PROYECTO AMPLIACIÓN 17 SUBESTACIÓN PARAMONGA 220 kv

Transcripción

1 DOCUMENTO No. PE-AM17-GP030-PAR-K021 REVISIÓN 0 Revisión Modificaciones Fecha 0 Emision Inicial Elaboración Revisión Aprobación Elaborado por: Revisado por: Aprobado por: Revisión Nombre Firma Nombre Firma Nombre Firma 0 DAA LQM AJMA Los derechos de autor de este documento son de HMV INGENIEROS LTDA., quien queda exonerada de toda responsabilidad si este documento es alterado o modificado. No se autoriza su empleo o reproducción total o parcial con fines diferentes al contratado.

2 Doc. : PE-AM17-GP030-PAR-K021 Revisión: TABLA DE CONTENIDO 1 OBJETO ALCANCE METODOLOGÍA SISTEMA DE CORRIENTE CONTINUA Cargas Bancos de baterías Cargador-rectificador de baterías SISTEMA DE CORRIENTE ALTERNA Cargas Transformador de servicios auxiliares y grupo electrógeno DISEÑO Y ANÁLISIS DESCRIPCIÓN GENERAL SISTEMA DE 220 Vcc Consideraciones Resultados SISTEMA DE 220 Vca Consideraciones Resultados DOCUMENTOS DE REFERENCIA INTERNOS EXTERNOS... 8 Archivo: PE-AM17-GP030-PAR-K021_Rev 0 2 de 8

3 Doc. : PE-AM17-GP030-PAR-K021 Revisión: OBJETO Definir la capacidad de los mini interruptores para los servicios auxiliares de corriente alterna y continua, correspondiente a la ampliación de un nuevo transformador de potencia en la Subestación Paramonga 220 kv. 2 ALCANCE Se considera un sólo gabinete de distribución mixto (corriente alterna y corriente continua), teniendo en cuenta las nuevas cargas asociadas al proyecto; con lo que el sistema de servicios auxiliares queda dimensionado para todo el desarrollo de esta ampliación. La alimentación para este nuevo gabinete de distribución, se realizará desde los gabinetes de servicios auxiliares existentes. 3 METODOLOGÍA 3.1 SISTEMA DE CORRIENTE CONTINUA El montaje del sistema de corriente continua (110 Vcc) será aislado de tierra Cargas Las cargas se establecen con base en diseños típicos de sistemas de control, de protecciones, etc; y considerando consumos conservativos de equipos, según manuales de fabricantes. Las cargas se clasifican según la recomendación de la referencia [3], sección 4.2, como continuas y momentáneas Banco de baterías El banco de baterías es existente. Se verificará si éste puede asumir la nueva carga más la existente; para lo cual, se hace el cálculo de la capacidad de un banco de baterías (requerido) en base a las recomendaciones de la referencia [3], para un tiempo de respaldo de diez horas (10 h). Se considerarán factores de corrección (temperatura de operación y envejecimiento) para una batería de acido plomo Cargador-rectificador de baterías El cargador rectificador de baterías es existente. Se verificará si puede asumir la nueva carga más la existente; para lo cual, se hace el cálculo de la capacidad de un rectificador (requerido) en base al procedimiento recomendado por la referencia [4], considerándose un tiempo de recarga de doce horas (12 h), el total de cargas continuas y la mayor combinación posible de cargas momentáneas. Archivo: PE-AM17-GP030-PAR-K021_Rev 0 3 de 8

4 Doc. : PE-AM17-GP030-PAR-K021 Revisión: SISTEMA DE CORRIENTE ALTERNA Cargas Las cargas se establecen considerando consumos conservativos de equipos, según manuales de fabricantes Transformador de servicios auxiliares y grupo electrógeno La subestación cuenta con un transformador trifásico, 13,8 kv/0,22 kv, 350 kva, para servicios auxiliares. Estos suministran a una celda de 220 Vca, donde se distribuyen las diferentes cargas de la subestación. Además, la subestación cuenta con un grupo electrógeno de 220 Vca, 85 kva. 4 DISEÑO Y ANÁLISIS 4.1 DESCRIPCIÓN GENERAL Se dispone en la subestación con un sistema de servicios auxiliares soportado por un transformador conectado al devanado terciario del transformador de potencia; éste es respaldado por un grupo electrógeno que tiene la capacidad para soportar las cargas. Los sistemas de control, protección y telecomunicaciones operan con tensión en corriente continua; son alimentados por un rectificador que opera simultáneamente como cargador de un banco de baterías, que ofrece respaldo de suministro de corriente continúa por un período de 10 h. Debido a la ampliación, se instalará un nuevo gabinete de distribución mixto (corriente alterna y corriente continua). Este gabinete se ubicará en el edificio de control y será alimentado desde mini interruptores que serán colocados en los gabinetes existentes de SS.AA. de corriente alterna y corriente continua. Las características principales de los sistemas de servicios auxiliares a instalar en el edificio de control existente, se resumen en la Tabla 1 y en la Tabla 2. Tabla 1: Características Generales Sistema de corriente alterna Característica Sistema de corriente alterna Margen de tensión de operación de equipos, (%): Frecuencia nominal, (Hz) 60 Respaldo Sistema de servicios auxiliares en corriente alterna 220 Vca, (3 fases 4 hilos, sólidamente puesto a tierra) Grupo electrógeno existente Archivo: PE-AM17-GP030-PAR-K021_Rev 0 4 de 8

5 Doc. : PE-AM17-GP030-PAR-K021 Revisión: Tabla 2: Características generales Sistema de corriente continua Característica Sistema de corriente continua Margen de tensión de operación de equipos, (%): Respaldo Sistema de servicios auxiliares en corriente continua 110 Vcc Banco de baterías existente 4.2 SISTEMA DE 110 Vcc Consideraciones Para el cálculo del sistema de 110 Vcc, se han tenido en cuenta los siguientes criterios: Se parte de los valores de consumo de potencia máximos para los dispositivos conectados. A partir de lo anterior, se determina la carga en cada circuito, en correspondencia con el número de cada interruptor automático en la distribución de servicios auxiliares de 110 Vcc. Se discriminan las cargas continuas (conectadas permanentemente) y momentáneas (conectadas en ciertas condiciones, no permanentes). Con base en los datos anteriores se determina la corriente de consumo continuo según la práctica recomendada en el documento de la referencia [4] y se le aplica un factor de reserva del 10%. Lo anterior se vuelve dato de entrada para el cálculo de la corriente nominal, tanto del banco como del cargador de baterías; para ello se considera la carga existente mas la nueva carga. A continuación, se determina si las características calculadas para el banco y el cargador de baterías, con base en la corriente de consumo continuo, soportarán las cargas momentáneas; y se efectúan los ajustes a que haya lugar. Se aplica un factor de simultaneidad a la carga total (cargas continuas más cargas momentáneas), puesto que todos los circuitos no van a funcionar a la vez. Se definen las características de los mini interruptores para cada circuito con base en la carga conectada y su coordinación con otros mini interruptores ubicados aguas abajo Resultados Los datos de entrada (cargas) se presentan en el Anexo 1 (parte 1); los resultados de los cálculos se presentan en el Anexo 2 (partes 1 a 3). Las tablas a continuación presentan de manera breve los resultados obtenidos: Archivo: PE-AM17-GP030-PAR-K021_Rev 0 5 de 8

6 Doc. : PE-AM17-GP030-PAR-K021 Revisión: Tabla 3: Resumen de resultados Cargas de c.c. Descripción Carga momentánea Carga continua Potencia (Ampliación) [W] ,50 Corriente de consumo (Ampliación) 110 Vcc 59,80 3,55 Corriente de consumo (Existente) 110 Vcc 15 Tabla 4: Resumen de resultados Banco de baterías Descripción Criterio Unidad Valor Tensión de operación máxima, Umax 110% V 121 Tensión de operación mínima, Umin 90% V 99 Tensión por celda en 20 C V/celda 2,27 Número de celdas seleccionado Un 54 Umax; a partir de número de celdas 111% V 122,58 Tensión fin de descarga por celda V/celda 1,83 Tiempo de respaldo h 10 A-h del banco calculado A-h 230 A-h del banco existente A-h 400 Tabla 5: Resumen de resultados Cargador de baterías Descripción Unidad Valor Banco de baterías existente A-h 400 Tiempo de recarga de la batería h 12 Capacidad del cargador calculado A 58,67 Capacidad del cargador existente A 125 Archivo: PE-AM17-GP030-PAR-K021_Rev 0 6 de 8

7 Doc. : PE-AM17-GP030-PAR-K021 Revisión: SISTEMA DE 220 Vca Consideraciones Para el cálculo del sistema de 220 Vca, se han tenido en cuenta los criterios siguientes: Se parte de los valores de consumo de potencia típicos para los dispositivos conectados. A partir de lo anterior, se determina la carga en cada circuito, en correspondencia con el número de cada mini interruptor en la distribución de servicios auxiliares de 220 Vca. Se discriminan las cargas esenciales (respaldadas por el grupo electrógeno) y no esenciales (no respaldadas por el grupo electrógeno) Con base en los datos anteriores, se determina la demanda total esencial y no esencial; y se asignan los factores de demanda para cada circuito. Se considera un factor de reserva del 10% adicional en los cálculos y un factor de simultaneidad, para determinar la potencia del transformador requerido. Verificando si el transformador de servicios auxiliares existente satisface las cargas existentes más las cargas de la ampliación. Se definen las características de los mini interruptores para cada circuito con base en la carga conectada Resultados Los datos de entrada (cargas) se presentan en el Anexo 1 (parte 2); los resultados de los cálculos se presentan en el Anexo 2 (parte 4). Las tablas a continuación presentan de manera breve los resultados obtenidos: Tabla 6: Resumen de resultados cargas de c.a. Descripción Esencial No esencial Potencia activa (Ampliación) [W] Potencia activa (Existente) [W] Potencia reactiva (Ampliación) [var] Potencia reactiva (Existente) [var] Corriente de consumo (Ampliación + Existente) 220 Vca 46 Transformador de servicios auxiliares requerido [kva] 18 Transformador de servicios auxiliares existente [kva] 350 Grupo electrógeno requerido [kw] 25,5 Grupo electrógeno existente [kw] 68 Archivo: PE-AM17-GP030-PAR-K021_Rev 0 7 de 8

8 Doc. : PE-AM17-GP030-PAR-K021 Revisión: DOCUMENTOS DE REFERENCIA 5.1 INTERNOS [1] PE-AM17-GP030-PAR-K Diagrama unifilar de servicios auxiliares Subestación Paramonga 220 kv. [2] PE-AM17-GP030-PAR-K020 Diagrama unifilar de control y protección Subestación Paramonga 220 kv. 5.2 EXTERNOS [3] IEEE Std IEEE Recommended practice for sizing lead-acid batteries for stationary applications. [4] IEEE Std IEEE Recommended practice for the design of DC auxiliary power systems for generating stations. [5] IEEE Std IEEE Recommended practice for maintenance, testing, and replacement of vented lead-acid batteries for stationary applications. [6] IEEE Std IEEE Recommended practice for electric power distribution for industrial plants. [7] IEEE Std IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems. [8] NEMA Std. PE Utility Type Battery Chargers [9] IEEE Std IEEE Recommended Practice for Emergency and Standby Power Systems for Industrial and Commercial Applications. Archivo: PE-AM17-GP030-PAR-K021_Rev 0 8 de 8

9 SERVICIOS AUXILIARES DE C.C. Y C.A. - MEMORIA DE CÁLCULO - CARGAS C.C. Proyecto: Subestación: Proyecto Ampliación 17 Paramonga 220 kv Trazabilidad: PE-AM17-GP030-PAR-K021 - Anexos Caso: General Documento: Anexo 1 Parte 1 Descripción Marca Referencia Carga [W] Continua Momentánea Tiempo de acción [s] Energía [Wh] Medidor de energía 25,0 X Conmutador (switch) de comunicaciones SAS 40,0 X Protección multifuncional 50,0 X Protección diferencial de barras 50,0 X Registrador de fallas unidad distribuida 30,0 X Circuito de cierre interruptor 220 kv 600,0 X 0,05 0,01 Circuito de apertura 1 interruptor 220 kv 600,0 X 0,05 0,01 Circuito de apertura 2 interruptor 220 kv 600,0 X 0,05 0,01 Circuito de cierre interruptor 66 kv 300,0 X 0,05 0,00 Circuito de apertura 1 interruptor 66 kv 300,0 X 0,05 0,00 Circuito de apertura 2 interruptor 66 kv 300,0 X 0,05 0,00 Circuito de cierre interruptor 10 kv 300,0 X 0,05 0,00 Circuito de apertura 1 interruptor 10 kv 300,0 X 0,05 0,00 Circuito de apertura 2 interruptor 10 kv 300,0 X 0,05 0,00 Motor interruptor 220kV 380,0 X 15,00 1,58 Control seccionador 220 kv 10,0 X 0,05 0,00 Motor seccionador 222 kv 300,0 X 10,00 0,83 Motor interruptor 66 kv 380,0 X 15,00 1,58 Control seccionador 66 kv 10,0 X 0,05 0,00 Motor seccionador 66 kv 300,0 X 10,00 0,83 Motor interruptor 10 kv 380,0 X 15,00 1,58 Control seccionador 10 kv 10,0 X 0,05 0,00 Motor seccionador 10 kv 300,0 X 10,00 0,83 Regulador de tensión 10,0 X Archivo: PE-AM17-GP030-PAR-K021_Rev 0 Página 1 de 6

10 SERVICIOS AUXILIARES DE C.C. Y C.A. - MEMORIA DE CÁLCULO - CARGAS C.A. Proyecto: Subestación: Caso: Proyecto Ampliación 17 Paramonga 220 kv Trazabilidad: PE-AM17-GP030-PAR-K021 - Anexos General Documento: Anexo 1 Parte 2 Descripción Fabricante Referencia Carga [W] Esencial No Esencial Interruptor - Calefacción caja 160 X Interruptor - Iluminación caja 25 X Seccionador - Calefacción caja 45 X Seccionador - Iluminación caja 25 X Transformador 3f - Calefacción caja 160 X Transformador 3f - Iluminación caja 25 X Transformador 3f - Tomacorriente caja X Transformador 3f - Ventilador enfriamiento X Cambiador de taps - Motor X Cambiador de taps - Calefacción 60 X Cambiador de taps - Iluminación 25 X Filtro de aceite cambiador de taps - Motor 500 X Patio - Caja multitomas - 2f, 220 V, 20 A X Gabinete - Calefacción 0,8x0,8 100 X Gabinete - Iluminación 0,8x0,8 60 X Gabinete - Tomacorriente 0,8x0, X Gabinete agrupamiento - Calefacción 0,8x0,8 200 X Gabinete agrupamiento - Iluminación 0,8x0,8 120 X Gabinete agrupamiento - Tomacorriente 0,8x0, X Iluminación de patio X Archivo: PE-AM17-GP030-PAR-K021_Rev 0 Página 2 de 6

11 SERVICIOS AUXILIARES DE C.A. Y C.C. - MEMORIA DE CÁLCULO - UNIFILAR C.C. RESUMEN Proyecto: Proyecto Ampliación 17 Subestación: Paramonga 220 kv Trazabilidad: PE-AM17-GP030-PAR-K021 - Anexos Caso: Edificio de control Documento: Anexo 2 Parte 1 Ítem Tensión de distribución [V] 110 Descripción de la carga Carga Momentánea [W] Carga Continua [W] Carga Neta [W] Corriente Momentánea [A] Corriente Continua [A] Q301 Protección principal - Transformador Lado 220 kv/66 kv/ 10 kv ,91 10 Q302 Protección secundaria - Transformador Lado 220 kv/66 kv ,45 10 Q303 Protección diferencial de barras - Transformador Lado 220 kv ,45 10 Q304 Contadores de energía - Transformador Lado 220 kv/66 kv/ 10 kv ,68 10 Q305 Registrador de fallas - Transformador Lado 220 kv ,27 10 Q306 Switch - Transformador Lado 220 kv ,36 10 Q307 Circuito de cierre y disparo 1 - Transformador Lado 220 kv/66 kv/ 10 kv ,82-20 Q308 Circuito de disparo 2 - Transformador Lado 220 kv/66 kv/ 10 kv ,91-20 Q309 Motor - Equipos de patio, Transformador Lado 220 kv ,27-16 Q310 Motor - Equipos de patio, Transformador Lado 66 kv ,27-16 Q311 Motor, Transformador - Celda 10 kv ,09-16 Q312 Regulador de tensión del transformador ,09 10 Q313 Reserva Q314 Reserva Q315 Reserva Q316 Reserva SUBTOTAL POTENCIA (W) % Reserva 598 SUBTOTAL FACTOR DE SIMULTANEIDAD 0,50 Q300/Q037 TOTAL ,51 40 Interruptor Elegido [A] SUBTOTAL CARGAS MOMENTÁNEAS Y CONTINUAS ,23 10% Reserva ,50 TOTAL CARGAS MOMENTÁNEAS Y CONTINUAS ,50 Corriente de consumo [A] 59,80 3,55 Archivo: PE-AM17-GP030-PAR-K021_Rev 0 Página 3 de 6

12 SERVICIOS AUXILIARES DE C.A. Y C.C. - MEMORIA DE CÁLCULO - BATERÍAS Proyecto: Proyecto Ampliación 17 Subestación: Paramonga 220 kv Trazabilidad: PE-AM17-GP030-PAR-K021 - Anexos Caso: Edificio de control Documento: Anexo 2 Parte 2 BANCO DE BATERÍAS Unidad Valor Umax 110% V 121 Umin 90% V 99 Temperatura mínima de operación C 20 Tensión por celda en 20 C V/celda 2,27 Número de celdas calculado Un 54 Número de celdas seleccionado Un 54 Umax, a partir de # celdas seleccionado 111% V 122,58 Tensión fin de descarga por celda V/celda 1,83 Tiempo de respaldo h 10 Corriente de consumo continuo (Ampliación) A 3,55 Corriente de consumo continuo (Ampliación) A 15,00 Tensión máxima por cada celda V 2,24 A-h del banco calculado A-h 185,50 Combinación más grande de cargas momentáneas; tras secuencia de conexión y desconexión de una derivación. Se considera la carga momentánea máxima durante un minuto (IEEE ; 4.2.3): (carga de resortes de interruptor, tras cierre). A-h 0,06 Subtotal A-h 185,56 FACTORES DE CORRECCIÓN (IEEE ) Margen de diseño (los consumos cálculados anteriormente incluyen estimación de 0% % 100% crecimiento a futuro) Por temperatura % 105% Por envejecimiento % 115% A-h del banco Calculado A-h 230 A-h del banco Existente A-h 400 Archivo: PE-AM17-GP030-PAR-K021_Rev 0 Página 4 de 6

13 SERVICIOS AUXILIARES DE C.A. Y C.C. - MEMORIA DE CÁLCULO - CARGADORES Proyecto: Proyecto Ampliación 17 Subestación: Paramonga 220 kv Trazabilidad: PE-AM17-GP030-PAR-K021 - Anexos Caso: Edificio de control Documento: Anexo 2 Parte 3 IEEE Anexo B CARGADOR DE BATERÍAS IEEE Unidad Valor Banco de baterías seleccionado Q A-h 400 Tiempo de recarga de la batería T h 12 Corriente de consumo continuo (ampliación+existente) ILC A 18,55 Constante para compensar las pérdidas durante la carga (1,1; IEEE ; B.2) 1,1-1,1 Capacidad mínima del cargador en c.c. I1 A 55,22 Combinación más grande de cargas momentáneas; tras secuencia de conexión y desconexión de una derivación. Se considera la carga momentánea máxima durante un minuto (IEEE ; 4.2.3): (carga de resortes de interruptor, tras cierre). ILN A 3,45 Capacidad mínima del cargador para la máxima carga operacional I2 A 58,67 Capacidad del cargador existente I3 A 125 Tensión de salida nominal del cargador V 110 Potencia cargador en corriente continua W Eficiencia del cargador 90% - 0,90 Factor de potencia del cargador - 0,85 Potencia activa en corriente alterna W 15277,78 Potencia aparente del cargador VA 17973,86 Tensión línea-línea de entrada nominal del cargador V 220 Capacidad del cargador Alterna A 47 Archivo: PE-AM17-GP030-PAR-K021_Rev 0 Página 5 de 6

14 SERVICIOS AUXILIARES DE C.A. Y C.C. - MEMORIA DE CÁLCULO - UNIFILAR C.A. RESUMEN Proyecto: Proyecto Ampliación 17 Subestación: Paramonga 220 kv Trazabilidad: PE-AM17-GP030-PAR-K021 - Anexos Caso: Edificio de control Documento: Anexo 2 Parte 5 Tensión de distribución línea-línea [V] 220 Ítem Descripción de la carga Carga No Esencial [W] Carga Esencial [W] Factor de potencia Factor de demanda Demanda No Esencial [W] Demanda Esencial [W] Demanda No Esencial [var] Demanda Esencial [var] Corriente No Esencial [A] Corriente Esencial [A] Interruptor elegido [A] Q101 Calefacción, iluminación y tomas - Equipos de Patio, Transformador Lado 220 kv 1 775,00-0,90 0,50 887,50-429,84-2,59-10 Q102 Calefacción, iluminación y tomas - Equipos de Patio, Transformador Lado 66 kv 1 775,00-0,90 0,50 887,50-429,84-2,59-10 Q103 Calefacción, iluminación y tomas,transformador - Celda 10 kv 1 845,00-0,90 0,50 922,50-446,79-2,69-10 Q104 Tablero de control, Alumbrado exterior (Transformador 220 kv/66 kv) 2 500,00-0,90 0, ,00-605,40-3,64-10 Q105 Tomas de campo, Transformador 220 kv/ 66 kv 8 800,00-0,90 0, , ,51-6,42-10 Q106 Calefacción, iluminación y tomas - Gabinetes, Transformador, Tablero de regulación y SS. AA ,00-0,90 0, , ,36-7,93-16 Q107 Calefacción, iluminación y toma - Caja de mando, Transformador 1 385,00-0,90 0,50 692,50-335,39-2,02-10 Q108 Motor - Filtro de aceite, Cambiador de taps, Transformador 500,00-0,85 0,50 250,00-154,94-0,77-10 Q109 Calefacción e iluminación, Cambiador de taps, Transformador 85,00-0,90 0,50 42,50-20,58-0,12-10 Q110 Reserva - - 0, Q111 Reserva - - 0, Q112 Reserva - - 0, Q113 Reserva - - 0, SUBTOTAL POTENCIA [W] ,90 0, % Reserva Q100/Q027 SUBTOTAL POTENCIA - Ampliación [W] (Nuevo Gabinete de Distribución 220 Vca - No Esenciales) ,90 0, FACTOR DE SIMULTANEIDAD 0,60 0,60 TOTAL POTENCIA - Ampliación [W] (Nuevo Gabinete de Distribución 220 Vca - No Esenciales) ,08 25 Q011 Ventiladores de enfriamiento - Transformador ,85 0, , ,30-8,49 10 Q012 Motor - Cambiador de taps, Transformador ,85 0, ,00 619,74-3,09 10 SUBTOTAL POTENCIA - Ampliación [W] (En Gabinete Existente de Distribución 220 Vca - Esenciales) ,85 0, FACTOR DE SIMULTANEIDAD 0,60 0,60 TOTAL POTENCIA - Ampliación [W] (En Gabinete Existente de Distribución 220 Vca - Esenciales) ,08 TOTAL POTENCIA - Existente [W] (Gabinete de Servicios Auxiliares Controladores 220 Vca - Esenciales + No Esenciales) ,85 0, TOTAL 0, TOTAL POTENCIA APARENTE - Ampliación [VA] ,00 TOTAL POTENCIA APARENTE - Existente [VA] Transformador de servicios auxiliares [VA] requerido ,00 Transformador de servicios auxiliares Existente[VA] , Grupo electrógeno [W] requerido ,00 Grupo electrógeno [W] Existente 0, , Archivo: PE-AM17-GP030-PAR-K021_Rev 0 Página 6 de 6