PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISO ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA

TAREA Nº2DISEÑO DE SISTEMAS ELECTRICOS INDUSTRIALES.

EIE 475.

Asignatura : Diseño De Sistemas Eléctricos Industriales.

Profesor : Carlos Rojas.Alumno : Nicolás Figueroa NovaFecha : 15 de Diciembre del 2008.

Desarrollo.

1. Selección de transformadores .

Para la selección de los transformadores, se comenzara con el que se encuentra más alejado aguas abaja de la fuente de alimentación, que corresponde a la barra de110kV. Se considera que todos los equipos son trifásicos.

Transformador 4.

Este transformador está alimentando una barra de 0,38 kV, que conecta cinco cargas en paralelo:

- Bomba (75 HP).- Compensador (100 HP).- Agitador (50 HP).- Alumbrado (30 kVA).- Puente grúa (150 kVA).

Las corrientes nominales de cada carga se calculan con las siguientes ecuaciones:

Una vez obtenido los valores de corriente nominal de cada carga se suman, el resultado equivale a la corriente total que circula por el lado de baja tensión transformador T4.

La tabla N°1 muestra los valores de las corrientes nominales calculadas:

carga corrienteBomba (*) 75 HP 100 ACompresor (*) 100 HP 133 AAgitador (*) 50 HP 67 AAlumbrado 30 kVA 46 APuente grúa 150 kVA 228 A

Corriente nominal total (BT) 574 ATabla N°1

(*)Se considera un FP de 0.85.

El total de corriente nominal que circula por el transformador T4 es de 574 [A], por el lodo de baja tensión, por lo tanto la potencia nominal del transformador T4 es.

Según la norma ANSI/IEEE std C.57.12-200 la potencia preferencial para la selección del transformador es de 500 kVA.

Transformador 3.

Este transformador está alimentando una barra de 4,16 kV, que conecta cuatro cargas en paralelo:

- Chancador (700 HP).- Correa Transportadora ( 700 HP).- Transformador T4.- SS/AA 500 kVA.

Las corrientes nominales de cada carga se calculan con las siguientes ecuaciones:

Una vez obtenido los valores de corriente nominal de cada carga se suman, el resultado equivale a la corriente total que circula por el lado de baja tensión del transformador T3.

La tabla N°2 muestra los valores de las corrientes nominales calculadas:

Carga CorrienteChancador (*) 700 HP 85 ACorrea Transportadora (*) 700 HP 85 ASS/AA 500 kVA 69 ATransformador T4 500 kVA 52 A

Corriente nominal total 291 ATabla N°2

(*)Se considera un FP de 0.85.

El total de corriente nominal que circula por el transformador T3 es de 291 [A] por el lodo de baja tensión, por lo tanto la potencia nominal del transformador T3 es.

Según la norma ANSI/IEEE std C.57.12-200 la potencia preferencial es de 2500 kVA.

Transformador T2.

Este transformador está alimentando una barra de 13,8 kV. Conecta tres cargas en paralelo, para el caso donde se encuentre el interruptor cerrado y el transformador T1 fuera de servicio:

- Molino (7500 HP).- Transformador T3.- SS/AA (5000 kVA).

Las corrientes nominales de cada carga se calculan con las siguientes ecuaciones:

Una vez obtenido los valores de corriente nominal de cada carga se suman, el resultado equivale a la corriente total que circula por el lado de baja tensión del transformador T2.

La corriente que circula por T2, equivale a la corriente por el lado de alta tensión del transformador T3.

La tabla N°3 muestra los valores de las corrientes nominales calculadas:

Carga CorrienteMolino (*) 7500 HP 275 ASS/AA 5000 kVA 209 ATransformador T3 2500 kVA 88 A

Corriente nominal total 572 ATabla N°3

(*)Se considera un FP de 0.85.

El total de corriente nominal que circula por el transformador T2 es de 572 [A] por el lodo de baja tensión, por lo tanto la potencia nominal del transformador T2 es.

Se considera que el transformador está inmerso en aislante líquido.

Según la norma ANSI/IEEE std C.57.12-200 la potencia preferencial es de 15000 kVA.

Para el caso en donde el interruptor se encuentra abierto, el transformador T2 está alimentando solo una carga:

- SS/AA (5000 kVA).

Donde la corriente nominal es:

Para tal caso la potencia nominal del transformador T2 es:

Según la norma ANSI/IEEE std C.57.12-200 la potencia preferencial es de 5000 kVA.

Si se selecciona 5 MVA como potencia nominal del transformador T2, para el caso en donde el transformador T1 está fuera de servicio y el interruptor este cerrado, el transformador T2 no podrá cumplir con los 13.7 MVA exigidos por la carga, por esta razón se dimensiona un transformador de mayor potencia, que en sus etapas de sobrecarga cumpla con lo exigido.

Se selecciona un transformador de 10 MVA, luego la potencia nominal de T2 queda:

Transformador 1.

Este transformador está alimentando una barra de 13,8 kV. Conecta tres cargas en paralelo, para el caso en donde se encuentre el interruptor cerrado y el transformador T2 fuera de servicio:

- Molino (7500 HP).- Transformador T3.- SS/AA (5000 kVA).

Las corrientes nominales de cada carga se calculan con las siguientes ecuaciones:

Una vez obtenido los valores de corrientes de cada carga se suman, el resultado equivale a la corriente total que circula por el transformador T1.

La corriente por T1, equivale a la corriente que circula por el lado de alta tensión del transformador T3.

La tabla N°4 muestra los valores de las corrientes nominales calculadas:

Carga CorrienteMolino (*) 7500 HP 275 ASS/AA 5000 kVA 209 ATransformador T3 2500 kVA 88 A

Corriente nominal total 572 ATabla N°4

(*)Se considera un FP de 0.85.

El total de corriente nominal que circula por el transformador T1 es de 572 [A], por el lodo de baja tensión, por lo tanto la potencia nominal del transformador T1 es.

Se considera que el transformador está inmerso en aislante líquido.

Según la norma ANSI/IEEE std C.57.12-200 la potencia preferencial es de 15000 kVA.

Para el caso donde en interruptor se encuentre abierto, el transformador T2, estaría alimentando dos cargas:

- Molino- Transformador T3

Donde la corriente nominal es:

Para tal caso la potencia nominal del transformador T2 es:

Según la norma ANSI/IEEE std C.57.12-200 la potencia preferencial es de 10000 kVA.

La potencia para la primera etapa de enfriamiento (ONAF) será de un 33% sobre la etapa ONAN y para la segunda etapa de enfriamiento (ONAF/ONAF) será de un 66% sobre la etapa ONAN, de esta manera el transformador T1 soportaría la carga para el caso donde el transformador T2 saliera de servicio y el interruptor estuviese cerrado, por tanto la potencia del transformador seria:

Si los transformadores T1 yT2 están en servicio y el interruptor está cerrado, cada transformador debe soportar una carga de 6.85 MVA, como las potencias nominales seleccionadas son de 10MVA, los transformadores son capaces de suministrar la energía requerida por la carga en conjunto.

Resumen.

La tabla N°5 muestra las potencias determinadas.

Transformador T1 T2 T3 T4

Potencia 10/13.3/16.6 MVA 10/13.3/16.6 MVA 2500 kVA 500 kVA

Numero de fases 3 3 3 3

Frecuencia 50 Hz 50 Hz 50 Hz 50 Hz

Tensión 110/13.8 kV 110/13.8 kV 13.8 /4.16 kV 4.16/0.38 kV

Enfriamiento ONAN/ONAF/OFAF ONAN/ONAF/OFAF ONAN/ONAF/OFAF ONAN/ONAF/OFAF

Tabla N°5

2- Selección de conductores.

Desde CCM N°1 hacia compresor.

Para energizar el compreso se canalizaran tres conductores los cuales serán cables de cobre, ya que estos presentan mayor capacidad y flexibilidad.

- Calculo de la corriente nominal del compresor:

- Factores de corrección

Debido a las condiciones se consideran los siguientes factores de corrección para la capacidad de corriente.

fn (Por Agrupación) 0.8ft (Por Temperatura) 0.87fh (Por Altitud) 0.96fD (Por Disposición) 0.79

Se considera un nivel de aislación de 100%. Se considera que el conjunto de ductos esta bajo el nivel del suelo. No se considera la profundidad de la zanja donde va el conjunto de ductos.

La corriente que se buscara en los catálogos es:

Teniendo todos estos datos, se buscara el conductor que cumpla mejor con los requisitos calculados, de acuerdo a la normativa chilena.

Se selecciono el cable, en una tabla con las siguientes especificaciones:

Capacidad de conducción de corriente en Amperes de conductores aislados de 0 V a 2000 V, 60°C a 90°C. No más de 3 conductores en un cable o en una canalización o directamente enterrados para temperatura ambiente de 30°C.

Ya que la tabla es para una temperatura ambiente de 30 °C, se aplica un factor de corrección de 0,91 a la capacidad que está indicada. Se seleccionan 290 [A] de capacidad por el factor queda en 274 [A], de esta manera se cumple con lo calculado.

La siguiente tabla muestra las características del cable seleccionado, en este caso son tres cables con estas características

Características del conductor. Conductor unipolar, Aislación PVC.Letra de identificación. THHN.Temperatura máxima de operación. 90°C.Material. Cobre.Tension de servicio 600 [V].Capacidad de conducción. 274 [A].Sección. 127 .

Tabla N°9

Verificación de la sección por el criterio del cortocircuito.

Se sabe que:

Luego reemplazando en la ecuación:

El cable seleccionado cumple.

Verificación de la Sección por el Criterio de Caída de Tensión.

El cable seleccionado cumple con la normativa.

Desde transformador T4 hacia CCM N°1.

Se canalizaran tres conductores por la escalerilla, separados por un diámetro, los cuales serán cables de cobre, ya que estos presentan mayor capacidad y flexibilidad.

- Calculo de la corriente nominal:

Se tienen las siguientes corrientes nominales que circulan por el conductor:

carga corrienteBomba (*) 75 HP 100 ACompresor (*) 100 HP 133 AAgitador (*) 50 HP 67 AAlumbrado 30 kVA 46 APuente grúa 150 kVA 228 A

Corriente nominal total 574 A

Lo que da un total de corriente nominal de 574 [A].

- Factores de corrección:

Debido a las condiciones se consideran los siguientes factores de corrección para la capacidad de corriente.

fn (Por Agrupación) 0.8ft (Por Temperatura) 0.87fh (Por Altitud) 0.96fD (Por Disposición) 0.96

Se considera un nivel de aislación de 100%. Se considera que los cables están al aire libre. No se considera la incidencia directa del sol. Se considera una separación entre conductores de un diámetro.

La corriente que se buscara en los catálogos es:

Teniendo todos estos datos, se buscara el conductor que cumpla mejor con los requisitos calculados, de acuerdo a la normativa chilena.

Se selecciono el cable, en una tabla con las siguientes especificaciones:

Capacidad de conducción de corriente en Amperes de cables monoconductores aislados de 0 V a 2000 V, al aire libre y para una temperatura ambiente de 30°C.

Ya que la tabla es para una temperatura ambiente de 30 °C, se aplica un factor de corrección de 0,91 a la capacidad que está indicada. Se seleccionan 1055 [A] de capacidad por el factor queda en 960 [A], de esta manera se cumple con lo calculado.

La siguiente tabla muestra las características del cable seleccionado, en este caso son tres cables con estas características

Características del conductor. Conductor unipolar, Aislación PVC.Letra de identificación. THHN.Temperatura máxima de operación. 90°C.Material. Cobre.Tensión de servicio. 600 [V].Capacidad de conducción. 960 [A].Sección. 507 .

Verificación de la sección por el criterio del cortocircuito.

Se sabe que:

Luego reemplazando en la ecuación:

Verificación de la Sección por el Criterio de Caída de Tensión.

El cable seleccionado cumple con la normativa.

Desde SWG N°1 hacia Transformador T3.

Se canalizaran tres conductores por escalerilla separadas por un diámetro, para alimentar en transformador T3.

- Calculo de la corriente nominal:

Se tienen las siguientes corrientes nominales que circulan por el conductor. La corriente del transformador T4, corresponde a la suma de las corrientes nominales de las cargas conectadas a CCM N°1.

Carga CorrienteChancador (*) 700 HP 85 ACorrea Transportadora (*) 700 HP 85 ASS/AA 500 kVA 69 ATransformador T4 500 kVA 52 A

Corriente nominal total (BT) 291 ACorriente nominal total (AT) 88 A

Lo que da un total de corriente nominal de 291 [A], en el lado de baja tensión del transformador T3, la corriente en el lodo de alta es de 88 [A].

- Factores de corrección:

Debido a las condiciones se consideran los siguientes factores de corrección para la capacidad de corriente.

fn (Por Agrupación) 0.8ft (Por Temperatura) 0.87fh (Por Altitud) 0.96fD (Por Disposición) 0.92

Se considera un nivel de aislación de 100%. Se considera que los cables están al aire libre. No se considera la incidencia directa del sol. Se considera una separación entre conductores de un diámetro. Se considera que hay tres sistemas de cables unipolares por bandeja.

corriente que se buscara en los catálogos es:

Teniendo todos estos datos, se buscara el conductor en los catálogos que cumpla mejor con los requisitos calculados, de acuerdo a la normativa chilena.

Se selecciono el cable, en una tabla del catalogo de CENTELSA, que cumple con la normativa. La sección seleccionada de 21.2 , no cumple con la sección mínima de 36,3 calculada por el criterio de cortocircuito(calculado posteriormente), es por esto que se elige una sección de 42,2 , de esta manera aumenta la capacidad de conducción de 150 a 225 [A].

La siguiente tabla muestra las características del cable seleccionado, tomando en cuenta los cálculos y consideraciones previos.

Características del conductor. Conductor unipolar, Aislación XLPE.Letra de identificación. MV-90Temperatura máxima de operación. 90°C.Material. Cobre.Tensión de servicio 13.8 kVCapacidad de conducción. 225 [A].Sección. 42,2 .

- Verificación de la sección por el criterio del cortocircuito.

Se sabe que:

Luego reemplazando en la ecuación: