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El diseño de una subestación eléctrica de distribución, incluyendo el cálculo y selección de los principales componentes como transformadores, conductores, seccionadores, interruptores y otros equipos. Se detallan los parámetros eléctricos, dimensionales y de protección considerados para garantizar un sistema de distribución eficiente y confiable. El documento abarca temas como la determinación de la potencia de la subestación, la selección del transformador, el cálculo del conductor alimentador, la selección de seccionadores y protecciones, entre otros. Este material podría ser útil para estudiantes de ingeniería eléctrica, profesionales del sector eléctrico y cualquier persona interesada en el diseño de subestaciones de distribución.
Tipo: Resúmenes
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Diseño de una Subestación de Distribución para una Planta Industrial Autores:
Estudiante 1 : (^) Gonzales Charaja, Jose Miguel Alonso Estudiante 2: (^) Huamani Castellanos, Dennys Erasmo Estudiante 3: (^) Leyva Tito, Miguel Fecha: (^) 02 – 07 – 2022 INDICACIONES En la asignación de los puntajes se tendrá en cuenta la presentación del documento: carátula, índices, calidad de los dibujos, el orden en el desarrollo, la justificación de los cálculos, la especificación técnica y valorización de los componentes seleccionados, así como también la sustentación. El desarrollo de la práctica es grupal. Duración: 12 días. El examen consta de: 7 preguntas. Entregar el examen en el Canas en formato PDF. Diseño de una Subestación de Distribución para una Planta Industrial Para los datos de entrada entregados a cada grupo, realizar:
Realizar la descripción de lo siguiente:
22,9 kV
600m
Instalación de la red Subterránea (3 cables en Trébol)
Transformación. Nota
Realizar los siguientes cálculos justificativos
2.1.1.1. Potencia instalada del circuito de fuerza motriz. PIFM = T1 + T2 + T3 + T4 + T5 + T PIFM = 142,9 kW + 126,1 kW + 154,6 kW + 297,5 kW + 196,1 kW + 325,2 kW PIFM = 1242,4 kW 2.1.1.2. Potencia instalada de los circuitos de alumbrado y tomacorrientes. 2.1.1.2.1. Potencia instalada del circuito de alumbrado. PIAL = AREA TECHADA x CARGA UNITARIA PIAL = 4300 𝑚^2 x 25 W/𝑚^2 PIAL = 107,5 kW Tabla 14 (Ver Regla 050 - 210) Watts por metro cuadrado y factores de demanda para acometidas yalimentadores para predios según tipo de actividad 2.1.1.2.2. Potencia instalada del circuito de tomacorrientes. PITO = (15,0 %) PIAL PITO = 0.15% x 107.5 kW
transformadores. 2.2.1. Cálculo del factor de potencia promedio del circuito de fuerza motriz. CosφFM = ∑ n i= 1 x Cosφi ∑ n i= 1 Pi COSφFM =
COSφFM = 0. 89
COSφAL y TO = 0. 6 2.2.3. Cálculo de la potencia nominal de la subestación. 𝑆𝑆𝐸 = (
𝑆𝑆𝐸 = 1245. 74 kVA Se considera 25% de la reserva.
Como la potencia aparente del transformador fue 1245.74 kVA se debe escoger un valor comercial de 𝑆𝑆𝐸 = 1250 𝑘𝑉𝐴. (2 Transformadores de 630 kVA)
2.3.3. Selección del conductor por capacidad de corriente a) Capacidad de corriente del posible conductor (ICu) NA2XSY 18/30 kV, en formación tripolar agrupadas en triangulo.
FC = FCt * FCrtt * FCpc * FCpt FC = 0.9 6 * 0. 92 * 1 * 0.9 6 FC = 0. IN= 31.51 A ICu co = 157 x 0, ICu co = 133.45 A > 31.51 A Cumple con el transporte porque la corriente nominal es menor. Luego por capacidad de corriente se selecciona el conductor de 50 mm^2 con R = 0. 822 Ω/Km y XL = 0 , 246 Ω/Km 2.3.4. Selección del alimentador por caída de tensión Según el CNE, para alimentadores urbanos la caída de tensión máxima es de 3,5 % de la tensión nominal.
Como la caída de tensión es 27.66 V menos al 3,5 %, por caída de tensión se selecciona el conductor N2XSY de 50 mm^2
2.3.5. Selección del alimentador por corriente de cortocircuito: 𝑆𝑐𝑢𝑐𝑐 =
Donde: Icc : Corriente de cortocircuito (kA). t : Tiempo de disparo del dispositivo de protección (0,2 s) k : Constante del conductor (N2XSY = 0,143) 𝐼𝑐𝑐 =
Con los cálculos realizados anteriormente se selecciona un interruptor con corte en vacío, marca Schneider Electric, modelo SF 1 tensión nominal 24 kV, corriente nominal 400 A, poder de apertura 12.5 kA (corriente admisible de cortocircuito de corta duración).
Se tiene que: 𝑺𝑻 = 𝟏𝟐𝟔𝟎 𝒌𝑽𝑨 (2 transformadores de 630 kVA) 𝒖𝒄𝒄 = 𝟒% 𝑰𝑵𝑻 =
Corriente de diseño: 𝑰𝒅 = 𝟏. 𝟑 ∗ 𝟑𝟏. 𝟕𝟔𝑨 = 𝟒𝟏. 𝟐𝟖 𝑨 𝑰𝒅 = 𝟏. 𝟖 ∗ 𝟑𝟏. 𝟕𝟔𝑨 = 𝟓𝟕. 𝟏𝟔𝟖 𝑨 La corriente de diseño del fusible está comprendida entre 1,3 a 1,8 veces la corriente nominal del transformador. En nuestro caso el fusible estará comprendido entre 41.28 A a 57 .1 A.
La separación mínima (dmin) de las barras según el CNE es: 𝒅𝒎𝒊𝒏 = 𝟏𝟎𝒄𝒎 + 𝟏𝒄𝒎/𝒌𝑽 𝒅𝒎𝒊𝒏 = (𝟏𝟎 + 𝟐𝟐, 𝟗)𝒄𝒎 𝒅𝒎𝒊𝒏 = 𝟑𝟐. 𝟗𝒄𝒎 A nivel industrial es usual emplear la separación de 35 cm a 40 cm. 𝒅 = 𝟒𝟎𝒄𝒎 Es usual emplear la longitud entre apoyos (l) entre 100 cm a 200 cm. 𝒍 = 𝟐𝟎𝟎𝒄𝒎 2.7.1. Esfuerzo Electrodinámico (F): 𝑭 = 𝟐, 𝟎𝟒
2.7.2. Momento flector: 𝑴 =
2.7.3. Momento resistente necesario: 𝑾 =
Donde la carga admisible k para el cobre está comprendida entre 1000 a 1200 kg/cm^2 cuando la barra es rectangular. 𝑾 =
2.7.4. Momento resistente de la barra de sección rectangular:
Para que el valor del momento resistente resultante sea correcto, se debe cumplir: 𝑾 < 𝑾𝒙 𝟎, 𝟑𝟔𝒄𝒎𝟑^ < 𝑾𝒙 Buscamos en la tabla de capacidad de carga para pletinas y barras en cobre electrolítico y encontramos que: 𝑾𝒙 = 𝟎, 𝟒𝟓𝟎𝒄𝒎𝟑 𝟎, 𝟑𝟔𝒄𝒎𝟑^ < 𝟎, 𝟒𝟓𝟎𝒄𝒎𝟑