Versión: 1. Fecha: 01/04/2013. Código: F004 P006 GFPI GUÍA DE APRENDIZAJE Nº IDENTIFICACIÓN DE LA GUIA DE APRENDIZAJE

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1 SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA GUÍA DE APRENDIZAJE SISTEMA INTEGRADO DE GESTIÓN Proceso Gestión de la Formación Profesional Integral Procedimiento Ejecución de la Formación Profesional Integral Versión: 01 Fecha: 01/04/2013 Código: F004 P006 GFPI GUÍA DE APRENDIZAJE Nº IDENTIFICACIÓN DE LA GUIA DE APRENDIZAJE Programa de Formación: TECNOLOGO EN ELECTRICIDAD INDUSTRIAL Nombre del Proyecto: Código: Versión: 1 Código: Fase del proyecto: Actividad (es) del Proyecto: Resultados de Aprendizaje: 1. Preparar acciones de mantenimiento en la instalación eléctrica de acuerdo a la normatividad establecida. Duración de la guía ( en horas): 12 Actividad (es) de Aprendizaje: Calcular el calibre de acometidas y circuitos ramales. Calcular regulación y corrientes de cortocircuito de cada ramal. Dibujar el diagrama unifilar. Competencia: Mejorar un bien o proceso mediante la alteración de un parámetro eléctrico para perfeccionar sus características iniciales. 2. INTRODUCCIÓN En el diseño de instalaciones eléctricas, una de las tareas más importantes, repetitivas y decisivas es el cálculo y selección de conductores que suministrarán energía eléctrica las cargas conectadas a la misma. De la precisión con la que se realice el cálculo y la selección de los conductores depende, en buena medida, la seguridad y el buen funcionamiento de la instalación, así como el costo de la inversión inicial y de los gastos de operación y mantenimiento. Esta guía lo llevará a analizar a grandes rasgos los principales criterios que deben tenerse en cuenta al calcular y seleccionar conductores para instalaciones eléctricas de baja tensión. Se tratarán aspectos como la determinación de la ampacidad, el cálculo de las caída de tensión y las corrientes de corto circuito. Se incluye el manejo de tablas y fórmulas y conceptos de diseño.

2 3. ESTRUCTURACION DIDACTICA DE LAS ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 3.1 Actividades de Reflexión inicial. «Determinar la potencia óptima para la instalación y seleccionar el transformador de alimentación» Transporte de la energía eléctrica Adaptación a la red de distribución del proveedor de energía eléctrica DISTRIBUCIÓN RADIAL Ver Archivo «Asunto_1_Ampliación planta» Cómo se determina la sección de los conductores? Cómo se determina la caída de tensión en las canalizaciones? Cómo se determina las corrientes de cortocircuito en las canalizaciones? Página 2 de 10

3 3.2 Actividades de contextualización e identificación de conocimientos necesarios para el aprendizaje.) Necesitamos ahora calcular los conductores que llevarán las corrientes básicas para cada uno de los circuitos y la corriente del alimentador principal o acometida. Para ello partimos de que usted ya tiene los cálculos de demanda de la instalación y el transformador ya está escogido para suplir las necesidades. 3.3 Actividades de apropiación del conocimiento (Conceptualización y Teorización) Determinación de la sección de los conductores Para obtener la sección de los conductores de fase, debemos tener en cuenta la norma colombiana de referencia NTC 2050, básicamente la sección 210 comienza hablando de los circuitos ramales y menciona que para los siguientes casos particulares se debe consultar un capítulo en especial de acuerdo al tipo de carga: Determinar un coeficiente K global que caracteriza la influencia de las diferentes condiciones de instalación. El coeficiente K se obtiene multiplicando los diferentes factores de corrección que intervienen:..k = k 1 x k 2 x k 3 x k 4 x k 5. Refiérase al glosario para más detalles de los factores. Determinar la corriente admisible mínima para los conductores I Z > I B = I B /K. Página 3 de 10

4 EXTRACTO PLIEGO DE CONDICIONES Constitución del cable de alimentación A: cables unipolares (3 fases + neutro) cobre mono conductor USE 2 (aislante XLPE) Sección máxima autorizada 260 mm² Método de instalación (canalización no enterrada): Bandeja portacable perforada Temperatura ambiente a = 40 C Contenido de armónicos de tercer orden de corriente de fase = 16% A partir de las especificaciones técnicas, de las características de la instalación (Puesta en situación) y de los factores de corrección y la documentación técnica DT1 «THWN» y DT1 «XLPE BT THWN encauchetado»: Determinar la sección normalizada mínima (S) de los conductores activos para: - el cable de alimentación A (conexión secundario transformador/tablero eléctrico B.T), - los cables de alimentación de las diferentes cargas definidas (T 1 a T 6 ). La selección y la protección del conductor neutro, al margen del requisito de flujo de corriente, dependen del tipo de sistema de puesta a tierra (TT, TN o IT), de las corrientes armónicas generadas por las diferentes cargas y del método de protección de la instalación. No obstante, cuando circulan corrientes de armónicos, la intensidad que circula por el neutro puede ser elevada e incluso superior a las corrientes de fase. Esto se debe al hecho de que las corrientes de armónicos de tercer Página 4 de 10

5 orden de las tres fases no se anulan entre sí y se suman al conductor neutro. Esto afecta naturalmente a la capacidad de conducción de corriente del cable y se aplicará el factor de corrección indicado aquí como k 5. Debemos tener en cuenta el ítem 15.2 del RETIE que menciona: En sistemas trifásicos de instalaciones de uso final con cargas no lineales, el conductor de neutro, debe ser dimensionado con por lo menos el 173% de la capacidad de corriente de la carga de diseño de las fases, para evitar sobrecargarlo. Para Colombia la tabla de la NTC2050 determina la sección mínima de los conductores de tierra de equipos para canalizaciones y equipos y cumpliendo el capítulo 15 del RETIE Capacidad del dispositivo de Tamaño protección de sobrecorriente (A) Alambre de cobre Nº Alambre de Aluminio Nº AWG 12 AWG AWG 10 AWG / / / /0 4/ /0 250 kcmil /0 350 kcmil kcmil kcmil Los conductores de conexión a tierra interconectan todos los elementos conductores expuestos y externos de una instalación para crear una conexión equipotencial. Estos conductores conducen la corriente de defecto en caso de problema de aislamiento. Los conductores PE están conectados al terminal con conexión a la tierra principal de la instalación. El terminal de conexión a tierra principal está conectado al electrodo de puesta a tierra. Los conductores PE deben estar aislados y ser de color amarillo y verde y protegidos contra daños mecánicos y químicos. A partir de las especificaciones técnicas Determinar la sección normalizada mínima (S) del conductor neutro para cada cable del sistema de distribución asumiendo la protección se sobrecorriente que se va a usar. Qué se debe verificar para los circuitos que utilizan para el conductor neutro una sección inferior conforme a la del conductor de fase? Página 5 de 10

6 Determinar, por de acuerdo a las tablas, la sección normalizada mínima (S) del conductor PE para cada cable del sistema de distribución. A partir de la documentación técnica DT3 «Situación neutro» Determinar la situación del neutro conforme al dispositivo de protección (corte y/o aislamiento, protección) para los diferentes circuitos de la instalación. Con base al estudio realizado... Establecer, en el documento respuesta 1, el listado de cables para la instalación según el modelo siguiente. Se reportara, para cada circuito, la corriente admisible Iz y la situación del neutro conforme al dispositivo de protección. Conductores activos Sección N Conductor neutro Sección N Sección conductor PE Longitud (m) Tipo (Cobre o Aluminio) Función (Carga asociada) Procedencia (Transformador B.T o T.G.B.T) Destino (T.G.B.T o CARGA) 1 14AWG 1 14AWG 14AWG 25m Cu Alim. T.G.B.T Transformador T.G.B.T Tierra Determinación de la caída de tensión en las canalizaciones La impedancia de un cable es escasa pero no se puede descartar: cuando se encuentra atravesada por una corriente de servicio, se produce una caída de tensión entre el origen y su extremidad. El funcionamiento de un receptor se encuentra condicionado por el valor de la tensión presente a sus bornes. Es entonces necesario limitar las caídas de tensión en línea con una sección correctamente dimensionada para los conductores de los cables de alimentación. La determinación de las caídas de tensión en línea es un punto importante para verificar: - la conformidad con las normas y reglamentos vigentes, la tensión de alimentación vista por el receptor, la adaptación a los imperativos de explotación. En la NTC 2050 sección se establecen los porcentajes admitidos de caída tensión en circuitos ramales. Tenga en cuenta que las fórmulas para la caída de tensión son: Para sistemas trifásicos: Para sistemas monofásicos: Los valor de R y X se pueden conseguir en tablas de fabricantes, en caso de que no se puedan obtener se puede asumir lo siguiente: R. / (Para Cu y S 500 mm2) X Ω/km (Para S > 50 mm2) Página 6 de 10

7 A partir de lo que se lleva calculado hasta ahora y utilizando el documento técnica DT4 «Regulación» : Calcular la caída de tensión en línea ( U) en cada punto del sistema de distribución (barraje y circuitos terminales T1 a T5) y las magnitudes relativas correspondientes ( U %). Se reportaran los diferentes resultados en la tabla del documento respuesta 1. Verificar y Justificar en consecuencia la conformidad del sistema de distribución con base a la norma vigente para el tipo de subestación instalada Determinación de las corrientes de cortocircuito en las canalizaciones La impedancia ZT que ve un cortocircuito en T1 está conformado por: Z de la red AT Z del transformador Z del conductor A Z de la protección del barraje Z del barraje Z de la protección del circuito 1 Z del conductor del circuito 1 Z de la red AT: se obtiene de la empresa de energía, de la que se puede deducir una impedancia equivalente, en caso de no tenerla puede utilizar la siguiente tabla. Z del transformador: es un dato que entrega el fabricante, si no lo tiene puede utilizar: Donde U cc = tensión de cortocircuito del trafo U = tensión nominal del trafo en BT R = resistencia interna del trafo P cu = perdidas en cobre del trafo, se encuentra en la NTC I = corriente nominal del trafo en BT X = reactancia interna del trafo Z de la protección: puede ser considerada en general como 0.18mΩ Z del barraje: son tan bajas que generalmente se desprecian. Página 7 de 10

8 Calcular, descartando la impedancia del barraje principal, la corriente de cortocircuito trifásico en los diferentes puntos del sistema de distribución (Ipcc A y Ipcc 1 a Ipcc 5). Se reportaran los diferentes resultados en la tabla del documento respuesta Actividades de transferencia del conocimiento. Con base al estudio realizado Completar el esquema unifilar de la instalación eléctrica reportando: - la corriente admisible Iz de cada cable del sistema de distribución, - la caída de tensión relativa ΔU(%) a nivel del barraje (ΔUb) y de los diferentes circuitos terminales de la instalación B.T (ΔU1 a ΔU5), - las corrientes de cortocircuito Ipcc (en ka) para los diferentes puntos de la instalación. Página 8 de 10

9 SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA GUÍA DE APRENDIZAJE SISTEMA INTEGRADO DE GESTIÓN Proceso Gestión de la Formación Profesional Integral Procedimiento Ejecución de la Formación Profesional Integral Versión: 01 Fecha: 01/04/2013 Código: F004 P006 GFPI Circuito Conductores activos N Calibre 3.2 Actividades de evaluación. N Conductor Neutro Calibre Conductor PE Calibre DOCUMENTO RESPUESTA 1 Longitud (m) Tipo (Cobre o Aluminio) Función (Carga asociada) Procedencia (Transformador B.T o T.G.B.T) Destino (T.G.B.T CARGA) Corriente admisible Iz (A) FASE NEUTRO Situación del neutro Aislado Cortado Protegid A T1 T2 T3 T4 T5 T6 Transformador Barraje Circuitos terminales Ub (V) Ub (%) Ipcc A (ka) T1 T2 T3 T4 T5 T6 U1 (V) U2 (V) U3 (V) U4 (V) U5 (V) U6 (V) U1 (%) U2 (%) U3 (%) U4 (%) U5 (%) U6 (%) Ipcc1 (ka) Ipcc2 (ka) Ipcc3 (ka) Ipcc4 (ka) Ipcc5 (ka) Ipcc6 (ka)

10 SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA GUÍA DE APRENDIZAJE SISTEMA INTEGRADO DE GESTIÓN Proceso Gestión de la Formación Profesional Integral Procedimiento Ejecución de la Formación Profesional Integral Versión: 01 Fecha: 01/04/2013 Código: F004 P006 GFPI Evidencias de Aprendizaje Criterios de Evaluación Técnicas e Instrumentos de Evaluación Evidencias de Conocimiento : Determina calibres fases, neutro, tierra para cargas industriales, regulación y corrientes de cortocircuito. Evidencias de Desempeño: No Aplica Evidencias de Producto: No Aplica Diligencia la documentación técnica de mantenimiento del sistema de distribución eléctrica (planos, equipos y parámetros de reglaje) cumpliendo con el pliego de cargas y las normas vigentes Documento respuesta Lista de chequeo 4. RECURSOS PARA EL APRENDIZAJE Equipo de cómputo con: PDF, OFFICE, INTERNET, SCHNEIDER ECODIAL, Calculadora por alumno, apuntes Calculadora por alumno, cuaderno de apuntes Impresión: Documento respuesta 1 Ambiente de aprendizaje sala de socialización Documento digital: Guía para instalaciones eléctricas 2008 IEC. DT1. DT2. DT3. DT4. 5. GLOSARIO DE TERMINOS K T Factor de corrección para temperatura superior a 30 C K E Factores de ajuste para más de tres conductores portadores de corriente K 4 Factor que depende del método de instalación K 5 Factores de corrección para las corrientes de armónicos en cables (tabla D52 1 de IEC ). K n Factor de corrección del neutro refiérase a la norma NFC sec K S Factor de corrección de simetría refiérase a la norma NFC sec I z Corriente admisible del conductor o ampacidad I B Corriente corregida con los factores que la afectan 6. BIBLIOGRAFÍA/ WEBGRAFÍA NTC 2050 RETIE Guía de Diseño de instalaciones eléctricas según normas internacionales IEC, 2008, Schneider Electric 7. CONTROL DEL DOCUMENTO (ELABORADA POR) VERSION 1. Elaborado por: Sergio Andrés García Peña, 18 de julo de 2013 Revisado por: