 1.
9
𝐾=
𝐾=
𝐷𝑀𝐷𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
∑ 𝑘𝑊ℎ
21,02 𝑘𝑉𝐴
= 0,00934222 𝑘𝑉𝐴/𝑘𝑊ℎ
2250 𝑘𝑊ℎ
En la tabla de cálculo para el tramo 0-1, donde se tienen 3 abonados aguas abajo
tenemos:
𝐷𝑚𝑎𝑥(𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜 0−1) = 𝐾 ∗ (𝑘𝑊ℎ𝑖𝑛𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠) )
0,00934222 𝑘𝑉𝐴
𝐷𝑚𝑎𝑥(𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜 0−1) = 3 ∗ (
∗ 250𝑘𝑊ℎ)
𝑘𝑊ℎ
𝐷𝑚𝑎𝑥(𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜 0−1) = 7,01 𝑘𝑉𝐴
Se realiza el mismo procedimiento para todos los tramos.
“En caso de existir luminarias en los postes estas demandas deberán ser tomadas en
cuenta y sumarse para cada uno de los tramos.”
Por ejemplo, si en el poste 1 y poste 2 existe una luminaria/poste de 100W, con un
fp=0,95, la demanda de las luminarias en kVA en el tramo 0-1 sería:
𝑘𝑉𝐴𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜(0−1) =
(100 + 100) 𝑊
0,95
𝑘𝑉𝐴𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜(0−1) = 0,2105 𝑘𝑉𝐴
Esta demanda tendrá que ser sumada a la demanda máxima sin luminarias por tramo,
por lo tanto la demanda máxima total en el tramo 0-1 sería:
𝐷𝑚𝑎𝑥(𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜 0−1) = (7,01 + 0,2105)𝑘𝑉𝐴
𝐷𝑚𝑎𝑥(𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜 0−1) = 7,2205 𝑘𝑉𝐴
De esta manera se llenarán todos los valores de la columna 4 y 5 de la tabla 6.
Tabla 6: Tabla para el cálculo de caídas de voltaje en redes secundarias de distribución.
DATOS
TRAMO
Nro.
CIRCUITO
Carga/usua
Luminarias
rio
FASE
DESIG.
L(m)
CONSUM.
kVA/tramo
1
2
3
4
0-1
1-2
50
60
0-3
40
3-4
45
3
1
5
3
kVA/tramo Conf. de red
5
6
CONDUCTOR
COMPUTO
CALIBRE
FDV
CAIDA VOLTAJE (%)
AWG
kVA-m
kVA-m
PARCIAL
ACUMULADO
7
8
9
10
11
En la columna 10 normalmente se hace la relación de los kVA-m calculados del producto
de la longitud del tramo y la carga con los kVA-m para el 1% de caída de voltaje.
Para obtener un valor parcial de caídas de voltaje más aproximado a un flujo de carga
simulado en el CYMDIST, el resultado por tramo de esta relación deberá ser multiplicado
por un factor que depende de la distancia de cada tramo, de la configuración de la red
10
y del calibre del conductor. A continuación se muestran los factores de aproximación
para una red monofásica y trifásica.
Tabla 7: Factores de aproximación para red monofásica de bajo voltaje.
Factor de aproximación para red monofásica de bajo voltaje
Tipo de conductor
Factor
ASC # 2
ASC # 1/0
ASC # 2/0
ASC # 3/0
ASC # 4/0
Tabla 8: Factores de aproximación para red trifásica de bajo voltaje.
Factor de aproximación para red Trifásica de bajo voltaje
Tipo de conductor
Factor
ASC # 2
ASC # 1/0
ASC # 2/0
ASC # 3/0
ASC # 4/0
Donde:
N = Distancia del tramo de red.
Así, para el circuito descrito en el ejemplo, la caída de voltaje parcial en el tramo (0-1) con
un calibre de conductor 2 ASC sería:
-kVA-m para el 1% de caída de voltaje
kVA-m= 283
-kVA-m calculados con respecto a la distancia y la carga:
kVA-m = N*kVA
kVA-m= (50m*7,01 kVA)=350,35
Por tanto el porcentaje parcial de caída de voltaje en el tramo (0-1) sería:
350,01
) (0,0000008𝑁 2
283
%(0-1)=(
+ 0,0002𝑁 + 0,8198)
350,01
) (0,0000008(50)2
283
%(0-1)=(
+ 0,0002(50) + 0,8198)
%(0-1)=1,03%.
De esta manera según la distancia de cada tramo, el calibre de conductor y la
configuración de la red se irán llenando los valores en la columna 10 de la tabla 6.
11
Finalmente se tendría una caída de voltaje máxima de 2,29 % como muestra la tabla 9.
Tabla 9: Resultado de cálculo de máxima caída de voltaje aplicando el método recomendado.
DATOS
CIRCUITO
Carga/usuario
TRAMO
CONDUCTOR
COMPUTO
Luminarias
Nro.
FASE
CALIBRE
FDV
CAIDA VOLTAJE (%)
DESIG.
L(m)
CONSUM.
kVA/tramo
kVA/tramo
Conf. de red
AWG
kVA-m
kVA-m
PARCIAL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0-1
50
3
7,01
0,000
Monofásico
#2
283
350,3574536
1,03
1,03
1-2
60
1
2,34
0,000
Monofásico
#2
283
140,1429815
0,41
1,44
0-3
40
5
11,68
0,000
Monofásico
#2
283
467,1432715
1,37
1,37
3-4
45
3
7,01
0,000
Monofásico
#2
283
315,3217083
0,93
2,29
ACUMULADO
Sin tomar las consideraciones propuestas, es decir siguiendo el procedimiento anterior
se obtendría:
Tabla 10: Resultado de cálculo de máxima caída de voltaje aplicando el método anterior.
DATOS
TRAMO
CARGA
TOTAL
CIRCUITO
Nro.
FASE
CALIBRE
CONDUCTOR
FDV
COMPUTO
CAIDA VOLTAJE (%)
DESIG.
L(m)
CONSUM.
kVA
No. Conduc.
AWG
kVA-m
kVA-m
PARCIAL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0-1
50
3
10,66
1F-3C
2
283
533,2408718
1,88
1,88
1-2
60
1
6,46
1F-3C
2
283
387,8115431
1,37
3,25
0-3
40
5
13,93
1F-3C
2
283
557,3511973
1,97
1,97
3-4
45
3
10,66
1F-3C
2
283
479,9167846
1,70
3,67
ACUMULADO
6.1.1 COMPARACIÓN DE RESULTADOS ENTRE LA SIMULACIÓN DEL CYMDIST
Y EL MÉTODO PROPUESTO.
Ejemplo 2.
Si asumimos que el circuito del ejemplo descrito tiene una configuración trifásica, con 9
usuarios tipo C. A continuación se presenta una tabla comparativa entre un flujo de
carga simulado en el CYME y el método propuesto con los diferentes tipos de
conductores.
Tabla 11: Tabla comparativa entre una simulación de CYMDIST y el método propuesto.
Calibre CYME(% V max) Método propuesto(%V máx)
ASC # 2
1,57
1,55
ASC # 1/0
1,08
1,06
ASC # 2/0
0,9
0,89
ASC # 3/0
0,77
0,74
ASC # 4/0
0,66
0,66
12
Ejemplo 3.
Realizando cualquier tipo de configuración de red, los resultados siempre van a ser
similares.
En el circuito que muestra la figura, se tienen 26 usuarios tipo C conectados a un
transformador trifásico de 50 kVA, se realizaron los flujos en CYME y el cálculo con el
método propuesto obteniendo los siguientes resultados:
Tabla 12: Tabla comparativa entre una simulación de CYMDIST y el método propuesto.
Calibre CYME(% V max) Método propuesto(%V máx)
ASC # 2
4,11
3,96
ASC # 1/0
2,8
2,73
ASC # 2/0
2,35
2,30
ASC # 3/0
1,99
1,91
ASC # 4/0
1,71
1,69
6.2. ELECTRIFICACIONES NUEVAS O REPOTENCIACIONES EN DONDE SE
CONOCE EL CONSUMO DE LOS USUARIOS
En caso de una repotenciación o electrificación nueva donde se conocen los valores de
consumo por cliente se realiza el mismo cálculo mostrado en 6.1.
Ejemplo 4.
13
La figura muestra los consumos de todos los usuarios.
La demanda de diseño para este conjunto de abonados es de 19,66 kW asumiendo que
ningún abonado cuenta aún con una cocina de inducción, con un factor de potencia de
0,95 y asumiendo el 3,6% de pérdidas se tiene DMD=21,44 kVA.
A los valores de consumo de cada usuario habrá que agregarle el consumo estimado
por cocina de inducción en caso de que aún no haya adquirido el abonado según lo que
indica la tabla 3. En el ejemplo 4 se asumió que ningún cliente contaba aún con una
cocina de inducción por lo que habrá que agregarle los valores correspondientes a cada
abonado.
∑ 𝑘𝑊ℎ = (220 + 310 + 330 + 400 + 210 + 360 + 500 + 370 + 190)𝑘𝑊ℎ
∑ 𝑘𝑊ℎ = 2890𝑘𝑊ℎ
𝐾=
𝐾=
𝐷𝑀𝐷𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
∑ 𝑘𝑊ℎ
21,44 𝑘𝑉𝐴
= 0,00742 𝑘𝑉𝐴/𝑘𝑊ℎ
2890 𝑘𝑊ℎ
Con este valor se puede conocer los valores de demanda individual en el momento de
máxima demanda, aplicando la ecuación 13:
𝐷 𝑖𝑛𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙 = 𝐾 ∗ (𝑘𝑊ℎ𝑖𝑛𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠) )
La siguiente tabla muestra los valores individuales de demanda.
Tabla 13: Resultados de demanda individual por poste.
Poste
#
0
1
2
3
4
Consumo
Energía/poste Demanda individual Demanda por poste
(kWh/mes/cliente)
(kWh)
kVA
kVA
400
310
330
220
210
360
500
400
370
1060
640
220
570
190
Total
2890
2,97
2,30
2,45
1,63
1,56
2,67
3,71
2,74
2,97
4,75
1,63
4,23
7,86
1,41
2890
21,44
21,44
14
Con estos valores, se procede a realizar el cálculo de la caída de voltaje tomando en
cuenta las demandas por tramo. Por ejemplo para el tramo(0-1) la potencia aparente en
el momento de demanda máxima sería 6,38 kVA.
Tabla 14: Resultado de cálculo de máxima caída de voltaje conociendo los consumos de los abonados.
DATOS
CIRCUITO
Carga/usuario
TRAMO
CONDUCTOR
COMPUTO
Luminarias
Nro.
FASE
CALIBRE
FDV
CAIDA VOLTAJE (%)
DESIG.
L(m)
CONSUM.
kVA/tramo
kVA/tramo
Conf. de red
AWG
kVA-m
kVA-m
PARCIAL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0-1
50
3
6,38
0,000
Monofásico
#2
283
318,9997013
0,94
0,94
1-2
60
1
1,63
0,000
Monofásico
#2
283
97,92548971
0,29
1,23
0-3
40
5
12,09
0,000
Monofásico
#2
283
483,6925704
1,42
1,42
3-4
45
3
7,86
0,000
Monofásico
#2
283
353,8671105
1,04
2,46
ACUMULADO
Para el circuito del ejemplo se procedió a realizar el flujo de carga en CYMDIST
asumiendo que la configuración de red es trifásica.
A continuación se presenta los valores comparativos entre la simulación y el método
propuesto.
Tabla 15: Tabla comparativa entre una simulación de CYMDIST y el método propuesto.
Calibre CYME(% V max) Método propuesto(%V máx)
ASC # 2
1,66
1,64
ASC # 1/0
1,14
1,12
ASC # 2/0
0,96
0,95
ASC # 3/0
0,81
0,79
ASC # 4/0
0,7
0,70
Como se puede observar el índice de error entre una simulación de CYMDIST y el
método propuesto es muy bajo.
Nota: Todas las simulaciones de CYMDIST se las realizó considerando un factor de
potencia de 0,95 así como en la tabla de cálculo.
Todos los cálculos mencionados anteriormente se los puede revisar el la hoja de cálculo
“ejemplo caídas de voltaje EMELNORTE.xls”
15
7. DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTORES EN REDES RESIDENCIALES DE
BAJO VOLTAJE
Para el dimensionamiento de conductores en las redes de distribución secundaria, se
deberá calcular la corriente en el instante de máxima demanda coincidente en los tramos
del circuito.
Estas demandas coincidentes van a variar en función del número de usuarios y del
consumo que tengan los abonados.
El calibre mínimo de conductor en redes secundarias de distribución en cualquier caso
será el # 2.
7.1. DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTORES PARA REDES RESIDENCIALES DE
BAJO VOLTAJE EN ELECTRIFICACIONES NUEVAS.
Para dimensionar el calibre de conductor de la red de bajo voltaje en electrificaciones
nuevas tomando en cuenta el estrato de consumo referido en la zonificación del GIS, se
tomará los valores de DMD de la tabla 2.
Una vez identificado el tramo con mayor Demanda Diversificada se procederá a calcular
la corriente utilizando la siguiente expresión
𝐼=
(𝐷𝑀𝐷+𝐷𝑃𝑇+𝐷𝐴𝑃)
𝐼=
𝑉𝐿í𝑛𝑒𝑎
(𝑟𝑒𝑑 𝑚𝑜𝑛𝑜𝑓á𝑠𝑖𝑐𝑎) (10)
(𝐷𝑀𝐷+𝐷𝑃𝑇+𝐷𝐴𝑃)
√3∗𝑉𝐿í𝑛𝑒𝑎
(𝑟𝑒𝑑 𝑡𝑟𝑖𝑓á𝑠𝑖𝑐𝑎)(11)
En donde:
DMD= Demanda Máxima Diversificada en el tramo.(kVA)
DPT= Demanda de pérdidas técnicas.(3,6% de DMD). .(kVA)
DAP= Demanda de Alumbrado Público. .(kVA)
VLínea= Voltaje de Línea del circuito.
Nota importante: “La Demanda de cargas especiales se tomará en cuenta únicamente
si al ser sumada afecta en período de máxima demanda.”
Una vez encontrada la corriente en el tramo de máxima Demanda coincidente se
procederá a calcular los porcentajes de caída de voltaje en el circuito.
En caso de que el conductor seleccionado según la corriente de máxima demanda no
cumpla con los límites máximos admisibles de caída de voltaje se irá aumentando
gradualmente el calibre hasta lograr el porcentaje adecuado.
Para determinar el calibre de conductor será necesario conocer las máximas corrientes
admisibles por los conductores.
En caso de no tener las características técnicas de los fabricantes, se recomienda
utilizar las siguientes referencias.
La siguiente tabla muestra la máxima capacidad de corriente admisible en conductores
desnudos tipo ASC.
16
Tabla 16: Capacidad de corriente admisible para conductores desnudos tipo ASC.
La tabla 17 muestra la capacidad de máxima corriente para conductores tipo
preensamblado
Tabla 17: Capacidad de corriente admisible para conductores preensamblado
Calibre
2X35+N
2x50+N
2X70+N
2X95+N
2X120+N
3X35+N
3x50+N
3X70+N
3X95+N
3X120+N
Capacidad (A)
137
171
217
262
302
123.3
153.9
195.3
235.8
271.8
17
Para Conductores tipo TTU 2000V se tiene la siguiente información.
Tabla 18: Capacidad de corriente admisible para conductores tipo TTU.
Ejemplo 5:
En el circuito de la figura el transformador servirá a 9 abonados tipo A, por lo tanto según
el cálculo de demanda, el transformador a instalar será de 50 kVA monofásico, la
demanda de diseño tomando en cuenta la incidencia de cocinas de inducción, las
pérdidas técnicas y un factor de potencia residencial de 0.95 será de 47,3 kVA y la
Demanda máxima diversificada para los 9 abonados será de 43,37 kW.
Se debe obtener la DMD en los tramos de red de bajo voltaje, estos valores serán
obtenidos de la tabla 2.
Tramo
0-1
1-2
0-3
3-4
numero de abonados Demanda Máxima diversificada (kW) Demanda Máxima diversificada (kVA)
3
22.79
23.99552924
1
13.815
14.542745
5
29.783
31.35059984
3
22.795
23.99552924
18
Una vez obtenidos estos valores podemos verificar que 31,35 kVA es la máxima
demanda diversificada en toda la red de bajo voltaje, por lo tanto la probabilidad de
máxima corriente que va a circular por el conductor sería:
𝐼=
(31350.52 ∗ 1.036)𝑉𝐴
240 𝑉
𝐼 = 135,33 𝐴
Por lo tanto el conductor desnudo a instalar en este caso sería el 2 ASC ya que la
máxima capacidad de conducción de este conductor es de aproximadamente 185 A.
Una vez determinado el conductor se procederá a encontrar la máxima caída de voltaje
en la red secundaria.
La siguiente tabla muestra el porcentaje máximo de caída de voltaje con el conductor
seleccionado.
Como se puede observar la caída de voltaje máxima en este circuito es de 4,67 % si se
utiliza conductor 2 ASC. Porcentaje que supera el límite máximo admisible en redes
secundarias del sector urbano que es 3.5%.
La siguiente tabla muestra el porcentaje máximo de caída de voltaje con conductor 1/0
ASC.
DATOS
CIRCUITO
Carga/usuario
TRAMO
CONDUCTOR
COMPUTO
Luminarias
Nro.
FASE
CALIBRE
FDV
CAIDA VOLTAJE (%)
DESIG.
L(m)
CONSUM.
kVA/tramo
kVA/tramo
Conf. de red
AWG
kVA-m
kVA-m
PARCIAL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0.000
1.44
1.44
2.02
ACUMULADO
0-1
50
3
15.77
Monofásico
# 1/0
431
788.2940871
1-2
60
1
5.26
0.000
Monofásico
# 1/0
431
315.3176348
0.58
0-3
40
5
26.28
0.000
Monofásico
# 1/0
431
1051.058783
1.91
1.91
3
15.77
0.000
431
709.4646784
1.29
3.21
3-4
45
Monofásico
# 1/0
Por lo tanto en este caso es necesario instalar el conductor 1/0 ASC en la red de bajo
voltaje.
19
7.2. DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTORES PARA REDES RESIDENCIALES DE
BAJO VOLTAJE EN REPOTENCIACIONES Y/O READECUACIÓN DE REDES.
Al igual que en el caso anterior se deberá encontrar la corriente en el instante de máxima
demanda coincidente en los tramos del circuito.
𝐼=
(𝐷𝑀𝐶𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙+𝐷𝑃𝑇+𝐷𝐴𝑃)
𝑉𝐿í𝑛𝑒𝑎
𝐼=
(𝐷𝑀𝐷+𝐷𝑃𝑇+𝐷𝐴𝑃)
√3∗𝑉𝐿í𝑛𝑒𝑎
(𝑟𝑒𝑑 𝑚𝑜𝑛𝑜𝑓á𝑠𝑖𝑐𝑎) (12)
(𝑟𝑒𝑑 𝑡𝑟𝑖𝑓á𝑠𝑖𝑐𝑎) (13)
En donde:
𝐷𝑀𝐶𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = Demanda Máxima Coincidente total en el tramo.
DPT= Demanda de pérdidas técnicas.(3,6% de 𝐷𝑀𝐶𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙)
DAP= Demanda de Alumbrado Público.
VLínea= Voltaje de Línea del circuito.
Para determinar la demanda máxima coincidente en un tramo de la red de bajo voltaje
cuando se conoce el consumo de los abonados, es necesario conocer la demanda
individual por cada uno de los clientes.
Para determinar la Demanda Máxima de un abonado se utilizará la ecuación 2:
Donde el factor de coincidencia siempre tendrá un valor de 0.43115106.
Para determinar la demanda coincidente de 5 abonados se utilizará la ecuación 3 y la
ecuación 4 para el factor B.
El Factor A en todos los casos tendrá un valor de 11.1245155
El Factor B dependerá del consumo mensual (promedio anual) que tenga el usuario en
kWh.
Una vez encontrados todos los valores de demanda individual se procederá a calcular
la Demanda coincidente en cada tramo utilizando la ecuación 5.
𝐷𝑀𝐶𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑓𝑐 ∗ ∑ 𝐷𝑖𝑛𝑑1 + 𝐷𝑖𝑛𝑑2 + 𝐷𝑖𝑛𝑑3 … … 𝐷𝑖𝑛𝑑𝑛
20
El factor de coincidencia dependerá del número de abonados ligados al tramo de cálculo
y se lo obtendrá de la siguiente manera:
En caso de que el número de abonados en el tramo de cálculo sea de 1 a 4 se utilizarán
los valores de la tabla 4.
# Usuarios
1
2
3
4
fc
1
0,65
0,55
0,5
En caso de tener 5 abonados en adelante se obtendrá el factor de coincidencia partiendo
de la ecuación 6.
𝐹𝑐 = 𝑒 −0,7243 ∗ 𝑛−0,128443 + 0,037
Donde:
n= Número de abonados (5 en adelante)
Ejemplo 6:
En el circuito de la figura se conoce el consumo promedio anual de cada uno de los
clientes asociados al transformador monofásico de 25 kVA, ninguno de los clientes de
esta red posee aún cocina de inducción.
Se procede a determinar la demanda individual de cada uno de los clientes asumiendo
un incremento por cocina de inducción según lo establece la tabla 3.
Consumo (kWh) Incremento por uso de cocina de inducción(kWh)
0-150
100
151-250
150
251-500
200
>500
0
Las demandas individuales de cada abonado en este caso serían las siguientes.
21
Poste
#
0
1
2
3
4
Consumo promedio anual SC Consumo incluyendo cocina Demanda individual Demanda individual
(kWh/mes/cliente)
(kWh/mes/cliente)
kW
kVA
250
400
6.140349433
6.463525719
160
310
4.900327357
5.158239324
180
330
5.179106373
5.451690918
120
220
3.617546037
3.807943197
110
210
3.471635095
3.654352732
210
360
5.593681153
5.888085424
300
500
7.480979214
7.874714962
220
370
5.73097508
6.032605347
90
190
3.17736371
3.344593379
Por lo tanto las demandas coincidentes por tramo son:
Tramo
0-1
1-2
0-3
3-4
Demanda Individual(kVA) Numero de usuario por tramo Factor de coincidencia Demanda Coincidente kVA
14.41787344
3
0.55
7.929830392
3.807943197
1
1
3.807943197
26.79435184
5
0.431151063
11.55241329
17.25191369
3
0.55
9.488552529
Como podemos observar la máxima demanda coincidente se encuentra en el tramo 03 y su valor es 11.552 kVA.
De esta manera la Corriente sería:
𝐼=
(11.552 + 0.415872)
240
𝐼 = 49.87 𝐴
El conductor a instalar en este caso sería el 2 ASC.
Al realizar el cálculo de caída de voltaje se obtiene los siguientes resultados.
DATOS
TRAMO
CIRCUITO
Carga/usuario
Luminarias
COMPUTO
FASE
CALIBRE
FDV
DESIG.
L(m)
CONSUM.
kVA/tramo
kVA/tramo
Conf. de red
AWG
kVA-m
kVA-m
PARCIAL
ACUMULADO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0-1
50
3
5.93
0.000
Monofásico
#2
283
296.6080641
0.87
0.87
1
1.52
0.000
283
91.05177782
0.27
1.14
0.000
Monofásico
#2
283
449.7405995
1.32
1.32
0.000
Monofásico
#2
283
329.0280153
0.97
2.28
1-2
Nro.
CONDUCTOR
60
0-3
40
5
11.24
3-4
45
3
7.31
Monofásico
#2
CAIDA VOLTAJE (%)
En este caso el conductor 2 ASC cumple con el límite establecido.
22