Proyecto Eléctrico en Alta y Baja Tensión para Planta ...
51
UNIVERSIDAD DE OVIEDO Escuela de Ingeniería de Minas, Energía y Materiales de Oviedo Máster en Ingeniería de Minas Trabajo Fin de Máster Proyecto Eléctrico en Alta y Baja Tensión para Planta Industrial Autor: Nuria Pacín Valle Tutor: Carlos Hiram Rojas García Oviedo, Junio de 2017
Transcript of Proyecto Eléctrico en Alta y Baja Tensión para Planta ...
UNIVERSIDAD DE OVIEDO
Escuela de Ingeniería de Minas, Energía y Materiales de Oviedo
Máster en Ingeniería de Minas
Trabajo Fin de Máster
Proyecto Eléctrico en Alta y Baja Tensión para Planta Industrial
Autor: Nuria Pacín Valle
Tutor: Carlos Hiram Rojas García
Oviedo, Junio de 2017
Índice
I. MEMORIA ......................................................................................................... 8
1. OBJETIVO ......................................................................................................... 9
2. EMPLAZAMIENTO ........................................................................................... 9
3. CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL CENTRO ...................................... 10
4. DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES ................................................... 11
4.1 Características del local ................................................................................................... 11 4.1.1 Ventilación ................................................................................................................... 12 4.1.2 Protección contra incendios ........................................................................................ 13 4.1.3 Foso del Transformador .............................................................................................. 14 4.1.4 Sistema de extinción ..................................................................................................... 14
4.2 Instalación eléctrica ......................................................................................................... 15 4.2.1 Características de las celdas SM6-Schneider Electric ................................................ 15 4.2.2 Celdas: Schneider Electric - SM6 (o similar) .............................................................. 16 4.2.3 Celda de protección ..................................................................................................... 18 4.2.4 Celda de medida ........................................................................................................... 18 4.2.5 Conductores de Alta Tensión para la conexión entre celdas - celdas y transformador 20 4.2.6 Transformador ............................................................................................................. 20 4.2.7 Conexión en el lado de Alta Tensión ............................................................................ 21 4.2.8 Conexión en el lado de Baja Tensión ........................................................................... 22 4.2.9 Dispositivo Térmico de Protección .............................................................................. 22 4.2.10 Conductores para la conexión entre transformadores y cuadros de baja tensión. .... 22
4.3 Puesta a tierra .................................................................................................................. 23 4.3.1 Tierra de protección ..................................................................................................... 23 4.3.2 Tierra de servicio ......................................................................................................... 24
4.4 Instalaciones secundarias ................................................................................................ 25 4.4.1 Instrucciones para prestación de primeros auxilios .................................................... 25 4.4.2 Medidas de seguridad .................................................................................................. 25 4.4.3 Caídas de tensión ......................................................................................................... 26 4.4.4 Medida de la energía eléctrica..................................................................................... 26
II. CÁLCULOS ELÉCTRICOS DEL CENTRO DE TRANSFORMACIÓN ......... 28
5. INTENSIDAD DE ALTA TENSIÓN ................................................................. 29
6. INTENSIDAD DE BAJA TENSIÓN ................................................................. 29
7. CORTOCIRCUITOS ........................................................................................ 30
7.1 Cortocircuito en el lado de AT ........................................................................................ 30 7.2 Cortocircuito en el lado de BT ........................................................................................ 30
8. CALCULO INSTALACIONES PUESTA A TIERRA ....................................... 31
8.1 Determinación de las corrientes máximas de puesta a tierra y del tiempo máximo
correspondiente de eliminación de defecto ................................................................................ 31 8.2 Diseño preliminar de la instalación de tierra de protección ............................................ 32 8.3 Tierra de servicio ............................................................................................................. 32 8.4 Cálculo de la resistencia del sistema de tierras ................................................................ 33
8.4.1 Tierra de protección ..................................................................................................... 33 8.4.2 Tierra de servicio ......................................................................................................... 33
9. CONCLUSIÓN ................................................................................................. 34
III.REFERENCIAS ................................................................................................ 35
10. REGLAMENTACIÓN ....................................................................................... 36
IV.PRESUPUESTO ................................................................................................ 38
11. CENTRO DE TRANSFORMACIÓN ................................................................. 39
11.1 Materiales ........................................................................................................................ 39 11.2 Obra civil ......................................................................................................................... 40 11.3 Montaje ............................................................................................................................ 41 11.4 Estudio de gestión de residuos de construcción y demolición (RCD’s) .......................... 43 11.5 Resumen .......................................................................................................................... 44
V. PLANOS ............................................................................................................ 45
Trabajo de fin de Máster presentado en la Escuela de Minas de Oviedo para el diseño de un centro de transformación para una planta industrial situada en Villaviciosa.
8
I. MEMORIA
1. OBJETIVO
El Objeto del presente proyecto es especificar las condiciones técnicas, de
ejecución y económicas de un centro de transformación de características
normalizadas, para dar servicio a una nave industrial destinada al tratamiento y
distribución de productos lácteos.
La solución de la instalación queda debidamente descrita para obra, en los
planos específicos de electricidad del presente documento.
Para la elaboración de este proyecto se han seguido las disposiciones fijadas
en el Real Decreto 337/2014, de 9 de Mayo y sus Instrucciones Técnicas
Complementarias ITC-RAT 01 a ITC-RAT 23, cumpliendo en todo momento con
los decretos y Reglamentos Oficiales, conforme a la legislación vigente que sea de
aplicación. En el apartado III Reglamentación se incluye un listado con las
normativas y ordenanzas vigentes, tanto de recomendación como de obligado
cumplimiento para el desarrollo de este tipo de proyecto.
Al efecto, este Proyecto tiene como objeto definir y valorar las instalaciones
a realizar, sirviendo de soporte técnico para la consecución de las autorizaciones y
legislaciones correspondientes por parte de los organismos oficiales oportunos,
permitiendo solicitar ante la Dirección General de Minería y Energía (Consejería
de Empleo Industria y Turismo) del Principado de Asturias la preceptiva
Autorización Administrativa Previa y Aprobación de Proyecto de Construcción,
así como, en su día, la correspondiente Autorización de Explotación de las
mencionadas instalaciones, todo ello conforme a la legislación vigente que sea de
aplicación.
2. EMPLAZAMIENTO
El Centro de Transformación objeto de este Proyecto, se encuentra ubicado
en la parcela donde se distribuyen el conjunto de naves al cual dará servicio, con
acceso para la compañía desde la vía pública, en la calle Maximino Miyar nº10,
C.P. 33300, Villaviciosa – Asturias.
Las coordenadas geográficas del emplazamiento, según sistema de
referencia de coordenadas ETRS89 en geográficas (EPSG: 4258): son 43º 28´ 39”
latitud Norte y - 5 º 26´15” longitud Oeste, o bien 43.477794 / -5437696.
10
3. CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL
CENTRO
El Centro de Transformación objeto del presente proyecto será de tipo
interior, en edificio, compartiendo local con el centro de seccionamiento de
compañía, empleando para su aparallaje celdas prefabricadas bajo envolvente
metálica según norma UNE-EN 62271-200.
La acometida al mismo será subterránea, alimentando al centro mediante
una red de Alta Tensión, y el suministro de energía se efectuará a una tensión de
servicio de 24 kV y una frecuencia de 50 Hz, siendo la Compañía Eléctrica
suministradora EDP HC Energía.
Las instalaciones descritas en el presente Proyecto se corresponden con el
montaje y construcción del Centro de Transformación “DERIVADOS
LÁCTEOS”, para ello será necesario el:
Acondicionamiento del local que alojará el Centro de Transformación.
Instalación y montaje de una celda de protección y una de medida, con
aislamiento en gas SF6.
Instalación y montaje de un cuadro de baja tensión, 400 V.
Instalación y montaje de un cuadro de contadores.
Instalación de un transformador de hasta 630 kVA de potencia.
En el Centro de Transformación de “DERIVADOS LACTEOS” se instalará
un transformador de hasta 630 kVA de potencia asignada y relación de
transformación 24 + 0 + 2,5 + 5 +7,5 % / 0,420 kV, dos celdas blindadas, una
celda de protección y otra de medida, un cuadro de baja tensión y un cuadro de
medida.
Para la protección de los servicios eléctricos del Centro de Transformación
(mando y control), se intercalará entre los cuadros de baja tensión del propio
centro y el cuadro de servicios auxiliares, un transformador de aislamiento.
Las principales características de los elementos descritos se indican en el
plano de MONTAJE C.T.
Las celdas compactas SM6-Schneider Electric están compuestas de una
cuba estanca repleta de hexafluoruro de azufre (gas SF6) selladas de por vida, han
11
sido especialmente estudiadas para la distribución secundaria en alta tensión en
todo tipo de redes. Las mismas permiten la conexión de cualquier configuración,
entradas, salidas, transformación de barras, protecciones por fusible y/o
automático, así como la medida de tensión en barras y medidas generales.
Las celdas SM6-Schneider Electric son del tipo protegido para uso interno,
utilizan el gas SF6 a baja presión (presión relativa de 0,3 bar.) tanto para el corte
eléctrico como para el aislamiento. Este sistema nos garantiza un prolongado
periodo de empleo sin la necesidad de mantenimiento, funcionalidad de los
dispositivos de maniobra, seguridad y sencillez de los dispositivos de bloqueo.
4. DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES
4.1 Características del local
El Centro de Transformación estará ubicado en el interior de un local,
dentro de la nave de servicios eléctricos, conjuntamente con el Centro de
Seccionamiento.
El local será de construcción, con paredes de bloques de hormigón, raseadas
con mortero de cemento y arena lavada de dosificación 1:4 con aditivo hidrófugo
en masa, talochado y pintado. Sobre una solera de hormigón en la que se dejarán
los canales de distribución de cables, foso del transformador y el mallazo
equipotencial, con un forjado superior a base de bovedillas cerámicas o de
hormigón, sobre las que se aplicará una capa de compresión en la que irá
embebida una armadura con retícula de 15 cm. de luz máxima; la suma de espesor
de dicha capa, más el del solado (si este fuera de tipo pétreo cerámico, hidráulico
o similar) será igual o superior a 11 cm, a fin de obtener un resistencia al fuego
igual a (R 120), como mínimo.
El local estará dividido en dos zonas: una, llamada zona de Compañía
correspondiente al Centro de Seccionamiento, y otra llamada zona de Abonado,
Centro de Transformación, la cual es objeto de este proyecto.
La zona de Abonado (C.T.) contendrá las celdas de protección y medida, el
transformador y los cuadros de baja tensión y medida. El acceso a esta zona estará
restringido, y se realizará a través de una puerta peatonal y una puerta de equipos
y materiales, utilizando en todos los casos cerraduras normalizadas que contarán
12
con los dispositivos necesarios para permanecer cerradas, a fin de evitar el acceso
de personas ajenas al servicio.
El acceso al Centro de Transformación de Abonado, se realizara a través de
dos puertas, una de doble hoja, para la entrada de equipos y otra puerta de hoja
simple, para la entrada de peatones.
En el interior del local se dispone de una puerta de paso entre la llamada
zona de Compañía y la llamada zona de Abonado. Las dimensiones y ubicación
de las puertas se observa en el plano adjunto DETALLE DE PUERTAS Y
HERRAJES C.T.
Las puertas serán cortafuegos con una luz de 1.365 x 2.065 mm (medidas
exteriores) para el acceso al transformador y de 980 x 2.065 mm (medidas
exteriores) para el acceso peatonal.
4.1.1 Ventilación
La refrigeración o ventilación del transformador será por circulación natural
del aceite aislante, enfriado a su vez por las corrientes de aire que por efecto
termodinámico se producen alrededor de la cuba.
La ventilación se realizará exclusivamente a través de rejillas de la puerta.
Las rejillas dispondrán de una malla interior que impida el paso de pequeños
animales y estarán dispuestas de forma tal que no puedan dar lugar a contactos
inadvertidos con partes en tensión al introducir por ellas objetos metálicos.
Con las características que se exigen para el forjado superior y para las
paredes interiores, se consigue, además de un aislamiento acústico, un aislamiento
térmico de forma que no se produzcan transmisiones de calor que puedan resultar
perjudiciales para los locales colindantes o para el propio Centro de
Transformación.
Se diseñará una ventilación capaz de evacuar 4,69 kW, equivalente a
6.285,5 Kcal/h, para centros que alojen un transformador de 630 kVA y 24 kV.
El dimensionado, situación y tipo de rejillas a instalar se indican en el plano
de DETALLE DE PUERTAS Y HERRAJES C.T.
Para calcular la superficie de la rejilla de entrada de aire se utiliza la
siguiente expresión:
13
𝑆 =𝑃𝑡
𝐾1 ∗ 𝐾2 ∗ (√2 − 1) ∗ √𝑑 ∗ 𝑆𝑇3
Dónde:
Pt = Pérdidas en el transformador en kW, [16] UNE 21428-1
K1 = Coeficiente cuyo valor viene definido por las temperaturas de entrada
y de salida de aire del Centro de Transformación, [17] ET/5027.
K2 = Coeficiente definido por las pérdidas de carga producidas tanto por la
longitud de las alas de la rejilla como de la velocidad del aire en la misma, [17]
ET/5027.
d = Diferencia de alturas entre centros de las rejillas (H-h),[18] Normas de
la compañía distribuidora Hidroeléctrica del Cantábrico.
ST = Salto térmico, [15] UNE 20110.
Para el caso particular de este Centro de Transformación dichos parámetros
adoptan los siguientes valores:
Pt = 4,69 kW
K1 = 0,29
K2 = 0,8
d = 1,81 m
ST = 20°C
Sustituyendo estos valores en la expresión anterior obtenemos una
superficie de hueco de S = 0,41 m2.
Según las dimensiones indicadas para las rejillas que figuran en el plano,
estas tienen una superficie total de S = 0,45 m2, incluidas las superficies de las
rejillas existentes y de las puertas, siendo el total superior a las 0,41 m2 teóricas
calculadas.
4.1.2 Protección contra incendios
Los materiales que constituyen el local son resistentes a las variaciones de
temperatura, rayos ultravioletas, y al calor.
Se adoptaran las siguientes medidas:
14
Los elementos delimitadores del local (medianerías o muros colindantes)
así como los estructurales portantes (forjados, vigas, soportes) tendrán una
resistencia al fuego, al menos, de EI120 y R120 respectivamente, tal como
se recoge en la tabla 2.2 de la sección 1, del CTE-DB-SI [5]. Con
independencia de estos valores mínimos marcados por el CTE, la
estabilidad al fuego exigida a los elementos estructurales del local no será
inferior a la exigida al conjunto del edificio.
En cuanto a los materiales constructivos del revestimiento interior
(paramentos, pavimentos y techos), tendrán, al menos, las siguientes clases
de reacción al fuego, como se recoge en la tabla 4.1 de la sección 1 del
CTE-DB-SI:
- Techos y paredes: B-s1, d0
- Suelos: BFL – s1
- Exterior en fachadas: B-s3, d0
4.1.3 Foso del Transformador
El foso del transformador está ubicado en la zona de Abonado. La solera
está diseñada de tal forma que, en el caso de que el transformador perdiera todo su
aceite, este quedaría recogido en un depósito y no se derramaría por el centro
perjudicando el cableado. De esta forma permitirá la evacuación y extinción del
líquido inflamable en caso de incendio con un cortafuegos en la parte superior de
lecho de guijarro de aproximadamente 5 cm de diámetro. La capacidad mínima
del foso será de 610 litros.
4.1.4 Sistema de extinción
Además del foso de recogida de aceite, y conforme a lo establecido en la
ITC-RAT 14 del Reglamento sobre Condiciones Técnicas y Garantías de
Seguridad en Instalaciones Eléctricas de Alta Tensión, se dispondrá de dos
extintores de eficacia 21A-113B, uno en la parte de compañía y otra en la de
abonado.
Dado que el volumen unitario de aceite del transformador es inferior a 600
litros, dicho equipamiento se considera suficiente.
15
El detalle del foso de transformador se puede observar según el plano de
OBRA CIVIL C.T.
4.2 Instalación eléctrica
La red de alimentación al centro de Transformación será de tipo subterráneo
con una tensión de 24 kV y 50 Hz de frecuencia. Desde una arqueta de compañía
en la calzada, uniremos dicha arqueta, con una canalización de 4 tubos PE-AD
diámetro 160 mm. acompañados de un tritubo, al foso del edificio y todo ello
indicado en los correspondientes planos.
La potencia de cortocircuito máxima de la red de alimentación es de 500
MVA, según datos proporcionados por la Compañía suministradora.
TABLA 1. DATOS DE LA RED DE ALTA TENSIÓN EN EL PUNTO DE CONEXIÓN CON EL CT
Tensión asignada (kV) Potencia de Cortocircuito (MVA)
24 500
4.2.1 Características de las celdas SM6-Schneider Electric
Toda la aparamenta prevista en este proyecto cumplirá con lo indicado en
las ITC-RAT 16 (conjuntos prefabricados para envolvente metálica) y/o la ITC-
RAT 17 (conjuntos prefabricados para envolvente aislante).
En el Centro de Transformación del proyecto se instalarán tres celdas
formando un bloque compacto de:
- Una celda de protección.
- Una celda de medida.
Los dos tipos de celdas a utilizar en los CT serán:
a) Celda de protección.
Protege al transformador contra sobrecargas y cortocircuitos Son las que se
utilizan para las funciones de maniobra y/o protección de los transformadores.
b) Celda de medida.
16
Se utiliza para la medida de tensión e intensidad con entrada y salida
inferior por cable.
La elección de dichas celdas se realizará a partir de los fabricantes
certificados por HCDE que cumplen con las especificaciones de las ITC-RAT 16
y/o 17 de Características Generales de los Tipos de Aparamenta Empleados en la
Instalación, tomando como mero ejemplo las del Fabricante Schneider.
4.2.2 Celdas: Schneider Electric - SM6 (o similar)
La celda compacta SM6 está compuesta de una cuba estanca repleta de
hexafluoruro de azufre (gas SF6) sellada de por vida, en la cual se integran las
diferentes funciones de seccionamiento, protección y medida. Cada conjunto
monobloque con aislamiento integral incluye:
- envolvente metálica (acero inoxidable), estanca y sellada de por vida, que
contiene las partes activas como el interruptor-seccionador, seccionador de puesta
a tierra e interruptor (fusibles o interruptor automático).
- compartimento para cables con pasatapas de conexión.
- compartimento de baja tensión.
- compartimento de mando.
- compartimento de fusibles.
La cuba de acero inoxidable y los receptáculos de fusibles desenchufables,
estancos y metalizados aseguran la insensibilidad al entorno.
El elaborado diseño de estas celdas garantiza la seguridad de las personas
debido al ensayo de arco interno y una puesta a tierra visible.
Las celdas SM6 permiten realizar la parte AT de los centros de reparto
AT/BT de distribución pública hasta 24 kV. Son de especial interés para los
centros de distribución pública debido a su gran fiablilidad e insensibilidad al
entorno.
El margen de maniobra referido a las condiciones medioambientales del
entorno es muy amplio, ya que sus condiciones de servicio abarcan un rango de
temperatura que va desde –25ºC a 40ºC. Garantizan el correcto funcionamiento
hasta una altitud de 3000 m.
17
Además de sus características técnicas, SM6 aporta una respuesta a las
exigencias en materia de seguridad de las personas, facilidad de instalación,
seguridad de explotación y mantenimiento nulo de las partes activas.
Las celdas de la gama SM6 responden a las siguientes recomendaciones,
normas y especificaciones: CEI 60298, 60129, 60265, 60694, 60420, 62271,
60255 y sus equivalentes UNE-EN. La siguiente figura corresponde a una celda
de estas características.
FIG. 1. CELDA BLINDADA DEL TIPO SCHNEIDER ELECTRIC - SM6
4.2.1.1 Características eléctricas generales
TABLA 2. CORRIENTES DE SERVICIO Y EN CONDICIÓN DE FALLO PARA LA CELDA DE 24
KV SELECCIONADA
Intensidad de Servicio (A) Intensidad admisible en cortocircuito
(kA)
400 16
630 16
630 20
18
El interruptor automático instalado en la función de protección puede llegar
a tener una intensidad asignada de 630 A.
4.2.3 Celda de protección
Esta protección se basa en la celda con envolvente metálica, fabricada por
SCHNEIDER, formada por un módulo con aislamiento y corte en gas, que
incorpora en su interior un embarrado superior de cobre, y una derivación con un
interruptor-seccionador rotativo, con capacidad de corte y aislamiento, y posición
de puesta a tierra de los cables de acometida inferior frontal mediante bornas
enchufables.
Presenta también captadores capacitivos para la detección de tensión en los
cables de acometida. En la siguiente tabla se resumen los principales parámetros
característicos de la celda de protección.
TABLA 3 CARACTERÍSTICAS DE LA CELDA DE PROTECCIÓN
Características eléctricas
Tensión asignada (kV) 24
Intensidad asignada (A) 400 - 630
Intensidad de corta duración (1 s) (kA-eficaces) 16
Intensidad de corta duración (1 s), (kA-cresta) 40
Nivel de aislamiento (a tierra y entre fases)
Frecuencia industrial (1 min) (kV) 50
Impulso tipo rayo (1,2/50 µs) (kV) 125
Capacidad de corte
Dimensiones
Ancho / fondo / alto (mm) 375 / 940 / 600
4.2.4 Celda de medida
Celda SCHNEIDER de medida de tensión e intensidad con entrada y salida
inferior por cable gama SM6, de dimensiones:
19
- 750 mm. de anchura
- 1.038 mm. de profundidad
- 1.600 mm. de altura
- Peso: 200 kg. (sin TT ni TI)
Equipo:
Juego de barras tripolar de 400A y 16 kA.
Entrada y salida por cable seco unipolar.
Conteniendo 3 TT y 3 TI.
Resistencia de caldeo y termostato.
TABLA 4. DATOS TRANSFORMADORES DE TENSIÓN E INTENSIDAD
TRANSFORMADORES DE TENSIÓN 22000:√3 / 110:√3 / clase 0,5
TRANSFORMADORES DE INTENSIDAD 10-20 / 5 A, clase 0,5 S, 10 VA
Transformadores de tensión: 3 Uds.
Tensión nominal: 24 kV
Relación primaria: 22.000 / √3 Voltios
Relación secundaria: 110 / √3 Voltios
Potencia: 25 VA
Clase de precisión: 0,5
Factor de sobretensión 1,9 Vn. dutante 8 horas
Antiexplosivos
Transformadores de intensidad: 3 Uds.
Tensión nominal: 24 kV
Doble relación primaria: 10-20 / 5 A
Potencia: 10 VA
20
Clase de precisión: 0,5 S
El conductor de puesta a tierra estará dispuesto a todo lo largo de las celdas
según UNE-EN 62271-200 [13], y estará dimensionado para soportar la
intensidad admisible de corta duración.
El embarrado estará sobredimensionado para soportar sin deformaciones
permanentes los esfuerzos dinámicos que en un cortocircuito se puedan presentar.
4.2.5 Conductores de Alta Tensión para la conexión entre celdas -
celdas y transformador
Estos conductores estarán constituidos por cables unipolares de aluminio de
aislamiento seco que cumplen con la ITC-RAT 05 [6]. El cable escogido es
HEPRZ1 18/30 kV 1x95 kAl+H16, que designa un cable unipolar de 18/30 kV,
libre de halógenos, 95 mm2, sección circular compacta de aluminio, aislado en
etilenopropileno de alto módulo, con pantalla de cobre de 16 mm2 y cubierta de
poliolefina.
En ambos extremos, la pantalla estará conectada a la puesta a tierra de
protección.
La elección de los conductores se realizará de acuerdo con las
especificaciones de HCDE.
4.2.6 Transformador
Las necesidades de potencia del cliente para su instalación son las
siguientes:
Instalación del concentrador………………………….…..…136 kW
Instalación torre de leche en polvo……………………….…170 kW
Instalación CIP de limpieza……………………………..……90 kW
Reserva para ampliaciones futuras………..………………...130 kW
Por lo tanto, se tiene una potencia de 526 kW, que considerando que nuestra
instalación tiene un cosφ de 0,85 (siendo conservadores), se tiene una potencia
21
aparente de 619 kVA, lo que hace escoger un transformador comercial de 630
kVA.
El transformador cumplirá con la ITC-RAT 07 (Transformadores y
Autotransformadores de Potencia) y se elegirá de entre los de la siguiente tabla
con los fabricantes certificados por HCDE.
TABLA 5. FABRICANTES DE TRANSFORMADORES
POTENCIA (kVA) FABRICANTE
630 Alkargo, Cotradis, Gedelsa, Imefy, Incoesa,
Laybox, Merlin Gerin, Siemens, Jara, Matelec
El transformador trifásico reductor de tensión, es construido según las
instrucciones técnicas citadas anteriormente, de marca COTRADIS (o similar),
con neutro accesible en el secundario, de potencia hasta 630 kVA y refrigeración
por circulación natural del aceite aislante, enfriado a su vez por las corrientes de
aire que se producen naturalmente alrededor de la cuba, denominación ONAN, de
tensión primaria 24 kV y tensión secundaria 420 V en vacío.
Irá montado sobre carriles según se detalla en los planos.
- Otras características constructivas:
Regulación de tensión en el primario s/tapa: 24 + 0 + 2,5 + 5 +7,5 %
Tensión de cortocircuito (Ecc): 6%
Grupo de conexión: Dyn11
Protección incorporada al transformador: Termómetro + Termostato
4.2.7 Conexión en el lado de Alta Tensión
Juego de puentes III de cables AT unipolares de aislamiento seco HEPRZ1,
aislamiento 18/30 kV, de 95 mm2 en Al con sus correspondientes elementos de
conexión.
22
4.2.8 Conexión en el lado de Baja Tensión
Juego de puentes III de cables BT unipolares de aislamiento seco tipo
XLPE, aislamiento 0.6/1 kV, de 1x150 mm2 Cu para las fases y de 1x150 mm2
Cu para el neutro.
4.2.9 Dispositivo Térmico de Protección
Termómetro para protección térmica de transformador, incorporado en el
mismo, y sus conexiones a la alimentación y al elemento disparador de la
protección correspondiente, debidamente protegidas contra sobreintensidades,
instalados.
4.2.10 Conductores para la conexión entre transformadores y
cuadros de baja tensión.
La unión entre las bornas del transformador y el cuadros de baja tensión se
efectuará por medio de conductores unipolares de cobre (alimentadores) con
aislamiento de XLPE, y tensión de 0,6/1 kV. Una vez verificadas secciones por
intensidad de cortocircuito, densidad de corriente y caída de tensión, se considera
la intensidad máxima admisible según ITC BT 07 en las siguientes condiciones:
- Conductor unipolar de cobre con aislamiento polietileno reticulado.
- Disposición en ternos sobre bandeja en contacto mutuo.
- Temperatura ambiente máxima de 40ªC en el interior del CT.
El resultado se expresa en la siguiente tabla:
TABLA 6. CONDUCTORES PARA LA CONEXIÓN ENTRE TRANSFORMADORES Y CUADROS DE
BAJA TENSIÓN
kVA Transformador
distribución
Conductores UNIPOLARES cobre
Intensidad
admisible
In Transformador
distribución
por FASE NEUTRO
630 3 por 150 mm²
2 de 150 mm² 924 A 909 A
23
Estos conductores irán dispuestos sobre bandeja en escalera de chapa de
acero galvanizada en caliente, de 400 mm de ancho, como mínimo.
Para evitar la transmisión de vibraciones al techo se dispondrán, entre los
elementos de sujeción de la bandeja y ella misma, amortiguadores acústicos
capaces de soportar hasta 30 kg de carga, de forma que se interrumpa el puente
acústico.
4.3 Puesta a tierra
4.3.1 Tierra de protección
Todas las partes metálicas no unidas a los circuitos principales de todos los
aparatos y equipos instalados en el local se unen a la tierra de protección.
A la tierra de protección se conectarán:
Mallazo equipotencial existente debajo del suelo del local.
Masas de media tensión.
Masas de baja tensión.
Pantallas metálicas de los cables.
Armaduras metálicas interiores de la edificación y tapas de
las canaletas.
Cuba metálica y carriles de los transformadores de
distribución.
Bandejas metálicas de cables.
Bornes para la puesta a tierra de los dispositivos portátiles
de puesta a tierra.
Bornes de tierra de los detectores de media tensión.
Bornes de tierra, pantallas y neutro del secundario de los
transformadores de separación de circuitos.
Cuchillas de los seccionadores de puesta a tierra.
No se unirán, por contra, las rejillas y puertas metálicas del centro, si son
accesibles desde el exterior.
24
Recorrerá todo el perímetro interior del local y estará formada por un cable
de cobre desnudo de 50 mm² de sección, o en su defecto pletina o varilla de cobre
de sección equivalente.
Dicho conductor no será cortado en las derivaciones o conexiones, para lo
que se emplearán grapas de tornillos. Se conectará a un seccionador tipo 161B-
1010 de AUXIME o similar, el cual se unirá mediante conductor de cobre aislado
0,6/1 kV de 50 mm² de sección hasta la primera pica del circuito de tierra de
protección exterior.
Estará constituido por 4 picas en hilera unidas por un conductor horizontal
de cobre desnudo de 50 mm² de sección, realizándose todas las conexiones con
soldadura alumino-térmica.
Las picas tendrán un diámetro de 14 mm. y una longitud de 8 m. Se
enterrarán verticalmente a una profundidad de 0.5 m. y la separación entre cada
pica y la siguiente será de 12 m. Con esta configuración, la longitud de conductor
desde la primera pica a la última será de 36 m., dimensión que tendrá que haber
disponible en el terreno.
4.3.2 Tierra de servicio
Con objeto de evitar tensiones peligrosas en BT, debido a faltas en la red de
AT, el neutro del sistema de BT se conecta a una toma de tierra independiente del
sistema de AT, de tal forma que no exista influencia en la red general de tierra,
para lo cual se emplea un cable de cobre aislado. A esta tierra se conectarán:
Neutros de los transformadores de distribución.
Bornes de puesta a tierra de los transformadores de intensidad de
baja tensión.
Los circuitos de baja tensión de los transformadores de medida.
Esta toma de tierra conectará el borne del neutro de los transformadores de
distribución, mediante conductor de cobre aislado 0,6/1 kV de 50 mm² de sección,
a un seccionador tipo TC-1 de CLAVED o similar, el cual se unirá mediante
conductor de cobre aislado 0,6/1 kV de 50 mm² de sección hasta la primera pica
del circuito de tierra de neutro exterior.
25
Esta toma de tierra se realizará de la misma manera que la tierra de
protección anteriormente descrita.
En el apartado Cálculos de las Instalaciones de Puesta a Tierra, se recogen
los cálculos de las puestas a tierra del Centro.
4.4 Instalaciones secundarias
4.4.1 Instrucciones para prestación de primeros auxilios
En la instalación están colocadas placas con instrucciones sobre los
primeros auxilios que deben prestarse a los accidentados por contactos con
elementos en tensión.
4.4.2 Medidas de seguridad
Para la protección del personal y equipos, se debe garantizar que:
1- No será posible acceder a las zonas normalmente en tensión, si éstas no
han sido puestas a tierra. Por ello, el sistema de enclavamientos interno de las
celdas debe afectar al mando del aparato principal, del seccionador de puesta a
tierra y a las tapas de acceso a los cables.
2- Las celdas de entrada y salida serán con aislamiento integral y corte en
gas, y las conexiones entre sus embarrados deberán ser apantalladas, consiguiendo
con ello la insensibilidad a los agentes externos, y evitando de esta forma la
pérdida del suministro en los Centros interconectados con éste, incluso en el
eventual caso de inundación.
3- Las bornas de conexión de cables y fusibles serán fácilmente accesibles a
los operarios de forma que, en las operaciones de mantenimiento, la posición de
trabajo normal no carezca de visibilidad sobre estas zonas.
4- Los mandos de la aparamenta estarán situados frente al operario en el
momento de realizar la operación, y el diseño de la aparamenta protegerá al
operario de la salida de gases en caso de un eventual arco interno.
5- El diseño de las celdas impedirá la incidencia de los gases de escape,
producidos en el caso de un arco interno, sobre los cables de AT y BT. Por ello,
esta salida de gases no debe estar enfocada en ningún caso hacia el foso de cables.
26
4.4.3 Caídas de tensión
La sección de los conductores se determinará de forma que la caída de
tensión entre el origen de la instalación interior y cualquier punto de utilización se
corresponda con los valores máximos fijados en la ITC-BT-19 [3].
Caídas de tensión máximas:
Viviendas: 3% en cualquier circuito interior. Terciario o industrial en BT:
3% para alumbrado y 5% para otros usos. Terciario o industrial en AT: 4,5% para
alumbrado y 6,5% para otros usos.
4.4.4 Medida de la energía eléctrica
La medida de energía se realizará mediante un cuadro de contadores
conectado al secundario de los transformadores de intensidad y de tensión de la
celda de medida.
El cuadro de contadores estará formado por un armario de doble aislamiento
de HIMEL modelo PLM 86/AT-ERZ de dimensiones 847 mm de alto x 636 mm
de largo y 300 mm de fondo. La envolvente y la tapa serán de material aislante y
no propagador de llama, según se establece en la UNE-EN 62208. Estará
equipado de los siguientes elementos:
- Contador electrónico de energía eléctrica clase 0.5 con medida.
- Registrador local de medidas con capacidad de lectura directa de la
memoria del contador.
- Módem para comunicación remota.
- Regleta de comprobación homologada.
- Elementos de conexión.
- Equipos de protección necesarios.
Junto al módulo de medida se deberá disponer una toma de alimentación
debidamente protegida para una base de enchufe bipolar estanca con toma a tierra,
situada a una distancia mínima de 100 cm y máxima de 170 cm respecto al suelo
del CT.
27
Los contadores serán de tipo estático multifunción y cumplirán lo indicado
en el R.D. 1110/2007, por el que se aprueba el Reglamento Unificado de Puntos
de Medida del Sistema Eléctrico.
Desde la celda de medida y empotrados en el suelo, saldrán dos tubos de
acero o plástico rígido hasta la pared frontal o lateral más próxima. Del entronque
con la pared y hasta una altura de 1 m, los citados tubos pueden ir empotrados o
vistos. Por su interior irán los conductores, que sin ningún empalme ni regleta
intermedia, se conectarán desde los secundarios de medida hasta la caja de bornes
de ensayo (en la parte no vista se podrá utilizar tubo flexible sin alma metálica).
Dichos conductores serán apantallados y con una sección mínima de 6 mm²,
la pantalla de los cables se pondrá a tierra en un solo punto, preferentemente en la
celda de medida.
En el caso de que la distancia entre los transformadores de medida y la caja
de bornes de ensayo fuese superior a 70 m, se calcularán conductores de sección
superior a la mínima de 6 mm², que garanticen una caída de tensión inferior al
0,1%.
28
II. CÁLCULOS ELÉCTRICOS DEL
CENTRO DE
TRANSFORMACIÓN
29
A continuación se presentan los cálculos eléctricos justificativos del
proyecto.
5. INTENSIDAD DE ALTA TENSIÓN
La intensidad primaria en un transformador trifásico viene dada por la
expresión:
𝐼𝑃 =𝑃
√3 · 𝑈𝑃
Donde:
Ip intensidad primaria [kA]
P potencia del transformador [kVA]
Up tensión primaria [kV]
En el caso que nos ocupa, la tensión primaria de alimentación es de 24 kV.
Para el único transformador de este Centro de Transformador, la potencia es
de 630 kVA.
𝐼𝑃 =𝑃
√3 · 𝑈𝑃
=630
√3 · 24= 15.16 𝐴
6. INTENSIDAD DE BAJA TENSIÓN
Para el único transformador de este Centro de Transformador, la potencia es
de 630 kVA, y la tensión secundaria es de 420 V en vacío.
La intensidad secundaria en un transformador trifásico viene dada por la
expresión:
𝐼𝑆 =𝑃
√3 · 𝑈𝑆
Donde:
Is intensidad en el secundario [kA]
P potencia del transformador [kVA]
Us tensión en el secundario [kV]
30
La intensidad en las salidas de 420 V en vacío puede alcanzar el valor:
𝐼𝑆 =𝑃
√3 · 𝑈𝑆
=630 · 103
√3 · 240= 866.03 𝐴
7. CORTOCIRCUITOS
Para el cálculo de las intensidades que origina un cortocircuito, se tendrá en
cuenta la potencia de cortocircuito de la red de AT, valor especificado por la
compañía eléctrica.
7.1 Cortocircuito en el lado de AT
Utilizando la expresión en el que la potencia de cortocircuito de la red de
Alta Tensión es de 500 MVA y la tensión de servicio 24 kV, la intensidad de
cortocircuito es:
𝐼𝐶𝐶𝑃 =𝑃𝐶𝐶
√3 · 𝑈𝑃
=500 · 103
√3 · 24= 12.03 𝑘𝐴
ICCP = 12,03 kA < 16 kA,
que es la corriente máxima admisible según se recoge en Tabla 2.
7.2 Cortocircuito en el lado de BT
Para el único transformador de este Centro de Transformación la potencia es
de 630 kVA, la tensión porcentual del cortocircuito del 6%, y la tensión
secundaria es de 420 V en vacío.
La corriente de cortocircuito del secundario de un transformador trifásico,
viene dada por la expresión:
𝐼𝐶𝐶𝑆 =𝑃
√3 · 𝑉𝐶𝐶 · 𝑈𝑆
=630 · 103
√3 · 0.06 · 420= 14.43 𝑘𝐴
Donde:
31
P potencia de transformador [kVA]
VCC tensión de cortocircuito del transformador [%]
US tensión en el secundario [V]
ICCS corriente de cortocircuito [kA]
La intensidad de cortocircuito en el lado de BT con 420 V en vacío será:
ICCS= 14,43 kA.
8. CALCULO INSTALACIONES PUESTA A TIERRA
8.1 Determinación de las corrientes máximas de puesta a
tierra y del tiempo máximo correspondiente de
eliminación de defecto
El neutro de la red de distribución en Alta Tensión está conectado
rígidamente a tierra. Por ello, la intensidad máxima de defecto dependerá de la
resistencia de puesta a tierra de protección del Centro, así como de las
características de la red de A.T.
Para un valor de resistencia de puesta a tierra del Centro de 5.7 Ω, la
intensidad máxima de defecto a tierra es 500 Amperios y el tiempo de eliminación
del defecto es inferior a 0.6 segundos, según datos proporcionados por la
Compañía Eléctrica suministradora (Hidroeléctrica del Cantábrico S.A).
Los valores de las constantes en función del tiempo K y n para calcular la tensión
máxima de contacto aplicada según [3] MIE-RAT 13 en el tiempo de defecto
proporcionado por la Compañía son:
K = 72 y n = 1.
Por lo tanto,
𝑉𝐶𝐴 =𝐾
𝑡𝑛=
72
0.61= 120 𝑉
Resulta 120 V la tensión máxima aplicable al cuerpo humano, entre manos y
pies.
32
8.2 Diseño preliminar de la instalación de tierra de
protección
Se conectarán a este sistema las partes metálicas de la instalación que no
estén en tensión normalmente pero puedan estarlo a consecuencia de averías o
causas fortuitas, tales como los chasis y los bastidores de los aparatos de
maniobra, envolventes metálicas de las cabinas prefabricadas y carcasas de los
transformadores.
Para los cálculos a realizar se emplearon las expresiones y procedimientos
según el "Método de cálculo y proyecto de instalaciones de puesta a tierra para
centros de transformación de tercera categoría", editado por UNESA [14],
conforme a las características del centro de transformación objeto del presente
cálculo, código 5/48 del método de cálculo de tierras de UNESA.
Parámetros característicos:
Kr = 0.0311 Ω/ (Ω*m).
Kp = 0.00432 V/ (Ω*m*A).
Dicha tierra de protección estará constituida de la misma manera que se
redactó en el apartado 4.3.1. No obstante, se pueden utilizar otras configuraciones
siempre y cuando los parámetros Kr y Kp de la configuración escogida sean
inferiores o iguales a los indicados en el párrafo anterior.
La conexión desde el Centro hasta la primera pica se realizará con cable de
cobre aislado de 0.6/1 kV protegido contra daños mecánicos.
8.3 Tierra de servicio
Se conectarán a este sistema la tierra de los secundarios de los
transformadores de tensión e intensidad de la celda de medida.
Las características de las picas serán las mismas que las indicadas para la
tierra de protección. La configuración escogida empleando el código 5/48 del
método de cálculo de tierras de UNESA se describe a continuación:
Parámetros característicos:
Kr = 0.0311 Ω/ (Ω*m)
Kp = 0.00432 V/ (Ω*m*A).
33
El valor de la resistencia de puesta a tierra de este electrodo deberá ser
inferior a 37Ω. Con este criterio se consigue que un defecto a tierra en una
instalación de Baja Tensión protegida contra contactos indirectos por un
interruptor diferencial con sensibilidad de 650 mA no ocasione en el electrodo de
puesta a tierra una tensión superior a 24 Voltios (=37 x 0,650).
Existirá una separación mínima entre las picas de la tierra de protección y
las picas de la tierra de servicio a fin de evitar la posible transferencia de tensiones
elevadas a la red de Baja Tensión.
8.4 Cálculo de la resistencia del sistema de tierras
8.4.1 Tierra de protección
Para el cálculo de la resistencia de la puesta a tierra de las masas del Centro
(Rt), y tensión de defecto correspondiente (Ud), utilizaremos las siguientes
fórmulas:
Resistencia del sistema de puesta a tierra, Rt: Rt = Kr * σ
Tensión de defecto, Ud: Ud = Id * Rt
Siendo:
σ (resistividad del terreno) = 200 Ω.m.
Kr = 0.0311 Ω. / (Ωm).
Id (Intensidad máxima de defecto en el origen de la línea) = 500 A.
Se obtienen los siguientes resultados:
Rt = 6.2 Ω.
Ud = 3100 V
8.4.2 Tierra de servicio
Rt = Kr *σ = 0.0311 * 200 = 6.2 Ω.
Se ve que es inferior a 37 Ω.
34
9. CONCLUSIÓN
El proyecto ahora concluido es un caso real y ha sido desarrollado durante la
práctica profesional de la autora.
Se ha efectuado un diseño completo de un centro de transformación para el
suministro de potencia eléctrica a una planta industrial.
El proyecto incluyó tanto el cálculo eléctrico como la obra civil y todos los
sistemas auxiliares con observancia, en todo momento, de la normativa vigente.
35
III. REFERENCIAS
36
10. REGLAMENTACIÓN
El presente Proyecto recoge las características de los materiales, los cálculos
que justifican su empleo y la forma de ejecución de las obras a realizar, dando con
ello cumplimiento de las siguientes disposiciones:
[1] Ley 24/2013 de 26 de diciembre de Regulación del Sector Eléctrico.
[2] Ley 31/1995, de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales.
[3] Real Decreto 337/2014, de 9 de Mayo, por el que se aprueba el
Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en
instalaciones eléctricas de Alta tensión y sus Instrucciones Técnicas
Complementarias ITC-RAT 01 a 23.
[4] Real Decreto 223/2008, de 15 de febrero, por el que se aprueban el
reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en líneas
eléctricas de alta tensión, y sus Instrucciones Técnicas Complementarias
ITC-LAT 01 a 09.
[5] Real Decreto 2267/2004, de 3 de diciembre, por el que se aprueba el
Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos
industriales.
[6] Real Decreto 842/2002, de 2 de agosto de 2002, por el que se aprueba el
Reglamento electrotécnico para baja tensión, y sus Instrucciones Técnicas
Complementarias ITC-BT 01 a 51.
[7] Real Decreto 1955/2000, de 1 de diciembre, por el que se regulan las
actividades de transporte, distribución, comercialización, suministro y
procedimientos de autorización de instalaciones de energía eléctrica.
[8] Decreto 2414/1961, de 30 de noviembre, por el que se aprueba el
Reglamento de Actividades Molestas, Insalubres, Nocivas y Peligrosas.
[9] Real Decreto 314/2006, de 17 de Marzo, por el que se aprueba el Código
Técnico de la Edificación, CTE, con sus Documentos Básicos de
aplicación.
[10] Normas de fabricantes certificados por la empresa de distribución
eléctrica.
37
[11] Real Decreto 1367/2007, de 19 de octubre, por el que se desarrolla la Ley
37/2003, de 17 de noviembre, del Ruido, en lo referente a zonificación
acústica, objetivos de calidad y emisiones acústicas.
[12] Ordenanzas municipales del ayuntamiento correspondiente
[13] Normas UNE/IEC y Recomendaciones UNESA que sean de aplicación.
UNE-EN 62271-200:2005 Aparamenta de alta tensión. Parte 200:
Aparamenta bajo envolvente metálica de corriente alterna para tensiones
asignadas superiores a 1 kV e inferiores o iguales a 52 kV (que anula a
UNE-EN 60298:1998)
UNE-EN 60129:1996 Seccionadores y seccionadores de puesta a tierra de
corriente alterna.
IEC 62271-103:2011 Aparamenta de alta tensión. Parte 103: Interruptores
para tensiones asignadas superiores a 1kV e inferiores o iguales a 52 kV
(Anula a: CEI 60265-1:1998)
UNE-EN 62271-1:2009 Aparamenta de alta tensión. Parte 1:
Especificaciones comunes.
CEI 60420:1990 Combinados interruptor-fusibles de corriente alterna para
alta tensión.
CEI 60255-1:2009 Relés de medida y equipos de protección. Parte 1:
Requisitos comunes
[14] UNESA, Método de cálculo y proyecto de instalaciones de puesta a tierra
para centros de transformación de tercera categoría. Edit. Unidad Eléctrica
S.A., Comité de Distribución, Comisión de Reglamentos. Madrid, 1989.
[15] UNE 20110, Guía de carga para transformadores de potencia sumergidos
en aceites.
[16] UNE 21428-1, Transformadores trifásicos de distribución sumergidos en
aceite, 50 Hz, de 25 kVA a 3 150 kVA con tensión más elevada para el
material hasta 36 kV.
[17] ET/5027 Guía de montaje y construcción de CT tipo interior en edificio
destinado a otros usos.
[18] Normas de la compañía distribuidora Hidroeléctrica del Cantábrico.
38
IV. PRESUPUESTO
39
11. CENTRO DE TRANSFORMACIÓN
11.1 Materiales
40
11.2 Obra civil
41
11.3 Montaje
(Continua)
42
43
11.4 Estudio de gestión de residuos de construcción y
demolición (RCD’s)
44
11.5 Resumen
45
V. PLANOS
Usuario
Texto tecleado
Nuria P.V
Usuario
Texto tecleado
Nuria P.V
Usuario
Texto tecleado
Nuria P.V
Usuario
Texto tecleado
Nuria P.V
Usuario
Texto tecleado
Nuria P.V
Usuario
Texto tecleado
Nuria P.V
Usuario
Texto tecleado
Nuria P.V
Usuario
Texto tecleado
Nuria P.V
