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TABLA DE CONTENIDOS Introducción Capítulo I : Descripción del Hospital 1.1.- Introducción. 1.2.- Alcance del Proyecto. 1.3.- Áreas Involucradas en el estudio. 1.4.- Transformadores. 1.5.- Líneas. 1.6.- Interruptores. Capítulo II : Análisis de Carga 2.1.- Introducción. 2.2.- Método Utilizado. 2.3.- Resumen Factor de Demanda. 2.4.- Conclusión. Capítulo III : Diseño de Subestación 3.1.- Diseño de Tableros de distribución 3.2.- Dimensionamiento de alimentadores Capítulo IV : Modelación del Sistema 4.1.- Introducción. 4.2.- Método de Cálculo. 4.3.- Modelación del SEP 4.4.- Modelación del Trasformador. 4.5.- Modelación de las Líneas. 4.6.- Modelación de las Cargas. 1

Capítulo V: Estudio del sistema 5.1.- Introducción. 5.2.- Modelos de representación del sistema eléctrico. 5.2.1.- Clasificación de las barras 5.2.2.- Representación de las cargas. 5.23.- Representación de las líneas. 5.3.- Resultados obtenidos. 5.3.1.- Parámetros con potencia nominal de las cargas. Capítulo VI: Cálculo de conductores Capítulo VII: Coordinación de Protecciones 6.1.- Introducción. 6.2.- Fuentes que contribuyen a la falla. 6.3.- Fallas trifásicas 6.3.1.- Fallas trifásicas simétricas. 6.3.2.- Fallas trifásicas asimétricas. 6.4.- Fallas monofásicas 6.4.1.- Fallas monofásicas simétricas. 6.4.2.- Fallas monofásicas asimétricas. 6.5.- Calculo de protecciones Capítulo VIII: Mejoramiento del Factor de Potencia 7.1.- Introducción. 7.2.- Objetivos. 7.3.- Aspectos Teóricos. 7.4.- Conclusión. 2

Capítulo IX: Aire Acondicionado y Calefacción

Capítulo X: Malla a tierra

Capítulo XI: Iluminación

Capítulo XII: Corrientes Débiles

Capítulo XIII: Especificaciones Técnicas

Capítulo XIV: Listado de materiales

Capítulo XV: Conclusiones

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INTRODUCCIÓN

El alto grado de crecimiento poblacional y la competitividad en contra de las enfermedades que se nos presenta hoy en día hace necesario la expansión y modificación del centro hospitalario de Concepción, lo que implica un inevitable cambio en las variables eléctricas que se consideraron en la instalación del sistema en su origen. Lo anterior podría tener efectos dañinos tanto en la parte técnica como en la económica de cualquier instalación, sobretodo en un hospital donde es muy común observar desgaste de equipos y detenciones de actividades médicas debido a fallas inesperadas o bien por el mantenimiento inadecuado. De esta manera, al desarrollar el presente trabajo el primer objetivo fue obtener el conocimiento básico de los diferentes procesos que conforman las distintas áreas involucradas.

Debido a la importancia de la aplicación de la electricidad en el hospital y la continuidad de servicio, es necesaria la actualización general del sistema eléctrico, el conocimiento de las características que conforman las cargas y el registro de mediciones en el tiempo. Para el cumplimiento de estos objetivos, las actividades se desarrollaron de la siguiente forma. En el primera instancia, se presenta una descripción general del hospital para que el lector se familiarice con las áreas involucradas en el estudio. En segundo lugar, se refiere a la recopilación de antecedentes encontrados en terreno o entregado por el departamento de ingeniería y planificación y análisis de carga. Como tercer paso se realizan cálculos con el objetivo de dimensionar el transformador a utilizar. El capítulo cuatro considera la modelación del sistema

para obtener el diagrama de

impedancia, necesario para los cálculos posteriores. El capitulo quinto muestra el

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estudio de cortocircuito. En el capítulo sexto tenemos la coordinación de protecciones y en el séptimo lo concerniente al mejoramiento del factor de potencia. Además, se añade un último capítulo con conclusiones finales.

CAPÍTULO I DESCRIPCION DE AMPLIACIÓN EN HOSPITAL

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1.1 Áreas involucradas en el ante proyecto

Se contempla la zona de subterráneo y primer piso donde pedemos mencionar área de archivos y fichas, sala eléctrica, sala de bombas de circulación, sala de calderas, hall, servicio, estacionamientos, climatización, procedimientos, salas de espera, post operados, etc.

ESPECIFICACIONES TECNICAS PARA LAS INSTALACIONES ELECTRICAS INTERIORES DE UN HOSPITAL

ZONA PELIGROSA EN UN HOSPITAL

En salas de operaciones y recintos similares que empleen anestésicos combustibles, la zona peligrosa expuesta a riesgo de explosión está comprendida entre el piso y 1,2 m de altura.

EN AREAS NO PELIGROSAS

Conforme a la normativa vigente chilena NCH 4/2003, se empleará cualquiera de los sistemas aprobados para condiciones similares en la sección 8. Los circuitos aislados de tierra no deben compartir la misma canalización con los conductores de circuitos comunes. 6

En las salas de operaciones o similares fuera de la zona peligrosa la canalización será en tubería metálica. Las canalizaciones subterráneas en el estacionamiento se colocarán mínimo a 0,45 m de profundidad y máximo a 0,8 m en zonas de tránsito.

EN AREAS PELIGROSAS

Las canalizaciones que ingresen a la zona peligrosa de una sala de o similar cumplirá método de definido en 4.1.23.1 a 4.1.23.5 de la NCH 4/2003.

INDICES DE CLASIFICACION DE LUGARES PELIGROSOS

Se deberá tener en cuenta los parámetros en la calificación de un lugar que esté expuesto a riesgo de explosión. Los valores numéricos asociados a estos conceptos se deberán obtener de las normas específicas. 4.1.23.1 Densidad de vapor : Es la relación entre el peso de un determinado de gas puro y el peso de igual de aire seco. 4.1.23.2 Límites de Inflamabilidad: Son los valores de concentración de gas respecto al aire, expresados como porcentaje inferior y superior del volumen de la mezcla, entre de los cuales la mezcla inflamable puede encenderse. 4.1.23.3 Punto de vaporización: Es la tº

a la cual se produce el vapor

proveniente de un líquido volátil, en cantidad tal como para producir en la superficie del líquido una mezcla del vapor con el aire,

de característica

inflamable. 4.1.23.4 Tº encendido para depósitos de polvo : Es la tº mínima a la cual una capa de polvo de 5 mm. de espesor, depositada sobre una superficie caliente abierta, inicia su combustión.

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4.1.23.5 Tº de ignición : Es la tº mínima a la cual una mezcla de aire con gases, vapores, humos, polvos o fibras, inicia su combustión y la mantiene en forma independiente de la fuente original de calor.

MEDIDAS CONTRA CONTACTOS INDIRECTOS EN UN HOSPITAL

El sistema de la instalación eléctrica del hospital, estará protegido contra contactos indirectos con el sistema de protección clase B (Puesta a tierra TS y TP y Protector Diferencial), adicionando otra medida por normativa, un sistema de protección clase A, conexión equipotencial en los siguientes recintos: Áreas de operaciones, Depósito de anestesia, Pabellón de cirugía, Salas de esterilización menor, Salas de lavado preoperatorio, Salas de parto, Salas de pre parto, Salas de preparación, Salas de recuperación, Salas de yesos, Servicio de urgencia, Salas de exámenes intensivos, Salas de Hospitalización, Unidades de tratamientos intensivos y Salas de cirugía menor, en general en todo recinto para fines médicos. Exigencias en Salas de operaciones y similares que manipulen anestésicos combustibles La alimentación de equipos dentro de la zona de seguridad se hará con transformadores de aislación de razón 1/1, 220 (V) y potencia no superior a 5 KVA. Se deberá instalar por lo menos un transformador de aislación por cada sala de operaciones y sus recintos anexos. Los transformadores se instalarán fuera de la sala de operaciones. Los interruptores serán del tipo bipolar para interrumpir los circuitos aislados de tierra

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Los circuitos serán independientes para cada transformador de aislación, al igual el secundario. Los circuitos aislados de tierra llevarán un dispositivo detector de fallas de aislación en un panel de indicación, éste se ubicará en la sala de enfermeras, llevando una luz color verde que permanecerá encendida estando el circuito conectado y normal, una chicharra que sonará y encenderá una luz roja cuando exista una falla de aislación provocada por una corriente mínima de 1,7 mA.. En el panel de señalización deberá existir una botonera de prueba que permita silenciar la chicharra quedando la luz roja encendida hasta superar la falla. El voltaje de prueba del detector no será superior a 24 (V) con una impedancia interna igual a 100 Kohm, en caso de falla franca a tierra en algún conductor del circuito no supere a 1 mA.

Exigencias para Equipos de rayos X Los equipos de rayos x o equipos con potencia superior a 5 KVA se pueden conectar sin necesidad de transformadores de aislación, incluso alimentarlos con 380V, cumpliendo las siguientes normas. a) El equipo sea construido con doble aislación. b) El equipo sea aterrizado con TP, con un voltaje de operación no superior a 220V. c) El equipo opere a una tensión no superior a 24 V. d) El equipo este protegido por un protector diferencial, con una sensibilidad no superior a 30 mA y la RTP no superior a 24 V / 30 mA = 800 Ohm.

Los enchufes o dispositivos de conexión de los equipos no deben ser compatibles con circuitos aislados para impedir su conexión, así mismo para los equipos que se conecten a circuitos aislados, deben ser incompatibles para no ser conectados a circuitos comunes.

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La conexión de los equipos debe hacerse con cordones flexibles de tipo servicio pesado, debe tener una longitud adecuada por cada caso y deberá enrollarse a un carrete de un diámetro no inferior a 10 cm. y preferentemente de enrollado automático. En todo recinto para fines médicos, se deberán efectuar conexiones equipotenciales, a estas conexiones se conectarán todos los elementos metálicos, aun sin pertenecer a la instalación eléctrica. Esta conexión llevará un conductor de una sección mínima de 4mm2 y si une dos o mas salas 16 mm2. La conexión equipotencial se conectará a la tierra del sistema e irá en una barra de conexión, a ésta barra se conectará: El conductor de protección de los equipos de rayos x, el conductor de protección del sistema detector de fugas, los conductores equipotenciales de todas las tuberías metálicas, como las de agua potable, aguas servidas, calefacción, gases, vacío, etc., los de elementos metálicos como mesas de operación, lámpara de las mesas de operaciones, ducto de evacuación de gases, etc., las pantallas contra radios interferencias, la malla de disipación del piso semi conductivo, dentro de lo posible las estructuras de acero de refuerzo del edificio. La resistencia eléctrica de los pisos de salas de operaciones debe ser no inferior a 50.000 Ohm y no superior a 1 Megaohm y en caso de ser necesario llevará una malla metálica de disipación bajo el recubrimiento de éste. La lámpara quirúrgica en sala de operación, será alimentada con una tensión de 24 (v) del sistema eléctrico, conforme a la normativa vigente.

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CAPÍTULO II ANALISIS DE CARGA

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2.1 Introducción Las constantes transformaciones y ampliaciones que se han ido efectuando en el recinto hospitalario hacen necesario tener una documentación clara en lo que respecta a la disponibilidad de potencia para maquinaria y equipos nuevos, es esto lo que motiva a desarrollar este capítulo, pues de esta forma se puede lograr un aprovechamiento óptimo de los recursos.

2.2 Resumen factor de demanda, Transformador 1 De la tabla 1 se puede apreciar que la suma de las potencias nominales de todas las cargas acopladas a este transformador es de 948.29 Kva, representando un 94.83% de la capacidad de éste, la cual es de 1000 Kva. Se podría concluir que el transformador está trabajando con un margen aceptable de potencia disponible (5.17%), sin haber considerado el factor de demanda de la carga. Además, es necesario hacer notar el importante efecto que causa el banco de condensadores existente reduciendo la potencia reactiva en un 50.59 %, aliviando de carga al transformador quedando en un 89.45 % de su capacidad con un 10.54 % disponible.

Tabla 1 : Potencias Totales Transformador 1

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sin condensador

Potencias Totales en S/E de 1000KVA Potencia Activa (KW)

858.803

Potencia Reactiva (KVAR)

486.686

Potencia Aparente (KVA)

987.13

con condensador de 5207 mF

Factor de Potencia

0.87

Potencia Activa (KW)

858.803

Potencia Reactiva (KVAR)

240.462

Potencia Aparente (KVA)

894.586

Factor de Potencia

0.96

2.3 Conclusión

De los cálculos mostrados anteriormente se puede concluir que el transformador 1 se encuentra trabajando dentro de los límites de su capacidad sin comprometer su funcionamiento eficaz, además, al mejorar el factor de potencia lo alivia considerablemente.

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CAPÍTULO III

CALCULO Y DISEÑO DE SUB ESTACION 14

3.1 Introducción Para llevar a cabo los estudios desarrollados en los capítulos siguientes, es indispensable realizar un levantamiento eléctrico, con el fin de obtener los detalles técnicos de los componentes que forman parte del sistema, además de tener una visión general de las características globales de él. Los datos aquí contenidos fueron obtenidos tanto en terreno como de archivos y planos del Departamento de mantención eléctrica del Hospital. 3.2 Determinación de la capacidad del transformador a utilizar

S =

P = 858,803 Kw = 987,12 Kva F.P. 0,87

Se determinó instalar en la sala eléctrica ubicada en el subterráneo un transformador cuya potencia es de 1000 Kva por ser comercialmente el valor más cercano al calculado, el cual será denominado en adelante como T1. Se tomó esta desición producto de que existía espacio suficiente para la ubicación de un transformador más y se utilizará un transformador tipo intemperie por ser más económicos.

DATOS DE PLACA SUBESTACION

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Tabla 2: Placa Transformador 1 Datos de Placa Transformador TUSAN de 1000 Kva Tensión Primario 15000 15180 con Tap 1 14520 con Tap 2 13860 con Tap 3

Tensión Secundario 400 230

Vcc 5% Corriente (A) Conexión Aceite Peso Nivel de aceite a 25°C Relación X/R

38,49

Corriente (A)

1443

∆Y-1

Impedancia

4.7%

845 Lt.

Frecuencia

50Hz

3270 Kg. 13 cm. bajo la tapa

Fases Elevación temperatura

3 65°C

3.46

CAPÍTULO IV MODELACION DEL SISTEMA

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4.1 Introducción Para llevar a cabo el estudio del sistema eléctrico es necesario obtener su diagrama de impedancia, el cual se obtiene a través de la modelación del sistema. 4.2 Método de Cálculo La forma mas apropiada de obtener una buena modelación del sistema es ocupando el cálculo en por unidad para encontrar las impedancias de cada uno de los elementos que componen el sistema (líneas, transformadores, etc.). Para ello es necesario ocupar las siguientes expresiones: 2

V ZB  B SB

SB IB  3  VB

S REAL P  jQ  SB SB I  REAL IB

Z PU 

S PU  I PU

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Z REAL R  jX  ZB ZB

Además, para calcular el valor en por unidad de una impedancia en una base nueva, se emplea la siguiente ecuación:

Z PU ( NUEVO)  Z PU ( ANTIGUO) 

S B ( NUEVO) S B ( ANTIGUO)

VB ( ANTIGUO)     VB ( NUEVO) 

2

La potencia base para el sistema será de 1000 Kva, de esta forma el resto de los valores bases son los que se muestran en la tabla 3: Tabla 3: Valores Bases

Zona 1 2

Sb ( Kva ) 1000 1000

Vb Zona (KV) 15 0.38

Ib Zona (A) 38.49 1519,34

Zb Zona (º/1) 225 0.1444

4.3 Modelación del SEP Para obtener los valores de impedancia positiva, negativa y cero del SEP tomamos los valores de Pcc entregada, también es posible obtenerlas en la empresa eléctrica (CGE Distribución) Compañía General de Electricidad Distribución. Los valores calculados se encuentran en la tabla 4.

Tabla 4: Impedancia de coci del SEP

En Ω En pu

Resistencia Sec + y Sec 0 0.3105 0.00138 0,14604958

X1 = X2 = Sb => 1000 Kva = 0,03472 °/1 0,001388 °/1 Scc 3 Ø 28800 Mva

Reactancia Sec + y Sec 0 7,812 0.03472 0,07936952

X = 25 => 0,03472 = R

25

Scc 1 Ø = 70 % Scc 3 Ø Xo =

3 x Sb - (X1 + X2) => 3 x 1000 Kva – (2 x 0,03472) = 0,0793695 °/1 Scc 1 Ø 20160 Mva

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Ro =

3 x Sb - (R1 + R2) => 3 x 1000 Kva – (2 x 0,00138) = 0,1460495 °/1 Scc 1 Ø 20160 Mva

4.4 Modelación del Transformador Tabla 5: Impedancia del Transformador Impedancia En base propia (pu)

Trafo (KVA)

%

pu

X/R

1000

4.7

0.047

3.46

Resistencia En base Sistema B.T. (pu)

0.01358

0,01358

Reactancia En base En base Sistema B.T. propia (pu) (pu) 0.047

0.047

4.5 Modelación de las Líneas Para obtener la modelación de las líneas es necesario ocupar el método de los radios medios geométricos en conductores, obteniendo de esta forma las impedancias en secuencia positiva, negativa y cero. Otra forma es obtener los valores desde tablas Cutler – Hammer para efectuar las transformaciones mediante fórmulas. Zo = Ra + Re + j ( Xa + Xe – 2 Xd ) Tabla 6: Impedancia en º/1 SECUENCIA CERO IMPEDANCIAS POR LINEAS LINEAS R XL L1 0.14604958 0.07936952 T1 0.01358 0.047 L2 0.13634432 0.1349591 L3 0.11640152 0.12471152 L4 0.29647048 0.11002952 L5 0.04467048 0.02430952 L6 0.12692752 0.12124952 L7 0.04700952 0.02055552 L8 0.12256312 0.13648272 L9 0.06119048 0.03066952 L10 0.06119048 0.03066952

El unilineal utilizado se muestra en el siguiente diagrama en º/1 (Modelación secuencia cero):

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Tabla 7 : Impedancia en º/1

SECUENCIA X1-X2 IMPEDANCIAS POR LINEAS LINEAS R XL L1 0.00138 0.03472 T1 0.01358 0.047 L2 0.0062326 0.0069252 L3 0.016204 0.012049 L4 0.22264 0.01939 L5 0.09674 0.06225 L6 0.010941 0.01378 L7 0.0509 0.064127 L8 0.0131232 0.0061634 L9 0.105 0.05907 L10 0.105 0.05907

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El unilineal utilizado se muestra en el siguiente diagrama en º/1 (Modelación secuencia positiva y negativa):

El unilineal utilizado se muestra en el siguiente diagrama en ohm:

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22

CAPÍTULO V

CRITERIOS PARA EL

ESTUDIO DEL SISTEMA

5.1 Introducción

Una de las principales herramientas utilizadas en el estudio de los sistemas eléctricos de potencia (SEP) es la determinación del flujo de potencia (también conocido como flujo de carga) del sistema. El objetivo de realizar un flujo de potencia a un SEP es determinar el voltaje en todas las barras involucradas en el sistema en conjunto con los flujos de potencia a través de las líneas que conectan eléctricamente las barras: Líneas, Transformadores, Elementos de compensación (condensadores e inductancias, por ejemplo), etc. Además de verificar la capacidad de las líneas y sus pérdidas.

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Con esta información se pueden tomar decisiones acerca de la operación tanto técnica como económica del sistema y es la base para posteriores análisis.

5.2 Modelos de Representación del Sistema Eléctrico En este punto se clasifican las barras y los elementos que conforman el sistema eléctrico en estudio.

5.3 Clasificación de las barras

A.- Barra libre: Es la barra de referencia para módulo y fase de tensiones de las demás barras del sistema, posee una tensión constante nominal y es capaz de entregar toda la potencia requerida por el sistema. Para este tipo de barra se conocen el valor de la tensión en módulo y ángulo, desconociéndose el valor de la potencia activa y reactiva. En este caso la barra libre será aquella que se encuentra después del SEP y antes (aguas arriba) de los transformadores y se denominara como B0. B.- Barra de generación: En este caso se asume que existe una fuente controlada que suministra potencia, generalmente son las barras que representan a los generadores del sistema. En el sistema considerado no existen este tipo de barras. C.- Barra de carga: Son las barras que representan a los consumos del sistema; las variables conocidas para este tipo de barras son las potencias, tanto activa como reactiva y las variables desconocidas son la tensión, en módulo y ángulo.

5.4 Representación de las cargas Para representar las cargas del sistema, como se ha mencionado anteriormente, éstas se clasifican en centros de cargas, los cuales junto a los bancos de condensadores se especifican de acuerdo a su potencia demandada o suministrada, según sea el caso. 5.5 Representación de las líneas Se representa según el modelo de línea corta, es decir, serán especificadas como una impedancia en serie. 5.6 Resultados obtenidos

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En tablas se muestran los resultados obtenidos considerando potencia nominal de las cargas y con el factor de demanda.

5.7 Parámetros con potencia nominal de las cargas Todo el análisis de flujo de potencia de este capítulo se hizo con las potencias nominales de las cargas.

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CAPÍTULO VI CÁLCULO DE CONDUCTORES

CRITERIOS PARA DIMENSIONAR EL ALIMENTADOR

Alimentador: Es aquel que va entre el equipo de medida y el primer tablero de la instalación (no es el caso, porque el equipo de medida esta en media tensión), o los controlados desde el tablero general y que alimentan tableros generales auxiliares o tableros de distribución, como es el caso del hospital.

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Estimación de cargas: Consideramos como cargas de régimen no permanente con el factor de demanda máximo igual a 0,54 que equivale al promedio de todos los factores de demanda en los diferentes Circuitos de Fuerza, Alumbrado, Computación y Calefacción. Dependiendo de la situación, para las cargas de alumbrado exclusivamente es posible aplicar la tabla Nº 7.5 de la norma, que dice; aplicar un factor de demanda de 0,40 para los primeros 50 Kw y para los sobre 50 Kw un factor de demanda de 0,20. Para dimensionar el neutro, el punto 7.2.1.2 menciona que el conductor neutro se dimensionará según el siguiente criterio.

a)

El neutro de alimentadores monofásicos tendrá la misma sección del conductor fase.

b)

El neutro de alimentadores trifásicos que sirvan Cargas Lineales tales como alumbrado incandescente, calefacción y fuerza, se dimensionará la sección lo menos igual al 50 % de las fases.

c)

El neutro de alimentadores trifásicos o de circuitos trifásicos que sirvan cargas no lineales, tales como rectificadores, reguladores de velocidad, etc., se dimensionará a lo menos igual a la sección de los conductores de fases.

En el caso particular del hospital consideraremos la letra c), para la sección del conductor Neutro.

Corriente Alimentación desde Transformador a Barra 2, Línea 2

I=

P / V x 1.73 x F.P = 622703 (w) / 380 (v) x 1.73 x 0,87 = 1087,51 (A)

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It = 1087,51 / 1 x 0,88 = 1235,81 (A)

Observando Tabla 8.7a cable 500 MCM

253,2 mm2 a 75 ºC Z = (0,00275 + j 0,00366 x 50 / 60 ) 10/30,48 = 0,0009 + j 0,001 = 0,001345 +48 º Se considera conductor al aire libre sobre bandejas y con separación mínima a su diámetro por lo que se toman corrientes de Grupo B en tabla 8.7ª

Corriente Alimentación de Línea 3 I=

P / V x 1.73 x F.P = 162424 (w) / 380 (v) x 1.73 x 0,86 = 286,95 (A)

It = 286,95 / 1 x 0,88 = 326,08 (A)

Observando Tabla 8.7a cable 400 MCM

202,7 mm2 a 75 ºC Z = ( 0,00356 + j 0,00318 x 50 / 60 ) 20/30,48 = 0,002337 + j 0,001739 = 0,002913 +36,65 º Corriente Alimentación de Línea 4 I=

P / V x 1.73 x F.P = 24500 (w) / 380 (v) x 1.73 x 0,85 = 43,79 (A)

It = 43,79 / 1 x 0,88 = 49,76 (A)

Observando Tabla 8.7a cable N° 6 AWG 13,3

mm2 a 75 ºC Z = ( 0,0490 + j 0,00512 x 50 / 60 ) 20/30,48 = 0,03215 + j 0,00279 = 0,03227 +4,95 º Corriente Alimentación de Línea 5

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I=

P / V x 1.73 x F.P = 137924 (w) / 380 (v) x 1.73 x 0,87 = 240,86 (A)

It = 240,86 / 1 x 0,88 = 273,71 (A)

Observando Tabla 8.7a cable 300 MCM

151,8 mm2 a 75 ºC Z = ( 0,00501 + j 0,00387 x 50/60 ) 85/30,48 = 0,01397 + j 0,00899 = 0,01661 +32,7 º

Corriente Alimentación de Línea 6 I=

P / V x 1.73 x F.P = 211879 (w) / 380 (v) x 1.73 x 0,89 = 361,7 (A)

It = 361,7/1 x 0,88 = 411 (A)

Observando Tabla 8.7a cable 600 MCM 303,6

mm2 a 75 ºC Z = ( 0,00241 + j 0,00364 x 50/60 ) 20/30,48 = 0,001581 + j 0,00199 = 0,002541 +51,53 º Corriente Alimentación de Línea 7

I=

P / V x 1.73 x F.P = 211879 (w) / 380 (v) x 1.73 x 0,89 = 361,7 (A)

It = 361,7 / 1 x 0,88 = 411 (A)

Observando Tabla 8.7a cable 600 MCM 303,6

mm2 a 75 ºC Z = ( 0,00241 + j 0,00364 x 50/60)93/30,48 = 0,00735 + j 0,00925 = 0,01181 +51,5 º

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Corriente Alimentación de Línea 8 I=

P / V x 1.73 x F.P = 248400 (w) / 380 (v) x 1.73 x 0,87 = 433,79 (A)

It = 433,79 / 1 x 0,88 = 492,95 (A)

Observando Tabla 8.7a cable 250 MCM

126,5 mm2 a 75 ºC Z = ( 0,00578 + j 0,0032 x 50 / 60 ) 10/30,48 = 0,001896 + j 0,0089 = 0,009 +77,97 º

Corriente Alimentación de Línea 9 I=

P / V x 1.73 x F.P = 124200 (w) / 380 (v) x 1.73 x 0,87 = 216,89 (A)

It = 216,89 / 1 x 0,88 = 246,47 (A)

Observando Tabla 8.7a cable 250 MCM

126,5 mm2 a 75 ºC Z = ( 0,00578 + j 0,00390 x 50/60 ) 80/30,48 = 0,01517 + j 0,00853 = 0,00152 +5 º

Corriente Alimentación de Línea 10 I=

P / V x 1.73 x F.P = 124200 (w) / 380 (v) x 1.73 x 0,87 = 216,89 (A)

It = 216,89 / 1 x 0,88 = 246,47 (A)

Observando Tabla 8.7a cable 250 MCM

126,5 mm2 a 75 ºC

30

Z = ( 0,00578 + j 0,00390 x 50/60 ) 80/30,48 = 0,01517 + j 0,00853 = 0,00152 +5 º

Corriente Tablero E a Tablero E-1 Alumbrado I=

P / V x F.P = 7615 (w) / 220 (v) x 0,9 = 38,45 (A)

It = 38,45 / 1 x 0,88 = 43,69 (A)

Observando Tabla 8.7a cable Nº 8 AWG 8,37

mm2 a 75 ºC Z = ( 0,0789 + j 0,00553 x 50 / 60 ) 15 / 30,48 = 0,038828 + j 0,0022678 = 0,0388 +0,03º

I Emerg=

P / V x F.P = 2447 (w) / 220 (v) x 0,9 = 12,35 (A)

It = 12,35 / 1 x 0,88 = 14,03 (A)

Observando Tabla 8.7a cable Nº 14 AWG 2,08

mm2 a 75 ºC Z = ( 0,3130 + j 0,00624 x 50 / 60 ) 15 / 30,48 = 0,154035 + j 0,002559 = 0,154056 +0,95º

Corriente Tablero E, Alumbrado

I=

P / V x F.P = 49882 (w) / 220 (v) x 0,9 = 251,9 (A)

It = 251,9 / 1 x 0,88 = 286,28 (A) MCM

Observando Tabla 8.7a cable 350

177,3 mm2 a 75 ºC 31

Z = ( 0,00380 + j 0,00384 x 50/60 ) 15/30,48 = 0,00187 + j 0,0015748 = 0,00244 +40,1º

I Emerg=

P / V x F.P = 29596 (w) / 220 (v) x 0,9 = 149,47 (A)

It = 149,47 / 1 x 0,88 = 169,85 (A)

Observando Tabla 8.7a cable 2/0 AWG

67,42 mm2 a 75 ºC Z = ( 0,103 + j 0,00409 x 50 / 60 ) 30 / 30,48 = 0,10737 + j 0,0033546 = 0,1074 +1,78º

I Emerg =

P / V x F.P = 26606 (w) / 220 (v) x 0,9 = 134,37 (A)

It = 134,37 / 1 x 0,88 = 152,69 (A)

Observando Tabla 8.7a cable 2/0 AWG

67,42 mm2 a 75 ºC Z = ( 0,103 + j 0,00409 x 50 / 60 ) 40 / 30,48 = 0,1351 + j 0,00604768 = 0,135 +2,56º

I Emerg=

P / V x F.P = 6777 (w) / 220 (v) x 0,9 = 34,22 (A)

It = 34,22 / 1 x 0,88 = 38,89 (A)

Observando Tabla 8.7a cable Nº 8 AWG 8,37

mm2 a 75 ºC Z = ( 0,0789 + j 0,00553 x 50 / 60 ) 20 / 30,48 = 0,05177 + j 0,0030238 = 0,0518 +3,34º

32

I Emerg=

P / V x F.P = 2447 (w) / 220 (v) x 0,9 = 12,35 (A)

It = 12,35 / 1 x 0,88 = 14,04 (A)

Observando Tabla 8.7a cable Nº 14 AWG 2,08

mm2 a 75 ºC Z = ( 0,3130 + j 0,00624 x 50 / 60 ) 50 / 30,48 = 0,5134 + j 0,008530 = 0,513 +0,95º Corriente Tablero E a Tablero E - 3, Alumbrado I=

P / V x F.P = 9940 (w) / 220 (v) x 0,9 = 50,2 (A)

It = 50,2 / 1 x 0,88 = 57,04 (A)

Observando Tabla 8.7a cable Nº 6 AWG 13,3

mm2 a 75 ºC Z = ( 0,00490 + j 0,00512 x 50 / 60 ) 20 / 30,48 = 0,003215 + j 0,0027996 = 0,00322 +4,97º I Emerg=

P / V x F.P = 6777 (w) / 220 (v) x 0,9 = 34,22 (A)

It = 34,22 / 1 x 0,88 = 38,88 (A)

Observando Tabla 8.7a cable Nº 8 AWG 8,37

mm2 a 75 ºC Z = ( 0,0789 + j 0,00553 x 50 / 60 ) 20 / 30,48 = 0,05177 + j 0,0030238 = 0,05185 +3,34º

Corriente Tablero E a Tablero E - 2, Alumbrado I=

P / V x F.P = 9970 (w) / 220 (v) x 0,9 = 50,35 (A)

It = 50,35 / 1 x 0,88 = 57,21 (A)

Observando Tabla 8.7a cable Nº 6 AWG

13,3 mm2 a 75 ºC

33

Z = ( 0,0490 + j 0,00512 x 50 / 60 ) 40 / 30,48 = 0,04083 + j 0,0055993 = 0,0412 +7,8º I Emerg=

P / V x F.P = 2990 (w) / 220 (v) x 0,9 = 11,56 (A)

It = 11,56 / 1 x 0,88 = 13,3 (A)

Observando Tabla 8.7a cable Nº 14 AWG 2,08

mm2 a 75 ºC Z = ( 0,3130 + j 0,00624 x 50 / 60 ) 40 / 30,48 = 0,41076 + j 0,0068241 = 0,4108 +0,41º

Corriente Tablero A a Tablero A - 1, Alumbrado I=

P / V x F.P = 3800 (w) / 220 (v) x 0,9 = 19,2 (A)

It = 19,2 / 1 x 0,88 = 21,81 (A)

Observando Tabla 8.7a cable Nº 10 AWG 5,26

mm2 a 75 ºC Z = ( 0,1230 + j 0,00564 x 50 / 60 ) 60 / 30,48 = 0,2421259 + j 0,0092519 = 0,242 +2,18º

I Emerg=

P / V x F.P = 4061 (w) / 220 (v) x 0,9 = 20,51 (A)

It = 20,51 / 1 x 0,88 = 23,3 (A)

Observando Tabla 8.7a cable Nº 10 AWG 5,26

mm2 a 75 ºC Z = ( 0,1230 + j 0,00564 x 50 / 60 ) 60 / 30,48 = 0,242125 + j 0,0092519 = 0,24223 +2,18º

34

CAPÍTULO VII COORDINACION DE PROTECCIONES

35

7.1 Introducción Para seleccionar adecuadamente las protecciones del sistema junto con su ajuste en forma selectiva es imprescindible realizar un buen estudio de cortocircuito. Dichas protecciones están instaladas con el fin de activarse no sólo para fallas de cortocircuito sino además para eventuales sobrecargas del sistema. Esto se logra mediante la interrupción automática de corrientes que pudieran exceder la capacidad ajustada previamente del dispositivo. Por tanto el determinar con exactitud la magnitud de las corrientes de cortocircuito es de vital importancia para una adecuada selección de los dispositivos protectores. Por las condiciones del sistema se han definido las siguientes consideraciones.    

La potencia base tendrá un valor de 1000 Kva y el voltaje base de 380 (v) Las impedancias de los elementos que componen el sistema se expresan en por unidad. El sistema eléctrico se encuentra en estado estable al ocurrir la falla. Las corrientes de falla deben ser afectadas por los factores de asimetría Km y Ki, que se detallarán más adelante.

7.2 Fuentes que contribuyen normalmente en una falla:

36

 

El sistema eléctrico de potencia. Motores de Inducción. Es necesario mencionar que debido a las características de estos equipos, sólo se consideraran aportando a la falla, los motores cuya potencia supere los 50HP.

7.3 Fallas Trifásicas 7.4 Fallas Tifásicas Simétricas

Momentánea: Para calcular este valor, se toman las impedancias de los dispositivos del sistema durante los primeros ciclos, luego de ocurrir la falla. Ruptura: Para realizar este cálculo, se toman las impedancias de los dispositivos del sistema durante ciclos intermedios antes de que la falla llegue a su estado permanente. Para este caso se desprecia el aporte de los motores de inducción. Permanente: Para calcular este valor se toman las impedancias de los dispositivos del sistema durante ciclos en que la falla alcanzó su estado permanente. Para este caso se considera que los motores de inducción ya dejaron de aportar a la falla. Por lo anterior, la falla permanente tendrá la misma magnitud que la falla de ruptura. 7.5 Fallas Trifásicas Asimétricas

Momentánea: Como se mencionó anteriormente la corriente de falla momentánea aparece en los primeros ciclos después de ocurrida la falla, de esta forma es una corriente de falla asimétrica al poseer una componente de corriente continua. Para determinar la magnitud de la corriente asimétrica se aplica un factor de asimetría Km, según se indica a continuación:

Tablas calculadas en °/1

Calculo constante asimétrica:

B0 B1 B2 B3 B4 B5

R 0/1 0.00133697 0.00990264 0.01104347 0.02405642 0.01969805 0.02075175

XL 0/1 EXPONENTE EXPONENCIAL K 0.022837150 -1.47135748 0.229613579 1.20798475 0.015890871 -15.6618649 1.57811E-07 1.00000016 0.011186208 -24.8120604 1.67594E-11 1.00000000 0.012987770 -46.8980872 4.28963E-21 1.00000000 0.040317499 -12.5535278 3.53242E-06 1.00000464 0.022850900 -23.159717 8.74707E-11 1.00000000

37

Tablas calculadas (Falla trifásica)

BARRAS B0 B1 B2 B3 B4 B5

BARRAS

B0 B1 B2 B3 B4 B5

IMPEDANCIA TOTAL RECTANGULAR R1 0/1 XL1 0/1 0.00133697 0.022837150 0.00990264 0.015890871 0.01104347 0.011186208 0.02405642 0.012987770 0.01969805 0.040317499 0.02075175 0.022850900

IMPEDANCIA TOTAL POLAR MODULO 0/1 ANGULO 0.02287625 86.64953242 0.01872385 58.7025132 0.0157191 45.36787575 0.02729307 28.18691083 0.04408224 63.45837612 0.03062301 47.33956011

I. FALLA 3 Ø CONSTANTE I. FALLA 3 Ø SIMETRICA (A) ASIMETRICA ASIMETRICA (A) MODULO ANGULO K MODULO ANGULO 1682.53201 -86.6495324 1.20798475 2032.473016 -86.6495324 81144.8443 -58.0702698 1.00000016 81144.78646 -58.0702698 96655.9623 -45.3678943 1 96655.9623 -45.3678943 55575.2102 -28.3640730 1 55575.2102 -28.3640730 33859.3378 -63.9611043 1.00000353 33859.3378 -63.9611043 49221.5385 -47.7562460 1 49221.5385 -47.7562460

Teoría para cálculo de falla monofásica considerando factor Km y Ki :

If mom,asimetrica  K m  If mom, simetrica El valor Km se obtiene de:

Km  1 2  e

 4  f 

R 1  X 2 f

Donde: Km: Factor de asimetría f : Frecuencia del sistema (50 Hz) R : Resistencia equivalente del lado de mayor aporte de corriente al punto de falla.

38

X : Reactancia equivalente del lado de mayor aporte de corriente al punto de falla.

Ruptura: Al igual que la corriente momentánea, la trifásica de ruptura asimétrica es afectada por una constante, en este caso Ki. De esta manera la corriente de falla asimétrica esta dada por:

If asimetrica, ruptura  K i  If simetrica, ruptura El valor Ki se obtiene de:

Ki  1  2  e

 4  f 

R t X

Donde: Ki : Factor de asimetría f : Frecuencia del sistema (50 Hz) R : Resistencia equivalente del lado de mayor aporte de corriente al punto de falla. X : Reactancia equivalente del lado de mayor aporte de corriente al punto de falla. t : Tiempo de apertura de los interruptores, (5 ciclos, 0.1 seg). 7.6 Fallas Monofásicas

7.7 Fallas Monofásicas Simétricas Para este cálculo se utiliza el método de componentes de secuencia y es necesario además de los valores anteriormente usados, tener el valor de resistencia de la malla a tierra del sistema junto con la conexión de los transformadores.

7.8 Fallas Monofásicas Asimétricas Las condiciones del cálculo son similares que para el caso trifásico.

39

De esta manera se tienen las herramientas para determinar las corrientes de cortocircuito, necesarias para resolver si las protecciones del sistema son satisfactorias ante eventuales fallas. Para ello se debe recordar que:   

La máxima corriente de cortocircuito que tendrá que soportar el interruptor en el instante de ocurrida la falla corresponde a su capacidad momentánea. La corriente que deberá despejar el interruptor, lo cual ocurre unos cuantos ciclos luego de ocurrida la falla, corresponde a su capacidad de ruptura. La malla a tierra del transformador tiene un valor de 3 ohm.

7.9 Tablas Calculadas

Cálculo constante asimétrica:

B0 B1 B2 B3 B4 B5 B0 B1 B2 B3 B4 B5

R1 0.00133697 0.00990264 0.01104347 0.02405642 0.01969805 0.02075175 Rt 0.14872352 0.02316528 0.02485669 0.05423634 0.04449534 0.04264269

XL1 R2 XL2 R0 XL0 0.02283715 0.00133697 0.02283715 0.14604958 0.07936952 0.01589087 0.00990264 0.01589087 0.00336 0.0243123 0.01118620 0.01104347 0.01118620 0.0276975 0.02162 0.01298777 0.02405642 0.01298777 0.006123508 0.0150425 0.04031749 0.01969805 0.04031749 0.005099243 0.0555995 0.02285090 0.02075175 0.02280900 0.001139191 0.03779266 XLt EXPONENTE EXPONENCIAL K 0.12504382 -29.8921589 1.04232E-13 1 0.05609404 -11.6769595 8.48713E-06 1.000031074 0.04399241 -20.3261466 1.48753E-09 1.00000068 0.04101804 -46.2832169 7.93331E-21 1 0.13623449 -19.4217262 3.67495E-09 1.000272274 0.08349446 -29.0547052 2.40825E-13 1.000002663

Tablas calculadas: (Falla Monofasica)

BARRAS B0 B1 B2 B3 B4

IMPEDANCIA SECUENCIA POSITIVA R1 0/1 XL1 0/1 0.00133697 0.022837144 0.00990264 0.015890871 0.01104347 0.011186208 0.02405642 0.01298777 0.01969805 0.040317499

IMPEDANCIA SECUENCIA NEGATIVA R2 0/1 XL2 0/1 0.001336965 0.022837144 0.00990264 0.015890871 0.01104347 0.011186208 0.02405642 0.01298777 0.01969805 0.040317499

40

IMPEDANCIA SECUENCIA CERO R0 0/3 XL0 0/1 0.14604958 0.07936952 0.00336 0.0243123 0.00276975 0.02162 0.006123508 0.0150425 0.005099243 0.0555995

B5

0.02075175

0.0228509

0.02075175

0.0228509 0.0011391915

BARRAS B0 B1 B2 B3 B4 B5

IMPEDANCIA TOTAL RECTANGULAR Rt 0/1 XLt 0/1 0.14872352 0.12504382 0.02316528 0.056094042 0.02485669 0.043992416 0.054236348 0.04101804 0.044495343 0.136234498 0.0426426915 0.08349446

BARRAS B0 B1 B2 B3 B4 B5

I. FALLA 1 Ø CONSTANTE SIMETRICA (A) ASIMETRICA MODULO ANGULO K 594.2702685 -40.0564621 1 75104.5149 -67.560735 1.000031074 90206.04849 -60.5325892 1.00000068 67029.38754 -37.0996049 1 31803.8911 -71.9125228 1.000272274 48617.14055 -62.9454719 1.000002663

IMPEDANCIA TOTAL POLAR MODULO 0/1 ANGULO 0.194305526 40.0564621 0.06068914 67.560735 0.05052907 60.5325892 0.068000448 37.09960496 0.1433166913 71.91251282 0.093753527 62.94547191

I. FALLA 1 Ø ASIMETRICA (A) MODULO ANGULO 594.2702685 -40.0564621 75106.8487 -67.560735 90206.10983 -60.5325892 67029.38754 -37.0996049 31812.55047 -71.9125228 48617.27002 -62.6454719

Cálculo de protecciones

Interruptor I1 y I2 In: 401.67 (A) Interruptor: NS630 Protección: STR23SE

Inp: 630

Ir = Ko x K1 x 630 Ir = 0.8 x 0.8 x 630 = 403,2 (A)

41

0.03779266

%SC = 403.2 – 401.67 x 100 = 0.38 % 401.67 Protección corto retardo Icc =

380

= 7325.94∟-47.84 (A)

√3 x (0.0201 + j 0.0222)

403.2