Memorias Retie Sistema Fotovoltaico SENA Valledupar PDF

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Memorias de cálculo eléctricas para elsistema de generación fotovoltaico SenaValleduparDiciembre 20202PROYECTO SENA VALLEDUPARDISEÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICOING. EMMANUEL SANDOVAL LÓPEZM CN205-5PRESENTACIÓN DEL PROYECTOEl proyecto consiste en la instalación de dos subsistemas de autogeneración deene...

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Memorias de cálculo eléctricas para el sistema de generación fotovoltaico Sena Valledupar

Diciembre 2020

PROYECTO SENA VALLEDUPAR

DISEÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO

ING. EMMANUEL SANDOVAL LÓPEZ

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2

M.P CN205-11207

NOMBRE DEL PROYECTO: Centro Biotecnológico del Caribe VALLEDUPAR DIRECCIÓN DEL PROYECTO: Kilometro 7 Salida la Paz DISEÑADOR: EMMANUEL SANDOVAL LÓPEZ

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TELEFONO: 3204318251

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4

PRESENTACIÓN DEL PROYECTO El proyecto consiste en la instalación de dos subsistemas de autogeneración de energía solar fotovoltaica On-Grid con inyección cero a la red, de las siguientes características: SUBSISTEMA 1 capacidad instalada en DC de 127,60kWp y una capacidad instalada en AC de 120kWp, conexión a la red eléctrica de baja de tensión (208V/120V 3ph) en el tablero eléctrico de la subestación del Sena. Los componentes del sistema, están definidos de la siguiente forma: 290 paneles de 440Wp 6 inversores Fronius de 15kW 1 gabinete de protecciones en DC 1 tablero fotovoltaico 1 sistema de inyección cero, compuesto por un medidor Fronius y un Datamanager. SUBSISTEMA 2 capacidad instalada en DC de 127,60kWp y una capacidad instalada en AC de 120kWp, conexión a la red eléctrica de baja de tensión (208V/120V 3ph) en el tablero eléctrico de la subestación del Sena. Los componentes del sistema, están definidos de la siguiente forma: 132 paneles de 440Wp 3 inversores Fronius de 15kW 1 gabinete de protecciones en DC

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5

1 tablero fotovoltaico

A continuación, se define la tabla 10.1 del Retie con los campos que aplican y no aplican para el proyecto. LITERAL A B C D E F G H I J

K L

M N O P Q R S T U V W

TABLA NUMERAL 10.1 RETIE DESCRIPCIÓN Análisis y cuadros de cargas iniciales y futuras, incluyendo análisis de factor de potencia y armónicos Análisis de coordinación de aislamiento eléctrico. Análisis de cortocircuito y falla a tierra Análisis de nivel de riesgo por rayos y medidas de protección contra rayos Análisis de riesgos de origen eléctrico y medidas para mitigarlos. Análisis del nivel tensión requerido Cálculo de campos electromagnéticos para asegurar que en espacios destinados a actividades rutinarias de las personas, no se superen los límites de exposición definidos en la Tabla 14.1 Cálculo de transformadores incluyendo los efectos de los armónicos y factor de potencia en la carga. Cálculo del sistema de puesta a tierra Cálculo económico de conductores, teniendo en cuenta todos los factores de pérdidas, las cargas resultantes y los costos de la energía Verificación de los conductores, teniendo en cuenta el tiempo de disparo de los interruptores, la corriente de cortocircuito de la red y la capacidad de corriente del conductor de acuerdo con la norma IEC 60909, IEEE 242, capítulo 9 o equivalente Cálculo mecánico de estructuras y de elementos de sujeción de equipos. Cálculo y coordinación de protecciones contra sobrecorrientes. En baja tensión se permite la coordinación con las características de limitación de corriente de los dispositivos según IEC 60947-2 Anexo A Cálculos de canalizaciones (tubo, ductos, canaletas y electroductos) y volumen de encerramientos (cajas, tableros, conduletas, etc.) Cálculos de pérdidas de energía, teniendo en cuenta los efectos de armónicos y factor de potencia. Cálculos de regulación. Clasificación de áreas. Elaboración de diagramas unifilares. Elaboración de planos y esquemas eléctricos para construcción Especificaciones de construcción complementarias a los planos, incluyendo las de tipo técnico de equipos y materiales y sus condiciones particulares. Establecer las distancias de seguridad requeridas. Justificación técnica de desviación de la NTC 2050 cuando sea permitido, siempre y cuando no comprometa la seguridad de las personas o de la instalación. Los demás estudios que el tipo de instalación requiera para su correcta y segura operación, tales como condiciones sísmicas, acústicas, mecánicas o térmicas.

APLICA SI SI NO NO SI SI NO NO SI SI

SI NO

SI SI SI SI NO SI SI SI SI NO NO

Página

El sistema fotovoltaico de Valledupar tiene dos tableros fotovoltaicos, los cuales se alimentan a través de 2 tableros fotovoltaicos, que a su vez está conectado a 2 tableros de distribución del Sena. A continuación, se presenta los cuadros de carga correspondientes a los tableros fotovoltaicos.

6

A. CUADRO DE CARGAS

PROYECTO SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE VALLEDUPAR SUBSITEMA 1 CUADRO DE CARGA TABLERO FOTOVOLTAICO PISO 6

5000 5000 INVERSOR 3

5000 5000 5000

INVERSOR 5

5000 5000 15000

15000

15000

8 8 8 8 8 8 8 8 8

3X40

3X40

3X40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 30000

30000

3X40

3X40

3X40

8 8 8 8 8 8 8 8 8

TABLERO CARGA (W)

FASE T

FASE S

FASE R

TIPO DE CARGA

2 4 6 8 10 12 14 16 18 30000

CONDUCTOR AWG

CIRCUITO

T

OBSERVACIONES

5000 5000

INVERSOR 2 5000

5000 INVERSOR 4

5000 5000 5000

INVERSOR 6

5000 5000 15000

15000

15000

CARGA TOTAL (W)

90000

CORRIENTE In (A)

249,8150203

CARGA TOTAL (W) CORRIENTE In (A)

CORRIENTE In (A) X1,25

312,2687754

CORRIENTE In (A) X1,25

PROTECCIÓN TERMOMAGNETICA

300

PROTECCIÓN TERMOMAGNETICA

ACOMETIDA ELÉCTRICA

3X350F+350N+2T

ACOMETIDA ELÉCTRICA

tablero de generación fotovoltaica

5000

S

PROTECCIÓN (A)

CIRCUITO

PROTECCIÓN (A)

FASE T

5000

7

Tabla 1 Cuadro de carga Tablero de generación fotovoltaico piso 6

Página

tablero de generación fotovoltaica

FASES

R

INVERSOR 1

TOTAL (W)

CONDUCTOR AWG

CARGA (W)

FASE S

TIPO DE CARGA

FASE R

TABLERO

OBSERVACIONES

CARGA (W)

CARGA (W)

PROYECTO SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE MEDELLÍN CUADRO DE CARGA TABLERO FOTOVOLTAICO PISO 12

5000 5000 INVERSOR 3

5000 5000 10000

10000

10000

8 8 8 8 8 8

3X40

3X40

1 3 5 7 9 11 15000

15000

3X40

8 8 8

TABLERO CARGA (W)

FASE T

FASE S

FASE R

TIPO DE CARGA

2 4 6 8 10 12 15000

CONDUCTOR AWG

CIRCUITO

T

OBSERVACIONES

5000 INVERSOR 2

5000 5000

5000

5000

5000

CARGA TOTAL (W)

45000

CARGA TOTAL (W)

CORRIENTE In (A)

124,9075102

CORRIENTE In (A)

CORRIENTE In (A) X1,25

156,1343877

CORRIENTE In (A) X1,25

PROTECCIÓN TERMOMAGNETICA

150

PROTECCIÓN TERMOMAGNETICA

ACOMETIDA ELÉCTRICA

3X250F+250N+6T

ACOMETIDA ELÉCTRICA

tablero de generación fotovoltaica

5000

S

PROTECCIÓN (A)

CIRCUITO

PROTECCIÓN (A)

FASE T

5000

8

Tabla 2 Tablero de generación fotovoltaica piso 12.

Página

tablero de generación fotovoltaica

FASES

R

INVERSOR 1

TOTAL (W)

CONDUCTOR AWG

CARGA (W)

FASE S

TIPO DE CARGA

FASE R

TABLERO

OBSERVACIONES

CARGA (W)

CARGA (W)

CÁLCULO DE BARRAJES Para el dimensionamiento de los barrajes del Tablero fotovoltaico usaremos las normas NTC 3444 MEMORIAS DE CÁLCULOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE BARRAJES DATOS DEL TGFV 120,0 208 333,1

CARGA INSTALADA (kVA) VOLTAJE NOMINAL (V) CORRIENTE NOMINAL CARGA (A)

Corriente Barraje

CAPACIDAD AMPERIMÉTRICA (FASE) Evaluado con respecto al 150%(A) de la carga (NEUTRO) Evaluado con respecto al 70%(A) de la Fase (TIERRA) Evaluado con respecto al 70%(A) del Neutro

30X5 20X5 20X3

499,6 349,7 244,8

594 429 323

Cumple Cumple Cumple

429 323 204

Cumple Cumple Cumple

204 165 165

Cumple Cumple Cumple

DATOS DEL TABLERO FOTOVOLTAICO PISO 6 90,0 208 249,8

CARGA INSTALADA (kVA) VOLTAJE NOMINAL (V) CORRIENTE NOMINAL CARGA (A) CAPACIDAD AMPERIMÉTRICA (FASE) Evaluado con respecto al 150%(A) de la carga (NEUTRO) Evaluado con respecto al 70%(A) de la Fase (TIERRA) Evaluado con respecto al 70%(A) del Neutro

20X5 20X3 15X2

374,7 262,3 183,6

DATOS DEL TABLERO FOTOVOLTAICO PISO 12 45,0 208 124,9

CARGA INSTALADA (kVA) VOLTAJE NOMINAL (V) CORRIENTE NOMINAL CARGA (A) CAPACIDAD AMPERIMÉTRICA (FASE) Evaluado con respecto al 150%(A) de la carga (NEUTRO) Evaluado con respecto al 70%(A) de la Fase (TIERRA) Evaluado con respecto al 70%(A) del Neutro

15X2 12X2 12X2

187,4 131,2 91,8

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9

Tabla 3 Calculo de barrajes tablero fotovoltaico

B. Análisis de coordinación de aislamiento eléctrico Coordinación de Aislamiento eléctrico en DC

Tabla 4 Especificaciones técnicas panel solar 385W

La conexión en DC del sistema está conformada por 15 strings de 15 paneles solares de 440W + 9 strings de 17 paneles solares de 395W con las características de la tabla. Debido a que el voltaje que pueden alcanzar los paneles varía dependiendo de la temperatura y según su de conexión (circuito abierto o bajo carga), se debe calcular el rango de variación de voltaje para definir el aislamiento requerido según las ecuaciones mostradas a continuación.

𝑉𝑜𝑐(max) = 𝑁𝑠 ∗ 𝑉𝑜𝑐 ∗ (1 + (𝑇𝑚𝑖𝑛𝑜 − 25𝑜) ∗ 𝐾𝑉𝑜𝑐 𝑉𝑜𝑐(max) = 17 ∗ 49.2 ∗ (1 + (20 − 25𝑜) ∗ 0,29% = 858.5𝑉

𝑉𝑚𝑝(min) = 𝑁𝑠 ∗ 𝑉𝑚𝑝 ∗ (1 + (𝑇𝑚𝑎𝑥𝑜 − 25𝑜) ∗ 𝐾𝑉𝑜𝑐

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𝑉𝑚𝑝(min) = 17 ∗ 40.7 ∗ (1 + (30 − 25𝑜) ∗ 0,29 = 730,07𝑉

A partir de las ecuaciones anteriores se observa que el voltaje DC del sistema variara entre 775,78𝑉 y 660,6𝑉, por lo que todos los componentes del lado DC del sistema deberán tener un aislamiento de 1000V

Coordinación de Aislamiento eléctrico en AC El sistema en AC contará con un voltaje de 208V, por lo que todos los componentes de este lado del sistema deberán tener por lo menos un aislamiento para 600V.

C. Análisis de cortocircuito y falla a tierra (NA) El análisis de cortocircuito no va en el alcance de estas memorias, ya que este se realizó en media tensión, teniéndose en cuenta para la coordinación de protecciones y cálculo del transformador.

D. Análisis de riesgo por rayos y medidas de protección contra rayos

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Actualmente la sede cuenta con un sistema de apantallamiento para la protección contra descargas eléctricas atmosféricas.

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E. Análisis de riesgo de origen eléctrico y medidas para mitigarlo

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13

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14

Tabla 5 Matriz de riesgo eléctrico

FACTORES DE RIESGO ARCOS ELÉCTRICOS

Se respetaron distancias de seguridad, se especificaron conectores certificados para empalmes y uniones.

AUSENCIA DE ELECTRICIDAD

La ausencia de electricidad no significa un peligro inminente para las personas.

RECOMENDACIONES

CONTACTO DIRECTO

Tableros de acuerdo con la norma con aislamiento de partes activas, puesta a tierra, mantenimiento a realizar solamente por personal técnico capacitado.

CONTACTO INDIRECTO

Se respetaron distancias de seguridad, se cuenta con conexiones equipotenciales, sistema de puesta a tierra y se recomienda mantenimiento correctivo y preventivo.

CORTOCIRCUITO ELECTRICIDAD ESTÁTICA EQUIPO DEFECTUOSO

Se cuenta con interruptores automáticos con dispositivo de disparo de máxima corriente. Se cuenta con conexiones equipotenciales, sistema de puesta a tierra.

TENSIÓN DE CONTACTO

Diseño cumpliendo con las normas técnicas, puesta a tierra, mantenimiento solamente personal técnico capacitado. El Análisis de nivel de riesgo se cuenta con dispositivos de protección contra sobretensión internos en los inversores y la sede cuenta con un sistema de apantallamiento Se cuenta con interruptores automáticos con dispositivo de disparo de máxima corriente. Dimensionamiento de conductores y equipos de acuerdo con la norma. se cuenta con puesta a tierra de baja resistencia, restricción de accesos, alta resistividad del piso y sistema eléctrico equipotencializado

TENSIÓN DE PASO

se cuenta con puesta a tierra de baja resistencia, restricción de accesos, alta resistividad del piso y sistema eléctrico equipotencializado

RAYOS

SOBRECARGA

Tabla 6 Recomendaciones para prevención de riesgos eléctricos

En el diseño se evaluaron los factores de riesgo y se tomaron las medidas de protección requeridas para minimizar al máximo los mismos, logrando obtener un nivel de riesgo bajo, se deben implementar unas rutinas de mantenimiento preventivo y correctivo de las instalaciones eléctricas por parte de los diferentes usuarios, el cual debe ser realizado por personal técnicamente capacitado y tomando las medidas de seguridad Necesarias

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De acuerdo con la configuración del sistema el nivel de tensión requerido se definió de acuerdo al máximo de 1000V en DC del inversor, por lo tanto, todos los elementos que conforman el sistema

15

F. Análisis de tensión requerido

en DC deben contar con un rango de operación de voltajes en DC de máximo 1000Vdc El nivel de tensión de corriente alterna de la instalación eléctrica del proyecto, según la norma NTC 1340 se asocia al nivel I (Baja tensión).

G. Cálculo de campos electromagnéticos para asegurar que, en actividades de manejo rutinarias de las personas, no se supere los límites de exposición definidos en la tabla 14.1 (no aplica) H. Cálculo de transformadores incluyendo los efectos de los armónicos y factor de potencia en la carga. (no aplica) I. Cálculo del sistema de puesta a tierra

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16

El sistema fotovoltaico se conectará al bus de tierras perteneciente a la malla de puesta a tierra, ubicada en la subestación eléctrica. El sistema de generación DC se acoplará directamente al barraje mediante un conductor exclusivo. De igual manera se dispone de un conductor de tierra para la parte AC, el cual se equipotencializará al barraje de tierra del tablero de conexión a bodega. En el diagrama unifilar del anexo 1, se evidencia la forma de conexión a tierra

J. Cálculo económico de conductores, teniendo en cuenta todos los factores pérdidas, las cargas resultantes y los costos de la energía. Se realiza una analogía entre dos conductores para cada acometida, definiendo cuál de ellas es la que tiene un menor costo de energía mensual a 15 años de utilización. Opción 1 SUBSISTEMA

ORIGEN

Carga (KVA)

Calibre de conductor

Constante de Regulación

Resistencia

Resistencia

Equivalente Equivalente( (ohm/km) ohm)

Conductores Corriente x Fase Carga [A]

Corriente

Corriente

Carga al 125% [A]

conductor [A]

Perdidas Acometida

Conductor es (kW)

Perdidas Energia (kWh) 15 año s

Precio Precio conductor kw ($) ($)

Inversión inicial del conductor ($)

Costo mensual conductor ($)

TABLERO ELECTRICOS SENA

SUBSISTEMA 1

INVERSOR 1

15,00

6

3,12E-03

1,4812

0,088872

1

42

52

65

3X8F+ 8N+ 8T

0,462190274

60732

$

450 $

4.200 $

1.260.000 $

42.000

SUBSISTEMA 1

INVERSOR2

15,00

6

3,12E-03

1,4812

0,029624

1

42

52

65

3X8F+ 8N+ 8T

0,154063425

20244

$

450 $

4.200 $

420.000 $

14.000

SUBSISTEMA 1

INVERSOR3

15,00

6

3,12E-03

1,4812

0,029624

1

42

52

65

3X8F+ 8N+ 8T

0,154063425

20244

$

450 $

4.200 $

420.000 $

14.000

SUBSISTEMA 1

INVERSOR4

15,00

8

4,92E-03

2,35448

0,0470896

1

42

52

50

3X8F+ 8N+ 8T

0,244895525

32179

$

450 $

2.720 $

272.000 $

9.067

SUBSISTEMA 1

INVERSOR5

15,00

8

4,92E-03

2,35448

0,0470896

1

42

52

50

3X8F+ 8N+ 8T

0,244895525

32179

$

450 $

2.720 $

272.000 $

9.067

SUBSISTEMA 1

INVERSOR6

15,00

8

4,92E-03

2,35448

0,00470896

1

42

52

50

3X8F+ 8N+ 8T

0,024489553

3218

$

450 $

2.720 $

27.200 $

907

TFV

90,00

350

3,36E-04

0,11108

0,0088864

1

250

312

310

3X350F+ 350N+ 2T

1,663735207

218615

$

450 $

55.500 $

22.200.000 $

740.000

120,00

350

3,36E-04

0,11108

0,0011108

1

333

416

310

3X350F+ 350N+ 2T

0,369718935

48581

$

450 $

55.500 $

2.775.000 $

92.500

SUBSISTEMA 1

SUBSISTEMA 1

TABLERO TOTALIZADOR

SUBSISTEMA 2

INVERSOR 1

15,00

6

3,12E-03

1,4812

0,088872

1

42

52

65

3X8F+ 8N+ 8T

0,462190274

60732

$

450 $

4.200 $

1.260.000 $

42.000

SUBSISTE...