DISEÑO SISTEMAS ELECTRICO ESTACION AYACUCHO DE TERPEL

DISEÑO SISTEMAS ELECTRICO ESTACION AYACUCHO DE TERPEL S.A

PROPIETARIO TERPEL

MADE ENERGY

BUCARAMANGA AGOSTO 10 DEL 2012

DISEÑO SISTEMAS ELECTRICO ESTACION AYACUCHO DE TERPEL S.A

PROPIETARIO TERPEL

MADE ENERGY

Firma---------------------------------------------------

Ing. CARLOS ANDRES SUAREZ CABALLERO

MAT. PROF. SN 205-47435

BUCARAMANGA AGOSTO 10 DEL 2012

Tabla de contenido

1. DESCRIPCION DEL PROYECTO1.1. LOCALIZACIÓN GEOGRAFICA

2. OBJETO3. RESUMEN GENERAL DEL PROYECTO

3.1. Tipo de Servicio3.2. Número de Usuarios 3.3. Capacidad Instalada3.4. Transformadores3.5. Medidores3.6. Líneas y Redes

4. ALCANCE5. CONDICIONES AMBIENTALES6. CARACTERISTICAS DE LA CARGA

6.1. CARGA INSTALADA 6.2. CARGA A INSTALAR

7. REDES DE MEDIA TENSIÓN7.1. SUBESTACION Cuarto de protección y medidores Bóveda de transformadores Malla de puesta a tierra Centro de Cargas

8. ACOMETIDAS DE MEDIA TENSIÓN8.1. REDES DE BAJA TENSIÓN

9. MEDIDOR DE ENERGIA10. MEMORIAS DE CÁLCULO

10.1. CACULO DE ACOMETIDAS10.2. METODOLOGIA DE DISEÑO10.3. Selección del conductor por capacidad de corriente 10.4. Selección de conductor por regulación10.5. Selección de Protecciones10.6. Selección de Ductos Conduit

OBEJTIVOS

Realizar el diseño de cada una de las acometidas nuevas y existentes necesarias para el aumento de capacidad de la planta Ayacucho.

Verificar la capacidad de la red de alimentación de media tensión existente mediante la determinación de corriente y regulación según la nueva carga.

Elaborar el diseño de la subestación eléctrica nueva para alojar un transformador nuevo de 300 KVA, teniendo en cuenta los criterios establecidos en el RETIE, la norma NTC 2050 y la norma de diseño CNS-NT capítulos 1 al 12.

DESCRIPCION DEL PROYECTO

1. LOCALIZACIÓN GEOGRAFICA

La planta Ayacucho de Terpel para distribución de combustibles a granel se ubica en el kilómetro 3,2 de la vía que comunica los corregimientos La Mata y Ayacucho en el departamento del Cesar en las coordenadas N

8⁰36’12.37’’ O 73⁰36’24.27’’ a 37 kilómetros de la población de Aguachica.

2. OBJETO

La planta será ampliada con la instalación de electro-bombas adicionales a las existentes para la distribución de combustibles lo cual exige un consumo mayor de energía por lo que se planea pasar de 125 KVA instalados actualmente a 300 KVA para alimentar las nuevas necesidades de carga y permitir la proyección de nuevas instalaciones.

Ruta Del Sol

Estación Terpel Ayacucho

RESUMEN GENERAL DEL PROYECTO

3.1 Tipo de Servicio: Industrial

3.2 Número de Usuarios: 1

3.3 Capacidad Instalada: 125 KVA ampliación a 300 KVA

3.4 Transformadores:

Se retira de servicio un transformador de 125 KVA 13200/440 V y se instalará un transformador nuevo de 300 KVA, 13200/440 V. para la alimentación de cargas a 440 V.

De igual manera seguirá en servicio interno un transformador reductor existente de 50 KVA 440/220-127 V. para alimentar las cargas de alumbrado perimetral, servicios generales y oficinas.

3.5 Medidores

Se instalará un nuevo medidor digital multifuncional (A, V, W, VAR, W-h, VAR-h, THD, F.P, Hz) para medición indirecta por media tensión con conexión por medio de dos (2) transformadores de corriente y dos (2) transformadores de potencial.

3.6 Líneas y Redes

Se instalará en media tensión una acometida bajante por ducto hasta transformador nuevo de 300 KVA pasando por celda de protecciones y celda de medida.

Así mismo serán instaladas 19 acometidas de 440 V y 7 acometidas de 220 V.

4. ALCANCE

Este documento describe el diseño eléctrico de subestación, cuarto de control, tableros de control de potencia, redes en baja tensión y detalles de ingeniería para el desarrollo del proyecto de ampliación.

5. CONDICIONES AMBIENTALES

Las condiciones ambientales predominantes en la zona de ubicación de la planta son:• Altitud: 105 msnm• Temperatura: 32º C• Humedad relativa: 75%• Presión Atmosférica: 101,32 kPa• Velocidad del viento = 6 km/h

CARACTERISTICAS DE LA CARGA

6.1. CARGA INSTALADA

Actualmente el sistema eléctrico de la planta se compone de un transformador de 125 KVA 13200/440 V., instalado en estructura aérea el cual alimenta un tablero general de distribución de 440/220 V. donde distribuye la energía para un tablero de control de motores, cargas varias y a un transformador reductor de 50 KVA 440/220 V. para servicios generales, alumbrado y oficinas.Las cargas de 440 V corresponden a alimentación de motores acoplados a bombas centrifugas; el arranque de los motores es controlado por arrancadores suaves.La medida de la energía actualmente se realiza con un medidor electrónico de activa y reactiva por baja tensión indirecta por medio de dos (2) transformadores de corriente y con conexión directa de tensión.El sistema cuenta con una unidad de generación de 125 KVA, 440 V F.P 0,8 acoplada al tablero de 440 V mediante una transferencia automática.

6.2. CARGA A INSTALAR

Debido al incremento de cargas se instalará un transformador de 300 KVA, 13200/440 V en bóveda el cual alimentará un tablero general de distribución de 440V para distribuir a un centro de control de motores, a cargas varias auxiliares y a un transformador reductor de 50 KVA 440/220-127 V existente para distribución de energía a servicios generales, alumbrado y oficinas.

Las cargas a instalar y los criterios de simultaneidad para determinación de la demanda máxima se muestran en la siguiente tabla:

CARGA HP KVA SIMULTANEIDAD KVA

MOTOR - RECIBO 1 25 22,5 1 22,5MOTOR - RECIBO 2 25 22,5 1 22,5MOTOR - RECIBO 3 25 22,5 1 22,5

MOTOR - DESPACHO 1 15 14,0 1 14,0MOTOR - DESPACHO 2 15 14,0 1 14,0MOTOR - DESPACHO 3 15 14,0 0,0MOTOR - DESPACHO 4 15 14,0 0,0MOTOR - DESPACHO 5 10 9,3 1 9,3MOTOR - DESPACHO 6 15 14,0 1 14,0MOTOR - DESPACHO 7 15 14,0 1 14,0MOTOR - DESPACHO 8 10 9,3 1 9,3

MOTOR - SUMIDERO API 5 4,7 1 4,7MOTOR - RECUPERADOR JP 2 1,9 1 1,9

TOMA 440 V AREA DE LLENADO

15 0,0

TOMA 440 V TALLER 15 0,0RESERVA SCI CONCENTRADO 15 0,0

RESERVA SCI ESPUMA 15 0,0RESERVA MOTOR BOMBA OH 20 18 1 17,8

RESERVA MOTOR BOMBA B100 30 27 1 26,7TRANSFORMADOR 50 KVA

(alumbrado, servicios generales y oficinas)

50 1 50,0

Dmax [KVA] 243,0

De esta manera para suministrar energía a las cargas necesarias y con el fin de usar un transformador normalizado se determina la instalación de un transformador de 300 KVA, 13200/440 V. para alimentar las cargas actuales cuya demanda máxima serán 243 KVA que suman el 80% de su capacidad, quedando disponibilidad del 20% para futuras ampliaciones. La unidad de generación de 125 KVA, 440 V F.P 0,8 existente se acoplará al tablero de 440 V mediante la transferencia automática existente, pero se cambiará la acometida de conexión hasta la planta.

REDES DE MEDIA TENSIÓN

Actualmente la planta Terpel-Ayacucho se alimenta por una derivación de la línea Ayacucho a 300 m. del inicio de la línea en la subestación Ayacucho de CENS, mediante una red aérea de 220 m. en conductor calibre 2 AWG ASCR con dedicación exclusiva del usuario. Esta red con la carga actual de 125 KVA presenta una regulación del 0,01% y para la carga solicitada de 300 KVA quedaría en un máximo permitido de 0,03%, lo cual se encuentra dentro de los parámetros de la norma CNS-NT-02, Tabla 10. Límites de regulación de voltaje.De acuerdo al cumplimiento de la regulación de tensión y a la capacidad de corriente del conductor actual no es necesario cambiar la red de media tensión quedando en servicio dicha red.

7.1. SUBESTACION

De acuerdo a los requerimientos de diseño la subestación eléctrica está dividida en cuatro secciones:

1. Cuarto de protección y medidores:

Se alojarán dos celdas cerradas tipo metal enclosed, sin partes energizadas expuestas. Una celda (protecciones) de 1000x1000x2000 mm. Contiene un seccionador tripolar para operación con carga tipo GAV con fusibles tipo HH y disparo tripolar. La otra celda (medición) de 1000x1000x2000 mm. Contiene un medidor electrónico para activa y reactiva conectado a dos transformadores de corriente y dos de potencial con los cuales se realizará la medición de manera indirecta. El cuarto será de 3200x3600 mm.

2. Bóveda de transformadores:

Se construirá una bóveda de 4000x3600 mm. En estructura resistente al fuego durante tres horas según requerimientos de la NTC 2050 sección 450. Dentro de la bóveda se alojarán dos transformadores. Uno de 300 KVA, 13200/440 V. para la alimentación general del sistema y uno de 50 KVA, 440/220 V para las cargas de alumbrado, oficinas y servicios generales.

3. Malla de puesta a tierra.

Basados en la norma IEEE 80 La resistencia de la malla y los gradientes de tensión dentro de la subestación están directamente Relacionados con la resistividad del terreno y basados en los datos obtenidos en el patio de la subestación y con base en las mediciones directas de resistividad empleando un telurometro se obtuvo una

resistividad del terreno de 147 ( Ω

mts). Por medio de interacciones se

determinó que se instalara una malla de puesta a tierra de 15*10 (mts) donde se ubican 11 varillas de cobre de 2.40 (mts) ubicados horizontal y verticalmente en cuadricula 5*5 (mts).

4. Centro de Cargas:

Consiste en un cuarto de 5500x3600 mm. Donde se alojarán los tableros de distribución TGD440V, TD220V, transferencia automática, banco de condensadores y tableros para control de señales.

Las cuatro secciones de la subestación abarcan un perímetro rectangular de 12700x3600 mm. En un área de 45,72 m2 bajo la cual se construirá la malla de puesta a tierra especificada en el plano ELC 3.Todos los cuartos de la subestación se construirán con una altura libre desde el nivel del piso hasta la estructura del techo de 2500 mm.

ACOMETIDAS DE MEDIA TENSIÓN

A continuación se describen las líneas y redes existentes que continúan en servicio y las nuevas acometidas de media tensión.

TRAMO INICIO FIN TENSION TIPO INSTALACIÓNLONG

(m)

RED AEREA MT Punto de conexión CENSEstructura de retención llegada a Transformador

13200 Aérea Existente 220

BAJANTE MT Cajas cortacircuitos Módulo de Seccionamiento 13200 Ducto Nueva 12

BAJANTE MTMódulo de

SeccionamientoMódulo de Medida 13200 Ducto Nueva 3

BAJANTE MT Módulo de Medida Transformador 300 KVA 13200 Ducto Nueva 5

ACOMETIDAS DE MEDIA TENSIÓN 13200 V.

8.1 REDES DE BAJA TENSIÓN

A continuación se describen las líneas y redes existentes que continúan en servicio y las nuevas acometidas de baja tensión.

TRAMO INICIO FIN TENSION TIPO INSTALACIÓNLONG

(m)TRANSFORMADOR 300 KVA - TGD440V Transformador 300 KVA Totalizador TGD440V 440 Ducto Nueva 12

TGD440V - RECIBO 1 TGD440V Motor Bomba Recibo 1 440Canaleta - Ducto

Nueva 95


Nueva 99


Nueva 104

TGD440V - DESPACHO 1 TGD440V Motor Bomba Despacho 1 440Canaleta - Ducto

Nueva 120


Nueva 122


Nueva 124


Nueva 126


Nueva 128


Nueva 130


Nueva 132


Nueva 134

TGD440V - SUMIDERO API TGD440V Motor Bomba Sumidero 440Canaleta - Ducto

Nueva 139

TGD440V - RECUPERADOR JP TGD440V Motor Bomba Rec. JP 440Canaleta - Ducto

Nueva 131

TGD440V - TOMA 440 V AREA DE LLENADO TGD440V Toma 440 V Llenado 440Canaleta - Ducto

Nueva 125

TGD440V - TOMA 440 V TALLER TGD440V Toma 440 V Taller 440Canaleta - Ducto

Nueva 120

TGD440V - BANCO DE CONDENSADORES TGD440V Banco de Condensadores 440 Canaleta Nueva 12

TGD440V - PLANTA DE EMERGENCIA TGD440V Planta de Emergencia 440Canaleta - Ducto

Nueva 120

TGD440V - TRANSFORMADOR 50 KVA TGD440V Transformador 50 KVA 440 Ducto Nueva 12

ACOMETIDAS DE BAJA TENSIÓN 440 V.

MEDIDOR DE ENERGIA

De acuerdo a norma CNS-NT-02 numeral 2.7 LIMITES DE CARGA, se instalará para los 300 KVA de carga un sistema de medición indirecta por medio de dos (2) transformadores de corriente y dos (2) de potencial.

Las especificaciones del medidor y los dispositivos de transformación se muestran en las siguientes tablas:

EQUIPO:

MEDIDOR MULTIFUNCIONAL

ITEM DESCRIPCIÓN REQUERIMIENTO

1 Funciones mínimasA, V, W, VAR, W-h, VAR-h,

THD, F.P, Hz

2Relación de transformadores de

potencial13200/√3 - 440/√3 V

3Relación de transformadores de

corriente15/5 A

4 Clase de exactitud 0,5

5Grado de protección de celda

contenedoraIP55

6 PruebasCalibración y las requeridas por

CENS

EQUIPO:

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE

ITEM DESCRIPCIÓN REQUERIMIENTO1 Tensión Nominal 15000 V2 Tensión de Servicio 13200 V3 Utilización Medida4 Relación Nominal 15/5 A.5 Corriente Nominal Secundaria 5 A.6 Clase de exactitud 0,5 (s)7 Tipo de Instalación Interior


contenedoraIP55

9 PruebasSegún IEC 185 y las requeridas

por CENS

10 Carga 15 VA11 Factor de Potencia 0,8

EQUIPO:

TRANSFORMADOR DE POTENCIAL

ITEM DESCRIPCIÓN REQUERIMIENTO1 Tensión Nominal 15000 V2 Tensión de Servicio 13200/√3 V3 Utilización Medida4 Relación Nominal 13200/√3 - 440/√3 V5 Tensión Nominal Secundaria 440/√3 V6 Clase de exactitud 0,57 Tipo de Instalación Interior


contenedoraIP55

9 PruebasSegún IEC 186 y las requeridas

por CENS10 Carga 25 VA11 Factor de Potencia 0,8

MEMORIAS DE CÁLCULO

10.1. CACULO DE ACOMETIDAS

10.2. METODOLOGIA DE DISEÑO

La selección de los conductores se hará en base a los siguientes criterios:

Capacidad de corriente Regulación de tensión

El procedimiento a seguir es dimensionar el cable por capacidad de corriente, realizando el derrateo por temperatura. Al conductor se le calcula

la regulación; la cual debe cumplir con la norma CNS-NT-02 calculada mediante la formulación descrita en dicha norma y tomando los valores de KG especificados en la misma.

10.3. Selección del conductor por capacidad de corriente

Para realizar el diseño se utilizarán los datos de la siguiente tabla, la cual cumple con la norma de fabricación de cables NTC2186-2; y con los rangos establecidos en la tabla 310-16 de la NTC2050.

Capacidades de corriente para no más de tres conductores aislados de 0-2000 V en canalización a temperatura ambiente de 30⁰C.

Aunque la mayoría de cada tramo de todas las acometidas se tenderán en canaleta metálica, todas estas pasan en parte de su recorrido por una canalización en ducto, por esta razón se toma en cuenta la tabla anterior para la determinación de la capacidad de corriente de cada conductor.

Corrección por temperatura.Debido a la temperatura ambiente de la planta de 32⁰C se hace necesario realizar la corrección del cálculo de la corriente de acuerdo a la siguiente tabla extractada de la tabla 310-16 de la NTC2050.

El cálculo para determinar la corriente de cada conductor se realiza con la siguiente fórmula:

I n=PN

V L∗√3

Dónde:IC: Corriente Nominal corregida por temperatura en AIn: Corriente Nominal en APN: Potencia Nominal en VAVL: Tensión Nominal entre fases en V

Y el cálculo de la corriente corregida por temperatura se realiza mediante las fórmulas:

I c=I n

0,94 Para conductores con aislamiento THWN-2

I c=I n

0,94 Para conductores con aislamiento XLPE

Finalmente y teniendo en cuenta la sección 430 de la NTC 2050, para el cálculo de conductores para motores la corriente de diseño para conductores es:

I D=1,25∗I c

10.4. Selección de conductor por regulación:

Adoptando la formulación especificada en la norma CNS-NT-02 el cálculo de la regulación se realiza mediante la siguiente formula:

R %=Fc∗K G∗M

V L2

Dónde:

R%: Regulación en porcentajeFC: Factor de corrección por el tipo de conexiónKG: Constante de regulación del conductorVL: Tensión Nominal entre fases en VM: Momento eléctrico en KVA.m

La variable KG depende directamente del factor de potencia de la carga, para los cálculos se estimaron los valores de placa de cada equipo.

10.5. Selección de Protecciones:

Las protecciones de circuitos para motores se calcularán de acuerdo a la sección 430 de la NTC 2050 con un factor de 125% de la capacidad del motor. Para aquellos que son controlados con variador de velocidad se debe calibrar la protección térmica de acuerdo a la potencia nominal del motor.Las demás protecciones se seleccionarán de acuerdo a la capacidad nominal del conductor seleccionado.

10.6. Selección de Ductos Conduit

Los ductos conduit serán metálicos ridgid tipo IMC y se seleccionan de acuerdo a la tabla 4 de la NTC 2050 la cual nos permite un porcentaje de ocupación de 53% para un hilo y 40% para tres O más hilos.

Los datos de sección transversal y área de los conductores se muestran a continuación, extraídos de especificaciones de fabricantes de cables certificados por RETIE.

Calibre y Tipo de Conductor

Sección [mm]

Área de conductor [mm2]

2 AWG XLPE 22 380,1500 MCM Monopolar 23,7 441,24/0 AWG Monopolar 16 201,14 AWG Monopolar 8,18 52,6

4X6 AWG - Encauchetado

26 530,9

4X8 AWG - Encauchetado

22,8 408,3

4x10 AWG - Encauchetado

17,5 240,5

4x12 AWG - Encauchetado

16 201,1

De la tabla 4 de la NTC 2050 los valores de área disponible en conductores metálicos ridgid tipo IMC

DiámetroSección Total

[mm2]Área Utilizable

53%Área Utilizable

40%1" 618,71 327,9163 247,484

1-1/2" 1434,19 760,1207 573,6762" 2341,29 1240,8837 936,5163" 5110,96 2708,8088 2044,3844" 8794,18 4660,9154 3517,672

CONCLUSIONES

Se logró determinar mediante los cálculos y mediciones realizadas que la red de alimentación de media tensión a 13,2 kV existente puede seguir utilizándose sin modificación dado el aumento de carga. Esta determinación se pudo establecer verificando el cálculo de corriente y regulación de la línea existente.

Por medio de la metodología de cálculo descrita en la norma CNS-NT-02 pudimos establecer los diferentes calibres de cables de alimentación para las nuevas cargas (motores) y las cargas existentes, cumpliendo con los parámetros de diseño, la reglamentación vigente y los parámetros de seguridad hacia las personas e instalaciones.

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