DANIEL ARTURO VILLAMIL ARDILA ROBINSON ZAPATA …

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN ENTRENADOR EN SISTEMAS DE POTENCIA EN BAJA

TENSIÓN CON AUTOMATISMOS ELÉCTRICOS, PARA EL LABORATORIO DE TECNOLOGÍA

EN ELECTRICIDAD E INGENIERÍA ELÉCTRICA POR CICLOS.

DANIEL ARTURO VILLAMIL ARDILA

ROBINSON ZAPATA SINISTERRA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA ELÉCTRICA POR CICLOS PROPEDÉUTICOS

BOGOTÁ D.C.

2015

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN ENTRENADOR EN SISTEMAS DE POTENCIA EN BAJA

TENSIÓN CON AUTOMATISMOS ELÉCTRICOS, PARA EL LABORATORIO DE TECNOLOGÍA

EN ELECTRICIDAD E INGENIERÍA ELÉCTRICA POR CICLOS.

DANIEL ARTURO VILLAMIL ARDILA

ROBINSON ZAPATA SINISTERRA

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Eléctrico

Director: Ing. Luis Antonio Noguera Vega

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA ELÉCTRICA POR CICLOS PROPEDÉUTICOS

BOGOTÁ D.C.

2015

Nota de aceptación:

El proyecto titulado “Diseño e implementación de un entrenador en sistemas de potencia en baja

tensión con automatismos eléctricos, para el laboratorio de tecnología en electricidad e ingeniería

eléctrica por ciclos.”, realizado por Daniel Arturo Villamil Ardila y Robinson Zapata Sinisterra, cumplió

con los objetivos propuestos y recibió la calificación de APROBADO.

_________________________________________

Firma del Director Ing. Luis Antonio Noguera Vega

________________________________________

Firma Jurado 1 Ing

01-febrero-2016

De Daniel Arturo Villamil Ardila a….

Mi madre Alcira Ardila Alba y mi abuela Gloria Elsa Alba de Ardila que siempre creyeron en mi

esfuerzo y sacrificio, me enseñaron a trabajar con pasión y honestidad, un fuerte saludo a Nata Dalí

por el amor y la esperanza, un abrazo para los que no están presentes y siempre recordaré. “no

importa los sacrificios si lo que consigues te hace feliz y hace feliz a los que amas”

De Robinson Zapata Sinisterra a…

Dios y mi familia, especialmente a mis padres quien han sido mi motivación, mi apoyo y guía para

seguir saliendo adelante, me enseñaron a levantarme y no desmotivarme de los tropiezos que da la

vida, sino aprender de los mismos para alcanzar mis sueños.

Agradecimientos

Los autores agradecen de manera especial a:

Nuestros docentes durante la bella experiencia de la universidad y al Ing. Luis Antonio Noguera

Vega, por su tiempo y apoyo.

Schneider Electric por permitir ejecutar esta idea, suministrando toda la información requerida para

poder dar forma a este documento.

De Daniel Villamil a:

Mis compañeros de trabajo de ingeniería en Diseño Eléctrico, Control Calidad y Estandarización por

sus aportes para el desarrollo de este trabajo.

De Robinson Zapata a:

Mis compañeros de Universidad y al personal de Schneider Electric que compartió con nosotros sus

conocimientos para lograr este objetivo.

CONTENIDO CONTENIDO .................................................................................................................................................... 1

LISTA DE TABLAS .......................................................................................................................................... 6

LISTA DE GRÁFICAS ...................................................................................................................................... 7

LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................................................ 8

LISTA DE ANEXOS ....................................................................................................................................... 10

1 MARCO TEÓRICO. ................................................................................................................................. 1

1.1 DEFINICIONES. ............................................................................................................................... 1

1.1.1 Relé de protección electrónico. ................................................................................................. 1

1.1.2 PLC (Controlador Lógico Programable). ................................................................................... 1

1.1.3 Transferencia eléctrica. ............................................................................................................ 1

1.1.4 Transferencia en transición abierta. .......................................................................................... 2

1.1.5 Transferencia en transición cerrada. ........................................................................................ 2

1.1.6 Banco de condensadores. ........................................................................................................ 3

1.1.7 Protección y comando del motor. ............................................................................................. 3

1.1.8 Transformador de corriente. ..................................................................................................... 4

1.1.9 Transformador de tensión o de potencial. ................................................................................ 4

1.1.10 Plano. ....................................................................................................................................... 4

1.1.11 Diagrama unifilar. ...................................................................................................................... 4

1.1.12 Contactor. ................................................................................................................................. 5

1.1.13 Características eléctricas principales. ....................................................................................... 5

1.2 NORMAS APLICABLES. .................................................................................................................. 7

1.2.1 IEC 60947-4-1. Contactors and motor starters ............................................................... 7

1.2.2 IEC 60947-4-2. ......................................................................................................................... 7

1.2.3 IEC 60439-1/2........................................................................................................................... 8

1.2.4 IEC 60439-1.............................................................................................................................. 8

1.3 DEFINICIONES BÁSICAS PARA ARRANCADORES Y CENTRO DE CONTROL DE MOTORES.

(CCM) 8

1.3.1 Control a 2 hilos. ....................................................................................................................... 8

1.3.2 Control a 3 hilos. ....................................................................................................................... 9

1.3.3 Tableros eléctricos de distribución de potencia. ....................................................................... 9

1.3.4 Centro de control de motores. .................................................................................................. 9

1.3.5 Estructura básica (tablero Blokset). .......................................................................................... 9

1.3.6 Arrancador directo. ................................................................................................................... 9

1.3.7 Arrancador estrella – triángulo. ............................................................................................... 10

1.3.8 Arrancador Suave. .................................................................................................................. 10

1.3.9 Arranque con variador de velocidad. ...................................................................................... 10

2 ESTUDIO TÉCNICO DE COMPENSACIÓN DE POTENCIA REACTIVA EN UN SISTEMA

PARTICULAR DE BAJA TENSIÓN. ............................................................................................................... 12

2.1 TEORÍA SOBRE LA COMPENSACIÓN DE POTENCIA REACTIVA. ............................................ 12

2.1.1 Componentes eléctricas. ........................................................................................................ 12

2.2 ANÁLISIS Y DESARROLLO DE LA COMPENSACIÓN DE ENERGÍA REACTIVA EN UN

SISTEMA ELÉCTRICO. ............................................................................................................................. 31

2.2.1 Diagrama de flujo para el análisis y desarrollo de la compensación de energía reactiva. ...... 31

2.2.2 Planteamiento del problema en un sistema particular. ........................................................... 33

2.2.3 Datos del sistema eléctrico del CCM. ..................................................................................... 33

2.2.4 Flujo de cargas del sistema eléctrico del CCM. ...................................................................... 33

2.2.5 Potencia reactiva para la compensación ................................................................................ 37

2.2.6 Memorias de cálculo del banco de condensadores ................................................................ 38

2.2.7 Especificaciones del banco de condensadores ...................................................................... 41

3 DISEÑO DE TRANSFERENCIA AUTOMÁTICA RED- RED EN TRANSICIÓN ABIERTA. ................... 53

3.1 TRANSFERENCIA ELÉCTRICA. ................................................................................................... 53

3.1.1 Transferencia abierta. ............................................................................................................. 53

3.1.2 Transferencia cerrada. ............................................................................................................ 54

3.1.3 Diferencia entre transición abierta y transición cerrada. ......................................................... 54

3.2 FUNCIONAMIENTO GENERAL DE LA TRANSFERENCIA AUTOMÁTICA RED-RED EN

TRANSICIÓN ABIERTA. ............................................................................................................................ 54

3.2.1 Filosofía de operación de la transferencia automática en transición abierta red-red. ............. 54

3.2.2 Características de la transferencia automática en transición abierta red-red. ........................ 55

3.2.3 Lógica de la transferencia automática en transición abierta red-red. ...................................... 56

Diagrama de flujo para una transferencia eléctrica de transición abierta ............................................... 59

3.3 MEMORIAS DE CÁLCULO DE TRANSFERENCIA AUTOMÁTICA EN TRANSICIÓN ABIERTA

RED-RED. .................................................................................................................................................. 60

3.3.1 Selección interruptores de potencia para fuentes de alimentación. ........................................ 62

3.3.2 Cálculo de la corriente nominal de los interruptores totalizadores del transformador TRF y

generador GEN. ..................................................................................................................................... 62

3.3.3 Selección de parámetros eléctricos de interruptores totalizadores. ........................................ 62

3.3.4 Información complementaria requerida para selección de interruptores. ................................ 65

3.4 Planos eléctricos............................................................................................................................. 66

3.4.1 Señalización ........................................................................................................................... 66

3.5 Funcionamiento general de la transferencia automática red-gen en transición cerrada. ................ 67

3.5.1 Sincronización ........................................................................................................................ 68

3.5.2 Características de la transferencia ......................................................................................... 68

3.5.3 Tabla de verdad ...................................................................................................................... 69

3.5.4 Encendido-encendido. Entrada generador de esenciales pruebas rutinarias ......................... 70

3.5.5 Filosofía de operación ............................................................................................................ 70

4 IMPLEMENTACION DE GUÍAS DE LABORATORIO, CELDAS DE TRANSFERENCIA ELECTRICA

Y BANCO DE CONDENSADORES ............................................................................................................. 71

4.1 GUÍAS DE LABORATORIO ............................................................................................................ 71

4.1.1 Operación y funcionamiento de transferencia automática a través de plc .............................. 73

4.1.2 Guía de laboratorio parametrización relé varlogic .................................................................. 73

4.1.3 Guía de laboratorio operación y funcionamiento de transferencia automática a través de relé

vorkom 74

4.1.4 Guía de laboratorio de parametrización relé inteligente tesys t .............................................. 74

4.1.5 Operación y funcionamiento de interruptor motorizado .......................................................... 74

4.1.6 Guía de laboratorio operación y funcionamiento de banco de compensación de energía

reactiva 75

5 IMPLEMENTACIÓN DE CELDAS DE TRANSFERENCIA ELÉCTRICA Y BANCO DE

CONDENSADORES ..................................................................................................................................... 76

5.1.1 Implementación de banco de condensadores. ....................................................................... 76

5.1.2 Implementación de transferencia eléctrica.............................................................................. 77

6 PARÁMETROS TÉCNICOS REQUERIDOS PARA DISEÑAR CENTROS DE CONTROL MOTORES

EN BAJA TENSIÓN HASTA 100 kW .............................................................................................................. 79

6.1 EQUIPOS Y ACCESORIOS DE CONTROL PARA ARRANCADORES DIRECTOS. .................... 79

6.1.1 Interruptor (parte A): ............................................................................................................... 80

6.1.2 Relé térmico bimetálico / electrónico (parte B): ...................................................................... 82

6.1.3 Contactor (parte C): ................................................................................................................ 86

6.1.4 Transformador de control (parte D): ....................................................................................... 87

6.1.5 Cable de fuerza: ..................................................................................................................... 87

6.1.6 Consideraciones generales para arrancadores directos ......................................................... 87

6.2 EQUIPOS Y ACCESORIOS DE CONTROL PARA ARRANCADORES SUAVES Y VARIADORES

DE VELOCIDAD......................................................................................................................................... 89

6.2.1 Interruptor (parte A): ............................................................................................................... 89

6.2.2 Contactor (parte B): ................................................................................................................ 89

6.2.3 Fusibles ultrarrápidos aR (parte C): ........................................................................................ 89

6.2.4 Arrancador suave (parte D): ................................................................................................... 90

6.2.5 Variador de velocidad (parte D1): ........................................................................................... 92

6.2.6 Transformador de control (parte E): ........................................................................................ 94

6.2.7 Display (parte F): .................................................................................................................... 94

6.2.8 Inductancia de motor o inductancia trifásica de salida ............................................................ 94

6.2.9 Inductancia de línea o inductancias de filtrado de armónicos ................................................ 95

6.2.10 Consideraciones generales ................................................................................................... 97

7 CONCLUSIONES. ................................................................................................................................. 98

8 BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................................... 99

9 ANEXOS. ............................................................................................................................................. 102

LISTA DE TABLAS

Tabla 2-1. Metodo simplificado. (Peru, 2011) ................................................................................................. 27

Tabla 2-2. Resumen de la distorsión armónica............................................................................................... 34

Tabla 2-3. Valores mínimos y máximos. Día 4: 24/11/2014. .......................................................................... 37

Tabla 2-4. Máximos y mínimos de las mediciones del flujo de carga. ............................................................ 37

Tabla 2-5. Derrateo de corriente de acuerdo a la temperatura de Diseño y Grado de Protección IP, de la

celda donde va a ser instalado el Interruptor. (STANDARD, 2004) ............................................................... 45

Tabla 2-6. Características eléctricas de los interruptores Masterpact NW. (Electric, Schneider Electric, 2010)

....................................................................................................................................................................... 46

Tabla 2-7. Características eléctricas de los interruptores Compact NSX. (Electric, Schneider electric, 2010) 48

Tabla 2-8. Categorías según la IEC 60947-4-1. (60947-4-1, 2008) ................................................................ 49

Tabla 2-9. Tabla de selección acorde a la IEC. (Electric, Schneider Electric, 2010) ...................................... 51

Tabla 2-10. Tabla de selección del fabricante. (Electric, Schneider Electric, 2010) ........................................ 51

Tabla 3-1. Tabla de funcionamiento ............................................................................................................... 57

Tabla 3-2. Tabla de verdad. ............................................................................................................................ 58

Tabla 3-3. Información de entrada .................................................................................................................. 60



LISTA DE GRÁFICAS

Gráfica 2-1. Potencias del sistema. Día 4: 24/11/2014. .................................................................................. 35

Gráfica 2-2. Factor de potencia del sistema. Día 4: 24/11/2014. .................................................................... 36

LISTA DE FIGURAS

Figura 2-1 . Díagrama de Potencias P, Q y S. (Ricargo Garrido, 2013) ......................................................... 13

Figura 2-2. . Díagrama de potencia. Valores de la potencia aperente S1 y S2 con respecto a la potencia

reactiva Q1 y Q2. (Ricargo Garrido, 2013) ..................................................................................................... 15

Figura 2-3. Diagrama de potencias. Valor de potencia reactiva Qc con respecto a potencia aparente S2.

(Capella, 2000) ............................................................................................................................................... 17

Figura 2-4.Conexión de condensadores en delta (Δ) y en estrella (Y). (MORALES, 2009) ............................ 19

Figura 2-5. Banco de compensación automática con una conexión en delta (Δ). (MORALES, 2009) ............ 20

Figura 2-6. Compensación global (un equipo para toda La instalación). (Electric, Schneider electric, 2010) . 21

Figura 2-7. Compensación por grupo o local (grupo a grupo de receptores). (Electric, Schneider Electric,

2010) .............................................................................................................................................................. 21

Figura 2-8. Compensación individual (en cada receptor). (Electric, Schneider Electric, 2010) ....................... 22

Figura 2-9. Selección tipo de compensación en presencia de armónicos. (Electric, Schneider Electric, 2010)

....................................................................................................................................................................... 23

Figura 2-10. Tipo de condensadores en presencia de armónicos. (Electric, Schneider electric, 2010) .......... 24

Figura 2-11. Triángulo de potencias. (UPME, 2014) ....................................................................................... 28

Figura 2-12. Diagrama de flujo para el análisis y desarrollo de un banco de condensadores ........................ 32

Figura 3-1. Diagrama de flujo para una transferencia eléctrica de transición abierta ..................................... 59

Figura 3-2. Características eléctricas del interruptor NS1250H ...................................................................... 64

Figura 3-3. Información básica para la selección del interruptor. .................................................................... 64

Figura 3-4. Datos complementarios para la selección del interruptor. ............................................................ 65

Figura 3-5. Entrada principal y entrada de emergencia. ................................................................................. 69

Figura 4-1. PLC TWIDO y Transferencia Eléctrica, Transición Abierta y Cerrada¡Error! Marcador no

definido.

Figura 4-2. Relé Varlogic ................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Figura 4-3. Relé Vorkom .................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Figura 4-4. Clases de Tesys T ........................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Figura 4-5. Interruptor con mando motorizado .................................................. ¡Error! Marcador no definido.

Figura 4-6. Banco de compensación de potencia reactiva ................................ ¡Error! Marcador no definido.

Figura 5-1. Partes principales de un arrancador directo ................................................................................. 79

Figura 5-2. Accesorios principales del interruptor ........................................................................................... 81

Figura 5-3. Accesorios principales del interruptor .............................................. ¡Error! Marcador no definido.

Figura 5-4. Referencia dependiendo del número de polos y de unidad de disparo.¡Error! Marcador no

definido.

Figura 5-5. Relé térmico ................................................................................................................................. 83

Figura 5-6. Contactor y bloques auxiliares ..................................................................................................... 86

Figura 5-7. Relé TesysT ................................................................................................................................. 84

Figura 5-8. Partes principales de un arrancador suave y variador velocidad ................................................. 89

Figura 5-9. Fusibles y porta fusibles ............................................................................................................... 90

Figura 5-10 Arrancador suave ATS y accesorios principales ......................................................................... 92

Figura 5-11. Variador de velocidad y accesorios principales. ......................................................................... 93

Figura 5-12. Inductancia de motor .................................................................................................................. 94

Figura 5-13. Inductancia de motor .................................................................................................................. 96

LISTA DE ANEXOS

Anexo 1: Tablas de datos recolectados

Anexo 2: Fabricante de cable.

Anexo 3: Tabla 310-16 de la NTC 2050

Anexo 4: Tabla C12A de la NTC 2050

Anexo 5: Planos eléctricos del banco de condensadores.

Anexo 6: Planos eléctricos de la transferencia automática de transición abierta con PLC.

Anexo 7: Regulador de energía reactiva/ NR12

Anexo 8: Características eléctricas del interruptor NSX.

Anexo 9: Características eléctricas del interruptor NW.

Anexo 10: Tablas de derrateo.

Anexo 11: Contactores

Anexo 12: Capacitor.:

RESUMEN

El enfoque principal de este proyecto es lograr crear un espacio para que los estudiantes de tecnología en

electricidad e Ingeniería Eléctrica por ciclos propedéuticos tengan unas muy buenas herramientas en el

ámbito laboral.

La forma en que se plantea en este proyecto de grado para entregar estas herramientas al estudiantado, es

acercándolos a diseños e implementaciones reales de trasferencias automáticas en lazo abierto, sistemas

de compensación reactiva a través de bancos de condensadores, manipulación de relés de protección,

controles de arrancadores directos, arrancadores estrella-triangulo, arrancadores con inversión de giro, entre

otros. Los alumnos contaran con guías de laboratorio y diseños que les dará grandes bases para que ellos

también personalicen sus diseños y construcciones de los temas anteriormente nombrados.

INTRODUCCION

El documento presentado a continuación expone un desarrollo técnico que define parámetros de diseño

para la selección de equipos, interpretación técnica de una transferencia automática en lazo abierto y

parámetros de diseño e implementación de un banco de condensadores, lo anterior con el fin de ejecutar

prácticas de laboratorio en sistemas de potencia en baja tensión, basados en la teoría de circuitos,

metodologías técnicas y prácticas de laboratorio apoyadas principalmente en 4 celdas ubicadas en el

laboratorio de alta tensión con la finalidad de realizar prácticas con equipamiento real.

OBJETIVOS DEL PROYECTO

OBJETIVO GENERAL

Implementar un entrenador en sistemas de potencia en baja tensión con automatismos eléctricos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Definir parámetros de diseño e implementar una transferencia automática en lazo abierto, entre dos

interruptores de entrada a través de un PLC o un Relé programable, con el fin de ejecutar prácticas

de laboratorio con configuraciones empleadas en la industria.

Especificar parámetros de diseño e implementar un banco de condensadores industrial, enfocado a

realizar prácticas de compensación de energía reactiva en sistemas de potencia de baja tensión.

Elaborar guías de laboratorio destinadas a orientar las prácticas de los estudiantes hacia un

contacto directo con algunas aplicaciones que se ejecutan en la industria en Colombia en baja

tensión, (control arrancadores directos, arrancadores delta estrella, arrancadores inversores de

giro, control variadores de velocidad, configuraciones transferencias lazo abierto red-planta y red-

red, funcionamiento conjunto de relé de protección más interruptor de potencia.)

Determinar parámetros técnicos requeridos para diseñar centros de control motores en baja tensión

hasta 100 kW.

1

1 MARCO TEÓRICO.

De acuerdo a los términos con los que se denominan equipos y sus respetivas funciones, dentro de una

instalación en un sistema de baja tensión, se explicará en este capítulo sus respectivas definiciones, en

términos sencillos de entender para electricistas que no estén familiarizados con los equipos.

1.1 DEFINICIONES.

1.1.1 Relé de protección electrónico.

Equipos que tienen como característica principal, la posibilidad de acuerdo a su función de compilar

múltiples protecciones necesarias para determinadas maquinas o funciones, hoy en día existen relés

especializados para motores, generadores, transformadores, líneas, entre otros, los cuales permiten realizar

una coordinación de protecciones de una forma mucho más sencilla, adicional a esto cuentan con protocolos

de comunicación tales como modbus, profibus, device net, IEC61850, entre otros.

Existen otro tipo de relés que se especializan en funciones tales como transferencias y compensación de

reactivos, por mencionar algunos ejemplos, estos relés ya cuentan con las protecciones necesarias para

realizar dichas funciones y con la posibilidad de ajustar parámetros como por ejemplo, el tiempo de

conmutación en una trasferencia automática u operación de contactores para obtener el valor deseado de

factor de potencia, etc., que se requieren de acuerdo al relé en particular. (Sisa, 2012)

1.1.2 PLC (Controlador Lógico Programable).

Es un dispositivo electrónico que se caracteriza por estar en capacidad de recibir señales de entrada

digitales y convertirlas de acuerdo a una programación que se realiza a conveniencia de la aplicación que se

desee atender, en salidas digitales que están en capacidad de automatizar un proceso eléctrico, mecánico o

industrial.

Una de las aplicaciones más frecuentes de los PLC, es que permite comandar la operación de interruptores

de potencia motorizados para que conmuten el flujo de potencia a través de dichos interruptores,

dependiendo de la disponibilidad de energía eléctrica en las redes, en lo que se denomina en la industria

como transferencia automática. (2050, 1998) (Sisa, 2012)

1.1.3 Transferencia eléctrica.

En la industria es habitual que se desee un respaldo de suministro eléctrico cuando ocurren fallas de

cualquier tipo que generan interrupción del servicio, para evitar al máximo los retrasos en líneas de

producción y suministro o el cese de sus actividades. A través de una serie de equipos eléctricos y

2

electrónicos, es posible trasferir la responsabilidad de alimentar cargas eléctricas de una fuente que está en

falla por ausencia de tensión, a una fuente diferente la cual tiene que estar disponible, para atender dichas

cargas. La fuente de respaldo puede ser un generador eléctrico de cualquier especie, o una red diferente a

la de alimentación principal, la cual está alimentada de una fuente diferente, todo esto para garantizar

continuidad en el servicio. Existen diversos tipos de transferencias. (THOMASSET, 2001)

1.1.4 Transferencia en transición abierta.

Se utiliza cuando el sistema eléctrico permite interrupciones del suministro energía por instantes mínimos de

tiempo en lo que se denomina como retrasferencia (volver a condiciones normales del sistema, alimentando

las cargas desde la red principal).

Estas trasferencias pueden estar alimentadas por 2 o más redes (trasferencia red – red) o alimentadas por

una red y un generador eléctrico (trasferencia red- planta).

Cuando existe ausencia de tensión en la red principal se da la orden de apertura al interruptor de la red

principal, y la orden de cierre al interruptor de la red secundaria o de la planta que está respaldando el

sistema, este tipo de comandos por lo general se ejecutan a través de un PLC o un relé especializado.

Es posible dejar la opción de trabajar de forma manual dichas transferencias con el objetivo de realizar

mantenimiento sobre equipos tales como interruptores de potencia, por mencionar un ejemplo.

Al momento de realizar la re transferencia (volver el sistema a condiciones normales, donde el alimentador

de las cargas es la red principal) se debe garantizar que la red principal vuelva con sus valores de tensión

normalizados, de tal forma que se pueda dar primero la orden de apertura al interruptor de la red secundaria

o la planta, y posteriormente ordenar el cierre al interruptor principal. (THOMASSET, 2001)

1.1.5 Transferencia en transición cerrada.

Se utiliza cuando el sistema eléctrico no permite interrupciones del suministro de energía por instantes de

tiempo corto en lo que se denomina como re trasferencia (volver a condiciones normales del sistema,

alimentando las cargas desde la red principal).

Estas trasferencias pueden estar alimentadas por 2 o más redes (trasferencia red – red) o alimentadas por

red y generador eléctrico (trasferencia red- planta).

Al momento de realizar la re transferencia, no se pueden desenergizar las cargas alimentadas por la fuente

de respaldo, por lo tanto el sistema de trasferencia debe verificar condiciones de sincronización entre la red

3

de respaldo y la red principal, con el objetivo de garantizar que las 2 fuentes puedan estar presentes

simultáneamente durante un periodo de tiempo, es decir que los 2 interruptores de alimentación están

cerrados.

Después de garantizar que la red principal es esta estable, se puede abrir el interruptor de respaldo y

garantizar continuidad en el servicio del sistema. (THOMASSET, 2001)

1.1.6 Banco de condensadores.

Conjunto de equipos eléctricos y electrónicos que tienen como objetivo compensar la potencia reactiva auto

generada, principalmente por motores eléctricos en instalaciones locales. Los reactivos en una red tienen

que ser compensados, puesto que un valor elevado de potencia reactiva implica penalización económica por

parte de las electrificadoras y adicionalmente aumentan consumo de corriente en la instalación, por tanto

algunos equipos eléctricos pueden disminuir su vida útil.

En la actualidad se utilizan relés especializados para realizar automáticamente la regulación de pasos de

condensadores, los cuales compensan reactivos de la red. (Capella, 2000)

1.1.7 Protección y comando del motor.

La protección y el comando de un motor pueden ser realizados por uno, dos o tres aparatos en los cuales se

dividen las siguientes funciones:

Comando

Seccionamiento

Protección contra los cortocircuitos

Protecciones específicas para motor (como mínimo: protección térmica)

Las protecciones deben responder a dos criterios:

La coordinación interruptor-contactor-relé térmico en caso de falla Eléctrica. Cualquiera sea la

naturaleza, los diferentes aparatos no deben sufrir daño, sin embargo pueden estar sometidos a un

daño conocido y aceptado. Esta coordinación se rige por la norma IEC 60947-4

La coordinación entre el conjunto de protección y comando y los dispositivos de protección de la distribución,

situados aguas arriba. Esta coordinación tiene como objetivo asegurar el mejor equilibrio entre seguridad y

continuidad de servicio, gracias a las técnicas de limitación, filiación y selectividad. La norma IEC 947-4

define los ensayos a diferentes niveles de intensidad, ensayos que tienen como objetivo someter al

equipamiento a condiciones extremas de uso.

4

La norma define dos tipos de coordinación:

Tipo 1: Un deterioro del contactor y del relé térmico se acepta bajo dos condiciones, la primera es que

no se exponga al operador a ningún riesgo, y la segunda corresponde a que, salvo el contactor y el relé

térmico ningún otro elemento debe ser dañado. El poder de corte de la asociación es el del dispositivo

de protección contra los cortocircuitos, por ejemplo, el interruptor.

Tipo 2: Solo se admite la soldadura de los contactos del contactor o del arrancador, si éstos son

fácilmente separables. Luego de los ensayos de coordinación tipo 2, las funciones de los equipamientos

de protección y de comando deben ser operacionales. El poder de corte de la asociación está

determinado por los resultados de los ensayos. (Electric, Schneider Electric, 2010)

1.1.8 Transformador de corriente.

Es un transformador en el cual en condiciones normales la corriente secundaria es proporcional a la

corriente primaria y difiere de este en el ángulo de desfase, que es aproximadamente cero. La intensidad de

la corriente primaria tiene una relación con la corriente secundaria y se denomina relación de transformación

real del transformador de intensidad, siendo inversamente proporcional al número de espiras.

1.1.9 Transformador de tensión o de potencial.

Es un transformador en el cual la tensión secundaria es en condiciones normales de empleo, prácticamente

proporcional a la tensión primaria y desfasada con relación a esta un ángulo próximo a cero, para un sentido

apropiado de las conexiones.

1.1.10 Plano.

Es la representación gráfica de un objeto o una idea práctica. Esta representación se guía por normas fijas y

preestablecidas para poder describir de forma exacta y clara, dimensiones, formas, características y la

construcción de lo que se quiere reproducir.

1.1.11 Diagrama unifilar.

Es un esquema representativo en un solo hilo de las disposiciones de equipos, características físicas

(dimensión de los conductores), y eléctricas (tensión nominal y de servicio, corriente nominal, corriente de

corto circuito, potencia, cantidad de conductores, etc.), formas de comunicación e identificación de cada

sección del mismo.

5

1.1.12 Contactor.

1.1.12.1 Categoría AC1.

Corresponde a una categoría de empleo, propia de contactores, para aplicaciones o cargas no inductivas o

con bajo factor inductivo, por ejemplo hornos.

1.1.12.2 Categoría AC3.

Corresponde a una categoría de empleo, propia de contactores, para aplicaciones o cargas inductivas,

principalmente para motores jaula de ardilla

1.1.13 Características eléctricas principales.

1.1.13.1 Tablero eléctrico.

La norma IEC EN 60439-1 lo define como: “Uno o más aparatos de protección y maniobra, con los

eventuales dispositivos de mando, medida, protección, regulación, etc., completamente montados bajo la

responsabilidad del constructor, con todas las interconexiones eléctricas y mecánicas internas, incluidos los

elementos estructurales de soporte”. (60439-1, 2004)

1.1.13.2 IP. (Índice de Protección)

Este sistema de codificación, indica el grado de protección suministrado por los encerramientos o

envolventes, contra el acceso a partes peligrosas ante el ingreso de cuerpos sólidos y penetración de agua,

su primer índice da a conocer el tamaño de partículas sólidas que pueden atravesar la envolvente del

equipo, y el segundo índice indica la protección contra filtraciones de líquidos desde distintos ángulos.

(60439-1, 2004)

1.1.13.3 Poder de corte último (Icu).

Máxima corriente de corto circuito que el interruptor puede cortar.

1.1.13.4 Intensidad asignada de corta duración admisible (Icw).

Es la máxima corriente de corto circuito que un interruptor puede soportar durante una corta duración Δt sin

alteración de sus características. (60439-1, 2004)

1.1.13.5 Intensidad asignada de cortocircuito condicional (Icc).

Es el valor de la prospectiva de cortocircuito, que puede ser soportado (tiempo de compensación) el

dispositivo de protección, por el tiempo total de operación en condiciones especiales. (60439-1, 2004)

6

1.1.13.6 Intensidad nominal (In).

La corriente asignada de un circuito de un tablero establecido por el fabricante en función de los valores

asignados en los componentes del equipo eléctrico en el interior del tablero, de su disposición y de su

utilización. Esta corriente debe ser soportada sin que el calentamiento de las diversas partes sobre pase los

limites especificados en el equipo. (60439-1, 2004)

1.1.13.7 Tensión nominal (Un).

Valor nominal máximo de tensión de CA (rms) o de CC, declarado por el fabricante del tablero, a la cual el

circuito o circuitos principales del tablero esta o están diseñados para conectarse. En circuitos trifásicos es la

tensión entre fases. (60439-1, 2004)

1.1.13.8 Tensión nominal de empleo (Ue).

Tensión nominal del circuito de un tablero que, combinada con la intensidad nominal del circuito, determina

su aplicación. En circuitos trifásicos, esta tensión equivale a la tensión entre fases. En un tablero

normalmente hay un circuito principal, con su propia tensión nominal, y uno o más circuitos auxiliares con

sus respectivas tensiones nominales. El fabricante deberá indicar los límites de tensión a respetar para el

correcto funcionamiento de los circuitos del interior del tablero. (60439-1, 2004)

1.1.13.9 Tensión nominal de aislamiento (Ui).

Valor de tensión del circuito de un tablero al que hacen referencia las tensiones de prueba (rigidez

dieléctrica) y las distancias de aislamiento superficiales. La tensión nominal de cada circuito no deberá

superar la tensión nominal de aislamiento. (60439-1, 2004)

1.1.13.10 Tensión nominal soportada a impulsos (Uimp).

Valor máximo de un impulso de tensión que el circuito de un tablero puede resistir en condiciones

específicas y al cual hacen referencia los valores de las distancias de aislamiento en aire. Debe ser igual o

mayor que los valores de las sobretensiones transitorias que se producen en el sistema en el cual se instala

el cuadro. (60439-1, 2004)

1.1.13.11 Unidad funcional o casilla eléctrica.

Se define por la norma IEC 60439-1 como una parte de un conjunto de equipamientos de baja tensión que

comprende todos los elementos mecánicos y eléctricos que contribuyen a la ejecución de una sola función.

La altura de las unidades funcionales se define en múltiplo de 50 mm. Un tablero puede contener 40

7

módulos de 50 mm cada uno. La constituyen todos los elementos de circuitos principales, de comando y

control que cumplen una misma función, cada unidad funcional es completamente separada y no afecta el

funcionamiento o control de otra unidad funcional. Para el caso de los CCM, las unidades funcionales están

compartimentadas en gavetas, que pueden ser fijas o extraíbles.

1.1.13.12 Encerramiento.

Proporciona protección a equipos eléctricos contra influencias externas en todas las direcciones y además

los protege ante contactos indirectos.

1.1.13.13 Derrateo.

De acuerdo a la temperatura y el grado de protección de las celdas, los frame de los interruptores se ven

afectados reduciendo la capacidad nominal de corriente. Esta variación de corriente se denomina derrateo

en corriente, y se debe tener en cuenta para los diseños de las celdas. Esta consideración se debe tener en

cuenta siempre que se desee realizar un cálculo.

1.2 NORMAS APLICABLES.

El equipamento propuesto ha sido diseñado, fabricado y probado de acuerdo a las recomendaciones de la

IEC.

1.2.1 IEC 60947-4-1. Contactors and motor starters

La IEC 60947 se aplica a los tipos de máquinas tales como contactores y arrancadores de motores AC,

cuyos principales contactos están destinados a ser conectados a los circuitos que superen tensiones

nominales de 1000 VAC o 1500 VDC.

Los arrancadores y contactores tratados en esta norma no están normalmente diseñados para interrumpir

corrientes de cortocircuito. Por lo tanto, la protección de cortocircuito adecuado formará parte de la

instalación pero no necesariamente del contactor o el arrancador. (60947-4-1, 2008)

1.2.2 IEC 60947-4-2.

Esta norma se aplica a los controles y arranque de motores, que pueden incluir accionamientos mecánicos

en los dispositivos, destinados a ser conectados a los circuitos de conmutación, la tensión nominal a la cual

será conectado no debe ser superior a 1000 VAC, esta norma caracteriza controles y arranque de motores

con y sin medios de by-pass.

8

Los controles y arranques tratados en esta norma no están normalmente diseñados para interrumpir

corrientes de cortocircuito. Por lo tanto, la protección de cortocircuito adecuado debe formar parte de la

instalación, pero no necesariamente del control y el arrancador.

En este contexto, esta norma establece los requisitos para controles y arranques de motor asociados con

los dispositivos de protección de cortocircuito por separado.

1.2.3 IEC 60439-1/2.

Esta norma considera que un cuadro es un componente estándar de la instalación, como un interruptor

automático o una toma de corriente, aunque está formado por la unión de varios aparatos, agrupados en una

o más cajas adyacentes (columnas o celdas). En un cuadro es posible distinguir las siguientes partes:

Una caja, denominada envolvente conforme a las normas y cuya función es el soporte y la protección

mecánica de los componentes que alberga, y el equipo eléctrico, formado por los aparatos, las conexiones

internas y los terminales de entrada y salida para la conexión a la instalación. (60439-1, 2004)

Este sistema debe ser montado de manera que cumpla los requisitos de seguridad y realice de forma óptima

las funciones para las cuales ha sido diseñado.

Como todos los componentes de una instalación Eléctrica, los cuadros también deben cumplir las normas

correspondientes. Las normas IEC 60439-1 y 2 sobre esta materia han entrado recientemente en vigor a

nivel internacional.

Estas normas se aplican a cuadros de baja tensión con una tensión nominal máxima de 1000 V AC o 1500

VDC.

1.2.4 IEC 60439-1.

Establece normas generales para los cuadros de baja tensión, mientras que las demás partes especifican

las tipologías concretas de los cuadros y deben ser leídas junto con las normas generales.

1.3 DEFINICIONES BÁSICAS PARA ARRANCADORES Y CENTRO DE CONTROL DE MOTORES.

(CCM)

1.3.1 Control a 2 hilos.

Este tipo de controles es realizado principalmente para equipos electrónicos (relés Tesys T, Variadores de

Velocidad, Arrancadores suaves). En este tipo de control el arranque y la parada se realizan por una sola

entrada lógica, cuando se tiene 1 es comando de arranque y 0 cuando se realiza la parada.

9

1.3.2 Control a 3 hilos.

Este tipo de controles es realizado principalmente para equipos electrónicos (relés Tesys T, Variadores de

Velocidad, Arrancadores suaves). En este tipo de control el arranque y la parada se realizan por dos

entradas lógicas diferentes.

1.3.3 Tableros eléctricos de distribución de potencia.

Por lo general, están instalados aguas abajo de los transformadores MT/BT o de los generadores. Dichos

tableros comprenden una o más unidades de entrada, posibles acoplamientos entre barras y un número

relativamente reducido de unidades de salida. (STANDARD, 2004)

1.3.4 Centro de control de motores.

Los centros de control de motores están destinados a la maniobra y a la protección centralizada de los

motores: comprenden los aparatos de maniobra y de protección correspondientes (unidades funcionales

autónomas), así como los aparatos auxiliares de mando y señalización. (STANDARD, 2004)

1.3.5 Estructura básica (tablero Blokset).

Está conformada por un conjunto de elementos prefabricados, estos elementos están disponibles en varias

dimensiones, permitiendo la fabricación de tableros de diferentes tamaños. Cada tablero se compone de 4

zonas distintas:

Juego de barras

Equipamientos

Conexión de cables

Auxiliares

1.3.6 Arrancador directo.

Este es el modo de arranque más sencillo de implementar, el estator se conecta directamente a la red, y el

motor arranca con sus características naturales. Las corrientes de arranque pueden estar entre 5 y 8In y el

par de arranque puede estar entre 0,5 y 1,5 veces el par de arranque nominal. Algunas de las ventajas son:

configuración sencilla de equipos, arranque rápido, bajo costo, pero solo es posible utilizar este tipo de

arranque cuando:

La potencia del motor es baja comparada con la red, lo cual limita las perturbaciones generadas en el

arranque

10

El motor o maquina a controlar no requiere arranques progresivos

El par de arranque es elevado

Uno de los principales clientes es el sector Oil and Gas. (Electric, Schneider Electric, 2010), (Schneider

Electric)

1.3.7 Arrancador estrella – triángulo.

Este tipo de arrancadores sólo es posible utilizarlo si los dos extremos de los devanados del motor se

encuentran disponibles. El principio es básicamente arrancar el motor a la tensión de la red, con los

devanados conectados en estrella, con lo cual la tensión en cada devanado será dividida en 1.73 (√3), luego

de un tiempo y se pasan los devanados a conexión en triangulo, y el motor puede continuar su operación

con las características nominales.

Este tipo de arrancadores no es de uso común, pero en algunas aplicaciones es requerido, ya que algunas

máquinas requieren arranques progresivos. Este tipo de configuración puede ser reemplazada por un

arrancador suave, pero una aplicación estrella triangulo resulta más económica. (Schneider Electric)

1.3.8 Arrancador Suave.

Este tipo de arranque de motor es utilizado cuando se requiere optimizar las secuencias de arranque –

parada, ya que por medio del control de la tensión aplicada al motor, se puede tener un arranque y parada

de manera suave y controlada. Se realiza mediante una subida progresiva de la tensión, lo que posibilita el

arranque suave logrando también reducir los picos de corriente. La corriente puede llegar a graduarse de 2 a

5In, con lo cual se obtiene un par de arranque regulable de 0.1 a 0.7 veces el par de arranque directo.

(Schneider Electric)

1.3.9 Arranque con variador de velocidad.

Los variadores de velocidad convierten las magnitudes de tensión y de frecuencia, en magnitudes variables

para realizar el cambio de velocidad. Es usado este tipo de aplicación cuando se tienen movimientos

complejos, y se desea regulación sin golpes mecánicos, control de par y velocidad ó mecánica detallada.

(Schneider Electric)

Para la selección de un variador de velocidad se debe tener en cuenta los siguientes aspectos:

Tipo de carga: Par constante, par variable, potencia constante y cargas tipo impulsos.

11

Tipo de motor: De inducción, rotor jaula de ardilla o bobinado, corriente y potencia nominal, factor de

servicio, rango de voltaje.

Rangos de funcionamiento: Velocidades máximas y mínimas.

Par en el arranque: Cuando se supera el 170% de par nominal es conveniente sobredimensionar el

variador.

Frenado regenerativo: Cargas de gran inercia, ciclos rápidos y movimientos verticales requieren de

resistencia de frenado exterior.

Condiciones ambientales: Temperatura ambiente, humedad, altura, tipo de gabinete y ventilación.

Aplicación multimotor: Cada motor debe tener una protección térmica, sin embargo la suma de las

potencias de todos los motores será la nominal del variador.

12

2 ESTUDIO TÉCNICO DE COMPENSACIÓN DE POTENCIA REACTIVA EN UN SISTEMA

PARTICULAR DE BAJA TENSIÓN.

En este capítulo se presentan los criterios y condiciones técnicas para el diseño de un banco de

condensadores que permita compensar el factor de potencia en una red eléctrica para mejorar el voltaje y

el uso eficiente en los equipos conectados; para ello se tiene previsto el cálculo de un banco de

capacitores automáticos que se adapten a las variaciones que presenta la carga para disminuir la

potencia reactiva que existe actualmente.

Para dimensionar y calcular el banco de compensación de potencia reactiva, se deben conectar equipos de

medición en la zona de baja tensión para estudiar los perfiles de cargas conectadas y el

comportamiento del factor de potencia en el sistema, con el fin de recopilar los datos que permitan

estimar la capacidad del banco de compensación de reactivos a diseñar e instalar.

Asimismo, deberán realizarse los cálculos de los alimentadores asociados a estos equipos.

La metodología que se desarrolla en este capítulo, tiene la limitante de que no se ejecuta una exposición a

fondo del comportamiento del sistema, debido a que se deben contemplar parámetros como la distribución y

clasificación de las cargas en el sistema, la configuración del circuito y la regulación de tensión, para generar

una compensación de potencia reactiva mas precisa, sin embargo es una herramienta para realizar un

análisis de los puntos a desarrollar para la correcta aplicación de bancos de condensadores si se desea

compensar con potencia reactiva un sistema eléctrico de tipo industrial.

2.1 TEORÍA SOBRE LA COMPENSACIÓN DE POTENCIA REACTIVA.

2.1.1 Componentes eléctricas.

2.1.1.1 Energía activa, reactiva y aparente

Cualquier máquina eléctrica con corriente alterna (motor, transformador) implica dos formas energía: la

energía activa y energía reactiva.

La energía activa consumida en �� es el resultado de la potencia activa P en �� de los receptores en

el poder mecánico (trabajo) y el calor (pérdidas).

La energía reactiva consumida en �� es principalmente para suministrar circuitos magnéticos de las

máquinas eléctricas y corresponde a la potencia reactiva Q en �� de los receptores.

13

La energía aparente en ��es la suma vectorial de las dos energías anteriores de P en �� y Q en

�� y corresponde a la potencia aparente S en �� de los receptores.

2.1.1.2 Elementos de la potencia activa y reactiva

Cada una de las energías activa y reactiva, es una corriente. La corriente activa I está en fase con el voltaje

y es igual a I cos φ, por lo tanto VI cos φ es igual a la potencia activa P expresada en W.

La corriente reactiva I se desplaza 390 ° con respecto a la corriente activa, en atraso (receptor inductivo) o

adelanto (receptor capacitiva), y es igual a I sen φ, mientras que VI sen φ es igual a la potencia reactiva Q

expresada en VAr.

En la Figura 2-1 diagrama de potencias, se establece que el diagrama para las corrientes también es válido

para las potencias, multiplicando cada corriente por el voltaje común V. Los valores kW, kVAr y kVA por fase,

se pueden multiplicar por 3 y representan adecuadamente las relaciones de kVA, kW, kVAr y el factor de

potencia para una carga trifásica total.

Por lo tanto se define para la Figura 2-1:

Potencia aparente S = VI ��

Potencia activa: P = VI.cos φ ��

Potencia reactiva Q = φ VI.sin ��

Figura 2-1 . Díagrama de Potencias P, Q y S. (Ricargo Garrido, 2013)

Los valores aproximados de cos φ de los actuadores principales de potencia reactiva:

Motor de inducción de 100% de carga: cos φ = 0,85

Motor asíncrono con carga de 50% cos φ = 0,73

Lámparas fluorescentes: cos φ = 0,5

14

Estos valores muestran el enorme impacto de la parte reactiva en el consumo de energía de los mandos que

incluyen circuitos magnéticos: es uno de los problemas básicos de cualquier diseñador de productos y

equipos eléctricos. (Capella, 2000)

2.1.1.2.1 Factor de potencia

El factor de potencia de una carga puede ser un elemento o varios elementos que consumen energía y es el

cociente de la potencia activa �� consumida entre la potencia aparente ��suministrada en un momento

dado. Un factor de potencia cercano a 1 representa que la energía reactiva es inferior comparada con la

energía activa, mientras que un valor de factor de potencia bajo indica lo contrario y está definida en la

Ecuación 2-1. El factor de potencia por definición es igual a:

FP =P

S= cos∅

Ecuación 2-1

P: Potencia activa ��

S: Potencia aparente ��

Si las corrientes y los voltajes son perfectamente señales sinusoidales, el factor de potencia es igual a cos φ. También se utiliza la variable tan φ, en las mismas condiciones, se tiene la relación de la Ecuación 2-2:

Tan∅ =Q

P

Ecuación 2-2

Q: Potencia reactiva ��

P: Potencia activa��

El objetivo de la compensación de potencia reactiva es reducir la corriente consumida en la red. La energía reactiva es proporcionada por condensadores a las cargas inductivas durante un período de tiempo, se tiene la relación definida en la Ecuación 2-3:

Tan∅ =Er

Ea

Ecuación 2-3

Er: Energía reactiva ��

Ea: Energía activa ��

15

El flujo de energía reactiva tiene implicaciones técnicas y económicas significativas, de hecho, para la misma

potencia activa P, la siguiente figura muestra la necesidad de proporcionar incluso más potencia aparente,

por lo tanto la corriente y la potencia reactiva es alta. Ver Figura 2-2

Figura 2-2. . Díagrama de potencia. Valores de la potencia aperente S1 y S2 con respecto a la potencia reactiva Q1 y Q2. (Ricargo Garrido, 2013)

2.1.1.2.2 Efectos de un bajo factor de potencia.

Un bajo factor de potencia produce un aumento de la corriente aparente y como resultado un crecimiento de

las perdidas eléctricas, como consecuencia la eficiencia eléctrica del sistema será baja, debido a que el

consumo de la potencia activa es menor que la potencia aparente. (España, Schneider Electric, 2009)

2.1.1.2.3 Causa de un bajo factor de potencia.

El factor de potencia bajo es causado por las cargas reactivas, por ejemplo por circuitos con cargas

inductivas o elementos capacitivos como son los motores, los transformadores y los sistemas de iluminación.

(España, Schneider Electric, 2009)

Un bajo factor de potencia causa sobrecarga en generadores, transformadores y líneas de distribución, trae

consigo caídas de voltaje y pérdidas de potencia mayores que representan pérdidas y deterioro en el

equipamiento industrial.

Las corrientes de armónicos aportan a factores de potencia bajos. Son corrientes que se manifiestan en el

sistema y se presentan en la corriente de carga, mas no en la tensión. Las corrientes de armónicos no

favorecen al sistema de alimentación pero disminuyen el factor de potencia; las únicas cargas que no

contribuyen con corrientes de armónicos son las cargas puramente resistivas.

La potencia reactiva colabora a provocar bajos factores de potencias y no genera ningún trabajo. La causa

más usual de aporte de potencia reactiva a los sistemas de distribución eléctrico es la inductancia de los

motores y, resulta ser mayor su aporte cuando los motores no trabajan a su capacidad recomendada.

16

2.1.1.2.4 Consecuencias y Problemas de un Bajo Factor de Potencia.

A consecuencia de un aumento de las pérdidas por efecto Joule en las redes de distribución de energía

reactiva tiene como consecuencia:

Sobrecargas en los embobinados de los transformadores de distribución

Calentamiento de los cables de alimentación

Pérdidas adicionales:

• Los cables entre medidor y el usuario

• Dispositivos de operación y protección

A consecuencia de un incremento en la caída de voltaje resulta un suministro inadecuado para las cargas

como motores, esta caída de voltaje afecta a:

Los embobinados de los transformadores de distribución

Los cables de alimentación de potencia

Sistemas de protección y control

A consecuencia de un incremento de la potencia aparente, reduce la capacidad de carga instalada. Esto es

significativo para los transformadores de distribución.

Esta tipo de pérdidas afectan al generador y distribuidor de la energía eléctrica. (Peru, 2011)

2.1.1.3 La compensación de potencia reactiva.

Por las razones mencionadas anteriormente, es necesario producir energía reactiva lo más cerca posible a

las cargas para evitar que esta energía sea requerida en la red, a esto se le llama "compensación de

potencia reactiva".

Para fomentar esto, y evitar el exceso de consumo de la red, los distribuidores de energía penalizan

financieramente a los consumidores de energía reactiva más allá de un cierto umbral.

Los condensadores se utilizan para proporcionar potencia reactiva a receptores de tipo inductivo.

Para reducir la potencia aparente de entrada a la red del valor S1 al valor S2, se debe conectar una batería

de condensadores que proporciona potencia reactiva Qc, tal que: Qc = P. (tgφ2 - tgφ1). Ver Figura 2-3

17

Figura 2-3. Diagrama de potencias. Valor de potencia reactiva Qc con respecto a potencia aparente S2. (Capella, 2000)

2.1.1.3.1 Cómo se mejora el factor de potencia: Compensación automática.

Un banco de compensación automática es capaz de ajustarse a las transiciones de potencia reactiva para

lograr mantener el cos φ en un valor óptimo, para esto deben tener en cuenta los elementos principales que

componen un banco de compensación, los datos necesarios para el cálculo de los condensadores y las

configuraciones de conexión de los condensadores.

2.1.1.3.2 Los 3 elementos principales de una unidad de compensación:

El regulador o unidad de control: La mayoría de los reguladores son microprocesadores. El microprocesador

analiza las señales derivadas de los transformadores de corriente, a partir del correspondiente análisis se

envía la orden de conmutación a los contactores, quienes aumentan o disminuyen los pasos de los

condensadores. El control inteligente del regulador asegura un manejo equivalente de los condensadores

que forman los pasos. Este tipo de dispositivos responde a la norma IEC.

Su función es medir el cos φ y dar órdenes de cierre a los contactores para que su valor sea lo mas

aproximado al cos φ determinado como objetivo, acoplando los pasos de potencia reactiva. (España,

Schneider Electric, 2009)

Los contactores: El contactor es un equipo electromagnético mandado por un electroimán, cuando la bobina

del contactor está alimentada, el contactor se cierra, estableciendo continuidad por intermedio de los polos

entre la red de alimentación y el receptor. Los contactores son equipos robustos que pueden ser sometidos a

ritmos severos de maniobras con diferentes tipos de cargas.

La norma IEC 947-4 define los tipos de clases de empleo que fijan la corriente a seccionar por medio de los

contactores. Las categorías para circuitos de potencia con cargas en CA. (coordination, 2011), son:

18

Categoría AC1: Se aplica a todos los aparatos de utilización en corriente alterna (receptores), cuyo factor de

potencia es al menos igual a 0,95 (cos φ > 0,95), por ejemplo: calefacción, distribución, iluminación. (60947-

4-1, 2008)

Categoría AC2: Se refiere al arranque, al frenado en contracorriente y a la marcha por impulso de los

motores de anillos. Al cierre, el contactor establece la intensidad de arranque del orden de 2,5 veces la

intensidad nominal del motor. A la apertura, el contactor debe cortar la intensidad de arranque con una

tensión menor o igual a la tensión de la red, por ejemplo: puentes grúa, grúas pórtico con motores de rotor

bobinado. (60947-4-1, 2008)

Categoría AC3: Se refiere a los motores de jaula. Al cierre, el contactor establece la intensidad de arranque

con 5 a 7 veces la intensidad nominal del motor. A la apertura, corta la intensidad nominal absorbida por el

motor. En este momento la tensión en los bornes de sus polos es del orden del 20% de la tensión de la red,

por lo que el corte es fácil, por ejemplo: Todos los motores de jaula, ascensores, escaleras mecánicas,

compresores, bombas, ventiladores, etc. (60947-4-1, 2008)

Categoría AC4: Esta categoría se refiere a las aplicaciones con frenado a contracorriente y marcha por

impulso utilizando motores de jaula o de anillos. El contactor se cierra con un pico de corriente que puede

alcanzar 5, incluso 7 veces, la intensidad nominal del motor. La tensión puede ser igual a la de la red. El

corte es severo. (60439-1, 2004)

Los contactores pueden ser empleados para la conexión y desconexión de los condensadores o reactores.

La conmutación de los contactores puede ser efectuada por contactos mecánicos o por un conmutador de

tipo electrónico (semiconductor); las cargas sensibles requieren una conmutación rápida, por tal motivo, se

recomienda usar un conmutador electrónico.

Cuando un condensador es conmutado con tensión AC, el efecto es un circuito amortiguado. Aparte de la

corriente nominal, los condensadores están sometidos a corrientes transitorias que son múltiplos de 200

veces la corriente nominal, por lo tanto, los contactores deberán ir provistos de supresores de picos o

equipos de amortiguación para limitar (<70 × I nominal) las corrientes de inserción (In-Rush), prolongando

así la vida útil de los contactores. Para este tipo de aplicaciones los contactores responden a la norma IEC

60947-4-1 e IEC 60947-5-1.

19

Son los encargados de conectar los condensadores que conforman el banco. El número de pasos que es

posible disponer en un equipo de compensación automática depende de las salidas que tenga.

(coordination, 2011)

Los condensadores: Son los elementos que aportan la energía reactiva para la compensación reactiva.

Conociendo el valor de la potencia reactiva inductiva (Q), se puede hallar el valor del condensador que se

debe conectar encada fase, dependiendo de si se conecta en delta o en estrella. Figura 2-4

Conexión en delta (Δ). Conexión en estrella (Y).

Figura 2-4.Conexión de condensadores en delta (Δ) y en estrella (Y). (MORALES, 2009)

Si es conectado en delta:

C� =3 ∗ Q

U�� ∗ w

Ecuación 2-4.

Si es conectado en estrella:

C� =9 ∗ Q

U�� ∗ w

Ecuación 2-5

La tensión que tiene que soportar un condensador conectado en estrella ��

√�� es inferior a la conectada en

delta (��), la capacidad necesaria para compensar el cos φ en conexión estrella es 3 veces mayor que la

conexión en delta. Normalmente la conexión interna de los condensadores es en triangulo. (Peru, 2011)

2.1.1.3.3 Recolección de datos.

Es indispensable recolectar datos de la instalación para el correcto funcionamiento de la unidad de

compensación, los datos principales son:

20

La lectura de corrientes: Para la toma de lectura de corrientes se debe conectar un transformador de

corriente que lea el consumo total de la instalación. Figura 2-5

La lectura de tensión: Regularmente la lectura de tensión se realiza en el propio banco, de modo que al

efectuar la conexión de potencia de la instalación se obtiene este valor.

La información recolectada de la instalación permite al medidor y/o analizador de redes hacer el cálculo del

cos ø existente en la instalación en todo momento y brinda la información suficiente para introducir o sacar

pasos de potencia reactiva.

Figura 2-5. Banco de compensación automática con una conexión en delta (Δ). (MORALES, 2009)

2.1.1.4 La elección del lugar para la compensación de energía reactiva

La ubicación de los equipos de compensación dentro de una instalación puede ser:

2.1.1.4.1 Compensación global (un equipo para toda la instalación).

El banco se conecta en el barraje de distribución principal y permanece en servicio durante el periodo de

carga normal y ofrece una compensación para todos los consumos generales de la instalación. Es apropiado

cuando se busca eliminar las sanciones y sosegar la subestación, tal como se muestra en la Figura 2-6

Ventajas:

-Elimina las penalizaciones por un consumo excesivo de energía reactiva.

-Ajusta la necesidad real de la instalación a la potencia aparente.

-Descarga el centro de transformación usando al máximo la potencia activa disponible.

Observaciones:

21

-La corriente reactiva está presente en toda la instalación.

-Las pérdidas por efecto de Joule en cables no disminuyen (kWh).

Figura 2-6. Compensación global (un equipo para toda La instalación). (Electric, Schneider electric, 2010)

2.1.1.4.2 Compensación por grupos o local (grupo a grupo de receptores).

El banco de compensación está conectado en cada cuadro de distribución local o secundaria en los que se

aplica la compensación, tal como se muestra en la Figura 2-7. Una significativa parte de la instalación se ve

favorecida por este tipo de compensación, sobre los cables de alimentación del cuadro general de baja

tensión y cada uno de los cuadros de distribución en los que se aplica esta medida.

Ventajas:

-Elimina las penalizaciones por un consumo excesivo de energía reactiva.

-La corriente reactiva se elimina entre los niveles 1 y 2.


Observaciones:

-La corriente reactiva está presente en el nivel 2 hasta los receptores.

-Las pérdidas por efecto Joule en los cables se minimizan [�� ].

Figura 2-7. Compensación por grupo o local (grupo a grupo de receptores). (Electric, Schneider Electric, 2010)

22

2.1.1.4.3 Compensación individual (en cada receptor).

Los condensadores se conectan directamente en bornes de cada carga. Es recomendable usar la

compensación individual cuando la potencia del motor es grande en relación a la potencia total demandada

por la instalación. Este tipo de compensación es técnicamente perfecta, ya que produce potencia reactiva en

el lugar donde se consume. Igualmente se recomienda utilizar la compensación fija para compensar el

transformador de potencia en vacío o como en plena carga.

Ventajas:

-Suprime las penalizaciones por un consumo excesivo de energía reactiva.

-Optimiza toda la instalación eléctrica.

-La corriente reactiva se suministra en el mismo lugar de consumo (nivel 3).


Observaciones:

- La corriente reactiva no está presente en los cables de la instalación.

- Las pérdidas por efecto Joule en los cables se eliminan totalmente (kWh).

Figura 2-8. Compensación individual (en cada receptor). (Electric, Schneider Electric, 2010)

2.1.1.4.4 Compensación Mixta (Global-Local-Individual).

Consiste en ubicar capacitores solamente en los motores grandes, y para compensar los motores pequeños,

se instalan algunos capacitores en los centros de carga. Esta solución es costosa de implementar pero

ahorra energía eléctrica. Además, se usa en la compensación individual de los transformadores que

necesitan energía reactiva para su excitación. El valor de la energía reactiva varía desde un mínimo, cuando

trabaja en vacío, hasta un máximo cuando está a plena carga. Como los transformadores están conectados

23

siempre, la compensación debe hacerse por cuestión económica. El valor de la energía reactiva a

suministrar es del orden del 5%, esta sería la compensación fija, y para las los diferentes niveles del cuadro

general de baja tensión se usa la compensación automática. Se usa también en el caso de una transferencia

de energía cuando se tiene una barra seccionada, poniendo compensación a ambos lados de la barra.

(España, Schneider Electric, 2009)

2.1.1.5 Ventajas de la corrección del factor de potencia. (Peru, 2011)

1. Disminución en el costo de la energía eléctrica. Al optimizar el factor de potencia se evitan las

penalizaciones por mantener un bajo factor de potencia.

2. Aumento en la capacidad de distribución en el cuadro general de baja tensión. Al corregir el factor de

potencia se reduce la corriente reactiva en los transformadores, alimentadores, tableros y cables.

3. Minimiza la caída de voltaje. Un bajo factor de potencia reduce el voltaje. Cuando el factor de potencia se

reduce, la corriente activa que circula aumenta, causando una menor caída de voltaje a través de la

resistencia de la línea, la cual, a su vez, conserva una temperatura estable. Esto se debe a que la caída de

voltaje en una línea es igual a la corriente que pasa por la línea multiplicada por la resistencia de la misma.

4. Aumenta la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores.

5. Aumenta la vida útil de las instalaciones.

2.1.1.6 Corrección del factor de potencia en presencia de armónicos.

Los equipos que utilizan la electrónica de potencia (inversores, rectificadores, inversores, etc.), que se

utilizan cada vez más, son los responsables de la circulación de corrientes armónicas en las redes. Figura

2-9.

Figura 2-9. Selección tipo de compensación en presencia de armónicos. (Electric, Schneider Electric, 2010)

24

Estos armónicos interrumpen el funcionamiento de muchos dispositivos. En particular, los condensadores

son extremadamente sensibles al hecho de que su impedancia disminuye proporcionalmente con el nivel de

estos armónicos.

Dependiendo de la potencia de los generadores de armónicos presentes, diversos tipos de condensadores

deben ser elegidos. Para valores altos de potencia de los generadores de armónicos, el tratamiento

armónico es generalmente necesario. El dispositivo adecuado (filtro de armónicos) cumple tanto con las

funciones de corrección de factor de potencia y filtrado de armónicos.

Dependiendo del grado de interferencias armónicas, se tienen 5 tipos de condensadores:

1. Tipo estándar.

2. Tipo H.

3. Tipo SAH –clase estándar.

4. Tipo FH (filtros armónicos).

Véase en la Figura 2-10

Figura 2-10. Tipo de condensadores en presencia de armónicos. (Electric, Schneider electric, 2010)

Gh: es la potencia aparente total de todas las cargas generadoras de armónicos en la red. (Cargas no

lineales).

Sn: es la potencia aparente nominal del transformador.

El grado de interferencia está dado por:

25

��

��

Ecuación 2-6

Nota: Los armónicos deben medirse en el secundario del transformador, con plena carga y sin

condensadores conectados. La potencia del transformador debe tomarse en cuenta al momento de la

medida.

2.1.1.7 Tipo de Compensación.

2.1.1.7.1 Compensación fija o “todo o nada”.

Con este tipo de compensación debe ponerse la batería en funcionamiento, a ésta compensación se le

conoce como "Todo o nada". La puesta en marcha puede ser manual por medio de un disyuntor o un

interruptor ó puede ser semiautomática por medio de contactores. Este tipo de compensación se utiliza si la

demanda de potencia reactiva es inferior o igual al 15% de la potencia nominal del transformador de

potencia, es viable el uso de condensadores fijos. Este tipo de compensación sólo estará en marcha si las

cargas están operadas o dentro del sistema. (España, Schneider Electric, 2009)

2.1.1.7.2 Compensación automática o "por niveles".

Este tipo de compensación se divide en niveles, con la posibilidad de meter más o menos pasos y por lo

general la inserción de los pasos se hace de forma automática. Este tipo de compensación ubica al banco en

la parte principal de la distribución del cuadro general de baja tensión o en un sector importante. Insertar o

sacar los pasos se realiza por medio de un relé del factor de potencia. Para los valores superiores al 15%, es

recomendable usar un banco de condensadores. (Capella, 2000)

2.1.1.7.3 Compensación mixta (Fija – automática).

Este tipo de compensación consiste en combinar los dos tipos de compensación para casos particulares, por

ejemplo, cuando se quiere realizar la compensación individual de los transformadores y adicional a esto se

quiere compensar motores.

2.1.1.8 Compensación automática.

Durante la compensación de reactivos en ningún instante la energía absorbida por la red puede ser

capacitiva.

26

Se debe usar compensación automática cuando se requiere compensar la totalidad o partes que no trabajen

al tiempo de la instalación, en estos casos se deberá usar la compensación automática.

El equipo regulador para la compensación de energía reactiva o factor de potencia debe asegurar que la

variación del factor de potencia no sea mayor de un +-10% en un ciclo determinado de funcionamiento.

Ejemplo:

Si el cos φ en una instalación compensada es de 0,95 (inductivo), el cos φ nunca podrá ser inferior a 0,85

(inductivo), ni superior a 0,94 (capacitivo).

2.1.1.9 Criterios técnicos y normativos.

La tensión de red y la frecuencia son los componentes básicos para el correcto dimensionamiento de un

banco de capacitores. La potencia reactiva Q varía según el cuadrado de la tensión y frecuencia.

La resolución CREG 047/04 (Artículo 3) define los valores mínimos permitidos. Cuando existan cargas de

tipo inductivo (motores, soldadores) y/o capacitivo (Condensadores), se deberá tener en cuenta los factores

de potencia de la carga para el cálculo de la corriente pico y se debe calcular el respectivo banco de

condensadores para corregir el factor, ya que es compromiso del consumidor mantener el factor de potencia

superior al 0.9. (UPME, 2014)

El banco de capacitores será diseñado conforme requerimientos aplicables de los siguientes estándares y

códigos:

IEEE Std. 1036-1992 Aplicación de capacitores eléctricos.

IEEE Std. 519-1992 Control de armónicos en sistemas eléctricos.

RETIE Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas.

ICONTEC Norma 2050 "Norma Técnica Colombiana”.

2.1.1.10 Método de cálculo de potencia reactiva para compensación.

2.1.1.10.1 Método simplificado:

Para un cálculo aproximado para la mayoría de los casos prácticos antes de la compensación puede

suponerse un factor de potencia de 0,75 (inductivo).

Usando la Tabla 2-1 se puede ver que para mejorar el factor de potencia de cos φ = 0,75 a cos φ = 0,95

para una potencia P=500kW, se necesita instalar 0,553 kVAr de un banco de condensadores por kW de

27

carga. La potencia del banco de condensadores a instalar en la cabeza del cuadro de distribución principal

de la instalación es Q (kVAr) = 0,553 × P (kW), es decir que se necesita un potencia reactiva de 277 kVAr.

Tabla 2-1. Metodo simplificado. (Peru, 2011)

Este método permite la rápida selección de los condensadores de potencia para la compensación, sea de

forma global, local o individual.

Esta relación permite hallar ágilmente un valor aproximado de los condensadores de potencia a instalar para

realizar la compensación de energía reactiva.

2.1.1.10.2 Método con la fórmula de la IEEE.

En la siguiente formula definida por la norma IEEE STD 1036-1992 (Peru, 2011) se tiene que:

�� = �� (��)�− �� (�� )��

Ecuación 2-7

kVAr: es la cantidad kilo-var capacitivo que se añade al sistema.

kW: carga en kilovatios del sistema.

28

FP actual: Es el factor de potencia existente.

FP nuevo: Es el factor de potencia corregido.

Para comprobar que cualquier método es válido se usarán los mismos datos del ejemplo anterior.

Factor de potencia sin compensación = �,��

Factor de potencia con compensación = �,��

Potencia activa = ��

Usando la formula, se obtiene un valor requerido para Q de ��,�� = ��

2.1.1.10.3 Método del triángulo de potencias.

Con el método del triángulo de potencias deberán realizarse los cálculos para la determinación de la

potencia reactiva necesaria para compensar un sistema de energía eléctrica.

Figura 2-11. Triángulo de potencias. (UPME, 2014)

Ecuación general de la potencia Aparente ��:

� =�

Ecuación 2-8

Ecuación general de la potencia Activa �� :

� = �.�.��

Ecuación 2-9

Ecuación general de la potencia Reactiva ��:

29

� = �.�.��

Ecuación 2-10

Ecuación general de la potencia Reactiva definida por la Figura 2-11.

� = �� − ��

Ecuación 2-11

Ecuación de la potencia reactiva necesaria para compensar un sistema eléctrico definida por la Figura 2-11.

�� = �� − ��

Ecuación 2-12

Nomenclatura necesaria para definir las ecuaciones:

1 : Factor de potencia sin compensación = �,��

2 : Factor de potencia con compensación = �,��

P: Potencia activa = ��

S1: Sin compensación.

S2: Con compensación.

Q1: Sin compensación.

Q2: Con compensación.

Usando la Ecuación 2-8, se define que �� =�

�, obteniendo la potencia aparente sin compensación:

�� =��[�� ]

�,��= ��,��[��]

Aplicando la Ecuación 2-11, se define la potencia reactiva sin compensación:

�� = �� − ��

�� = √��.�� − �� = ��,�[��]

30


�, obteniendo la potencia aparente con compensación:

�� =��[�� ]

�,��= ��,��[��]

Aplicando la Ecuación 2-11, se define la potencia reactiva con compensación:

�� = �� + ��

�� = ��,�� + �� = ��,��[��]

Usando la Ecuación 2-12, se define la potencia reactiva requerida para compensar el sistema eléctrico.

�� = �� − ��

�� = ��,� − ��,�� = ��,��[��]

�� = ��[��].

De esta forma se demuestra que los tres métodos para el cálculo de la potencia reactiva para la

compensación son válidos y asertivos. (RETIE, 2005) (UPME, 2014)

Cuadro comparativo de los diferentes métodos para el cálculo de la potencia reactiva para

compensar un sistema de energía eléctrica:

MÉTODO SIMPLIFICADO MÉTODO IEEE MÉTODO TRIANGULO DE POTENCIA

Este método permite hallar el valor

de reactivos y así realizar una

rápida selección de los valores de

condensadores de potencia.

Este método se aplica la fórmula

definida por la IEEE bajo unas

variables para hallar el valor de

reactivos necesarios para el

sistema.

Este método se desarrolla bajo el triangulo

de potencia calculando las diferente

variables para encontrarla potencia

reactiva necesaria para compensar el

sistema.

31

2.2 ANÁLISIS Y DESARROLLO DE LA COMPENSACIÓN DE ENERGÍA REACTIVA EN UN SISTEMA

ELÉCTRICO.

El análisis y desarrollo presentado a continuación tiene como objetivo realizar un informe con los resultados

obtenidos para el diseño del banco de condensadores, además de definir la necesidad de compensación

reactiva requerida para el problema planteado a continuación:

Para lograr lo anterior, el análisis de reactivos de la instalación eléctrica se encuentra dividido en las

siguientes etapas:

Modelar el sistema eléctrico de acuerdo a la información de la instalación.

Realizar los flujos de carga del sistema eléctrico de la instalación para definir las necesidades de

reactivos a partir de la información disponible.

Determinar la capacidad del banco de condensadores con el fin de atender el requerimiento de tener un

factor de potencia o igual a cercano 0,90 inductivo.

Diseño de las especificaciones de los elementos que conformaran el banco de compensación reactiva.

2.2.1 Diagrama de flujo para el análisis y desarrollo de la compensación de energía reactiva.

El siguiente diagrama de flujo se puede usar como guía para la realización y desarrollo en forma general del

análisis, además del cálculo y desarrollo de un banco de condensadores para la solución de un problema de

factor de potencia en una instalación eléctrica.

32

Figura 2-12. Diagrama de flujo para el análisis y desarrollo de un banco de condensadores

33

2.2.2 Planteamiento del problema en un sistema particular.

Se plantea un valor crítico de factor de potencia en una instalación eléctrica de tipo industrial en baja tensión

y esto implica un consumo considerable de corrientes de tipo reactivo incurriendo en pérdidas y sobrecargas.

Se desea resolver este problema de forma sencilla y económica con la finalidad de disminuir las corrientes

de tipo reactivo reflejándose en un ahorro considerable de potencia, planteando diseñar un banco de

compensación de potencia reactiva que cumpla con los parámetros básicos y elementales para dar

desarrollo al objeto de llevar el factor de potencia a valores adecuados.

Debe aclararse que las cargas no lineales consideradas en el estudio, corresponden a variadores de

velocidad y arrancadores suaves como cargas generadoras de armónicos.

2.2.3 Datos del sistema eléctrico del CCM.

Para el modelado del sistema son necesarios los datos principales de la instalación eléctrica del CCM. Estos

datos son suministro de la empresa.

Tensión nominal: ��[��]

Tensión de servicio: ��[��]

Corriente de corto Icc: ��[��]

Corriente nominal: ��[�]

Temperatura de diseño: ��°�

El CCM está alimentado con un transformador de 750kVA con una relación de transformación de 13,8kV /

480V-277V en conexión Delta-Estrella. El resultado del modelado es un diagrama unifilar del sistema

eléctrico del CCM en el cual se indican los datos principales de la instalación.

2.2.4 Flujo de cargas del sistema eléctrico del CCM.

Las características de la demanda y el factor de potencia de las cargas del sistema eléctrico fueron tomados

de la medición realizada durante 7 días aproximadamente, la medición en el CCM se realizó entre los días

21/11/2012 y 26/11/2012 con un tiempo de muestreo de 5 segundos. Adicionalmente en el anexo 1: Tabla

de recolección de datos, se encuentran los datos recolectados para el desarrollo del cálculo del banco de

condensadores.

34

Después de realizar un estudios de los perfiles de carga en distintos puntos de la red con la ayuda del

instrumento de medición conocido como FLUKE, se permitió evaluar el comportamiento de la demanda y el

factor de potencia durante los siete días aproximadamente, dando como resultado la data real que permitirá

estimar el banco de capacitores. Para desarrollar el cálculo del banco de capacitores, fueron considerados

los datos arrojados de la medición de los siete días realizada en el sistema, la cual se describen a

continuación.

2.2.4.1 Análisis de contaminación armónica.

La IEEE Std 519-1992, recomienda un límite máximo de distorsión de armónicos total de tensión (THD) del

5,0% para sistema de energía. Los capacitores no generan armónicos, pero pueden influir en las magnitudes

de voltajes y corrientes armónicas que se producen en el sistema, averiando los capacitores, llevándolos a

recalentamientos y envejecimiento prematuro. El sistema eléctrico de la instalación que se analiza es de alta

polución de armónicos generada por equipos que requieren electrónica de potencia (UPS, Lámparas

Fluorescentes, PLC, Computadores, entre otros equipos con resistencia no lineal.), ellos son responsables

de la circulación de corrientes armónicas en el sistema. (519-1992, 1992)

El análisis del nivel de contaminación armónica presente en el sistema eléctrico es basado en la relación

entre la potencia demandada por las cargas no lineales del sistema y la potencia de los alimentadores. Este

procedimiento es recomendado en la selección de compensaciones reactivas con el fin de evitar resonancias

entre los condensadores y los armónicos presentes en el sistema.

Las mediciones del día 04/07/2014 al 30/07/2014, obtenidas con el equipo de registro de perfil de carga de la

marca FLUKE con un tiempo de muestreo de 60seg, conectado a los CT del circuito primario de entrada de

la planta del equipo de medición, dieron como resultado una tabla de resumen de la distorsión de armónicos,

la cual se indica a continuación :

Tabla 2-2. Resumen de la distorsión armónica

Con base en los resultados obtenidos en la Tabla 2-2, la relación entre la potencia de las cargas no lineales

y la potencia nominal del sistema es menor al 15% (Gh/Sn = THDU<15%)), relación de la que se puede

afirmar que el sistema eléctrico es mayoritariamente lineal, por lo tanto no se requieren análisis de

35

resonancias armónicas y/o modelado adicional de las características armónicas de la cargas, de acuerdo al

grado de interferencia de la Figura 2-10 se recomienda el uso de un condensador estándar.

Debido a que el modelado no incluye los componentes reactivos del transformador del sistema eléctrico, el

banco de condensador debe ser incrementado cerca del 5%. (519-1992, 1992)

2.2.4.2 Medición del flujo de carga en el sistema eléctrico del CCM

La medición realizada entre los días 21/11/2014 al 26/11/2014, fue lograda con el equipo de registro de

carga o analizador de redes, el tiempo de muestreo fue 5 segundos, y el analizador fue conectado en el lado

de baja tensión del transformador que alimenta el CCM.

De los seis días en los que se realizó la medición fue analizado el día 4, los días 1, 2, 3, 5 y 6 se encuentran

en el anexo 13.

2.2.4.2.1 Análisis del día 4: 24/11/2014.

Potencia Activa (W), Potencia Aparente (VA), Potencia Reactiva Necesaria para un Factor de Potencia FP=0.9 (VAR).

Gráfica 2-1Potencias del sistema. Día 4: 24/11/2014.

(Gráfica 1 W): Potencia real-útil consumida por el sistema

(Gráfica 2 VA): Potencia aparente que está siendo utilizada por el sistema, potencia nominal que tiene el

sistema.

(Gráfica 3 VAR): Potencia reactiva que está siendo utilizada por el sistema, potencia reactiva de tipo

inductivo, potencia traducida en pérdidas o ineficiencia del sistema.

36

(Gráfica 4 VAR=0.9): Potencia reactiva necesaria para compensar el sistema, potencia reactiva de tipo

capacitivo con un valor de compensación del 0.9.

(Gráfica 5 VA=0.9): Potencia aparente que está siendo utilizada por el sistema, potencia compensada a un

factor de potencia del 0.9.

El FP se ve aplicado entre la (Gráfica 2 VA) y (Gráfica 5 VA=0.9), (Gráfica 3 VAR) y (Gráfica 4 VAR=0.9),

(Gráfica 1 W y (Gráfica 5 VA=0.9) de la gráfica 2-1, el consumo de potencia activa (W) no varía, este FP

hace más eficiente al sistema representándose en la (Gráfica 5 VA=0.9), en representación gráfica se ve

como la gráficas compensadas tienden a estar más cerca de la gráfica de la potencia activa, traduciendo

esto en menos pérdidas y mayor eficiencia.

Las pérdidas durante el día 4 se pueden visualizar entre la (1) Gráfica W y la (2) Gráfica VA.

La potencia reactiva consumida en el día 4 se representa en la (3) Gráfica VAR.

La potencia reactiva de tipo capacitivo necesaria para compensar las pérdidas del día 4 para un factor

de potencia del (0.9) se representa en la (4) Gráfica VAR=0.9.

La potencia aparente utilizada por el sistema con una compensación reactiva para un factor de potencia

de 0.9 se representa en la (5) Gráfica VA=0.9.

Se observa que el flujo de carga para el día 4, no corresponde a cargas de tipo instantáneo como cargas de

soldaduras o corriente de arranque motor, los picos de consumo vistos no afectan el análisis del

comportamiento del flujo de carga para este día, sin embargo en los picos y caídas se puede observar que

las demás variables de potencia tienen un comportamiento similar.

Factor de Potencia (FP).

Gráfica 2-2. Factor de potencia del sistema. Día 4: 24/11/2014.

37

Tabla 2-3. Valores mínimos y máximos. Día 4: 24/11/2014.

Los valores obtenidos de los registro del día 24-11-14, son los siguientes:

- Variación de la potencia activa sin compensación con mínimos de 586,3 kW a máximos de 984,8 kW.

- Variación de la potencia aparente sin compensación con mínimos de 860,6 kVA a máximos de 1375,8 kVA.

- Variación del factor de potencia sin compensación con mínimos de 0,61 a máximos de 0,73.

Basados en estos valores, se pudo calcular la curva de potencia reactiva requerida para mantener un factor

de potencia igual o superior a 0,9 de esta gráfica se obtuvo lo siguiente:

- Variación de requerimiento de potencia reactiva capacitiva mínima es de

314,19 kVAR a máximos de 553,83 kVAR.

2.2.5 Potencia reactiva para la compensación

Una vez registrados los datos, realizadas las gráficas y analizadas las mediciones obtenidas en los días

mencionados anteriormente, se indican los resultados en la Tabla 2-4. Máximos y mínimos de las

mediciones del flujo de carga.

En la Tabla 2-4 se observa el registro del día, la hora y la medida máxima y mínima de la potencia activa,

potencia reactiva con su respectivo factor de potencia real, e indica la potencia activa y reactiva con el factor

de potencia deseado de 0,9.

Tabla 2-4. Máximos y mínimos de las mediciones del flujo de carga.

Fecha Hora Descripción Medición kW Medición FP KVAR. FP=0,9

21/11/2012 09:10:18 904ms Mínimo kW 128,3 0,57 122,80

22/11/2012 04:50:18 904ms Máximo kW 1013,3 0,73 457,92

24/11/2012 16:00:18 904ms Mínimo kVAR=0,9 586,3 0,7 314,19

23/11/2012 09:30:18 904ms Máximo kVAR=0,9 600,8 0,47 837,33

38

Con base en estos valores, se calcula la curva de potencia reactiva requerida para mantener un factor de

potencia igual o superior a 0,9 dando como resultado lo siguiente:

- Variación de requerimiento de potencia reactiva capacitiva mínima es de 378,6 kVAR a máximos de 490,26

kVAR.

A partir de las necesidades de los reactivos obtenidos con el flujo de carga del sistema eléctrico, se

determina la capacidad del banco de condensadores teniendo en cuenta que la compensación que se va a

realizar es de tipo global. Asimismo se determinará la etapa fija y las etapas automáticas del banco de

condensadores.

De los resultados obtenidos en la Tabla 2-4. Máximos y mínimos de las mediciones del flujo de carga. Se

presenta la relación entre las cargas no lineales y la potencia nominal del CCM. Debe aclararse que las

cargas no lineales consideradas como generadoras de armónicos son variadores de velocidad y

arrancadores suaves.

2.2.6 Memorias de cálculo del banco de condensadores

El cálculo del banco de condensadores se basará en el comportamiento del sistema eléctrico cuando

funciona con las cargas afectadas por los factores de carga y factores de potencia, de acuerdo al anexo 1:

Tabla de recolección de datos.

2.2.6.1 Cálculo del banco de condensadores.

El valor del banco de condensadores se calcula en correlación al análisis elaborado con las mediciones

realizadas al sistema, de acuerdo a los resultados arrojados se puede aplicar alguno de los tres métodos

mencionados en el apartado 2.1.5 de este documento, sin embargo a continuación se aplican los dos

métodos más prácticos en cumplimiento con un desarrolló más analítico del problema del sistema eléctrico,

basados en los resultados arrojados por las mediciones realizadas.

2.2.6.1.1 Método 1: Cálculo teórico

Teóricamente, el cálculo del banco de condensadores es realizado bajo el siguiente procedimiento: (Capella,

2000)

1. Obtener la potencia reactiva inicial del sistema, Q1.

La potencia activa del transformador de 750kVA con un factor de potencia de 0.8 es de 600kW.

39


�, obteniendo la potencia aparente sin compensación:

�� =��[�� ]

�.��= ��.�[��]

Aplicando la Ecuación 2-11, se define la potencia reactiva sin compensación:

�� = �� − ��

�� = √��.�� − �� = ��.��[��]

2. Usando la Ecuación 2-8, se define que �� =�

�, obteniendo la potencia aparente con

compensación:

�� =��[�� ]

�,�= ��.��[��]

Aplicando la Ecuación 2-11, se define la potencia reactiva con compensación:

�� = �� + ��

�� = √��.�� + �� = ��.��[��]

3. Usando la Ecuación 2-12, se define la potencia reactiva requerida para compensar el sistema

eléctrico.

�� = �� − ��

�� = ��.�� − ��.�� = ��.��[��]

�� = ��[��].

El valor requerido es de 837[��]

2.2.6.1.2 Método 2: Cálculo con la fórmula de la IEEE STD 1036-1992

Aplicando la Ecuación 2-7 se obtiene la capacidad del banco de capacitores con el factor de potencia que se

desea lograr PF=0.9 teniendo lo siguiente: (Electric, Schneider electric, 2010)

El cálculo de los kVAR capacitivos necesarios para corregir el factor de potencia, se obtiene al restar el

kVAR inductivo del nuevo factor de potencia (en nuestro caso FP=0,9) a el antiguo factor de potencia (Actual

FP=0,67), esta diferencia es igual a la cantidad de kVAR capacitivos que se deben añadir al sistema para

lograr el nuevo factor de potencia. Con la Ecuación 2-7 definida en la norma IEEE STD 1036-1992 se tiene

que:

40

�� = ��(�� )� − ��(�� )��

Según la Ecuación 2-7 la potencia reactiva necesaria para la compensación se obtiene a partir de los

siguientes datos:

��(�� )= ��

��(�� )= �,��

��(�� )= �,�

Usando la Ecuación 2-7 se tiene que:

�� = �� (�,��)�− ��(��(�,�))�

�� = ��.��[��]

2.2.6.1.3 Valor total de la potencia reactiva

Una vez realizado el análisis y desarrollo aplicando los métodos propuestos en este documento, se tiene

definido el valor demandado para la compensación reactiva del sistema que estudiado, el valor de potencia

reactiva capacitiva para un cumplir con un factor de potencia de 0.9 es de 837[��]

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en el flujo de carga y de acuerdo a los cálculos anteriores se

presenta el valor teórico de los reactivos para el banco de condensadores para una instalación eléctrica de

un CCM alimentado por un transformador de 750kVA de 837[��], teniendo en cuenta el 5% de la

componente reactiva del transformador de 750[��], se requiere en total 879[��].

La potencia reactiva total necesaria para cumplir con un factor de potencia 0.9 y considerando la

componente reactiva del transformador de potencia es de 879[��] para el dimensionamiento del banco

de condensadores.

2.2.6.1.4 Módulo capacitor

Es la unidad primordial del banco de condensadores, quienes generan la energía reactiva para la corrección

del factor de potencia.

Los capacitores cilíndricos trifásicos están compuestos de tres capacitores monofásicos que son

introducidos en un envolvente metálico, son el tipo de seco usando polipropileno metalizado con dieléctrico.

Cada capacitor tiene un elemento de desconexión por sobrepresión que protege contra la ruptura interna de

41

la unidad, resistencias de descarga incluidas para reducir el voltaje después de que se ha des energizado el

capacitor. Los elementos del capacitor están encapsulados con resina de poliuretano en un envase de

aluminio cilíndrico y herméticamente sellado de modo que puedan ser aislados de la acción corrosiva del

aire y asegurando una buena disipación del calor interno hacia el medio ambiente. (Siemens)

Para el banco de reactivos se necesitan condensadores a 480VAC. La corriente nominal por fase de un

condensador es dada por la Ecuación 2-13

�� =��

√� ∗ �

Ecuación 2-13

Usando la Ecuación 2-13,

��=��

√� ∗ ��= ��.��

Usando la Ecuación 2-13,

��=��

√� ∗ ��= ��.��

��=��

��= 1��

Para el cálculo de la cantidad de módulos capacitores para el banco se desarrolla el cociente entre la

corriente por modulo capacitor y la corriente para el conjunto dando como resultado 14,666 botellas,

aproximando a 15 módulos capacitores.

De acuerdo a la potencia total reactiva requerida para la compensación del sistema, se opta por seleccionar

un valor de una botella que cumpla con las características de aplicación, las capacidades de los módulos de

capacitores disponibles en el mercado y la industria, el valor ofrecido para el requerimiento es un módulo de

capacitor (botella) con una capacidad de 60kVAR.

2.2.7 Especificaciones del banco de condensadores

Esta sección presenta los elementos necesarios para la configuración eléctrica del banco de condensadores

de ��[��]. (60947-4-1, 2008)

42

2.2.7.1 Generalidades

Los elementos constructivos del banco de condensadores de acuerdo con la configuración propuesta deben

cumplir las siguientes características: (2050, 1998), (International Standard, 2004), (Ministerio de minas y

energía, 2013), (STANDARD, 2004), (coordination, 2011) (UPME, 2014)

2.2.7.1.1 Interruptores:

Los interruptores de protección de los pasos fijos, automáticos y los interruptores principales, de acuerdo con

las especificaciones de la ingeniería básica del proyecto, deben estar diseñados para soportar una corriente

de corto circuito (Icc) NEMA AB1 de mínimo 65kA.

2.2.7.1.2 Cableado:

Los calibres de los conductores deben tener aislamiento THHN (90°C).

2.2.7.1.3 Condensadores:

Se recomiendan condensadores referencia Varplus M4 de acuerdo a la capacidad necesaria, con tensión

nominal de 480VAC. Anexo 11: Contactores

2.2.7.1.4 Contactores:

Los pasos automáticos deben ser realizados por medio de contactores con capacidades definidas para clase

AC3.

2.2.7.1.5 Unidad de control:

Los bancos de condensadores que tienen unidades de compensación (o pasos) variables deben contar con

una unidad reguladora de pasos automáticos (función ANSI 55) de acuerdo a los pasos automáticos

requeridos.

2.2.7.1.6 Transformadores de corriente:

Si se van a usar en los alimentadores de 750kVA deben tener una relación de 1250/5A, la clase debe ser de

CL: 0.5 y deben estar conectados a la acometida de alimentación del tablero al cual es requerido mejorar el

factor de potencia. De ser usados otros transformadores de corriente se debe asegurar que estos no se

saturarán con la carga prevista en las barras.

43

2.2.7.2 Selección del conductor para la alimentación del banco de condensadores.

De acuerdo al ítem a) Capacidad de corriente, Articulo 460-8 Conductores, Sección 460 Instalación de

condensadores en circuitos eléctricos de la NTC 2050, para el dimensionamiento de los conductores que se

conectan a los condensadores se debe multiplicar la corriente nominal del condensador por 1,35. (2050,

1998)

��=��

√� ∗ �

Ecuación 2-14

Usando la Ecuación 2-14 se obtiene el valor nominal del condensador, en este caso la suma de 15 botellas

de ��[��]

��=��[��]

√� ∗ ��= ��.��[�]

Multiplicando por el factor de 1.35 se obtiene el valor de corriente para la selección del calibre.

��= ��.��[�]∗ �,�� = ��,��[�]

Usando 3 cables por fase de calibre 750 kcmil con una capacidad de 535A por cable, tipo THHN de cobre

(Cu) con una temperatura de 90°C en ambiente seco y húmedo. (2050, 1998). Anexo 2: Fabricante de

cable.

Para una temperatura de 40°C tiene un factor de corrección del 0,96 de acuerdo a la Tabla 310-16 de la

NTC 2050. Anexo 2. (2050, 1998)

El número máximo de conductores por ducto de 6 pulgadas es de 12 de acuerdo a la Tabla C12A de la NTC

2050. (2050, 1998)

Caída de tensión:

Resistencia PVC: 0,0623

Z efectiva con un FP = 0,9 (k): 0,119

44

∆% =(�)∗ (�)∗ (�)∗ �√3� ∗ (��)

�� ∗ ��

Ecuación 2-15

� = �,�� . Impedancia con un FP de 0.9

� = ��[�]

� = ��,��[�]

�� = ��[�]

Usando la Ecuación 2-15, se obtiene:

∆% =(�,��)∗ (��,��)∗ (��)∗ �√�� ∗ (��)

�� ∗ ��= �,��%

La caída de tensión es menor al 3% establecido en el Artículo 210-19. Conductores: capacidad de corriente

y sección transversal mínima de la NTC 2050. (2050, 1998)

2.2.7.3 Selección de interruptor totalizador del banco de condensadores.

De acuerdo al ítem c) Medio de desconexión, Articulo 460-8 Conductores, Sección 460 Instalación de

condensadores en circuitos eléctricos de la NTC 2050, para el dimensionamiento del medio de desconexión

que se conectan a los condensadores se debe multiplicar la corriente nominal del condensador por 1,35.

(2050, 1998)

La selección de la corriente de cortocircuito de los Interruptores se hará de acuerdo a la corriente Icu (NEMA

AB1), esta debe ser igual a la Icc e Icw del tablero, que solicita el cliente; para seleccionar una correcta Icu

tenga en cuenta la tensión de servicio a la que estará sometido el equipo. (STANDARD, 2004)

Para la correcta selección del interruptor totalizador del banco de condensadores se necesita la siguiente

información:

Corriente nominal: La corriente nominal del banco de compensación reactiva es de ��,��[�] .

Corriente de corto circuito: El sistema tiene una corriente de corto de ��[��].

Tensión nominal: El sistema tiene una tensión nominal de ��[��].

45

Tensión de servicio: El sistema tiene una tensión nominal de ��[��].

Temperatura del diseño: 40°C

Grado de protección: IP54

Número de hilos del sistema: 3 Fases + Tierra.

2.2.7.3.1 Consideraciones: (STANDARD, 2004)

a. Verifique que la corriente Icu a 480VAC, sea igual o mayor a la corriente Icw del tablero.

b. Si la corriente del interruptor es mayor a 1000A, se debe solicitar unidad de Disparo Micrologic con

Protección a Tierra. De acuerdo al RETIE. Según parágrafo 17.7.2.1 literal b. (RETIE, 2005)

c. Los interruptores se derratean en corriente de acuerdo al grado de protección IP y la temperatura de

diseño.

Para el caso tratado se requiere instalar un interruptor con capacidad de corriente de 1428,9A, con grado de

Protección IP54 y con una temperatura de diseño de 40°C. Como se puede observar en la Tabla 1, se

seleccionara un interruptor NW20. Este equipo garantizaría transportar 1750A.

De acuerdo a las condiciones expuestas, para un “IP54 y 40°C”, el interruptor correctamente seleccionado

es NW20.

Tabla 2-5. Derrateo de corriente de acuerdo a la temperatura de Diseño y Grado de Protección IP, de la celda donde va a ser instalado el Interruptor. (STANDARD, 2004)

d. Verificar la selección de la capacidad de corriente de corto circuito de los Interruptores.

Para la selección se requiere un interruptor para transportar 1428,94A, instalado en una celda con un grado

de protección IP54, una temperatura de diseño de 40°C y corriente de corto circuito Icw = 65KA

e. La selección realizada en la tabla corresponde a un Interruptor NW20-H1.

46

Tabla 2-6. Características eléctricas de los interruptores Masterpact NW. (Electric, Schneider Electric, 2010)

2.2.7.4 Selección del conductor para condensador.

De acuerdo al ítem a) Capacidad de corriente, Articulo 460-8 Conductores, Sección 460 Instalación de

condensadores en circuitos eléctricos de la NTC 2050, para el dimensionamiento de los conductores que se

conectan a los condensadores se debe multiplicar la corriente nominal del condensador por 1,35. (2050,

1998)

Usando la Ecuación 2-14 obtenemos el valor nominal del condensador

��=��[��]

√� ∗ ��= ��,��[�]

Multiplicando por el factor de 1.35 se obtiene el valor de corriente para la selección del calibre.

��= ��,��[�]∗ �,�� = ��,��[�]

Usando 1 cable por fase de calibre 2AWG con una capacidad de 535A por cable, tipo THHN de cobre (Cu)

con una temperatura de 90°C en ambiente seco y húmedo. Anexo de fabricante. (2050, 1998)

Para una temperatura de 40°C tiene un factor de corrección del 0,96 de acuerdo a la Tabla 310-16 de la

NTC 2050. (2050, 1998)

El número máximo de conductores por ducto de 6 pulgadas es de 12 de acuerdo a la Tabla C12A de la NTC

2050. (2050, 1998)

47

Caída de tensión:

Resistencia PVC: 0,0623

Z efectiva con un FP = 0,9 (k): 0,119

∆% =(�)∗ (�)∗ (�)∗ �√�� ∗ (��)

�� ∗ ��

Ecuación 2-16

� = �,��

� = ��[�]

� = ��,��[�]

�� = ��[�]

Usando la Ecuación 2-16 obtenemos:

∆% =(�,��)∗ (��,��)∗ (��)∗ �√�� ∗ (��)

�� ∗ ��= �,��%

La caída de tensión es menor al 3% establecido en el Artículo 210-19. Conductores: capacidad de corriente

y sección transversal mínima de la NTC 2050. (2050, 1998)

2.2.7.5 Selección de interruptor para los pasos del banco.

De acuerdo al ítem c) Medio de desconexión, Articulo 460-8 Conductores, Sección 460 Instalación de

condensadores en circuitos eléctricos de la NTC 2050, para el dimensionamiento del medio de desconexión

que se conectan a los condensadores se debe multiplicar la corriente nominal del condensador por 1,35.

(2050, 1998)

Para la correcta selección del interruptor para los condensadores se necesita la siguiente información:

(Capella, 2000)

Corriente nominal: La corriente nominal de un condensador de ��[��] con un valor de ��.1��[�]

multiplicado por 1,35, se tiene una corriente de ��,��[�]

Corriente de corto circuito: 65[��]. Definida por el usuario.

48

Tensión nominal: 690[VAC].

Tensión de servicio: 480[VAC].

Temperatura del diseño: 40°C, definida por las condiciones del ambiente.

Grado de protección: IP54, definido por el ambiente expuesto.

Número de hilos del sistema: 3 Fases + Tierra.

2.2.7.5.1 Consideraciones

a. Verifique que la corriente Icu a 480VAC, sea igual o mayor a la corriente Icw del tablero.

b. Los interruptores se derratean en corriente de acuerdo al grado de protección IP y la temperatura de

diseño.

Para el caso tratado se requiere instalar un interruptor con capacidad de corriente de 97,4279A, con grado

de Protección IP54 y con una temperatura de diseño de 40°C, se seleccionara un interruptor NSX100. Este

equipo garantizaría transportar 100A.

De acuerdo a las condiciones expuestas, para un “IP54 y 40°C”, el interruptor correctamente seleccionado

es NSX100H.

Tabla 2-7. Características eléctricas de los interruptores Compact NSX. (Electric, Schneider electric, 2010)

49

2.2.7.6 Selección del contactor

Cada escalón o paso está controlado por un contactor trifásico y este debe estar dimensionado en para

ofrecer una gran fiabilidad.

Es necesario reducir la corriente de cresta de conexión, como la duración y la resistencia de los contactos

que cambia con respecto al fabricante del contactor. Anexo 11: Contactor.

Para este tipo de aplicaciones los contactores responden a la norma IEC 60947-4-1 e IEC 60947-5-1.

Tabla 2-8. Categorías según la IEC 60947-4-1. (60947-4-1, 2008)

50

2.2.7.6.1 Condiciones de utilización:

Cada carga tiene sus propias características, y en la elección del aparato de conmutación (contactor)

deberán ser consideradas. Es importante no confundir la corriente de empleo con la corriente térmica Ith.

Ie: Es la corriente que un contactor puede operar y está definida para la tensión nominal, la categoría de

empleo (AC1, AC3, ...) y la temperatura ambiente.

Ith: Es la corriente que el contactor puede soportar en condición cerrado por un mínimo de 8 horas, sin que

su temperatura exceda los límites dados por las normas.

No es necesario utilizar inductancias de choque ni en baterías de un solo paso ni de pasos múltiples.

Temperatura media sobre 24 h: 45 °C

Las potencias indicadas en la tabla 2.13 se entienden para la siguiente condición: Corriente de cresta

presumible de 200 la In.

Tensiones de control: 24/42/48/110/220/230/240/380/400/415/440/500/600 VAC

Frecuencia: 50Hz, 60Hz y 50-60Hz

La Tabla 2-8. Categorías según la IEC 60947-4-1., muestra las potencias permisibles conforme al voltaje

operacional y temperatura de cierre del contactor. También especifica los valores de picos de corriente

máximos Î aceptados por el contactor. Los condensadores deben ser descargados (máximo voltaje residual

en terminales ≤ 50 V) antes de comenzar a ser re energizados cuando los contactores estén operando.

De acuerdo a que el capacitor es de 60kVAR con una tensión de operación de 480VAC podemos

seleccionar la corriente pico de acuerdo a la Tabla 2-8

51

Tabla 2-9. Tabla de selección acorde a la IEC. (Electric, Schneider Electric, 2010)

Si en una aplicación, la corriente pico es mayor que la máxima corriente pico especificada en la Tabla 2-8,

elija una categoría más alta.

Ahora se comprueba con la información del fabricante de contactores, que el contactor a emplear puede

soportar dicha corriente.

Tabla 2-10. Tabla de selección del fabricante. (Electric, Schneider Electric, 2010)

52

Se selecciona un contactor de referencia LC1-DWK12**, para una tensión de mando de 480VAC y de control

de 120VAC.

Selección de relé especializado para corrección de potencia reactiva

El controlador de factor de potencia se encargará de controlar el funcionamiento de los contactores. El

controlador supervisa continuamente el factor de potencia de la carga y se encarga de detectar las

necesidades de potencia reactiva del sistema, y automáticamente en el menor tiempo posible y con el menor

número de operaciones ajusta la cantidad de etapas del capacitor conectadas a la línea para regular el factor

de potencia.

Se recomienda usar un controlador fiable y que cumpla con los requisitos principales de operación, en este

caso seleccionamos el controlador de factor de potencia Varlogic NR12 - Contactos de salida de 12 pasos.

(Electric, Schneider Electric, 2010). Anexo 7: Regulador de energía reactiva/ NR12

2.2.7.7 Selección de relé especializado para corrección de potencia reactiva

El controlador de factor de potencia se encargar de controlar el funcionamiento de los contactores. El

controlador supervisa continuamente el factor de potencia de la carga y se encarga de detectar las

necesidades de potencia reactiva del sistema, y automáticamente en el menor tiempo posible y con el menor

número de operaciones ajusta la cantidad de etapas del capacitor conectadas a la línea para regular el factor

de potencia.

Se recomienda usar un controlador fiable y que cumpla con los requisitos principales de operación, en este

caso seleccionamos el controlador de factor de potencia Varlogic NR12 - Contactos de salida de 12 pasos.

(Electric, Schneider Electric, 2010). Anexo 7: Regulador de energía reactiva/ NR12

2.2.7.8 Planos eléctricos del banco de condensadores

Ver Anexo 5: Planos eléctricos del banco de condensadores

53

3 DISEÑO DE TRANSFERENCIA AUTOMÁTICA RED- RED EN TRANSICIÓN ABIERTA.

Para explicar los parámetros técnicos que se requieren para diseñar una transferencia automática en

transición abierta, inicialmente se explica su funcionamiento general, paso seguido se desarrolla la ingeniería

básica que está compuesta de diagramas unifilares, vistas frontales, guía civil y finalmente se desarrolla la

ingeniera detallada que consta de planos de control.

3.1 TRANSFERENCIA ELÉCTRICA.

Sistema de potencia configurado para suministrar la potencia requerida por las cargas asociadas,

disminuyendo la frecuencia y el tiempo de las interrupciones por fallas de las fuentes de alimentación

presentes, puede ser abierto o cerrado. (THOMASSET, 2001)

En la industria es habitual que se desee un respaldo de suministro eléctrico cuando ocurren fallas y/o

ausencia de cualquier tipo que generen interrupción del servicio para evitar al máximo los retrasos en líneas

de producción y suministro, ò el cese de actividades, a través de una serie de equipos eléctricos o

electrónicos, es posible trasferir la responsabilidad de alimentar cargas eléctricas de una fuente que está en

falla por ausencia de tensión, a una fuente de respaldo, las fuentes deben tener características similares o

idénticas dependiendo de las cargas que se quieran respaldar, dicha fuente tiene que estar disponible, para

atender dichas cargas.

Entiéndase por fuente de respaldo, ya sea un generador. Una red diferente a la de alimentación principal con

el objetivo de garantizar continuidad del servicio.

3.1.1 Transferencia abierta.

El suministro normal de potencia o red principal a la carga se interrumpe momentáneamente durante la

transferencia, la fuente normal se interrumpe antes de que la fuente de emergencia o red de respaldo entre

en servicio. (THOMASSET, 2001)

Se utiliza cuando el sistema eléctrico permite interrupciones del suministro energía por instantes de tiempo

cortó sea al realizar la transferencia o la re trasferencia (volver a condiciones normales del sistema

alimentando las cargas desde la red principal).

Cuando existe ausencia de tensión en la red principal se da la orden de apertura al interruptor de la red

principal, y la orden de cierre al interruptor de la red secundaria o de la planta que está respaldando el

sistema, este tipo de comandos por lo general se ejecutan a través de un PLC o un relé especializado.

54

Es posible dejar la opción de trabajar de forma manual dichas transferencias con el objetivo de realizar

mantenimiento sobre los equipos principales como interruptores de potencia, entre otros.

3.1.2 Transferencia cerrada.

Transferencia en la cual el barraje nunca queda sin suministro de potencia, para su operación se requiere

que las fuentes de alimentación estén en sincronismo.

Se utiliza cuando el sistema eléctrico no permite interrupciones del suministro energía por instantes de

tiempo corto esta acción se debe cumplir sea al realizar la transferencia o la re trasferencia (volver a

condiciones normales del sistema alimentando las cargas desde la red principal).

Al momento de realizar la re transferencia, no se pueden des energizar las cargas alimentadas por la fuente

de respaldo, por lo tanto el sistema de trasferencia debe verificar condiciones de sincronismo entre la red de

respaldo y la red principal, con el objetivo de garantizar que las 2 fuentes pueden estar presentes

simultáneamente durante un periodo de tiempo, es decir que los 2 interruptores de alimentación están

cerrados.

3.1.3 Diferencia entre transición abierta y transición cerrada.

En la transición abierta el suministro principal a la carga se interrumpe momentáneamente mientras que en

la transición cerrada la carga en ningún instante queda sin suministro de potencia para su operación las

fuentes de alimentación deben estar en sincronismo.

3.2 FUNCIONAMIENTO GENERAL DE LA TRANSFERENCIA AUTOMÁTICA RED-RED EN

TRANSICIÓN ABIERTA.

Con el objeto de desarrollar las memorias del cálculo de la transferencia automática de transición abierta, se

propone un problema real que implica el desarrollo y programación de la misma. La transferencia busca en

términos generales garantizar la continuidad del servicio en el sistema eléctrico, el cual tiene como respaldo

una segunda fuente de alimentación, que puede ser un generador eléctrico o una fuente de energía

alternativa. (THOMASSET, 2001)

3.2.1 Filosofía de operación de la transferencia automática en transición abierta red-red.

La transferencia opera de forma automática de transición abierta de la siguiente manera:

3.2.1.1 Operación normal

- Interruptor principal cerrado e interruptor de respaldo abierto.

55

- Indicación de presencia de tensión normal a la entrada de las 2 redes, principal y respaldo, si es el

respaldo un generador no debe haber señal de tensión a la entrada.

3.2.1.2 Falla red principal

- Si se detecta una anomalía en la tensión de la red principal el PLC da la orden de abrir el interruptor

principal y entra a supervisar el estado de la tensión de la red de respaldo, si la red de respaldo está

alimentada por un generador el PLC da la orden de arrancar el generador.

- Si la tensión en la red de respaldo cumple los parámetros establecidos el PLC da la orden de cerrar

el interruptor de respaldo y garantizar el suministro de energía.

- Si los parámetros de tensión en la red de respaldo no cumple con las medidas establecidas en el

PLC, se mantiene el interruptor principal y el interruptor de respaldo en estado abierto hasta que

alguna de las 2 redes cumpla con los parámetros establecidos para alimentar el sistema.

3.2.1.3 Retorno de la red principal a condiciones normales

Cuando el sistema está siendo alimentado por la red de respaldo y la red principal retorna a la normalidad, el

PLC detecta dicha normalidad y transcurrido un tiempo de estabilización da la orden de apertura del

interruptor de respaldo y de cierre del interruptor principal, volviendo así a la normalidad del sistema. Si el

sistema de respaldo está alimentado por un generador al momento que el PLC detecta la normalidad en la

red principal, da la orden de deslastrar la carga de la red de respaldo, abrir el interruptor de respaldo y cerrar

el interruptor principal.

La operación de la transferencia puede ser manual o automática, dependiendo el modo que se necesite. Si

el modo es automático, el PLC toma el control del sistema y supervisa las variables de tensión y frecuencia

por medio de un relé vigilante de tensión. Si el modo de operación es manual, el estudiante u operario es el

que toma las decisiones de que interruptor debe cerrar. El sistema cuenta con unos enclavamientos del tipo

eléctrico y mecánico con el fin de que no puedan hacer operaciones erróneas de la transferencia ó que

puedan poner el peligro el sistema u operario, dichos enclavamientos solo permiten que se cierre uno de los

dos interruptores, nunca se pueden cerrar los dos interruptores al mismo tiempo.

3.2.2 Características de la transferencia automática en transición abierta red-red.

La transferencia propuesta es abierta y tiene las siguientes características:

La transferencia está compuesta por 2 interruptores.

56

-QT1: Interruptor de entrada de la red principal del transformador TRF 800[��].

-QT2: Interruptor de entrada de la red respaldo del generador GEN 800 [��].

La transferencia es manual o automática.

En forma manual el operario determina cual interruptor abrir o cerrar siempre y cuando las

señalizaciones visuales indiquen cual entrada está disponible, tener en cuenta que en caso de falla

por corriente los interruptores se disparan.

En forma automática el PLC controla el sistema, este determina cual entrada cerrar, o abrir teniendo

en cuenta las señalizaciones o enclavamientos tanto eléctricos como mecánicos, tener en cuenta

que en caso de falla por corriente los interruptores se disparan.

Las condiciones de funcionamiento están dadas para que solamente se opere con los interruptores

en posición de conectado.

3.2.3 Lógica de la transferencia automática en transición abierta red-red.

En la transferencia abierta automática se cumplen los estados de operación mostrados en las siguientes

Tabla 3-1 y Tabla 3-2

3.2.3.1 Tabla de funcionamiento:

Convenciones de la tabla de funcionamiento:

“-QT1” Interruptor red principal.

“-QT2” Interruptor red respaldo.

TABLA DE FUNCIONAMIENTO

Tensión en red principal OK Tensión en red respaldo FALLA

-QT1 Cerrado

-QT2 Abierto

Tensión en red principal FALLA Tensión en red respaldo OK

-QT1 Abierto

-QT2 Cerrado

Tensión en red principal FALLA Tensión en red respaldo FALLA

-QT1 Abierto

-QT2 Abierto

Tensión en red principal FALLA Tensión en red respaldo FALLA

-QT1 Abierto

57

-QT2 Abierto

Tensión en red principal OK Tensión en red respaldo OK

-QT1 Cerrado

-QT2 Abierto

Tabla 3-1. Tabla de funcionamiento

3.2.3.2 Condición funcional

Se determina como red principal la que alimenta al transformador TRF, el interruptor QT1 que se encarga de

proteger el lado de baja tensión de dicho transformador. Por otro lado se determina que la red de respaldo

es la que alimenta el generador GEN, el interruptor QT2 se encarga de proteger el lado de baja tensión del

generador GEN. En la condición funcional las dos redes de alimentación están disponibles para suplir

necesidades de carga de un sistema de baja tensión determinado. Puesto que se determinó previamente

que la red principal es la que alimenta al transformador TRF en condiciones iniciales el interruptor QT1 está

cerrado y el interruptor QT2 está abierto.

El funcionamiento de una transferencia automática red-red responde a la siguiente secuencia de eventos

3.2.3.3 Tabla de verdad

Convenciones de la tabla: “0” Interruptor abierto. / “1” Interruptor cerrado.

–QT1 -QT2 COMENTARIO

0 0

Estado inicial del tablero,

Subtensión en ambas fuentes de alimentación

Falla en acometida: QT1: ENTRADA PRINCIPAL TRANSFORMADOR TR1

800kVA, QT2: ENTRADA EMERGENCIA GENERADOR GEN 800kVA

Transferencia apagada, interruptores, en posición desconectado y/o

mantenimiento.

1 0 Estado normal de operación, alimentación desde ENTRADA PRINCIPAL

TRANSFORMADOR TR1 800KVA, interruptor QT1 cerrado e interruptor QT2

abierto.

0 0

Se presenta cuando se detecta alguna falla de tensión (27/59) con el relé FA1 en

el interruptor QT1 (abre QT1).

El PLC verificara las condiciones de tensión a través del relé FA2 (27-59) en el

interruptor QT2.

El PLC enviara la señal al interruptor QT2 para su cierre en la ENTRADA

EMERGENCIA GENERADOR GEN 800kVA

58

0 1

Se presenta operación de emergencia, alimentación desde ENTRADA

EMERGENCIA GENERADOR GEN 800kVA, interruptor QT2 cerrado e

interruptor QT1 abierto.

El PLC revisa constantemente si la red principal ya ha sido restablecida para

trabajar de manera normal.

Si la red principal no se encuentra disponible la red de emergencia trabaja sin

problema.

Cuando el PLC verifica tensión a través del relé FA1 (27-59) en el lado de

ENTRADA PRINCIPAL TRANSFORMADOR TR1 800kVA esperara un tiempo de

estabilización del sistema.

0 0 Cuando el tiempo transcurre y el PLC detecta tensión constante a través de relé

FA1 (27/59) en el interruptor QT1, abre QT2 y cierra QT1.


TRANSFORMADOR TR1 800kVA KVA, interruptor QT1 cerrado e interruptor

QT2 abierto.

Tabla 3-2 Tabla de verdad.

En el Anexo 6: Planos eléctricos de una transferencia eléctrica de transición abierta con PLC, se

muestra un diagrama unifilar donde se puede visualizar un esquema de transferencia red-red. Cabe destacar

que la configuración red-red hace referencia a que las fuentes que están disponibles para alimentar las

cargas importantes o críticas en lo que respecta a continuidad del servicio, dichas redes de distribución

deben proceder de fuentes de alimentación diferentes.

59

Diagrama de flujo para una transferencia eléctrica de transición abierta

Figura 3-1. Diagrama de flujo para una transferencia eléctrica de transición abierta

PASORED

PRINCIPALINTERRUPTOR PRINCIPAL ENTRADA DE RESPALDO RED DE RESPALDO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

FLUJOGRAMA DEL PROCESO TRANSFERENCIA

TENSIONOK

CIERRA INTERRUPTOR

TENSIONOK

CIERRA INTERRUPTOR

FINTRANSFERENCIA

EN "0"

SI

NO

SI

NO

ALIMENTA CARGAS

ALIMENTA CARGAS

FALLA RED

ABRE INTERRUPTOR

TENSIONOK

SI

NO

CIERRA INTERRUPTOR

FINTRANSFERENCIA

EN "0"

ALIMENTA CARGAS

TENSIONOK

TENSIONOK

ABRIR INTERRUPTOR

SI

NO FINTRANSFERENCIA

EN POR RESPLADO

CIERRA INTERRUPTOR

ALIMENTA CARGAS

FIN

60

3.3 MEMORIAS DE CÁLCULO DE TRANSFERENCIA AUTOMÁTICA EN TRANSICIÓN ABIERTA

RED-RED.

Con el objetivo de desarrollar memorias de cálculo de una trasferencia automática en transición abierta, se

propone un problema real que implica el desarrollo de la misma, que busca en términos generales garantizar

la continuidad del servicio en sistema eléctrico, el cual tiene que estar respaldado por una segunda fuente de

alimentación que puede ser un generador eléctrico, ò una segunda fuente que hace parte de un circuito

diferente al de la red principal, garantizando en este caso que una perdida en el suministro de la red

principal, la fuente de respaldo va a estar disponible para atender las cargas del sistema.

De acuerdo con el diagrama unifilar ver Anexo 6: Planos eléctricos de una transferencia eléctrica de

transición abierta con PLC y la información de entrada necesaria para desarrollar el diseño, adjunta en la

Tabla 3-3, calculando variables eléctricas necesarias para dimensionar y seleccionar diferentes equipos

eléctricos.

Tabla 3-3. Información de entrada

61

De acuerdo a la información adjunta en la Tabla 3-3 y al diagrama unifilar Anexo 6: Planos eléctricos de

una transferencia eléctrica de transición abierta con PLC, se calculan los valores de corriente que

suministran las fuentes de entrada.

En primera instancia se calcula la corriente de entrada red principal y respaldo haciendo uso de la ecuación

de potencia aparente trifásica.

�� = �� ∗ �� ∗ √3

Ecuación 3-1

La corriente de entrada de la red principal se calcula despejando la Ecuación 3-1:

�� =��

�� ∗ √3

Ecuación 3-2

Usando la Ecuación 3-2, se calcula la corriente del trasformador para el lado de baja tensión:

�� =��[��]

√� ∗ ��[�]= ��.�[�]

Con los datos del transformador de potencia que alimentara la red de entrada y usando la Ecuación 3-2 se

calcula la corriente del alimentador principal que para este caso práctico será de ��[�].

Con los datos de la red principal y sabiendo que la transferencia es red-red podemos determinar los datos

del interruptor de respaldo que para este caso son los mismos del interruptor de entrada. Los datos del

interruptor de respaldo pueden variar si la potencia de alimentación de respaldo no es suficiente para

alimentar el 100% de la carga.

Es importante tener en cuenta que el valor de tensión con que se calculan las corrientes del sistema, es la

tensión de servicio, que estipula el diagrama unifilar del Anexo 6: Planos eléctricos de una transferencia

eléctrica de transición abierta con PLC y Tabla 3-3. Información de entrada como ejercicio se calcula la

corriente del lado de alta tensión para el transformador y generador objeto de estudio. Cabe mencionar que

esta información no tiene relevancia para las memorias de cálculo de la transferencia automática.

�� =��[��]

√� ∗ ��[�]= ��.��[�]

62

3.3.1 Selección interruptores de potencia para fuentes de alimentación.

Teniendo en cuenta los valores de corriente calculados, que entregan a plena carga el trasformador TRF y el

generador GEN, se determina como primer parámetro la corriente nominal de cada uno de los interruptores

totalizadores.

3.3.2 Cálculo de la corriente nominal de los interruptores totalizadores del transformador TRF y

generador GEN.

Teniendo en cuenta la corriente nominal a plena carga calculada para el lado de baja tensión del

transformador y el generador (tienen la misma potencia), es necesario considerar un factor de sobrecarga,

puesto que si se selecciona la corriente nominal de los interruptores totalizadores de dicho transformador y

generador en función de su corriente nominal, se presentarían disparos por protecciones térmicas si estas

máquinas trabajan a plena carga.

De acuerdo a esta consideración de diseño, la corriente nominal de los interruptores se calcula así

��.��/�� = �� ∗ ��

Ecuación 3-3

��.��/�� = ��.��[�]∗ �.�� = ��.��[�]

Teniendo en cuenta que los interruptores comercialmente tienen valores de corriente determinados, la

corriente nominal de este equipo se selecciona en función de esta restricción.

En múltiples fabricantes la corriente más cercana a la calculada es 1250 [A].

3.3.3 Selección de parámetros eléctricos de interruptores totalizadores.

Teniendo en cuenta de la información de entrada consignada en la Tabla 3-3. Información de entrada, se

seleccionan parámetros eléctricos de los interruptores totalizadores del sistema.

Analizando la información de entrada, el interruptor que mejor se ajusta al problema propuesto es un equipo

marca Schneider Electric gama NS1250.

En la imagen 1 se puede visualizar un fragmento del manual del equipo donde se enumeran sus principales

características eléctricas, las cuales son iguales o mayores a las requeridas de acuerdo al sistema a

atender.

En la Figura 3-2 se resumen las características eléctricas del interruptor seleccionado.

63

Una consideración importante para la selección de un interruptor es el valor de corriente de corto circuito;

para ello se tiene en cuenta, la potencia de cortocircuito de la red, es el aporte de todas las fuentes de

generación de la red en el punto de suministro si allí se produjera un cortocircuito, se expresa en MVA y es

un dato a ser aportado por la compañía prestataria, el poder de corte del interruptor debe ser al menos

igual a la corriente de cortocircuito susceptible de ser producida en el lugar donde él está instalado, la

intensidad de corto circuito, conocer el aporte al cortocircuito en un punto de la instalación es una

condición excluyente para elegir un interruptor automático, la magnitud de la Icc es independiente de la

carga, y sólo responde a las características del sistema de alimentación y distribución, el poder de corte es

una características de corte de un interruptor automático, define la capacidad de éste para abrir un circuito

automáticamente al establecerse una corriente de cortocircuito, manteniendo el aparato su capacidad de

seccionamiento y capacidad funcional de restablecer el circuito de acuerdo a la tecnología de fabricación,

existen dos tipos de interruptores automáticos, los rápidos y los limitadores, la diferencia entre un interruptor

rápido y un limitador está dada por la capacidad de este último a dejar pasar en un cortocircuito una

corriente inferior a la corriente de defecto presunta.

El interruptor automático según la IEC 60947-2 tiene definidos dos poderes de corte: el poder de ruptura

último (Icu) y el poder de ruptura de servicio (Ics).

Poder de ruptura último (Icu): La Icu del interruptor es la máxima corriente de cortocircuito que puede

interrumpir dos veces. Luego de la apertura de esta corriente máxima dos veces, especificada a la tensión

nominal del interruptor el arco se debe cortar en forma segura sin ningún daño para la instalación u

operadores. Puede ser necesario revisar contactos del interruptor.

Poder de ruptura de servicio (Ics): El cálculo de la Icc presunta, se realiza siempre bajo hipótesis

maximalistas encaminadas hacia la seguridad, pero de hecho, cuando se produce un cortocircuito, el valor

de la corriente es inferior a la Icc de cálculo. Son estas corrientes, de mayor probabilidad de ocurrencia, las

que deben ser interrumpidas en condiciones de asegurar el retorno al servicio, de manera inmediata y

segura, una vez eliminada la causa dedl defecto. La Ics es la que garantiza que un interruptor automático,

luego de realizar tres aperturas sucesivas a esa corriente, mantiene sus características principales y puede

continuar en servicio. Los criterios para elegir un interruptor en base a su capacidad o poder de ruptura son:

Icu = Icc Seguridad del operador y la instalación y Ics = Icc Seguridad del operador y de la instalación y

continuidad operativa del interruptor. Un interruptor que tenga una Ics = 100% de Icu tiene ventajas

operativas desde el punto de vista de la continuidad del servicio.

64

Figura 3-2. Características eléctricas del interruptor NS1250H

0,8 [kVAC]Tensión de aislamiento

480 [VAC]Tensión de servicio

690 [VAC]Tensión nominal

Frecuencia 60 [Hz]

Tensión de impulso 8 [kVAC]

Corriente nominal 1250 [A]

Corriente de corto circuito 35 [kA]

INFORMACION ELECTRICA BASICA

CARACTERISTICAS ELECTRICAS INTERRUPTORES

TOTALIZADORES TRANSFERENCIA.

PROYECTO DISEÑO TRANSFERENCIA AUTOMATICA

USUARIOLABORATORIO INGENIERIA ELECTRICA UNIVERSIDAD DISTRITAL F.J.D.C

FACULTADA TECNOLOGICA

Figura 3-3. Información básica para la selección del interruptor.

65

3.3.4 Información complementaria requerida para selección de interruptores.

Adicional a los parámetros eléctricos que se consideran para seleccionar un interruptor de potencia, se

deben tener en cuenta factores tales como el tipo de operación del dispositivo que puede ser eléctrica o

manual. Para este caso al ser el interruptor quien comanda la alimentación de las cargas de acuerdo a la

disponibilidad de las fuentes asociadas al sistema, es completamente necesario que este equipo sea de

operación eléctrica. Por otro lado también es necesario que se contemple cual es el valor de tensión al que

tiene que operar los equipos que componen el mecanismo eléctrico de interruptor, que son motorizados,

bobinas de apertura y bobinas de cierre.

La elección de estos valores, dependen de la disponibilidad de tensión que se tenga para alimentar este tipo

de circuitos que hacen parte de las cargas críticas en una subestación y son establecidas por el cliente final

como un parámetro de selección básico para el fabricante de transferencias. Para este caso el valor se

establece en la tabla 1 como valor de tensión de control. Finalmente el último punto que se considera para

seleccionar el interruptor de baja tensión es la definición de si se requiere o no que el dispositivo tenga

comunicación.

Como se sabe la comunicación de diferentes dispositivos eléctricos es una prestación adicional que pueden

tener los equipos, que sirve de acuerdo a las necesidades funcionales de la subestación, al nivel de

automatización de la misma y hasta al presupuesto que se tenga para ejecutar el proyecto, para monitorear

los dispositivos, por ejemplo para el interruptor se puede verificar por comunicación su estado es decir si

está abierto, cerrado, disparado, lecturas de corriente. Etc. y hasta para dar comandos de cierre y apertura

de los mismos.

Figura 3-4. Datos complementarios para la selección del interruptor.

66

En la

Figura 3-4 se especifican las características adicionales bajo las cuales se seleccionaron los interruptores

totalizadores en mención.

3.4 Planos eléctricos

Ver Anexo 6: Planos eléctricos de una transferencia eléctrica de transición abierta con PLC

3.4.1 Señalización

Para realizar confirmaciones visuales de la posición de los interruptores involucrados en la transferencia

se cuenta con la siguiente señalización luminosa:

Posición interruptor cerrado: la confirmación visual del estado del interruptor se hace mediante la

lámpara – H2 QT1, H6 QT2 (color rojo).

Posición interruptor abierto: la confirmación visual del estado del interruptor se hace mediante la

lámpara – H1 QT1, H5 QT2 (color verde).

67

Posición interruptor en falla: la confirmación visual del estado del interruptor se hace mediante la

lámpara – H3 QT1, H7 QT2 (color amarillo).

Interruptor PRINCIPAL o EMERGENCIA disponible: la confirmación visual del estado del interruptor se

hace mediante la lámpara – H4 QT1, H8 QT2 (color blanco).

Bloqueo de transferencia: cuando la transferencia automática se encuentra bloqueada la manera visual

se hace mediante la lámpara – H9 (color amarillo).

3.4.1.1 Bloqueos de maniobra

Teniendo en cuenta que la transferencia únicamente opera cuando está habilitada mediante el

selector “-SC1” “SELECTOR MANUAL-APAGADO-AUTOMÁTICO”:

En posición “MANUAL”: El operario determina cual interruptor abrir o cerrar siempre y cuando las

señalizaciones visuales indiquen cual entrada está disponible, tener en cuenta que en caso de falla de

corriente los interruptores se disparan.

En posición “APAGADO”: la transferencia no funciona

En posición “AUTOMÁTICO”: Un PLC controla el sistema, este determina cual entrada cerrar, o abrir

teniendo en cuenta las señalizaciones y enclavamientos tanto eléctricos como mecánicos, tener en

cuenta que en caso de falla de corriente los interruptores se disparan.

La transferencia tiene un enclavamiento mecánico por medio de guayas que asegura que los

interruptores nunca se podrán cerrar al mismo tiempo.

Cuando la transferencia en automático se bloquea se tiene un pulsador SR1 para darle un reset o

reinicio de la transferencia.

Para los mantenimientos aguas abajo del sistema de la transferencia, se debe condenar los cierres

mecánicos manuales de los dos (2) interruptores de la transferencia mediante candado.

3.5 Funcionamiento general de la transferencia automática red-gen en transición cerrada.

Abarcando el tema de la transferencia cerrada de forma general ya que hace parte importante del concepto

de transferencia eléctrica. (THOMASSET, 2001).

La Re transferencia es cuando el barraje nunca queda sin suministro de potencia, para su operación se

requiere que las fuentes de alimentación presentes estén en sincronismo.

68

3.5.1 Sincronización

Llevar al cumplimiento de las condiciones eléctricas mínimas requeridas para la conexión de dos fuentes en

paralelo, confirmando la igualdad ó una variación tolerable, dependiendo del sistema, de los siguientes

parámetros en cada una de las fuentes:

Frecuencia

Voltaje

Angulo de fase

3.5.1.1 Chequeo de sincronismo

Confirmación mediante un relé (función ANSI 25) del sincronismo de dos fuentes.

3.5.1.2 Sincronismo

Cumplimiento de condiciones eléctricas para la conexión de dos fuentes en paralelo, se dice que dos fuentes

eléctricas se encuentran sincronizadas ó están en sincronismo cuando sus parámetros eléctricos son

idénticos ó similares con una variación tolerable para que la conexión de las dos fuentes en paralelo no

genere una falla eléctrica.

3.5.2 Características de la transferencia

La transferencia implementada en el proyecto tiene las siguientes características:

* La transferencia está compuesta por 2 interruptores Figura 3-5.

–QT1: Interruptor de alimentación desde Transformador

–QT2: Interruptor de alimentación desde Generador

69

Figura 3-5. Entrada principal y entrada de emergencia.

3.5.3 Tabla de verdad

En la transferencia se cumplen los estados de operación mostrados en la siguiente Tabla 3-4 convenciones

tabla: “0” INTERRUPTOR ABIERTO / “1” INTERRUPTOR CERRADO

Q1 -Q2 COMENTARIO

0 0

* Estado inicial del switchgear, * Subtensión en ambas fuentes de alimentación * Falla en acometida TRF QT1 y GEN QT2. * Transferencia apagada, interruptores TRF QT1 / GEN QT2, en consignación y/ó mantenimiento.

1 0 * Estado normal de operación, alimentación desde Transformador en servicio, interruptor QT1 cerrado e interruptor QT2 abierto.

0 0

* Se presenta cuando se detecta alguna falla de tensión (27/59) en el interruptor QT1 (abre QT1), * El PLC enviara la señal al generador de prepararse, y a su vez el generador debe regresar la señal al PLC confirmando que está listo para arrancar. Al momento de recibir la señal proveniente del generador, el PLC enviara la señal de arrancar generador y a su vez confirmara el arranque a través de una señal que debe enviar el generador al PLC

0 1

* El PLC verificara tensión a través del relé 27-59 . * El PLC verificara sincronismo a través del relé 25 * Dado lo anterior se procederá al cierre del interruptor QT2. * Resultado: transferencia abierta con alimentación desde el generador interruptor QT2 cerrado

70

1 1

* El PLC revisa constantemente si la red principal ya ha sido restablecida para poder trabajar de manera normal. * El PLC verificara tensión a través del relé 27-59 en el lado de alimentación desde Transformador. * El PLC verificara sincronismo a través del relé 25 en el lado de alimentación desde Transformador. * Una vez el Relé 25 envié la señal al PLC de sincronización OK RED-Barra, se procede al cierre del interruptor QT1. * Resultado: re transferencia cerrada, interruptor QT2 cerrado e interruptor QT1 cerrado.

1 0

* Dado lo anterior el PLC esperara un tiempo de estabilización del sistema del lado de alimentación desde Transformador. * Se procederá a la apertura del interruptor QT2. * Se enviara la orden de apagado al generador. * Estado normal de operación.

Tabla 3-4. Tabla de verdad.

3.5.4 Encendido-encendido. Entrada generador de esenciales pruebas rutinarias

Puesta en línea o en paralelo para pruebas, una vez el interruptor QT1 se encuentre cerrado y se desee

realizar las pruebas del generador estará provisto de su propio relé 25 que autorizara el cierre del QT2

cuando se haya comprobado el sincronismo. Podrá permanecer en este estado (en paralelo) hasta cuando

se ordene manualmente salir y apagarse.

Se debe controlar cuidadosamente la repartición de carga para que el generador de esenciales no tome más

de su capacidad nominal. Esta operación se hará localmente desde el generador.

3.5.5 Filosofía de operación

1) El sistema estará operando en manual alimentado por el interruptor del QT1; el interruptor del QT2

se encontrara abierto.

2) El relé de chequeo de sincronismo ubicado en el interruptor QT2 confirmara la sincronización en

dirección Generador-Barra y permitirá el cierre de este interruptor (Este permisivo se encuentra en

serie con la bobina de cierre del interruptor QT2).

71

4 IMPLEMENTACION DE GUÍAS DE LABORATORIO, CELDAS DE TRANSFERENCIA

ELECTRICA Y BANCO DE CONDENSADORES

4.1 GUÍAS DE LABORATORIO

Las guías propuestas en este capítulo buscan que los estudiantes obtengan una formación mediante la cual

adquieran conocimientos y habilidades de utilidad en el desempeño profesional, además promueve el

desarrollo en el campo de aplicación, además fortalece los conocimientos basados en el análisis de los

conceptos, principios y leyes fundamentales de la electricidad.

Se plantean prácticas que además de complementar las bases teóricas y propiciar el desarrollo de

habilidades en el manejo de instrumentos de medición; introducen al estudiante en el análisis de los

fundamentos de la investigación, a través de la aplicación, el procesamiento y el análisis de la información

para formular, explicar y resolver problemas relacionados con la formación académica y profesional.

Las guías que se plantean son de tipo didáctico, es decir que la persona que las utilice obtenga

conocimientos, manejo de los instrumentos y material suministrado, estas guías van dirigidas a personas

que quieran adquirir destreza y quieran abrir su mente a múltiples posibilidades, diagnósticos y errores que

se pueden cometer al manipular los diferentes sistemas eléctricos que se tienen en la industria.

Para obtener mejores resultados en el desarrollo de las guías se recomienda cumplir con los siguientes

prerrequisitos:

El estudiante que utilice las guías y los equipos a disposición, debe tener conocimientos básicos en

análisis de circuitos eléctricos, un buen desempeño en el análisis de accionamientos, maquinas

eléctricas al igual que sistemas de potencia y un excelente manejo de herramientas de mano

(multímetro, destornillador, pela cables, pinzas). Esta persona tiene que ser consiente que está

sometido a riesgo eléctrico en caso de que no se sigan las instrucciones, precauciones y manejo

adecuado que se le deben dar a los equipos a manipular.

Antes de manipular cualquier equipo, se debe pedir a la persona encargada suministrar toda la

información correspondiente para llevar a cabo la práctica.

Se debe leer muy bien las especificaciones de todos los equipos y sus instrucciones de manejo.

Los requisitos necesarios para el desarrollo de las guías son:

72

Deben seguirse siempre de forma escrupulosa las instrucciones que se dan en el guión de la

práctica. Cualquier duda que pueda surgir durante la realización de la práctica, debe consultarse con

el profesor.

Antes de utilizar un equipo cuyo funcionamiento se desconozca deben leerse cuidadosamente las

instrucciones de su manejo. Si no están, se debe buscar o profundizar más a fondo en el tema por

medio de catálogos o su defecto en las bibliografías suministradas.

Los montajes eléctricos no deben ponerse en marcha hasta que el profesor haya revisado el circuito

montado.

Al maniobrar los equipos, se deben tener los respectivos elementos de protección personal que se

requieran en su defecto (botas dieléctricas, gafas, guantes dieléctricos).

Se debe tratar de usar en lo posible herramientas aisladas.

Los elementos que integran cada una de las prácticas de laboratorio propuestas para que cumplan con el

enfoque hacia el desarrollo en el campo de aplicación se describen a continuación:

1. Nombre de la práctica: Tema que se va a tratar en la práctica.

2. Objetivo de aprendizaje: Objetivo general, muestra las acciones concretas que el estudiante

llevará a cabo para intentar responder las preguntas de indagación que se hayan planteado.

3. Introducción: Es una descripción general de los antecedentes del tema de estudio, de algunos

conceptos básicos relacionados y sus aplicaciones en distintos ámbitos, etc., con el objeto de orientar,

cuestionar y motivar a los estudiantes en los conocimientos propuestos.

4. Equipo y materiales: En esta sección se especifican los recursos con que se dispone para llevar

a cabo las actividades experimentales propuestas en la práctica.

5. Hipótesis: Para plantear la hipótesis de la práctica, el estudiante debe tener presente partir de los

datos suministrados que sirven de base para plantear su argumentación.

6. Fundamentación teórica: En esta sección de la práctica el estudiante deberá presentar los

conceptos teóricos que servirán de guía en el desarrollo del experimento.

7. Desarrollo: Esta sección está compuesta por actividades que constituyen el objeto o tema de

estudio. En cada una de las actividades se promueve la participación activa de los estudiantes con la

intención de que elaboren de manera conjunta el marco teórico; que formulen la hipótesis del

73

comportamiento del fenómeno y propongan experimentos para comprobar la relación funcional entre las

variables.

8. Resultados: En cada práctica los estudiantes ocupan diferentes roles de trabajo. Con actividades

definidas y asignadas se puede garantizar una participación activa de ellos y de esta manera asegurar que

los resultados obtenidos sean confiables. Algunas veces los experimentos estarán avocados a verificar la

variación de una magnitud con otra, por esta razón se solicita expresamente al estudiante que los resultados

sean plasmados en una tabla de resultados. De la misma manera se solicitan, cuando es factible, el modelo

gráfico y el modelo matemático del experimento con la finalidad de hacer un análisis donde se pueda

verificar el cumplimiento de la hipótesis planteada e identificar la influencia de las fuentes de errores

sistemáticos y aleatorios.

9. Conclusiones: Es el espacio en donde los estudiantes dan a conocer la esencia del experimento

y emitir desde su particular punto de vista comentarios relevantes y significativos de sus vivencias al realizar

la práctica y verificar si la hipótesis plateada al inicio fue valida.

10. Bibliografía y cuestionarios previos: En esta sección localizada al final de la práctica, se

incluyen una serie de preguntas que invitan al estudiante a investigar sobre el tema en cuestión, y garantizar

que se tenga conocimientos mínimos necesarios para realizar la práctica. En ésta misma sección se le

indican al estudiante las fuentes bibliográficas que puede consultar.

Los temas que se suministran en las guías son:

4.1.1 Operación y funcionamiento de transferencia automática a través de plc

En ella se describe qué significa una trasferencia automática en transición abierta y transición cerrada

teniendo en cuenta que se puede adaptar a un PLC que va a recibir las señales de entrada digitales,

comandando así de esta manera la operación de los interruptores de potencia por lo cual se denomina

transferencia automática, al igual se tienen especificaciones y pasos que se debe seguir para el desarrollo

de la práctica y su funcionamiento adecuado de la misma estableciendo condiciones y maniobras que se

pueden realizar en la industria habitualmente (Ver anexo 14).

4.1.2 Guía de laboratorio parametrización relé varlogic

Esta guía muestra el paso a paso que se debe tener en cuenta al programar o parametrizar el relé varlogic

para la función específica que se vaya a realizar, se encuentran las falla o errores que se presentan

74

constantemente ya sea por la parametrización del equipo o por la falla del mismo, se ilustran las listas de

alarmas frecuentes, materiales a usar y ayudas didácticas (ver anexo 15).

4.1.3 Guía de laboratorio operación y funcionamiento de transferencia automática a través de relé

vorkom

Al igual que el relé varlogic esta guía muestra varias indicaciones y pasos que se debe tener en cuenta, en el

momento de energizar y parametrizar el relé vorkom, debido a que se pueden incurrir en tipos de errores y

fallos que impidan el funcionamiento adecuado del mismo, se debe tener en cuenta los tiempos estipulados

para mandar a prender la planta o generador asociado, el enfriamiento de los mismos y los tiempos de

transferencia y retrasnferencia ya que si no son acordes la transferencia no funcionara, se muestran las

ilustraciones de entradas, salidas los pasos y programación que se deben seguir en el momento de los

cambios que se realicen al equipo (ver anexo 16).

4.1.4 Guía de laboratorio de parametrización relé inteligente tesys t

Esta guía muestra los diferentes tipos de relé tesys t que se encuentran en el mercado, cada uno de ellos

cuentan con diferentes funciones para una determinada área que se requiera.

Se muestran las especificaciones y funciones de cada indicador, los elementos y accesorios indispensables

para el funcionamiento adecuado o compatibilidad con otro equipo auxiliar.

Se suministra los diagramas que se deben tener en cuenta en el momento de adecuar el cableado de

control y fuerza.

Se tienen las diferentes funciones de motor programadas que se pueden configurar en el relé tesys t y las

diferentes topologías (modo de sobrecarga, modo independiente, modo inversor, modo de dos tiempos,

modo de dos velocidades), seguido de la forma adecuada para acceder al mismo por medio del software

(ver anexo 17).

4.1.5 Operación y funcionamiento de interruptor motorizado

En esta guía se encuentra las partes que componen un interruptor con mando motorizado, las funciones y

funcionamiento del interruptor de forma manual o automática, se ilustran las características normalizadas

indicadas en la placa de especificaciones.

Se muestran la verificación de los contactos de posición y estado del interruptor y su verificación a través del

multímetro digital, al igual se muestran el esquema de alimentación de las bobinas de apertura y cierre. Se

75

suministra los tipos de curvas de disparo en BT que los interruptores termo magnéticos suelen manejar y las

corrientes nominales asociadas a cada clase de curva (ver anexo 18).

4.1.6 Guía de laboratorio operación y funcionamiento de banco de compensación de energía

reactiva

Esta guía suministra los tres tipos de métodos que se tienen para el cálculo de potencias reactivas, los

métodos mencionados son (método simplificado, método con la fórmula de la IEEE, método de triangulo de

potencias) y las características y diferencia de cada uno de estos con respecto a otro (ver anexo 19).

76

5 IMPLEMENTACIÓN DE CELDAS DE TRANSFERENCIA ELÉCTRICA Y BANCO DE

CONDENSADORES

5.1.1 Implementación de banco de condensadores.

Se implementara una celda de banco de condensadores en el laboratorio de alta tensión para desarrollar

prácticas de laboratorio, en donde se puede experimentar diferentes escenarios de la industria, a

continuación se presenta su operación general, manual y automática.

En el anexo 20 se pueden ver los planos eléctricos y los equipos que constituyen la celda.

5.1.1.1 Alimentación de circuito principal y del circuito de control

Circuito principal: Alimentar la entrada del banco de condensadores con una tensión de 208/120VAC a

60Hz, la entrada en agua arriba del interruptor totalizador –QT1.

Circuito de control: La alimentación del control es auto alimentado, quiere decir que usa la misma tensión del

circuito principal para alimentar el circuito de control.

5.1.1.2 Operación general

1. Utilizar los EPP establecidos para trabajos eléctricos en Baja Tensión.

2. Verificar que todos los equipos estén abiertos.

3. Verificar por medio de continuidad los circuitos de control, garantizando el cableado de acuerdo a los

planos eléctricos.

4. Verificar el nivel de tensión y la secuencia de fases en la fuente de poder que alimentara el tablero

5. Verificar el nivel de tensión a la entrada del interruptor principal y la secuencia de fases y que estén

de acuerdo con la fuente de poder, este interruptor no se debe cerrar hasta verificar lo anterior.

6. Verificar la tensión en el barraje principal.

7. Verificar que todos los equipos estén abiertos

8. Cerrar el interruptor principal –QT1.

9. Verificar la tensión aguas arriba de los interruptores –Q1…6

10. Cerrar los interruptores –Q1…6

11. Verificar que los pilotos rojos estén encendidos, indica que está abierto el –KM1…5

12. Verificar la tensión aguas arriba en los –KM1…5

13. Verificar la tensión aguas arriba en los fusibles e interruptores de protección.

14. Cerrar los fusibles FU3 y FU4.

15. Verificar que –F1 esta energizado.

16. Cerrar los fusibles FU1 y FU2.

17. Verificar tensión en el punto 11 y 13 del –SC1, en el punto 13 y 21 de los –KM1…5.

18. Colocar el –SC1 en posición 1: Manual.

19. Verificar tensión en el punto 13 del -S1…5

20. Colocar el –SC1 en posición 2: Automático.

77

21. Verificar que se energiza el –KA1 y –KA2.

5.1.1.3 Operación manual

1. Colocar el –SC1 en posición 1: Manual.


3. Dar a orden cierre por medio –S1…5 a los –KM1…5

4. Verificar que los pilotos verdes estén encendidos, indica que está cerrado el –KM1…5

5.1.1.4 Operación automática

1. Colocar el –SC1 en posición 2: Automático.


3. Verificar que se energiza el –KA1 y –KA2.

4. Programar el controlador -F1. Remitirse a la guía de laboratorio Parametrización relé Varlogic,

capitulo 4.

5. Verificar que los pasos entran y salen de acuerdo a la configuración dad por le –F1.

6. Verificar que los pilotos verdes estén encendidos, indica que está cerrado el –KM1…5

5.1.2 Implementación de transferencia eléctrica.

Se implementara una transferencia eléctrica en el laboratorio de alta tensión para desarrollar prácticas de

laboratorio, en donde se puede experimentar diferentes escenarios de la industria, a continuación se

presenta su operación.

En el anexo 21 se pueden ver los planos eléctricos y los equipos principales que la constituyen la celda.

En la transferencia se cumplen los estados de operación mostrados en la siguiente Tabla 5-1. Tabla de

verdad. Convenciones de la tabla: “0” INTERRUPTOR ABIERTO / “1” INTERRUPTOR CERRADO.

–QT1 -QT2 COMENTARIO

0 0

Estado inicial del tablero,

No existe condiciones de cierre

Transferencia apagada.

1 0

Estado normal de operación, alimentación desde ENTRADA PRINCIPAL

TRANSFORMADOR 800kVA, interruptor -QT1 cerrado e interruptor -QT2

abierto.

Selector –SC1 en posición 2 Automático

-KA1 esta energizado

-KA1 (11-12-14) bloquea energización de -KA2.

-KA1 (21-22-24) permite energización de -KT1.

78

-KA1 (41-42-44) permite energización del motorizado de –QT1.

-KT1 (15-16-18) da la orden de cierre por medio de XF de –QT1.

-KA3 (11-12-14) alimenta piloto –H1 (-QT1 cerrado)

-KA3 (21-22-24) permite energización de –KM1 (acople)

0 0

Se presenta cuando se detecta alguna falla en la entrada transformador con el

relé –A1 en el interruptor QT1 (abre QT1).

El relé VORKOM verifica las condiciones de tensión para el interruptor QT2.

El relé VORKOM enviara la señal al interruptor QT2 para su cierre en la

ENTRADA GENERADOR AUXILIAR 400kVA .

0 1

Se presenta operación de emergencia, alimentación desde ENTRADA

EMERGENCIA GENERADOR GEN 800kVA, interruptor QT2 cerrado e

interruptor QT1 abierto.

Selector –SC1 en posición 2 Automático

-KA2 esta energizado

-KA2 (11-12-14) bloquea energización de –KA1.

-KA2 (21-22-24) permite energización de –KT2.

-KA2 (41-42-44) permite energización del motorizado de –QT2.

-KT2 (15-16-18) da la orden de cierre por medio de XF de –QT2.

-El OF1 de –QT2 alimenta piloto –H2 (-QT2 cerrado)

El relé VORKOM revisa constantemente si la red principal ya ha sido

restablecida para trabajar de manera normal.

Si la red principal no se encuentra disponible la red de emergencia trabaja sin

problema.

Cuando el relé VORKOM verifica condiciones en el lado de ENTRADA

PRINCIPAL TRANSFORMADOR 800kVA esperara un tiempo de estabilización

del sistema.

0 0 Cuando el tiempo transcurre y el relé VORKOM detecta tensión constante en el

interruptor QT1, abre QT2 y cierra QT1.


TRANSFORMADOR 800kVA KVA, interruptor QT1 cerrado e interruptor QT2

abierto.

Tabla 5-1. Tabla de verdad.

79

6 PARÁMETROS TÉCNICOS REQUERIDOS PARA DISEÑAR CENTROS DE CONTROL MOTORES

EN BAJA TENSIÓN HASTA 100 kW

6.1 EQUIPOS Y ACCESORIOS DE CONTROL PARA ARRANCADORES DIRECTOS.

Figura 6-1. Partes principales de un arrancador directo

Arrancador con tesys-t Arrancador con relé termico

80

6.1.1 Interruptor (parte A):

La selección de un interruptor de potencia para una determinada aplicación consiste en definir un conjunto

de valores que limitan las condiciones de operación máximas del interruptor. Los parámetros a indicar son

algunos de los cuales deben tenerse presente:

• Tensión nominal: Es el máximo valor efectivo de tensión al cual el interruptor puede operar en forma

permanente. En general esta tensión es mayor al voltaje nominal del sistema.

• Frecuencia nominal: Es la frecuencia a la cual el interruptor está diseñado para operar. Este valor tiene

incidencia en los tiempos de apertura y cierre de los contactos además del tiempo de apagado del arco.

• Corriente nominal: Es el máximo valor efectivo de corriente que puede circular a través del interruptor en

forma permanente, a frecuencia nominal, sin exceder los límites máximos de temperatura de operación

indicados para los contactos. La temperatura en los contactos depende del material que están hechos

(cobre, plata o equivalente), del medio en que están sumergidos, y de la temperatura ambiente. En

interruptores con contactos de cobre, las máximas temperaturas de operación, están referidas a una

temperatura ambiente máxima de 40 ºC y en caso de contactos de plata de 55 ºC

• Rigidez dieléctrica (clase de aislación): Define la máxima tensión que soporta el interruptor sin dañar su

aislación. La rigidez dieléctrica debe medirse entre todas las partes aisladas y partes energizadas y también

entre los contactos cuando están abiertos. Estas pruebas se realizan entre contactos y tierra (contacto

cerrado), a través de los contactos, entre fases (con contactos cerrados).

• Ciclo de trabajo: El ciclo de trabajo normal de un interruptor de potencia se define como dos operaciones

"cerrar-abrir" con 15 segundos de intervalo. Para este ciclo de trabajo, el interruptor debe ser capaz de cortar

la corriente de cortocircuito especificada en sus características de placa.

• Corriente de cortocircuito momentánea: Es el valor máximo efectivo que debe soportar el interruptor sin

que sufra un deterioro, debe ser capaz de soportar el paso de esta corriente en los primeros ciclos cuando

se produce la falla (1 a 3 ciclos). Entre estas corrientes deben especificarse los valores simétricos y

asimétricos. La selección de la corriente de cortocircuito de los Interruptores deberá hacerse de acuerdo a la

corriente Icu (NEMA AB1), esta debe ser igual a la Icc e Icw del tablero, que solicita el cliente; Para

seleccionar una correcta Icu tenga en cuenta la tensión de servicio a la que estará sometido el equipo

81

• Corriente de cortocircuito de interrupción: Es el máximo valor efectivo medido en el instante en que los

contactos comienzan a separarse. Esta corriente corresponde a un cortocircuito trifásico o entre líneas con

tensión y ciclo de trabajo nominal. Entre estas corrientes deben especificarse los valores simétricos y

asimétricos de interrupción.

Los interruptores ubicados a alturas superiores a los 1000 m sobre el nivel del mar, modifican sus valores

nominales de voltaje y corriente para considerar el efecto de enrarecimiento del aire que afecta las

condiciones de ventilación, así como de aislación del interruptor. La relación de los valores nominales en

función de la altura de instalación, esta dada por cada fabricante.

6.1.1.1 Accesorios

Mando rotativo

Contactos auxiliares ( sd – of )

Percutor (cuando requiera contacto sde)

Bobina de disparo (mx)

Bobina de mínima (mn)

Vigicompact

Cubre bornes inferiores y superiores

Conectores posteriores

Cable de conexión de fuerza

Modulo chasis

Figura 6-2. Accesorios principales del interruptor

6.1.1.2 Consideraciones

La serie de la unidad de disparo cambia, de acuerdo a las funciones de protección.

La referencia en la gama de interruptores cambia de acuerdo a la unidad de disparo y al número de

polos (2d / 3d) el catalogo muestra sus referencias de acuerdo al número de polos y es allí en donde

frecuentemente se comete el error, al solicitar la referencia errada. ¡Error! No se encuentra el origen de la

referencia.

82

Figura 6-3. Referencia dependiendo del número de polos y de unidad de disparo.

Las normas de productos IEC 60947-2 à 7, tratan las prescripciones y test específicos del producto.

La norma IEC 60947-2 se aplica a los interruptores y a sus unidades de control. Las características de

funcionamiento de los interruptores dependen de las unidades de control o de los relés que comandan la

apertura en las condiciones definidas.

6.1.2 Relé térmico bimetálico / electrónico (parte B):

Relé bimetálico: Estos equipos constituyen el sistema más sencillo y conocido de protección térmica por

control indirecto, es decir, por calentamiento del motor a través de su consumo.

Relé electrónico: La importancia de proteger bien un motor está en poder simular lo más exactamente su

comportamiento térmico. Así, son muchas las causas posibles de falla de un motor, siendo solamente un

dispositivo electrónico capaz de cubrir en un mismo equipo la mayor parte de esas prestaciones.

83

6.1.2.1 Ventajas y desventajas del relé térmico con bimetálico y electrónico.

6.1.2.2 Accesorios relé térmico con bimetálico.

Figura 6-4. Relé térmico

Acople físico. (CONTACTOR / RELÉ - cuando se requiera conexión con cable, verifique la

compatibilidad entre el contactor y el relé).

84

Bobina de reset térmico (la selección de este accesorio depende de la referencia del relé térmico).

6.1.2.3 Consideraciones relé térmico con bimetálico

Verificar las referencias vigentes para la selección de relés térmicos

Verificar la clase (10-20) del relé térmico de acuerdo a las curvas de disparo y aplicación.

Verificar el rango de ajuste de corriente del relé, para que este acorde a la corriente nominal del

circuito y/o a las curvas de disparo y aplicación.

Los relés cumplen específicamente con la norma IEC 60947-6-2 correspondiente a los materiales de

funciones múltiples. Aparatos (o material) de conexión de mando y de protección (ACP). La Norma IEC 947-

4-1-1 Responde a esta necesidad definiendo tres tipos de disparo para los relés de protección térmica

(Relés de clase 10,20 y 30).

6.1.2.4 Accesorios relé térmico electrónico tesys-t

Figura 6-5. Relé TesysT

Cable red de comunicación (verificar solicitud del cliente en cuanto al protocolo de comunicación).

Transformador externo de corriente tipo toroide (cuando el valor de la corriente de la carga a proteger

sea mayor a 100a).

transformador externo para protección a tierra (aplica cuando lo requieran las protecciones del motor).

Anillo magnético para toroide.

Módulo de expansión - (sí, se requieren las protecciones asociadas a las tensiones o mayor número de

entradas y salidas).

Resistencia fin de línea para la red de comunicación.

Interfaz HMI

Kit de programación (software y cable de conexión relé-pc).

Accesorio " T " de comunicación (modbus) referencia: vw3 a8 306 tf•• (esta referencia incluye

cable).

Cable conexión relé ó modulo "u" (dependiendo de su ubicación).

85

6.1.2.5 Consideraciones relé térmico electrónico tesys-t

Verificar las referencias de acuerdo al rango de corriente, tensión de control y protocolo de

comunicación.

Verifique si aplican toroides de falla a tierra, anillos magnéticos y transformadores externos.

Verificar las diferentes referencias de los cables de comunicación de acuerdo al protocolo de

comunicación y la disposición de los equipos entre gavetas y celdas, para así determinar su longitud y

solicitar las referencias correctas.

Verificar la instalación de la resistencia de fin de línea para evitar el "return loss" por número de nodos

en la red de comunicación del Tesys-T.

Solicitar el kit de programación entre el PC y el relé, de acuerdo a la referencia escogida.

Cuando el cliente requiera protección por sonda de temperatura, solicitar cable de comunicación para la

conexión.

Teniendo en cuenta las anteriores pautas y recomendaciones para la selección de equipos y accesorios, se

describen algunas consideraciones para los arrancadores inversores y estrella triangulo

Enclavamiento mecánico entre los contactores.

Verificar la cantidad de pilotos y pulsadores que se duplican, para marcha y parada.

Tener en cuenta el número de contactores de acuerdo a su aplicación.

Tener en cuenta el programa de aplicación sí, se utiliza el relé Tesys-t ya que existen configuraciones

pre-establecidas en los relés Tesys-t.

Se deben contemplar los selectores y/o pulsadores para el control de marcha adelante – atrás, así

como la correcta identificación de las placas para los sentidos de giro (este ítem aplica únicamente

para el arrancador inversor).

Elegir el mejor tipo de protección a ser utilizada no es tarea fácil, debido a que esta elección depende del

funcionamiento del motor en su entorno. En primer lugar, habría que tener presente las características de los

diferentes tipos de protección, como también el valor de cada uno de estos sistemas en comparación con el

valor de un motor nuevo o la reparación de éste. Con esta información hay que comparar el valor de la

protección con respecto a la reparación del motor, de forma de ver si la inversión se amortiza. El tener una

mejor protección lograría que los motores aumenten su tasa media de falla, lo cual se traduce en un menor

costo de reparación. Y si además se le agregan los costos que implica tener detenido un proceso de

producción o cambiar los motores, queda de manifiesto que la inversión en mejores protecciones significará

un ahorro en costos.

86

6.1.3 Contactor (parte C):

El contactor se utiliza en el suministro de energía eléctrica y este dispositivo de potencia se puede controlar

de forma remota para evitar lesiones durante la alimentación cuando el dispositivo está cerrado.

Los parámetros de tensión nominal de los contactores se dividen en alta y baja tensión, generalmente 380V,

500V, 660V, 1140V y así sucesivamente. Los parámetros son de corriente nominal, corriente térmica,

corriente de entrada y corriente de corte, contactos auxiliares de corta duración y el parámetro general de la

corriente térmica convencional, la corriente correspondiente a la corriente nominal de funcionamiento.

Verifique la tensión de control de la Bobina para el Contactor; Tenga en cuenta que para los arrancadores la

categoría de servicio es AC3. Verifique sí requiere bobina supresora de picos que se utiliza cuando el

arrancador cuenta con relé electrónico.

Figura 6-6. Contactor y bloques auxiliares

6.1.3.1 Accesorios contactor

Bloque auxiliar frontal / lateral

Supresor de picos

Acople físico ( contactor / rele )

6.1.3.2 Consideraciones contactor

Verificar las referencias vigentes para la selección de contactores en las gamas EVERLINK.

De acuerdo a la tensión de control, verificar las referencias para la correcta selección del equipo.

En contactores superiores a 400A NO deben llevar el bloque frontal de contactos auxiliares, para esto

se complementa con los bloques laterales.

Se requiere de manera obligatoria supresores de picos para referencias superiores a 300A y cuando se

tenga un elemento electrónico asociado.

87

(Por ejemplo: Para el Tesys-T, variador y arrancador suave, tener presente que los supresores NO son

iguales para todas las gamas de los contactores)

IEC 60947-4-1 Define las normas específicas de los contactores y los arrancadores de motores.

IEC 60947-5-1 Aparatos de mando y elementos de conmutación, aparatos de mando electromecánicos.

6.1.4 Transformador de control (parte D):

La selección del transformador se realizara: Teniendo en cuenta la potencia del circuito en estado estable,

más la potencia asociada al circuito en estado transitorio. Estos parámetros darán los VA Nominales del

Transformador, así como la correcta selección de Fusibles.

6.1.5 Cable de fuerza:

La selección se debe hacer teniendo en cuenta el nivel de Cortocircuito del sistema y lógicamente de la

corriente nominal, ya que cambia de acuerdo a la potencia.

Nota Importante: Verificar previamente la aplicación y el tipo de arrancador, para su correcta selección de

equipos y accesorios, así como también validar la información de acuerdo con las tablas de Coordinación.

6.1.6 Consideraciones generales para arrancadores directos

El criterio para la selección del interruptor es la corriente nominal y la corriente de corto circuito (Icu).

Sí, el diseño requiere circuito de comunicación, tenga presente que NO es posible tener contactos

cableados para la señalización de disparo (SD ó SDE)

Seleccionar los cables de acuerdo a la norma y potencia de la carga para evitar su sobredimensión,

teniendo en cuenta las especificaciones del cliente.

De acuerdo con la especificación del cliente, solicitar micro switch adicionales para la indicación de

posición en las gavetas.

Verificar la tensión de control antes de solicitar los equipos, tales como pelotería, protección y

alimentación del arrancador.

En caso de llevar cableado con apantallamiento, llevar el blindaje del mismo a tierra, en la distancia más

corta posible; menor o igual a 20mm.

88

Para el relé tesys-T, verifique la posibilidad de llevar todos los contactos disponibles a bornera.

Verificar el número de contactos auxiliares del contactor que requiere el diseño vs la capacidad de

instalación en el contactor.

De acuerdo a la coordinación tipo 2 de los arrancadores, se deben verificar las referencias vigentes

(tensión, corriente nominal, corriente de falla, gama, número de polos, etc).

Verifique la correcta modulación de la gaveta y su implantación de equipos con el diseñador mecánico.

Remítase a la ruta de tablas de coordinación para la selección de equipos, de acuerdo a la solicitud del

cliente y aplicación.

Verifique que los equipos de protección (tales como interruptor y relé térmico) arrojados por la tabla de

coordinación, se encuentren dentro de los umbrales calculados para las protecciones de las cargas.

Recuerde que los tableros están desarrollados y testeados bajo la norma IEC-60439-1.

Selección errada de la bobina para el rearme térmico, y se debe seleccionar de acuerdo al relé;

verificar tensión y referencias correspondientes.

Olvido de accesorios para la comunicación del tesys-t (tales como la "t" de comunicación y cables de

interconexión).

Error en la referencia de la gama de interruptores, pues esta cambia de acuerdo a la unidad de disparo

y al número de polos (2d / 3d) (verificar en el catálogo, el cual muestra sus referencias de acuerdo al

número de polos. y es así como frecuentemente se escoge la referencia errada).

Selección de mando rotativo errado, esta selección depende si la celda es MF o MW.

89

6.2 EQUIPOS Y ACCESORIOS DE CONTROL PARA ARRANCADORES SUAVES Y VARIADORES

DE VELOCIDAD

Figura 6-7. Partes principales de un arrancador suave y variador velocidad

6.2.1 Interruptor (parte A):

La selección de la corriente de cortocircuito de los Interruptores deberá hacerse de acuerdo a la corriente Icu

(NEMA AB1), esta debe ser igual a la Icc e Icw del tablero, que solicita el cliente; Para seleccionar una

correcta Icu tenga en cuenta la tensión de servicio a la que estará sometido el equipo.

Aplica lo expuesto en el apartado 6.1.1

6.2.2 Contactor (parte B):

Verifique la tensión de control de la Bobina para el Contactor; Tenga en cuenta que para los arrancadores la

categoría de servicio es AC3. Verifique sí requiere bobina supresora de picos que se utiliza cuando el

arrancador cuenta con relé electrónico. Aplica lo expuesto en el apartado 6.1.3

6.2.3 Fusibles ultrarrápidos aR (parte C):

Los cortacircuitos fusibles o simplemente fusibles son de formas y tamaños muy diferentes según sea la

intensidad para la que deben fundirse, la tensión de los circuitos donde se empleen y el lugar donde se

coloquen.

90

Los fusibles de tipo aR, durante el cortocircuito con la protección de un fusible aR existe una limitación de

corriente de cortocircuito presumida. Esta disminución drástica de la energía (I2t) que el fusible ultra rápido

aR permite pasar al circuito, es la gran diferencia para proteger una aplicación más sensible a picos de

corriente como la de equipos electrónicos con semiconductores. Por ser aR, los fusibles no poseen

protección contra sobrecarga. Ellos no pueden operar arriba de su corriente nominal de acuerdo al indicado

en la curva tiempo x corriente. Caso contrário, el fusible sufrirá una sobrecarga térmica que reducirá su

capacidad de interrupción y su vida útil. De esta manera, es obligatório el uso de algun dispositivo

complementario de protección contra sobrecarga para la completa protección del equipo. Por otro lado, el

fusible garantiza la protección impar de los semiconductores por limitar la corriente y la energía (I2t) durante

un cortocircuito

La intensidad nominal de un fusible, así como su poder de corte, son las dos características que definen a un

fusible. La intensidad nominal es la intensidad normal de funcionamiento para la cual el fusible ha sido

proyectado, y el poder de corte es la intensidad máxima de cortocircuito capaz de poder ser interrumpida por

el fusible. Para una misma intensidad nominal, el tamaño de un fusible depende del poder de corte para el

que ha sido diseñado, normalmente comprendido entre 6.000 y 100.000 A.

6.2.3.1 Accesorios de fusibles ultrarrápidos

Porta fusible + Base porta fusible

6.2.3.1.1 Consideraciones de fusibles ultrarrápidos

Figura 6-8. Fusibles y porta fusibles

Verificar la tabla de coordinación y el catalogo del arrancador para el dimensionamiento del fusible.

Si la potencia del arrancador es muy grande, se debe tener en cuenta que el fusible requiere una

base para su conexión y montaje. Verificar la disposición de equipos en la celda con el diseñador

mecánico.

El fusible ultrarrápido se requiere cuando la coordinación es tipo 2. La norma IEC 269-2 Corresponde a

los Fusibles para baja tensión.

6.2.4 Arrancador suave (parte D):

Los parámetros a tener en cuenta a la hora de dimensionar un arrancador suave:

91

6.2.4.1 Corriente nominal del motor

Es el factor más importante. La selección debe hacerse de acuerdo con la corriente de placa del motor en

lugar de la potencia.

6.2.4.2 La aplicación

Una vez establecida la corriente es posible obtener un dimensionamiento preliminar del equipo. Sin

embargo, la aplicación determina si se debe usar un arrancador de mayor tamaño para ajustarse a las

condiciones de operación. La siguiente tabla ilustra algunas aplicaciones típicas, la clase de arranque

asociada y el sobredimensionamiento necesario en cada caso.

6.2.4.3 Temperatura

Los arrancadores son diseñados para operar a corriente nominal con una temperatura ambiente de 40°C. Si

el equipo va a operar a temperaturas superiores, (Máximo 60°C) una reducción en la capacidad de corriente

debe ser tenida en cuenta. En este caso revisar el catalogo del fabricante.

6.2.4.4 Frecuencia de maniobra

Usualmente en la industria los equipos son accionados (ciclo encendido – apagado) una o muy pocas veces

al día. En algunos casos particulares, las condiciones de operación exigen frecuencias de maniobra

elevadas en cuyo caso se deben observar los límites máximos tanto del motor como del arrancador. Cuando

el número de arranques por hora es alto puede ser necesario aumentar el tamaño del arrancador. En este

caso revisar el catalogo del fabricante y consultar el tipo de aplicación estándar o severa.

Tabla 6-1. Diferentes aplicaciones para una arrancador suaves

6.2.4.5 La altura sobre el nivel del mar

Factor a considerar, sobre todo para el entorno montañoso de la región andina. Por el desempeño térmico

de la electrónica, la capacidad de corriente disminuye con la altura y debe ser ajustada de acuerdo con la

siguiente figura cuando el equipo va a ser instalado por encima de 1.000 m.s.n.m.

El arrancador suave cumple específicamente con la norma IEC 60947-4-1 y IEC 947-4-2 sobre

compatibilidad electromagnética.

92

Figura 6-9 Arrancador suave ATS y accesorios principales

6.2.4.6 Accesorios para un arrancador suave

Kit Display remoto + Cable de comunicación

6.2.4.7 Consideraciones para un arrancador suave

El nivel de tensión al cual va a estar sometido el equipo.

Verificar que se cumpla con las características de sonda PTC cuando se requiera (debe ser de 3x250

ohmios).

Cuando se requiera comunicación, verificar todos sus accesorios (Multiplexor ref. universal -

pxp3148mp, entre otros)

Verificar la referencia Vs distancia, para la solicitud del cable de comunicación.

Para equipos de potencias pequeñas, verificar si aplica conexión externa con bornera de fuerza.

** Referencias para cables de comunicación según distancia: VW3A1104R30 - LONGITUD 3m /

VW3A1104R50 - LONGITUD 5m.

6.2.5 Variador de velocidad (parte D1):

A la hora de seleccionar un variador tener en cuenta:

6.2.5.1 Tipo de carga

Par constante, par variable, potencia constante. Si es por debajo del 50% de la velocidad nominal se

requiere uso de ventilación forzada en el motor o si es por debajo del 10% de la velocidad nominal el motor

debe llevar encoder para garantizar un perfecto control y gran precisión

93

6.2.5.2 Características de motor.

Corriente y potencia nominal, factor de potencia, y velocidad del motor. Potencia en kilovatios (kW) o en

caballos de potencia (HP) Tensión nominal en voltios (V) Frecuencia nominal en ciclos por segundo (Hz)

Corriente nominal en amperios (A) Velocidad nominal en revoluciones por minuto (rpm)

6.2.5.3 Rangos de funcionamiento.

Velocidad máxima y mínima. Cuanto más grande sea este rango, mayor cuidado se debe tener en el motor.

Abajo del 50% de la velocidad nominal el motor estándar reduce su capacidad de refrigeración por disminuir

el caudal de aire: si la carga asociada es estrictamente de torque constante, muy posible se hará necesario

dar al motor un medio de ventilación independiente de su eje. Abajo del 10% de la velocidad nominal, el

torque producido por el conjunto drive-motor se ve reducido

6.2.5.4 Par en el arranque.

Verificar que no supere los permitidos por el variador, Si supera el 170 % del par nominal es conveniente

sobredimensionar el variador.

6.2.5.5 Frenado regenerativo.

Cargas de gran inercia, ciclos rápidos, y movimientos verticales, requieren de resistencia de frenado exterior.

6.2.5.6 Aplicación multimotor.

Prever protecciones térmicas para cada motor, la suma de las potencias de los motores será la potencia total

del variador.

Tener en cuenta la disipación térmica del Variador para el cálculo de ventilación del cubículo.

Figura 6-10. Variador de velocidad y accesorios principales.

6.2.5.7 Accesorios variador de velocidad

Tarjetas de comunicación + Terminal remota en puerta + Multiplexor

94

6.2.5.8 Consideraciones variador de velocidad

Verificar especificación del cliente, así como la tabla de coordinación Blokset y catálogo, para el

dimensionamiento del fusible.

Se debe hacer análisis de armónicos y verificar si requiere filtro adicional.

Verificar la disposición de equipos en la celda con el diseñador mecánico.

El Variador de Velocidad cumple específicamente con la norma a la norma IEC 61800-5-1 Correspondiente a

Velocidad ajustable y Sistemas de accionamiento eléctrico e IEC 61800-3 Correspondiente a los

Accionamientos eléctricos de potencia de velocidad variable.

6.2.6 Transformador de control (parte E):

Se debe tener en cuenta la potencia del circuito y la correcta selección de protecciones del primario,

como para el secundario.

6.2.7 Display (parte F):

Verificar la solicitud del cliente. Solicitar cable de interfaz entre el display y el equipo. Verificar grado de

protección IP de la celda para Solicitar accesorios (Kit Terminal).

6.2.8 Inductancia de motor o inductancia trifásica de salida

Se requiere, dependiendo de la distancia entre el Variador y el Motor.

Nota Importante: Verificar previamente la aplicación y el tipo de arrancador, para su correcta selección

de equipos y accesorios, así como también validar la información de acuerdo con las tablas de

Coordinación.

Figura 6-11. Inductancia de motor

95

Los parámetros a considerar para la selección de una inductancia motor:

Potencia del motor, corriente nominal, tensión nominal, sobrecarga admisible, temperatura ambiente, clase

térmica , refrigeración y tensión de ensayo

6.2.8.1 Accesorios de la inductancia motor

Tornillería

6.2.8.1.1 Consideraciones de la inductancia motor

Verificar cables de fuerza para la conexión y tipo de montaje en el catálogo.


6.2.9 Inductancia de línea o inductancias de filtrado de armónicos

Los convertidores de frecuencia generan armónicos y picos de conmutación en la red eléctrica. Estas

distorsiones son la causa de numerosos problemas en la instalación eléctrica como:

• Sobrecalentamiento de cables y transformadores, caídas de tensión en los cables, daños en baterías de

condensadores, malfuncionamiento de autómatas, ordenadores y equipos electrónicos y daños prematuros

de los condensadores internos dentro de los convertidores Las inductancias de línea reducen los armónicos

a un nivel bajo y además atenúan los picos de conmutación. Se instala en la entrada del convertidor de

frecuencia. Se debe instalar una inductancia para cada convertidor de frecuencia, no es posible utilizar una

inductancia para varios convertidores.

Las ventajas:

• Evita fallas en autómatas, ordenadores, equipos electrónicos

• Evita caídas de tensión en cables, mejora el Factor de Potencia y sobrecalentamiento en cables y

transformadores

• Evita averías en convertidores de frecuencia y daños en baterías de condensadores

• Ahorro de energía gracias a la reducción de la intensidad RMS

• Filtrado de los armónicos allí donde se genera, reduce los armónicos en toda la instalación.

96

Estas inductancias permiten garantizar una mejor protección contra las sobretensiones de red, y reducir el

índice de armónicos de corriente que produce el variador, mejorando a la vez la distorsión de la tensión en el

punto de conexión. Esta reducción de armónicos determina una disminución del valor rms de corriente

tomado de la fuente de alimentación, y una reducción del valor rms de corriente tomado por los

componentes de la etapa de entrada del inversor (rectificador, contactor de precarga, capacitores). La

utilización de inductancias de línea está especialmente recomendada en los siguientes casos:

- Red muy perturbada por otros receptores (parásitos ,sobretensiones )

- Red de alimentación con desequilibrio de tensión entre fases >1,% de la tensión nominal.

- Instalación de un número elevado de convertidores de frecuencia en la misma línea.

- Reducción de la sobrecarga de los condensadores de mejora del cos ϕ, si la instalación incluye una batería

de compensación de factor de potencia. La selección es de acuerdo a la corriente nominal del variador y su

frecuencia de conmutación. Existen inductancias estándar para cada tipo de variador. (Electric, Control

inteligente de motores Tesys T, 2009)

Figura 6-12. Inductancia de línea

Figura 6-13 . Ubicación de la inductancia

97

6.2.9.1 Consideraciones inductancia de línea


6.2.10 Consideraciones generales

Se debe asegurar la ventilación, para garantizar la temperatura estable de la celda dependiendo, si hay

o no, contactor bypass y del IP de la celda.

Se debe tener presente la instalación del supresor de picos

Se debe tener en cuenta la lógica de las entradas digitales para el control dado por comunicación y por

bornero.

Tener en cuenta las especificaciones del cliente para la sobredimensión del interruptor.

Para las potencias muy pequeñas, el catalogo recomienda interruptor magnético y/o termo magnético (

aplica para ats42).

Verificar requerimiento de contactor de línea y contactor bypass

Cuando no tenga contactor bypass, verificar si se requiere ventilación forzada.

Verifique la correcta modulación de la gaveta y su implantación de equipos con el diseñador mecánico.

Remítase a las tablas de coordinación y catálogos, para la selección de equipos, de acuerdo a la

solicitud del cliente y aplicación.

Verifique que los equipos de protección (tales como interruptor y térmico) arrojados por la tabla de

coordinación, se encuentren dentro de los umbrales calculados para las protecciones de las cargas.

98

7 CONCLUSIONES.

A nivel académico se preparan profesionales con conocimientos para desarrollar labores en cualquier

ambiente profesional, pero el sector industrial de la producción y fabricación de tableros eléctricos tiene un

porcentaje inferior al esperado, por lo cual se hace muy importante poder mostrar y entregar una

herramienta que acerque a los próximos profesionales a salir al mundo laboral que tiene un amplio campo de

desarrollo, de esta manera estaremos mejor preparados para los retos profesionales.

Se evidencia que cada vez es más útil para la industrial que aplica electricidad en sus procesos, hacer más

eficiente las instalaciones para tener un desempeño de las fuentes, por esta razón hacer uso de la energía

reactiva se convierte es la posibilidad más viable u confiable a la hora de optimizar una instalación.

Se está ofreciendo una variedad de guias de laboratorio para que el estudiante pueda tener un contacto

directo con algunas aplicaciones por medio del uso de equipos y que pueda realizar un análisis de la

problemática planteada por el sector eléctrico, teniendo como base los parámetros o características

principales para desarrollar e implementar un diseño.

Se está planteando un espacio para que el estudiante pueda explotar todos los conocimientos por medio de

laboratorios que contengan equipamientos usados en la industria, para que el estudiante pueda conocer y

enfocar su esfuerzo en los sectores de la industria eléctrica que no se profundizan como es esperado.

Como forma de aplicación se muestra el desarrollo, análisis y diseño de una transferencia automática de

lazo abierto con PLC, para que pueda ser analizada, modificada y programada con respecto a la finalidad de

uso, se establecen los parámetros básicos para el diseño de esta.

Para cierto tipo de aplicaciones existen configuraciones de conexión, como para arrancadores los cuales se

adaptan a las necesidades eléctricas de cualquier índole, teniendo en cuenta los criterios o especificaciones

de normas internacionales que no facilitan y nos ayudan a estar en margen con la vanguardia y nos ofrecen

competitividad a nivel de los países desarrollados.

99

8 BIBLIOGRAFÍA

2050, N. (25 de Noviembre de 1998). NORMA TÉCNICA COLOMBIANA. NTC 2050. Recuperado el 2015, de

ingenieria.bligoo.com.co/media/users/19/962117/files/.../NTC_2050.pdf

519-1992, I. (1992). http://www.sistemamid.com/. Obtenido de

http://www.sistemamid.com/panel/uploads/biblioteca/1/349/352/Control_de_Armonicos_IEEE_519-

1992_en_Espa%C3%B1ol.pdf

60439-1, I. (Abril de 2004). teias.gov. Obtenido de http://www.teias.gov.tr/IEC/iec60439-

1%7Bed4.1%7Den_d.pdf

60947-4-1, I. (Julio de 2008). BUREAU OF INDIAN STANDARDS. Obtenido de

https://law.resource.org/pub/in/bis/S05/is.iec.60947.4.1.2000.pdf

Capella, R. (Octubre de 2000). Schneider Electric España. Obtenido de http://www.schneiderelectric.es

coordination, I. 6.-4.-1. (Marzo de 2011). Schneider Electric . Obtenido de http://www2.schneider-

electric.com/resources/sites/SCHNEIDER_ELECTRIC/content/live/FAQS/139000/FA139370/en_US/

Type2.pdf

Electric, S. (2007). Sistema de gestión de motores TesysT. Obtenido de

http://www.schneiderelectric.es/documents/local/productos-servicios/automatizacion-

control/documentos/420103D07.pdf

Electric, S. (Abril de 2009). Accesorios y auxliares para NSX. Obtenido de http://www2.schneider-

electric.com/resources/sites/SCHNEIDER_ELECTRIC/content/live/FAQS/230000/FA230536/es_ES/

Motorizado%20Compact%20NSX%20100-630.pdf

Electric, S. (Octubre de 2009). Control inteligente de motores Tesys T. Obtenido de http://www.schneider-

electric.com.co/documents/press-release/tesys-t-presentacin-tcnica.pdf

Electric, S. (21 de agosto de 2010). Schneider electric. Recuperado el 12 de agosto de 2015, de

www.schneider-electric.com

Electric, S. (Abril de 2010). Schneider Electric. Obtenido de http://www.schneider-

electric.com.ar/documents/recursos/myce/capitulo02_1907.pdf.

100

Equitronica. (2012). Equitronica S.A. Obtenido de

http://www.equitronica.com.co/index.php?option=com_content&view=article&id=6&Itemid=122&lang

=es

España, S. E. (Abril de 2001). Manual usuario Varlogic. Obtenido de • http://www2.schneider-

electric.com/resources/sites/SCHNEIDER_ELECTRIC/content/live/FAQS/134000/FA134486/es_ES/

Manual%20usuario%20%20Varlogic%20esp.pdf

España, S. E. (2009). Manual eletrotécnico. Obtenido de http://www.schneider-

electric.com.co/documents/soporte/telesquemario.pdf

España, S. E. (2009). Schneider Electric. Obtenido de

https://www.schneiderelectric.es/documents/local/productos-

servicios/distribucion_electrica/guia_instalaciones_electricas/capitulo-l-mejora-factor-potencia-

filtrado-armonicos.pdf

International Standard. (04 de 2004). IEC 60439-1.

Ministerio de minas y energía. (2013). RETIE. Reglamento técnico de instalaciones eléctricas.

MORALES, E. G. (2009). TESIS. COMPENSACIÓN DE POTENCIA REACTIVA. En E. G. MORALES,

TESIS. COMPENSACIÓN DE POTENCIA REACTIVA (págs. 28,29). Mexico D.F: INSTITUTO

POLITECNICO NACIONAL.

Peru, S. E. (2011). Schneider Electric. Obtenido de http://www.schneider-

electric.com.pe/documents/local/catalogo-de09/cap._5_compensacion_de_energia_reactiva.pdf

RETIE, E. (01 de Noviembre de 2005). UNIDAD DE PLANEACION MINERO ENERGETICA. Recuperado el

2015, de www.upme.gov.co/Docs/Cartilla_Retie.pdf

Ricargo Garrido, E. (Septiembre de 2013). Editores Online. Obtenido de http://www.editores-

srl.com.ar/revistas/ie/280/elecond_como_determinar_la_potencia_capacitiva

Schneider Electric. (s.f.). Capitulo 4. Variadores de Velocidad, arrancadores electrónicos y motores.

Siemens, C. (s.f.). Densa. Obtenido de Densa:

http://www.densa.com.mx/documentos/CapacitoresSIEMENS.pdf

101

Sisa, A. (26 de Marzo de 2012). El Instituto de Ingeniería Eléctrica (IIE). Obtenido de

http://iie.fing.edu.uy/ense/asign/iiee/Documentos/Teorico/Reactiva.pdf

STANDARD, I. E. (2004). 60439-1 Low-voltage switchgear and Part 1: Type-tested and partially type tested

assemblies.

THOMASSET, G. (Marzo de 2001). Schneider Electric España. Obtenido de http://www.schneiderelectric.es

UPME. (2014). Si3ea. Obtenido de http://www.si3ea.gov.co/Portals/0/Gie/Tecnologias/factor.pdf

102

9 ANEXOS.

Anexo 1: Tablas de datos recolectados.

Anexo 2: Fabricante de cable.

Anexo 3: Tabla 310-16 de la NTC 2050.

Anexo 4: Tabla C12A de la NTC 2050.

Anexo 5: Planos eléctricos del banco de condensadores.

Anexo 6: Planos eléctricos de la transferencia automática de transición abierta con PLC.

Anexo 7: Regulador de energía reactiva/ NR12.

Anexo 8: Características eléctricas del interruptor NSX.

Anexo 9: Características eléctricas del interruptor NW.

Anexo 10: Tablas de derrateo.

Anexo 11: Contactores.

Anexo 12: Capacitor.

Anexo 13: Medición del flujo de carga de los días 1, 2, 3, 5 y 6.

Anexo 14: Operación y funcionamiento de transferencia automática a través de PLC.

Anexo 15: Guía de laboratorio Parametrización relé Varlogic.

Anexo 16: Guía de laboratorio operación y funcionamiento de transferencia automática a través de relé

VORKOM.

Anexo 17: Guía de laboratorio de Parametrización relé inteligente Tesys T.

Anexo 18: Operación y funcionamiento de interruptor motorizado.

Anexo 19: Guía de laboratorio operación y funcionamiento de banco de compensación de energía reactiva.

Anexo 20: Equipos del banco de condensadores y planos eléctricos.

Anexo 21: Equipos principales de la transferencia eléctrica y planos eléctricos.

DANIEL ARTURO VILLAMIL ARDILA ROBINSON ZAPATA …

Documents

Transcript of DANIEL ARTURO VILLAMIL ARDILA ROBINSON ZAPATA …