Propuesta de Diseño Eléctrico para Conjuntos Residenciales de Apartamentos

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(1)PROPUESTA DE DISEÑO ELÉCTRICO PARA CONJUNTOS RESIDENCIALES DE APARTAMENTOS. JOHN EDINSON CALDERON MOSQUERA. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE TECNÓLOGO EN ELECTRICIDAD. DIRECTOR: Ing. MARCELA MARTÍNEZ. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD BOGOTÁ D.C 2015.

(2) NOTA DE ACEPTACIÓN. El proyecto de grado en modalidad pasantía titulado: “PROPUESTAS DE DISEÑO ELÉCTRICO PARA CONJUNTOS RESIDENCIALES DE APARTAMENTOS” Ha sido aprobada por cumplir con los requerimientos exigidos por la Universidad Distrital Francisco José de Caldas.. _________________________________________________ Ing. MARCELA MARTÍNEZ CAMARGO DIRECTOR DE PROYECTO. _________________________________________________ Ing. LUIS ANTONIO NOGUERA VEGA Jurado. Bogotá D.C., 26 de Octubre de 2015.

(3) DEDICATORIA A mi madre por darme su apoyo incondicional en el transcurso de mi vida, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha permitido ser una persona de bien, pero más que nada, por su amor y sacarme adelante..

(4) AGRADECIMIENTOS A la universidad Francisco José de caldas facultad tecnológica por brindarme los espacios adecuados para mi educación y ser el fortín de mi conocimiento adquirido. A los profesores de electricidad facultad tecnológica por fórmame como una persona de bien, transmitirme sus conocimientos y prepárame para la vida profesional en especial a los profesores Alexandra Sashenka Pérez, Dora Marcela Martínez y el profesor Luis Antonio Noguera Vera. A la empresa Intecnology sas por abrirme las puertas en el campo laboral y brindarme la oportunidad de hacer mis prácticas, en especial al Ingeniero Ivan Leon, por transmitirme sus conocimientos y experiencias que ayudan a mi desempeño laboral..

(5) TABLA DE CONTENIDO. RESUMEN ............................................................................................................................................ 1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 2 1. 2. 3. MARCO NORMATIVO .................................................................................................................... 3 1.1. RETIE. ................................................................................................................................... 3. 1.2. NTC 2050. ............................................................................................................................ 3. 1.3. NTC 4552-1-2-3. .................................................................................................................. 3. 1.4. NORMA CODENSA. .............................................................................................................. 3. 1.5. IEEE 242, CAPÍTULO 9. ......................................................................................................... 3. 1.6. IEC 60947-1. ........................................................................................................................ 3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Y METODOLOGÍA DESARROLADA .............................................. 4 2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ............................................................................................. 4. 2.2. METODOLOGÍA.................................................................................................................... 4. ACTIVIDADES Y RESULTADOS ..................................................................................................... 5 3.1. CONSULTA DE NORMATIVIDAD. ......................................................................................... 5. 3.2 CÁLCULOS DE CARGA ZONAS COMUNES Y SELECCIÓN DEL TRANSFORMADOR PARA CONJUNTOS RESIDENCIALES DE APARTAMENTOS. ........................................................................ 5 3.3. MEMORIAS DE CÁLCULOS Y CUADROS DE CARGA. ............................................................ 8. 3.4. SELECIÓN DE CONDUCTORES, REGULACIÓN Y COORDINACIÓN DE PROTECIONES. ........ 11. 3.5 ESTUDIO ECONÓMICO Y COMPARATIVO IMPLEMENTANDO CONDUCTORES ELÉCTRICOS DE COBRE Y ALUMINIO. ................................................................................................................ 21 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................................... 23. 5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................... 24. 6. ANEXOS ..................................................................................................................................... 25.

(6) LISTA DE TABLAS. . TABLA 1 DIMENSIONAMIENTO DE TRANSFORMADORES ............................................... 6. . TABLA 2 CARACTERÍSTICAS DEL TRANSFORMADOR .................................................... 7. . TABLA 3 CARGA MÁXIMA DIVERSIFICADA POR ESTRATO PARA EL SECTOR RESIDENCIAL PROYECTOS DE VIVIENDA CON GAS DOMICILIARIO .............................. 9. . TABLA 4 CONSTANTES DE REGULACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS CONDUCTORES EN ALUMINIO EN MM2 ........................................................................... 12. . TABLA 5 CONSTANTES DE REGULACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS CONDUCTORES EN ALUMINIO EN AWG .......................................................................... 12. . TABLA 6 CONSTANTES DE REGULACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS CONDUCTORES EN COBRE EN AWG ............................................................................... 12. . TABLA 7 CALIBRE MÍNIMO DE LOS CONDUCTORES, EQUIPOS Y CANALIZACIONES DE PUESTA A TIERRA. NORMA NTC 2050........................................................................ 14. LISTA DE FIGURAS. . GRÁFICA 1 TIEMPO DE RESISTENCIA DE LOS CONDUCTORES PARA EVENTUALES CORRIENTES DE CORTO ................................................................................................. 20.

(7) LISTA DE ANEXOS. Anexo 1 Anexo 1.1 Anexo 2 Anexo 2.1 Anexo 3 Anexo 4 Anexo 5 Anexo 6 Anexo 7 Anexo 8 Anexo 9 Anexo 10 Anexo 11 Anexo 12 Anexo 13 Anexo 14 Anexo 15 Anexo 16 Anexo 17. Memorias de cálculo – tableros. Cálculo de diversificación de tableros Memorias de cálculo – equipos. Cálculo del centro control de motores Memorias de cálculo – armarios y barrajes preformados. Memorias de cálculo – transformador. Memorias de cálculo – regulación de acometidas en mm2 aluminio. Memorias de cálculo – regulación de acometidas en AWG aluminio. Memorias de cálculo – regulación de acometidas en AWG cobre. Memorias de cálculo – regulación de acometidas en media tensión. Memorias de cálculo – cálculo de cortocircuito. Memorias de cálculo – factor de ocupación. Memorias de cálculo – presupuesto de conductores. Cuadros de carga – zonas comunes. Cuadros de carga – apartamentos. Memorias del sistema de puesta a tierra. Coordinaciones de protecciones de baja tensión por selectividad. Evaluaciones del riesgo eléctrico. (APU) acometida del TGA hasta armario de medidores 1..

(8) RESUMEN En la pasantía desarrollada se realizó el diseño del sistema eléctrico con las condiciones técnicas mínimas para la construcción y suministro de energía para un proyecto destinado para uso residencial conformado por 15 torres de 24 apartamentos cada una, con un total de 360 usuarios con cuentas monofásicas, más 15 cuentas monofásicas para los puntos fijos y 1 cuenta trifásica para las zonas comunes de apartamentos de estrato uno ubicado en la sabana de Cundinamarca. El proyecto comprendió una conexión en media tensión a 120 metros del punto de conexión aéreo, que se derivó hasta una caja de maniobras que posteriormente va a un transformador pedestal de 300 KVA prevista en ductos subterráneos. A partir de la salida del transformador se distribuyó a un tablero general y de este a varios barrajes pre moldeados, los cuales sirvieron para derivar de forma subterránea a los diferentes armarios de medida en cada torre para su distribución final a cada usuario. Las instalaciones eléctricas fueron ejecutadas en su totalidad de acuerdo con los reglamentos técnicos y normas vigentes para este tipo de proyecto, de manera que garanticen la seguridad de las personas, de la vida y la preservación del medio ambiente, previniendo, minimizando o eliminando los riesgos de origen eléctrico.. 1.

(9) INTRODUCCIÓN. Este proyecto es el resultado obtenido de la pasantía desarrollada en la empresa Intecnology sas, donde se realizó el diseño eléctrico para conjuntos residenciales de apartamentos tipo. En este documento se recopilo la información de los pasos seguidos para la realización del diseño eléctrico residencial, el cual se obtuvo en un periodo de tres meses donde se realizó el estudio de las normas vigentes internacionales, nacionales y del operador de red local, se hizo el reconocimiento de las áreas y equipos que comprende el proyecto de conjuntos residenciales tipo estrato 1, se realizaron los cálculos del trasformador, cuadros de carga, selección de conductores y coordinación de las protecciones en baja tensión. Finalmente se hizo un estudio económico de la diferencia entre usar conductores de aluminio y usar conductores de cobre.. 2.

(10) 1. MARCO NORMATIVO. 1.1. RETIE. Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas, donde se referencian las normas de las instalaciones eléctricas va de la mano con las normas NTC 2050 y su cumplimiento es indispensable para la aprobación de las obras eléctricas por parte de los operadores de red.. 1.2. NTC 2050. Norma técnica colombiana, la referencia 2050 hace alusión al código eléctrico colombiano, donde se toman las bases generales para el diseño y ejecución de las obras eléctricas.. 1.3. NTC 4552-1-2-3. Norma técnica colombiana, y la referencias 4552 hace referencia a la protección contra descargas atmosféricas, “rayos”: parte uno principios generales, parte dos manejo del riesgo, parte tres daños físicos a estructuras, y la vida humana.. 1.4. NORMA CODENSA. Son las normas establecidas por el operador de red de la región, que en este caso para la sabana de Bogotá es CODENSA y su cumplimiento es indispensable para la energización del proyecto.). 1.5. IEEE 242, CAPÍTULO 9. Instituto de ingenieros eléctricos y electrónicos, esta norma se aplica para la coordinación y resistencia del aislamiento de los conductores eléctricos ante corrientes de fallas. 1.6. IEC 60947-1. Comisión electrotécnica internacional, hace alusión al sistema de protecciones. 3.

(11) 2. 2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Y METODOLOGÍA DESARROLADA. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO. El Proyecto de conjuntos residenciales de apartamentos tipo se encuentra ubicado en la sabana de Cundinamarca con estratificación predial 1, destinado para uso residencial y está comprendido por 15 torres de 24 apartamentos cada una, un total de 360 cuentas monofásicas de usuarios residenciales, 15 cuentas monofásicas para los puntos fijos y 1 cuenta trifásica para las zonas comunes. Estos datos son la base del proyecto dado que con ellos se hace el uso de las tablas de la norma CODENSA según la especificación del proyecto 2.2. METODOLOGÍA. ETAPA 1. ETAPA 2. •CONSULTA DE UBICACIÓN DEL PROYECTO •CONSULTA DE NORMATIVIDAD. •CONSULTA DE LA DESCRIPCIÓN FÍISICA DEL PROYECTO •HACER EL ESTUDIO DE CARGA PARA ZONAS COMUNES. ETAPA 3. •REALIZAR CÁLCULO DEL TRANSFORMADOR • REALIZAR CUADROS DE CARGA APARTAMENTOS • REALIZAR MEMORIAS DE CÁLCULO •REALIZAR LA REGULACIÓN DE TENSIÓN. ETAPA 4. •ESTUDIO Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES EN BAJA TENSIÓN •ANÁLIS DE RIESGO ELÉCTRICO •CÁLCULO DE PÉRDIDAS DESDE EL TRANSFORMADOR HASTA LOS ARMARIOS DE MEDIDORES. ETAPA 5. •ESTUDIO ECONÓMICO (APU) DE LA ACOMETIDA DEL TRANSFORMADOR HASTA EL ARAMRIO DE MEDIDA DE LA TORRE 2, IMPLEMENTANDO CONDUCTORES DE ALUMINIO Y COBRE •COMPARACIÓN DE EFICIENCIAS Y COSTOS. 4.

(12) 3. ACTIVIDADES Y RESULTADOS. 3.1 CONSULTA DE NORMATIVIDAD. En la realización del diseño eléctrico para conjuntos de apartamentos residenciales, se realizó la consulta minuciosa de toda la normatividad vigente y aplicable al proyecto, según su ubicación, estratificación y tipo de edificación. Como este proyecto está ubicado en la sabana de Cundinamarca las normas aplicables fundamentales para el desarrollo de este proyecto están dadas por el operador de red local llamado CODENSA. Como requisito indispensable también se debe cumplir con lo estipulado en: RETIE, NTC 2050, NTC 4552-1-2-3, IEEE 242 y la IEC 60947-1. 3.2. CÁLCULOS DE CARGA ZONAS COMUNES Y SELECCIÓN DEL TRANSFORMADOR PARA CONJUNTOS RESIDENCIALES DE APARTAMENTOS.. Para la selección del transformador se requiere información técnica del proyecto, como ubicación, extensión y clase de equipos especiales que contendrá el proyecto de conjunto residencial tipo con 15 torres de 24 apartamentos cada una, un total de 360 cuentas monofásicas de usuarios residenciales, 15 cuentas monofásicas para los puntos fijos y 1 cuenta trifásica para las zonas comunes. . Conocimiento de equipos especiales.. El proyecto constó de cuatro bombas de presión, las cuales se utilizan para la distribución de agua a los apartamentos cuando hay problemas con la presión del agua o cortes del servicio. Conociendo los equipos se procedió a calcular el tablero general de bombas como un centro de control de motores como lo estipula el cálculo en la norma NTC 2050 capítulo 8. Procedimiento para el cálculo. Ver anexo (2 memorias de cálculo equipos) y (2.1 cálculo del centro de control de motores). Como resultado de esta parte se obtuvo la potencia de un tablero general de bombas de = 37578W El cálculo de los barrajes, que conforman los tableros, se muestra en el anexo 2.1, este cálculo es proporcionado por las nomas CODENSA (AE309), en este anexo se calcula el barraje del tablero general de zonas comunes, este tipo de cálculo sirve para cualquier tablero de distribución en baja tensión. Los barrajes seleccionados para el tablero general de bombas según la tabla 1 del anexo 2.1 fueron: Fase. F= (12x2) mm Neutro. N= (12x2) mm Tierra. T= (12x2) mm . Conocimiento de carga de zonas comunes. Las zonas comunes constan de: portería y salón comunal, aquí también se tiene en cuenta el tablero general de bombas, la carga de estos se encuentran a continuación, aquí se evidencia el cálculo de 5.

(13) los tableros por sumatoria de las cargas que comprenden cada tablero y con una diversificación del 100 por ciento debido a su uso común como lo establece las normas CODENSA. Tablero portería=T-PORT= 13.2 KVA (ver anexo 12 cuadros de carga zonas comunes). Tablero salón comunal= T-SC=22.01 KVA (ver anexo 12 cuadros de carga zonas comunes). Tablero general de bombas=TG-BOMB = 35.578 KVA. Tablero general de zonas comunes = TG-ZC. TG-ZC= (13.2+22.01+35.578) KVA= 72.79 KVA. T-P-FIJO=1.34 KVA (ver anexo 13 cuadros de carga apartamentos). . Selección del transformador. Según normas Codensa la carga máxima en el sector residencial, se halla obteniendo el factor de carga, hallado de la relación de la carga de las zonas comunes sobre el número de usuarios que consta el proyecto. Número de usuarios 360 Carga zonas comunes =TG-ZC+ (15 TABLEROS DE PUNTOS FIJOS). Carga zonas comunes = (65.27 KVA)+ (1.34 KVA *15)= 92.89 KVA. FACTOR DE CARGA=. =0.2580 se aproxima a 0.3.. F.C=0.3.. Tabla 1 (Dimensionamiento de transformadores. Fuente norma Codensa). De acuerdo a las normas CODENSA el transformador se dimensiona de acuerdo al Factor de carga y el número de clientes del proyecto, ver tabla 1. Dimensionamiento de transformadores. Fuente norma Codensa, siempre se debe aproximar al valor por encima para los usuarios y el factor de carga. Así se obtiene que el proyecto requiere un transformador de 300 KVA. Y será un pedestal por. 6.

(14) la característica de la construcción del proyecto. En el anexo (4 memorias de cálculo transformador), se evidencian los cálculos del foso de aceite para un transformador pedestal de 300 KVA. Características del transformador de 300 KVA Tensión de servicio en MT (11400*√ ) Tensión de servicio en BT (208*√ ) Corriente nominal en media tensión InMT=. =15 A. Corriente nominal en baja tensión. InBT=. =833 A. Corriente de protección en MT IpMT= InMT*1.25=19 A Corriente de protección en BT IpBT= InBT*1.25= 1041 A Corriente de corto circuito en BT IccBT=. =18.50 KA. Corriente de corto circuito en BT IccMT=. =337.69 A. Según la Tabla 2. Características del transformador. Fuente www.tesla.com la UZ es de 4,5%. Resistencia aproximada en baja tensión. RBT=. =0.0069. Tabla 2 (Características del transformador, Fuente www. tesla.com). 7.

(15) 3.3. MEMORIAS DE CÁLCULOS Y CUADROS DE CARGA.. Las memorias de cálculo que se realizaron en el periodo de la pasantía, están conformadas por los tableros calculados en los cuadros de carga, cálculo de equipos, armarios de medida, barrajes pre moldeados, características del transformador obtenido, cálculos de regulación de las acometidas en dos materiales diferentes y unidades de medidas para la clasificación de diámetros para los conductores como lo son milímetros cuadrados-mm2 y AWG. Finalmente el procedimiento de la regulación de media tensión, cálculo de cortocircuito, pérdidas de potencia en las acometidas y por último el factor de ocupación. . Cálculo de armario de medidores.. El cálculo del armario de medidores se realizó con las normas CODENSA, para este proyecto los armarios de medida se distribuyeron dos por cada torre, un armario de 12 cuentas monofásicas y el otro de 15 cuentas. El armario de 12 cuentas quedó copado en su totalidad mientras que el de 15 cuentas se utilizó para 12 cuentas de usuarios más una para punto fijo quedando dos reservas. Ver anexo 3 (memorias de cálculo armarios y barrajes). De acuerdo a la Tabla 3. Carga máxima diversificada por estrato para el sector residencial Proyectos de vivienda con gas domiciliario. Fuente normas CODENSA, el factor de carga es de 1.01KVA/usuarios Carga para armario de medidores 12 cuentas = Am12c Am12c=12 usuarios* 1.01 KVA/usuarios= 12.12 KVA Tensión de servicio del armario de medidores (208*√ ) V. 8.

(16) Tabla 3 (Carga máxima diversificada por estrato para el sector residencial Proyectos de vivienda con gas domiciliario. Fuente normas CODENSA). In=. =34 A. Corriente de fase =34 A*1.5= 51 A Corriente de neutro=34 A*0.7=24 A Corriente de tierra=34 A*0.5=17 A Los barrajes seleccionados se calcularon como se detalla en el Anexo 2.1: F= (12x2) mm N= (12x2) mm T= (12x2) mm Carga para armario de medidores 15 cuentas más un punto fijo = Am15c Tensión de servicio del armario de medidores (208*√ ) V Am15c= (12 usuarios* 1.01 KVA/usuarios)+1.34 KVA= 13.46 A In=. = 37.4 A 9.

(17) Corriente de fase =37.4 A*1.5= 56 A Corriente de neutro=37.4 A*0.7=29 A Corriente de tierra=37.4 A*0.5=19 A F= (12x2) mm N= (12x2) mm T= (12x2) mm . Cálculo de barrajes pre moldeados.. Los barrajes pre moldeados son utilizados como una forma de derivación cuando hay distancias muy largas entre el tablero general y los armario de medida, esto ayuda a mejorar la regulación y se implementan menos conductores. El cálculo de los barrajes pre moldeados se realizó con las normas CODENSA, para este proyecto los barrajes pre moldeados se distribuyeron en cuatro BP-1, BP-2, BP-3 y BP-4. Los barrajes pre moldeados BP-1, BP-2, BP-3 se conformaron de 4 torres más cuatro puntos fijos, el barraje pre moldeados BP-4 se conformó de 3 torres y 1 punto fijo. El cálculo se muestra a continuación y se puede ver en el Anexo 3 (memorias de cálculo). Carga para barrajes preformados BP-1-2-3, el factor de carga 0.61 es tomado de la Tabla 3 Carga máxima diversificada por estrato para el sector residencial Proyectos de vivienda con gas domiciliario. Fuente normas CODENSA. BP-1-2-3= (96 usuarios* 0.61 KVA/usuarios) + (5.36) KVA= 63.92 KVA Tensión de servicio del barraje preformado (208*√ ) V In=. = 177.42 A. Carga para barraje pre moldeado BP-4, el factor de carga 0.61 es tomado de la Tabla 3. Carga máxima diversificada por estrato para el sector residencial Proyectos de vivienda con gas domiciliario. Fuente normas CODENSA. BP-4= (72 usuarios* 0.61 KVA/usuarios) + (4.02) KVA= 63.92 KVA Tensión de servicio del barraje preformado (208*√ ) V In=. = 133.07 A . Cuadros de carga para apartamentos tipo. Los cuadros de carga se evidencian en el Anexo 13. Cuadros de carga apartamentos, la memorias de cálculo se muestran en el Anexo 1 y el procedimiento realizado en el Anexo 1.1. Allí se muestran las potencias específicas de los equipos que se implementaron en cada tipo de apartamentos. Son. 10.

(18) tres tipos A, B y C, según la norma NTC 2050 (factores de demanda para alimentadores de carga de alumbrado y tomas). Se obtiene las siguientes cargas: Tablero apartamento tipo A=3.21KVA Tablero apartamento tipo B=3.34KVA Tablero apartamento tipo C=3.21KVA Tablero portería=T-PORT= 13.2 KVA Tablero salón comunal= T-SC=22.01 KVA. 3.4. SELECIÓN DE CONDUCTORES, REGULACIÓN Y COORDINACIÓN DE PROTECIONES.. La selección de conductores, regulación y coordinación de protecciones fue el paso que se siguió después de definir las cargas del proyecto. Para la selección de los conductores se requirieron las corrientes de protección de los tableros de distribución, armario de medidores, tableros generales, información con la cual también se clasificó la coordinación de protecciones en baja tensión. Adicionalmente se mostraron las evaluaciones de riesgo eléctrico que permitieron identificar si se requería o no un apantallamiento y el calibre del conductor para la puesta a tierra. . Selección de la acometida. La acometida fue seleccionada con la corriente de protección que la vez fue la base para identificar las propiedades de los conductores, también dependió de la regulación que se obtuvo, cuando hay acometidas muy lejanas al punto de alimentación la regulación es muy alta y es necesario aumentar el conductor para que baje dicha regulación y sea menor al 5% según lo establecido por el operador de red, CODENSA define que la regulación hasta los armarios de medida deben ser del 3% y hasta el tablero de distribución de un 2%, para un total del 5%, de aquí que la acometida depende de dos factores, corriente de protección y la regulación del circuito. Las acometidas en cobre se muestran en el Anexo 7 (memorias de cálculo regulación en cobre). . Acometidas de baja tensión.. Las acometidas de baja tensión para el operador de red CODENSA se deben presentar en el sistema de medida europeo mm2 ver Anexo 5 (memorias de cálculo en mm2) pero se puede hacer la equivalencia para aluminio en AWG y cobre en AWG como el sistema de medida más comercial en nuestro país, por tal motivo los cálculos se van a presentar se hicieron de acuerdo al sistemas de unidades americano AWG. En la siguiente sección se calcularán las acometidas principal y una derivación de esta como es la del barraje pre moldeado 1 al que se le asignó el armario de medida 1 de la torres 2 siendo esta las más lejana de su dominio, también se calculó la acometida hasta el apartamento más lejano. En las tablas 4, 5 y 6. Se presentan las constantes de regulación y las características de los conductores, información que fue utilizada para los cálculos. 11.

(19) Tabla 4 (constantes de regulación y características de los conductores en aluminio en mm 2.Fuente norma Codensa).. Tabla 5 (Constantes de regulación y características de los conductores de aluminio AWG. Fuente norma Codensa).. Tabla 6 (Constantes de regulación y características de los conductores en cobre AWG. Fuentes Norma Codensa).. . Acometida del transformador hasta el tablero general.. Carga instalada 300 KVA Tensión de servicio (208*√ ) V 12.

(20) Corriente nominal In=. √. =833 A. Corriente de protección en BT Ip= In*1.25= 1041 A Longitud del transformador hasta el tableo general es de 7 metros Momento es la relación entre la potencia y la longitud de la acometida Mom= 7m*300 KVA=2100 KVA*m Protección seleccionada interruptor DMX tripolar de 1000 A debido a que la corriente de protección es de 1041 A Acometida seleccionada de acuerdo a la protección 3(3x500+1x500) aluminio MCM Capacidad de corriente de un conductor 500 MCM aluminio es de 350 A por tres es 1050 A y la corriente de protección es de 1000 A. La selección de la tierra se calculó con la Tabla 7. Calibre mínimo de los conductores, equipos y canalizaciones de puesta a tierra. Norma NTC 2050. Se eligió el conductor de tierra de acuerdo a la protección y se buscó en la tabla 7 dando como resultado un conductor 4/0 aluminio AWG. En cuanto a la tubería para cada acometida conformada por una fase de 500 MCM un neutro de 500 MCM y una tierra de 4/0 AWG en aluminio se seleccionó un tubo PVC de 4 pulgadas que cumple con el factor de ocupación menor al 30% ver Anexo 10 (Memorias de cálculo factor de ocupación), en total se utilizaron 3 ductos de PVC de 4 pulgadas.. 13.

(21) Tabla 7 (Calibre mínimo de los conductores, equipos y canalizaciones de puesta a tierra. Norma NTC 2050).. La constante de regulación trifásica es obtenida de la Tabla 5. Constantes de regulación y características de los conductores de aluminio AWG. Fuente norma Codensa, que dio una constante de 3.50184e-4 dividida en tres acometidas, como resultado esta constante dio 1.1673e-4 %/KVA*m. Regulación parcial es la relación del momento por la constante de regulación. Reg. Parcial= (2100 KVA*m)* (1.1673e-4. %/KVA*m)=0.245129% La regulación acumulada que es la suma de las regulaciones parciales hasta el punto final seleccionado en este caso es 0.245129%, porque es donde empiezan las acometidas. Resistencia del conductor de 500 AWG en AL es de 0.12776 ( y se divide en tres por las acometidas que se utilizan y la resistencia da 0.0425 ( .segun Tabla 5. Constantes de regulación y características de los conductores de aluminio AWG. Fuente norma Codensa. Resistencia por tramo. Es la relación de la resistencia del conductor por la longitud en km. L=7m=0.007 km R.Tramo=0.007km*0.0425 (. =0.0002981. Perdida por tramo es la relación de la resistencia por tramo y la corriente al cuadrado multiplicado por el número de conductores asumiendo que la corriente del neutro es cero. 14.

(22) Per. Tramo= (3*0.0002981 )*(832.7 A *832.7 A)=620.14 W Perdidas acumulada es la es la suma de la perdidas por tramos hasta el punto final seleccionado en este caso es 620.14 W. . Acometida del tablero general hasta el BP-1. Carga instalada 63.92 KVA Tensión de servicio (208*√ ) V Corriente nominal In=. √. =177.424 A. Corriente de protección en BT Ip= In*1.25= 221.780 A Longitud del tablero general hasta el barraje preformado BP-1. L=80m Momento es la relación entre la potencia y la longitud de la acometida Mom= 80m*63.92 KVA=5114 KVA*m Protección seleccionada interruptor DPX tripolar de 250 A debido a que la corriente de protección es de 221.780 A Acometida seleccionada de acuerdo a la protección, pero además se tiene en cuenta la distancia al que está ubicado el barraje pre moldeado 1 es de 80 metros por lo cual la regulación es alta, por tal motivo se eligen los siguientes conductores 2(3x500+1x500) aluminio MCM ver Anexo 6 (memorias de cálculo AWG en AL) para detallar el porqué de la decisión de tomar esta acometida tan grande, más adelante se va hacer la regulación de este punto con el armario y tablero más lejano de su dominio. La selección del conductor de puesta a tierra se calculó con la Tabla 7. Calibre mínimo de los conductores, equipos y canalizaciones de puesta a tierra. Norma NTC 2050. Se eligió el conductor de tierra de acuerdo a la protección y se buscó en la tabla mencionada, la cual indica un conductor 2 en aluminio AWG. La tubería para cada acometida, donde se alojaron: una fase de 500 AWG, un neutro de 500 AWG y una tierra de 2 AWG en aluminio, fue tubo PVC de 4 pulgadas que cumple con el factor de ocupación menor al 30% ver Anexo 10 (memorias de cálculo factor de ocupación), se utilizaron 2 ductos de PVC en 4 pulgadas para las dos líneas trifásicas que se requieren.. 15.

(23) La constante de regulación trifásica fue obtenida de la Tabla 5. Constantes de regulación y características de los conductores de aluminio AWG. Fuente norma Codensa, dando una constante de 3.50184e-4 se divide en dos ya que se utilizan dos acometidas resulta de 1.75e-4. %/KVA*m Regulación parcial es la relación del momento por la constante de regulación. Reg. Parcial= (5114 KVA*m)* (1.75e-4. %/KVA*m)=0.895350% Regulación acumulada es la es la suma de la regulaciones parciales hasta el punto final seleccionado en este caso es (0.245129%+0.895350%)=1.14048% Resistencia del conductor de 500 AWG en AL es de 0.12776 ( por las acometidas que se utilizan y la resistencia da 0.06380 (. ver tabla 5. Se divide en dos. Resistencia por tramo. Es la relación de la resistencia del conductor por la longitud en km L=80m=0.080 km R.Tramo=0.08km*0.06380 (. =0.0051. Perdida por tramo es la relación de la resistencia por tramo y la corriente al cuadrado multiplicado por el número de conductores asumiendo que la corriente del neutro es cero. Per. Tramo= (3*0.0051 )*(177.42 A *177.42 A)=482.62 W Perdidas acumulada es la es la suma de la perdidas por tramos hasta el punto final seleccionado en este caso es 1102.75 W. . Acometida del BP-1 hasta armario de medida de la torre más lejana (AM-1:T2). Carga instalada 13.46 KVA Tensión de servicio (208*√ ) V Corriente nominal In=. √. =37.631 A. Corriente de protección en BT Ip= In*1.25= 46.702 A Longitud del preformado BP-4 hasta torre 2 armario-1 L=63m Momento es la relación entre la potencia y la longitud de la acometida Mom= 63m*13.46 KVA=848 KVA*m Protección seleccionada interruptor DX tripolar de 50 A debido a que la corriente de protección es de 46.702 A 16.

(24) La acometida fue seleccionada de acuerdo a la protección de 50 A, como en este caso la distancias de ubicación del armario de medidores es de 63 metros por lo cual la regulación es alta y un cable de 2/0 AWG soporta una corriente de 150 A es alto en corriente pero bajó la regulación lo que dio como resultado el cumplimiento de la norma CODENSA menor o igual al 5%, por lo que se seleccionaron los siguientes conductores (3x2/0+1x2/0) aluminio AWG ver Anexo 6 (memorias de cálculo regulación en AL). Para la selección del conductor para la tierra se calculó con la Tabla 7. Calibre mínimo de los conductores, equipos y canalizaciones de puesta a tierra. Norma NTC 2050. Se eligió el conductor de tierra de acuerdo a la protección dando como resultado un conductor 6 en aluminio AWG. La tubería seleccionada para cada acometida conformada por una fase de 2/0 AWG un neutro de 2/0 AWG y una tierra de 6 AWG en aluminio fue tubo PVC de 3 pulgadas que cumple con el factor de ocupación menor al 30% ver Anexo 10 (memorias de cálculo factor de ocupación). Constante de regulación trifásica. Es obtenida de la Tabla 5. Constantes de regulación y características de los conductores de aluminio AWG. Fuente norma CODENSA, dio una constante de 1.09e-4. %/KVA*m Regulación parcial es la relación del momento por la constante de regulación. Reg. Parcial= (848 KVA*m)* (1.09e-4. %/KVA*m)=0.9248% Regulación acumulada es la es la suma de la regulaciones parciales hasta el punto final seleccionado en este caso es (1.14%+0.9248%)=2.065% Resistencia del conductor de 2/0 AWG en AL es de 0.48 ( ver Tabla 5. Constantes de regulación y características de los conductores de aluminio AWG. Fuente norma CODENSA. Resistencia por tramo. Es la relación de la resistencia del conductor por la longitud en km. L=63m=0.063 km R.Tramo=0.063km*0.48 (. =0.030. Perdida por tramo es la relación de la resistencia por tramo y la corriente al cuadrado multiplicado por el número de conductores asumiendo que la corriente del neutro es cero. Per. Tramo= (3*0.030 )*(37.36 A *37.36 A)=126.643 W Perdidas acumulada es la es la suma de la perdidas por tramos hasta el punto final seleccionado en este caso es 1229.4 W. Para ver las pérdidas de las otras torres de este barraje preformado ver Anexo 6 (memorias de cálculo regulación en AL). . Acometida del armario de medida 1 torre 2 hasta tablero apartamento más lejano (29 metros). Carga instalada 3.34 KVA 17.

(25) Tensión de servicio (120) V Corriente nominal In=. =27.829 A. Corriente de protección en BT Ip= In*1.25= 34.786 A Longitud del AM-T2 hasta apartamento más lejano L=29m Momento es la relación entre la potencia y la longitud de la acometida Mom= 29m*3.34 KVA=97 KVA*m Protección seleccionada interruptor DX mono polar de 50 A debido a que la corriente de protección es de 34.786 A Acometida seleccionada de acuerdo a la protección de 50 A, la distancias al que está ubicado el armario de medidores es de 29 metros por lo cual la regulación es normal un cable de 6 AWG soporta una corriente de 60 A, se eligieron los siguientes conductores (1x6+1x6) aluminio AWG ver Anexo 6 6 (memorias de cálculo regulación en AL). Para la selección de la tierra se calculó a partir de la Tabla 7. El conductor de tierra de acuerdo a la protección dio como resultado un conductor 6 en aluminio AWG. La tubería para cada acometida, conformada por una fase de 6 AWG un neutro de 6 AWG y una tierra de 6 AWG en aluminio, fue tubo PVC de 1 pulgada que cumple con el factor de ocupación menor al 30% ver Anexo 10 (memorias de cálculo factor de ocupación). Constante de regulación monofásica. Es obtenida de la Tabla 5. Constantes de regulación y características de los conductores de aluminio AWG. Fuente norma CODENSA, dio una constante de 1.09e-4. %/KVA*m, pero como es monofásica se multiplica por 6 según normas CODENSA, lo cual da como resultado una constante monofásica de 3.098e-2%/KVA*m. Regulación parcial es la relación del momento por la constante de regulación. Reg. Parcial= (97 KVA*m)* (3.098e-2. %/KVA*m)=3% Regulación acumulada es la suma de la regulaciones parciales hasta el punto final seleccionado en este caso es (2.065%+3%)=5.065% al margen de la regulación al punto más lejano del proyecto. Resistencia del conductor de 6 AWG en AL es de 2.43 ( ver tabla 5. Constantes de regulación y características de los conductores de aluminio AWG. Fuente norma CODENSA. Resistencia por tramo. Es la relación de la resistencia del conductor por la longitud en km L=29m=0.029 km 18.

(26) R.Tramo=0.029km*2.43 (. =0.0705. Perdida por tramo es la relación de la resistencia por tramo y la corriente al cuadrado multiplicado por el número de conductores asumiendo que la corriente del neutro es cero. Per. Tramo= (0.0705 )*(27.82 A *27.82 A)=54.65 W Perdidas acumulada es la es la suma de la perdidas por tramos hasta el punto final seleccionado en este caso es 1284.05 W. Para ver las pérdidas de los apartamentos del proyecto ver Anexo 6 (Memorias de cálculo regulación en AL). . Coordinación de protecciones en baja tensión por selectividad. La coordinación de protecciones en baja tensión tiene que garantizar la coordinación en cascada de los interruptores que con forman el proyecto, para lo cual se aplicó la norma IEC 60947-1, la cual es nombrada por la NTC 2050. En el Anexo 15 (coordinación de protecciones) donde se especifica que se deben realizar fallas de sobre corrientes para determinar que las protecciones actúan en cascada y protegen los equipos. Se simularon en tres casos para este proyecto: Caso 1: En el caso 1 se simuló una falla de sobre corriente de 80A para las protecciones de un apartamento en el cual se definió un interruptor mono polar de 20A con una corriente de cortocircuito de 6KA que se instaló en el tablero del apartamento, despejando la falla en un tiempo de 0.0038 s según lo establecido en el Anexo 15 específicamente en la gráfica 9. Si se diera el caso y el interruptor termo magnético de 20 A no despeja la sobrecarga, el interruptor de 50A del armario de medidores despejaría la falla en un tiempo estimado de 65 segundos, adicional el interruptor de 250A ubicado en el TGA no sería afectado por la falla. Lo cual indica que se cumple con la coordinación por selectividad, adicional a eso la corriente de cortocircuito del interruptor es 10KA lo cual indica que es mayor a la de la protección del apartamento de 20A. Caso 2: En el caso 2 se simuló una falla de sobre corriente de 300A para las protecciones de un armario de medidores en el cual se definió un interruptor tripolar de 50A con una corriente de cortocircuito de 10KA, despejando la falla en un tiempo de 0.0055 s según lo establecido en el Anexo 15, específicamente en la gráfica 11. Si se diera el caso y el interruptor termo magnético de 20 A no despeja la sobrecarga, el interruptor de 250A del tablero general despejaría la falla en un tiempo estimado de 250 segundos, adicional el interruptor de 1000A ubicado en el TGA no lo afectaría la falla. Lo cual indica que se cumple con la coordinación por selectividad, adicional a eso la corriente de cortocircuito del interruptor es 20KA lo cual indica que es mayor a la de la protección de 50A. Caso 3: En el caso 3 se simuló una falla de sobre corriente de 1250A para las protecciones del tablero general en el cual se define un interruptor tripolar de 250A con una corriente de cortocircuito de 20KA, despejando la falla en un tiempo de 0.015 s según lo establecido en Anexo 15, específicamente en la gráfica 13. 19.

(27) Si se diera el caso y el interruptor termo magnético de 250A no despeja la sobrecarga, el interruptor de 1000A del tablero general despejaría la falla en un tiempo estimado de 225 segundos. Lo cual indica que se cumple con la coordinación por selectividad, adicional a eso la corriente de cortocircuito del interruptor es 50KA lo cual indica que es mayor a la de la protección de 250A. . Verificación del conductor mayor de baja tensión. Como se muestra en la gráfica-1 se puede realizar la inspección del conductor de 500 MCM en aluminio donde se observó el tiempo de ruptura de las propiedades físicas del conductor expuesto a una corriente de cortocircuito alta. Protección en baja tensión= 1000 A Tensión (208*√ ) V Corriente de cortocircuito 18.50 KA Cable de mayor denominación 500 MCM AL. Gráfica 1 (Tiempo de resistencia para corrientes de corto. Fuentes IEE242).. td max= 3.8 s td (BT)=50 ms 20.

(28) El tiempo de despeje máximo que puede soportar el cable con una falla td max para el cable 500 MCM aluminio con una corriente corto circuito de 18,50 KA es de 3,8 s, con la protección seleccionada el tiempo de despeje es de 50 ms, por lo tanto el cable soporta el incremento de temperatura en caso de un caso de un corto circuito. . Evaluación de riesgo eléctrico.. El presente estudio correspondiente a la evaluación de nivel de riesgo para el proyecto en mención, se realizó con base en la norma NTC 4552-1-2-3 (Protección contra descargas atmosféricas). Este estudio consiste en saber si la edificación requiere un apantallamiento, que es la protección contra descargas atmosféricas y los resultados de la evaluación de riesgos se encuentran en el Anexo 16 donde se concluye lo siguiente: a) No es necesario construir un sistema de protección externa contra descargas atmosféricas b) A su vez se hace necesario un sistema de protección interna (DPS), para protección de equipos. c) Se debe construir un sistema de puesta a tierra, cumpliendo con los parámetros de la norma IEEE 80-2000 . Sistema de puesta a tierra. El Cálculo del sistema de puesta a tierra se presenta en el anexo 14 (Memorias del Sistema de Puesta a Tierra); en donde se realiza el estudio a partir de la metodología y recomendaciones de la norma IEE-80-IEC62305-NTC4552 Y RETIE2013. Apoyado con el software de tierras CYM.GRD 6.3 Para el modelamiento de la puesta a tierra el software utiliza un modelo del terreno en dos capas (Ver Anexos A y B de la Norma IEEE 81) elaborado a partir de las mediciones de resistividad aparente del terreno tomadas mediante el método de Wenner. Para el cálculo del valor de resistencia de puesta a tierra y la evaluación de las tensiones de seguridad el software utiliza el método de segmentación e integración. 3.5. ESTUDIO ECONÓMICO Y COMPARATIVO IMPLEMENTANDO CONDUCTORES ELÉCTRICOS DE COBRE Y ALUMINIO.. Se procedió hacer el cálculo de las pérdidas del proyecto en general que se pueden evidenciar en el los anexos 5, 6,7 de la memoria de cálculo. Después de obtenidas las pérdidas se realizó el cálculo de estas desde el trasformador hasta los armarios de medida, allí se promedia un factor de pérdida al día de 12 horas y un costo promedio de 350 pesos el KW/h obtenemos Las pérdidas al día en la acometida de aluminio son de $17,585 al mes de $527,560 y al año de 6, $330,716, las pérdidas calculadas son solo hasta los armarios de medida como lo indica el anexo 11.. 21.

(29) Las pérdidas al día en la acometida de cobre son de $14,881 al mes de $446,430 y al año de 5, $357,168, pérdidas solo hasta los armarios de medida como lo indica el anexo 11. La diferencia de las pérdidas de cobre con respecto al aluminio anual son de $973.549 Perdidas en la acometida en aluminio desde el transformador hasta el armario de medida 1 de la torre 2. Día= $5.163 Mes =$154.904 Año = $1.858.846 Perdidas en la acometida en cobre desde el transformador hasta el armario de medida 1 de la torre 2. Día= $4.357 Mes =$130.732 Año = $1.568.790.51 La diferencia de las pérdidas de cobre con respecto al aluminio anual son de $290.056 Precio unitario de la acometida en aluminio= 23.825.824 $ Precio unitario de la acometida en cobre= 42.535.783 $ El estudio económico detallado se muestra en el Anexo 16 (Análisis de Precios Unitario APU) se realizó para la acometida que va desde el transformador hasta el armario de medidores 1 de la torre 2 y comprobando que la utilización del cobre es 1.8 veces más costoso que la implementación de cable en aluminio para esta acometida, lo cual nos indica que la diferencia si fuera todo el proyecto sería aún más alto Diferencia entre la implementación de las acometidas en aluminio y cobre es= 18.709.958 $ La recuperación de la inversión para la acometida en cobre seria de 64.5 años para esta acometida aproximadamente asumiendo que el precio del kilovatio hora se mantenga constante.. 22.

(30) 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. . Hay que conocer las normas de los operadores de red puesto que no todos se rigen a los cálculos de la NTC 2050, en el caso de CODENSA para la selección del transformador y los armarios de medida.. . Para la selección de la acometida el factor más redundante es el de la regulación.. . El cálculo de los conductores puede ser mayor o igual que al de la protección,. . El tiempo de actuar de las protecciones ante una falla es tan rápido que si un conductor está bien calculado y es mayor o igual a la protección en caso de un cortocircuito no se deteriora el conductor ni pierde sus propiedades a pesar que fluye una corriente extremadamente alta.. . La diferencia de los precios del cable en cobre y aluminio es amplia y es decisión del cliente a la hora de la inversión, saber el costo de recuperación de esta. En cuanto a las pérdidas que se generan en los dos materiales.. . La implementación de los conductores en cobre es casi dos veces más costoso.. . Esta pasantía enriqueció los conocimientos previos al diseño eléctrico y se aprendió nuevas normas, manejos de software y diversos cálculos necesarios para la presentación de un proyecto.. . Se recomienda hacer el diseño eléctrico para proyectos de pasantía en otras regiones del país para conocer los requerimientos de otro operador de red distinto a CODENSA.. . Se recomienda el estudio del diseño para proyectos de estratos altos.. 23.

(31) 5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. Ministerio de minas y energía. (2013). RETIE (reglamento de instalaciones eléctricas). Colombia: Ministerio de minas y energía. (2010). RETILAP (reglamento técnico de iluminación y alumbrado público).Colombia Instituto colombiano de normas técnicas y certificación. (1998). NTC 2050 (norma técnica colombiana basada en el National Electrical Code). Colombia Instituto colombiano de normas técnicas y certificación. (2008). NTC – 4552(norma técnica colombiana artículo de las protecciones contra descargas atmosféricas parte 1).Colombia Instituto colombiano de normas técnicas y certificación. (2008). NTC – 4552(norma técnica colombiana artículo de las protecciones contra descargas atmosféricas parte 2).Colombia Instituto colombiano de normas técnicas y certificación. (2008). NTC – 4552(norma técnica colombiana artículo de las protecciones contra descargas atmosféricas parte 3).Colombia Normas de operadores de red CODENSA. Colombia Instituto de ingenieros eléctrico y electrónico (2001) IEEE 242.internacional Comisión electrotécnica internacional (2003) IEC 60947-1, internacional Guía de potencia (2011) Legrand. Colombia http://www.tesla.com.co/Especificaciones transformadores tesla .Colombia. 24.

(32) 6. ANEXOS. 25.

(33)