Software de diseño de redes eléctricas de distribución DIRED CAD Ver Walter Sánchez Moyna

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Software de diseño de redes

eléctricas de distribución

“DIRED –CAD Ver 2012”

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SOFTWARE DE

DISEÑO DE REDES

ELÉCTRICAS DE DISTRIBUCIÓN

“DIRED –CAD VER 2012”

Primera edición

Enero, 2012

Lima - Perú

© Walter Sánchez Moyna

PROYECTO LIBRO DIGITAL

PLD 0449

Editor: Víctor López Guzmán

http://www.guzlop-editoras.com/

facebook.com/guzlopster

twitter.com/guzlopster

428 4071 - 999 921 348

Lima - Perú

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PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)

El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación

(papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital

y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos

económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de

edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados.

Un libro digital, también conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrónico, es una

versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para

ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al

libro impreso.

Entre las ventajas del libro digital se tienen:

• su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad),

• su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica),

• su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de

la competición por la influencia cultural),

• su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes

sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento),

• su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta

incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de

investiga-ción de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras.

Algunos objetivos que esperamos alcanzar:

• Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con

todas las características de un libro impreso) en formato digital.

• Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus

contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta.

• Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas

tecnologías.

• El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos

de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la

educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente.

• El per sonal docente jugará un rol de tutor, facilitador y conductor de proyectos

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de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones

electró-nicas recomendadas.

• Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y

mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso.

En el aspecto legal:

• Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo

que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita.

• Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.

Lima - Perú, enero del 2011

“El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica”

Víctor López Guzmán

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1

XIX CONIMERA

TITULO TRABAJO: SOFTWARE DE DISEÑO DE REDES

ELECTRICAS DE DISTRIBUCION “DIRED –CAD Ver 2012”.

AUTOR: ING. WALTER SANCHEZ MOYNA CIP: 57852

INSTITUCIÓN : ABS INGENIEROS SAC

1 RESUMEN

El DIRED-CAD es una herramienta tecnológica de última generación que unifica todas las fases de diseño de una red de distribución eléctrica (Media tensión y baja tensión) en un solo entorno completamente gráfico y muy amigable, desarrollando los cálculos de perfiles de tensión, perdidas, balance de cargas y otros relacionados en forma automática en tiempo de diseño.

Integra en su propio entorno, bases de datos de estructuras, soportes, conductores, luminarias y otros. Todas las bases de datos son editables y configurables por el usuario.

Todas la opciones de diseño son accesibles a través de iconos gráficos y menús, los mismo que están distribuidos en una secuencia lógica desde el punto de vista del flujo de desarrollo de un proyecto de esta naturaleza.

Cuenta con opciones de configuración de los principales parámetros de diseño, lo cual lo hace versátil para adaptarse a cualquier norma técnica nacional o internacional.

Todas estas características han hecho del DIRED-CAD el software más utilizado en el Perú por profesionales y empresas tanto en la fase de diseño como en la fase de construcción.

2 INTRODUCCION

En el Perú, en los últimos 15 años, en el objetivo de elevar el coeficiente de electrificación se ha dado un énfasis significativo al desarrollo de los proyectos de electrificación rural.

Con la puesta en vigencia del Nuevo Código Nacional Eléctrico Suministro 2001, se ha introducido exigencias adicionales en los requerimientos técnicos de las instalaciones eléctricas, particularmente en lo referente a las redes de Media y Baja Tensión. Lo que ha conllevado a que muchas de las redes eléctricas de las grandes ciudades tengan que renovarse y adecuarse a los requerimientos del nuevo CNE.

Los diseños de cualquiera de estos proyectos son un trabajo de ingeniería que requiere de herramientas tecnológicas acordes a los requerimientos y exigencias de nuestros tiempos.

Como una respuesta a estas necesidades de la Ingeniería, en el año 2004 el mismo autor desarrolló las primeras versiones de un software independiente para el desarrollo exclusivo de diseños de redes aéreas de baja tensión.

En el año 2009 fue publicada una versión mejorada de esta herramienta con alcances similares que la publicación inicial pero con opciones de usuario más versátiles y amigables.

La publicación actual es una versión mucho más amplia que integra todas las opciones de las versiones anteriores y expande su

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2 capacidad al desarrollo de redes de baja

tensión y redes de media tensión aéreas y subterráneas.

3 CALCULOS DE REDES DE

DISTRIBUCIÓN

3.1 CALCULOS ELECTRICOS

En el diseño de una red de baja tensión, tipicamente se desarrollan los calculos de perfiles de tensión y las pérdidas de potencia por efecto resistivo de los conductores.

RESISTENCIA DEL CONDUCTOR

La resistencia del conductor a la temperatura de operacion del diseño se calcula de la siguiente forma:

))

.(

1 .(

f i i f

R

T

R









f

R

: Resistencia final a la temperatura de diseño

.

i

R

: Resistencia inicial a la temperatura de referencia



: Coeficiente de variación de temperatura por efecto térmico.

f

T

: Temperatura de diseño i

T

: Temperatura de referencia

Cuadro de α Tipicos (T=20°C): Cobre % IACS Coeficiente α

101.00 0.00397 100.00 0.00393 98.40 0.00387 97.80 0.00384 96.66 0.00380 93.15 0.00366 Aluminio 1350 %IAC Coeficiente α

64.0 0.00423 63.0 0.00416 62.0 0.00410 61.0 0.00403

REACTANCIA INDUCTIVA (

X

L): Considerando un conductor por fase, la reactancia Indutiva para conductores de Cobre, Aluminio o aleaciones de Aluminio.

)

/

..(

...

.

L

Ohms

km

W

X

_L



_k

f

W



2 .



.

)

/

...(

...

10 )

Re

(

.

6 ,

4

2

1

4

km

Hr

x

De

Log

L

_K



_

 

_





f

: Fecuencia de la red en (Hz) K

L

: Inductancia unitaria (Hr/km)

De

: Diametro Medio Geométrico DMG, de la configuración de las fases.

Re

: Radio equivalente por fase

De y Re, se calculan de acuerdo a la configuración geométrica de los conductores en los circuitos.

SISTEMA CONVENCIONAL (CPI)

RT ST RS e

D

(

3 

)



.

N AP e

D

(

1 

)



_ RT ST RS e

D

(

1 

)



;

2 / 1

















S

R

_e

S

: Sección del conductor sin cubierta. Fig. 01

(7)

3 SISTEMA CON CONDUCTORES

AUTOPORTANTES. RT ST RS e

D

(

3 

)



.

R AP e

D

(

1 

)



_ RT ST RS e

D

(

1 

)



;

Rc

K

R

_e



_r

.

Rc: Radio del conductor cableado sin cubierta.

La constante “Kr” esta definido segun la tabla siguiente: N° Hilos del Conductor Factor “Kr” 7 0.726 19 0.758 37 0.768 61 0.772 91 0.774 127 0.776

CÁLCULO DE CAIDA DE TENSIÓN:

3

10 .

.







V

I

L

K

t









R

Cos

X

Sen

K

t

(

3 )



3 .

.



l

.









R

Cos

X

Sen

K

_t

(

1 )



2 .

.



_l

.

Pérdidas por Fase (W): f

W

I

L

R

P



2

.

I

: Corriente de Linea (Amp)

L

: Longitud de circuito (m) t

K

: Factor de Caida de tensión



Cos

: Factor de Potencia

Determinacion de Numero de Puntos de Iluminacion.

Para este caso se toma en cuenta el consumo mensual de alumbrado Publico. Y en base a ello se determina el numero de Puntos de iluminacion tomando en cuenta la potencia promedio de la lamparas de iluminaciona ser utilizadas.

Nu

KALP

CMAP



.

)

/(

)

100 (

CMAPx

NHMAPxPPL

PI



CMAP

: Consume mensula de AP en kWh

KALP

: Factor de AP en kWh/Usuario-mes

Nu

: Numero de usuarios de la localidad

PI

: Numero de Puntos de iluminación

NHMAP

: Numerop de horas mensuales de AP (horas/mes).

PPL

: Potencia Promedio de las lamparas de AP en Watts.

(8)

4 X

p Wc

3.2 CALCULOS MECANICOS DEL

CONDUCTOR

MODELO GENERAL DE LA CATENARIA

)

(

*

Cosh

X

C

Y



(Ecuación de la Catenaria)

Wc

T

C



0 _;₍ PARÁMETRO DE CATENARIA)

)

(

.

Cosh

X

C

To

T



(TIRO DEL

CONDUCTOR EN CUALQUIER PUNTO DE LA CATENARIA)

CÁLCULOS EN UN VANO TÍPICO

Tomando el diagrama siguiente como un ejemplo genérico. F (Xm,Ym) (XB,YB) (XA,YA) X Y (Xo,Yo) h XB XA a/2 a/2 a TB TA



























C

a

Senh

C

h

ArcSenh

C

Xm

2

2 .

2 /

a

X

A



m



_;

_X

_a

_/

₂

X

B



m



Longitud de Catenaria:















C

X

Senh

C

L

A

.

A ;















C

X

Senh

C

L

B B

.

Tiros en los extremos:

2 2 A C A

W

C

L

T





;

T

_B



W

_C

C

2



L

2_B Cálculo de la Flecha:









































1

2 .

C

a

Cosh

C

X

Cosh

C

F

m















C

X

Cosh

C

Y

A A

.

;















C

X

Cosh

C

Y

B B

.

Donde: To : Tiro horizontal. C : Parámetro de catenaria. Wc : Peso unitario del conductor. h : Desnivel

a : Vano Horizontal

Xm : Valor X del punto medio de la catenaria.

ECUACIÓN DE CAMBIO DE ESTADO

1 01 02 1 1 2 1 2

.(

)

L

AE

T

L

















Haciendo:

A

T

A

T

₀₂ 02 01 01



;







Se obtiene la ecuación:  Y To T dx c Fig. 03 Fig. 04

(9)

5





2 1 2 2 1 2 02 2 2 2 2 2 02

)

2 (

4 )

2 (

4 h

C

a

Senh

C

h

A

aw

Senh

w

A

E

r r





1 



.(



2





1

)







01





02



E

Siendo la única variable desconocida



02,

se resuelve esta ecuación mediante métodos numéricos obteniendo el valor de

02



y finalmente calcula: 2 02 2 r

W

A

C





Una vez calculado el parámetro C2, para la condición 2, la catenaria queda definida y se calcula las demas variables aplicando las formulaciones descritas.

4 CARATERISTICAS Y

ALCANCES GENERALES DEL

DIRED-CAD 2012

El DIRED-CAD es un software de diseño de redes de distribución eléctrica en Baja y Media Tensión. Es la herramienta más moderna de su género en nuestro medio totalmente independiente de cualquier otra plataforma. Trabaja en entorno Windows XP, Windows Vista, Windows 7.

Cuenta con una interface gráfica de diseño en vista de planta muy amigable, donde el ingeniero desarrolla su diseño haciendo uso del ratón y el software va recalculando en todo momento las condiciones eléctricas del proyecto en todos los nodos.

Requiere como dato de entrada el archivo del catastro urbano (Lotización en formato DXF). El DIRED-CAD recupera estos

archivos y lo convierte a su propio entorno de trabajo, manteniendo las escalas de diseño.

4.1 DATOS QUE INCORPORA

Cuenta con Bases de datos propias para los elementos principales requeridos para el diseño tales como:

 Base de datos de estructuras (Baja y Media Tensión)

 Base de datos de soportes (madera, concreto, metal).

 Base de datos de conductores (Baja y Media Tensión).

 Base de datos de de Luminarias  Tabla de tipos de PAT.

 Tabla de tipos de subestaciones Todas las Bases de datos son accesibles y editables por el usuario lo que le permite agregar nuevos elementos o editar los existentes de acuerdo a sus propios requerimientos.

4.2 PRINCIPALES OPCIONES DE

DISEÑO

Todas las opciones de diseño se pueden desarrollar en forma grafica haciendo uso del ratón.

 Ubicación de la Subestación en la posición más conveniente.

 Trazo del recorrido de los circuitos  Ubicación de los soportes y armados  Agregar o eliminar acometidas.

 Agregar o eliminar luminarias en vista de planta.

 Agregar retenidas en vista de planta.  Modificación del recorrido de circuitos.  Opciones de edición de soportes

(10)

6  Opciones de edición de cargas por tipo

y por demanda.

 Numeración automática de soportes, en forma correlativa por estructuras o por nodos

 Cambio de conductores por tramos y en forma global.

 Opciones de corte de circuitos y traslado de cargas a otros circuitos, en forma grafica.

 Permite derivaciones aéreas para circuitos y nuevas cargas.

 Etc.

4.3 CÁLCULOS QUE

DESARROLLA

El DIRED-CAD, desarrolla automáticamente y en tiempo de diseño:  Cálculo de caída de tensión en todos

los nodos y colas

 Pérdidas por circuito y por subestación  Balance de cargas por Subestación _{Cálculo mecánico de conductores} _{Evaluación de corrientes por devanado}

Previo a la fase de diseño, el usuario tiene la opción de recalcular y actualizar los parámetros eléctricos según la temperatura de diseño (Por configuración geométrica de estructuras o por configuración de conductores, según sea el caso).

Con estas opciones, el Ingeniero de diseño podrá apreciar en todo momento las condiciones de su diseño y corregir los posibles errores, de acuerdo a las alarmas gráficas que va presentando el programa. Todos los cálculos se actualizan en forma automática cada vez que se agrega o modifica una carga o algún elemento relacionado al diseño.

De esta forma el usuario podrá verificar en todo momento las condiciones de caída de tensión en colas y tomar las acciones correctivas que requiera.

4.4 PRINCIPALES REPORTES

 Cuadros de caída de tensión por circuito y subestación (Fig. 04)

 Planillas de estructuras por circuito y subestación (Fig. 05)

 Tablas de cálculo mecánico de conductores

 Cuadro resumen de materiales

Todos los reportes tienen la opción de ser exportados directamente a Excel.

(11)

7

4.5 PLANOS DE DISEÑO

Los planos de los diseños desarrollados, son exportados a formato DXF (Compatible con Autocad) para su impresión, con todos los detalles del diseño desarrollado.

 Planos de Red Baja Tensión  Planos de Red de Media Tensión  Diagramas de carga para baja

tensión (Por Subestación)

 Diagramas unifilares para media tensión (Por punto de alimentación) Cada tipo de plano es exportando en diferentes capas, para facilitar el manejo posterior de los elementos de impresión.

5

CONCLUSIONES

El DIRED-CAD 2012 incorpora en un solo entorno de diseño las herramientas necesarias para analizar las redes de baja tension y las redes de Media tensión, pudiendo ser utilizado tanto en la fase de diseño de proyectos nuevos como para los proyectos de remodelacion de redes existentes.

La versatilidad de esta aplicacion, permitirá a los usuarios que desarrollan de proyectos de esta naturaleza optimizar significativamente los tiempos, reducir los margenes de error de los calculos y en suma mejorar ampliamente la calidad y resultados de los diseños de Ingeniería. De esta manera el DIRED-CAD se convierte en nuna herrameinta tecnológica

fundamental para el desarrollo de proyectos de Distribucion Electrica (Baja tension, Media Tension), lo que significa un aporte muy importante a la Ingenieria principalmente en el sector Electromecánico.

6 BIBLIOGRAFIA

 Cálculo de Lineas y Redes Eléctricas : Ramon M. Mujal.

 Proyectos de Electrificación : Ing. Miguel Angel Sarzo

 Código Nacional Eléctrico Suministro 2001 : DGE/MEM – Peru

 Norma DGE - 018 : DGE/MEM – Peru  Overhead Conductor Manual 2nd

Edition : Southwire Company Lima, Junio del 2011 Ing. Walter Sanchez Moyna

CIP: 57852

Email: [email protected] Telf: 221-7957

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8

ANEXOS:

Fig, 02: Vista general del entorno de diseño del DIRED-CAD

Fig, 03: Entorno de diseño, se epude apreciar los % de caida de tensión en colas y una

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9

Fig. 04: Ventana de presentación del reporte de perfiles de caída de tensión por nodos.

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