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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA DE ESTUDIO DE CORRESPONDIENTE AL DE PROFESOR: ING. WALTER ALEJANDRO GUZMAN ESTRAMADOYRO PROYECTO DE ESTUDIO DE CORRESPONDIENTE AL DE PRIMARIA MEMORIA DESCRIPTIVA Generalidades El presente Estudio de las Redes de ...

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

“PROYECTO DE ESTUDIO DE ELECTRIFICACIÓN CORRESPONDIENTE AL SUB-SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN PRIMARIA” PROFESOR: ING. WALTER ALEJANDRO GUZMAN ESTRAMADOYRO

PR PRO OYECT YECTO O DE ESTUDIO DE ELECTRIFICA ELECTRIFICACIÓN CIÓN CORRESPONDIENTE AL SUB-SISTEMA DE DISTRIB DISTRIBUCIÓN UCIÓN PRIMARIA MEMORIA DESCRIPTIV DESCRIPTIVA A Generalidades El presente Estudio de las Redes de Distribución de Energía Eléctrica para la localidad de Aguaytía, distrito y provincia de Padre Abad, departamento y región Ucayali, abarca el diseño de la renovación y ampliación de la Red Primaria; de acuerdo a los requerimientos actuales y futuros de demanda de energía. La generación de energía, así como en su distribución (red primaria a 10 KV y secundaria a 3820/220 V con 5 hilos), son propiedad de la Municipalidad y son administrados por la misma. El municipio ha promovido la constitución de una empresa eléctrica privada que asumirá la concesión de distribución eléctrica, la cual está en trámite. El mal estado de las redes, así como la necesidad de atender la mayor demanda por el crecimiento de la población exigen la renovación y ampliación de dichas redes. En Aguaytía el 75% de los habitantes son agricultores, 20% comerciantes y 5% empleados públicos y otras ocupaciones.

Ubicación Geográfica Aguaytía se encuentra a 180 km. al S.O. de Pucallpa, capital del departamento, a una altura de 500 m.s.n.m. La principal vía de acceso es la Carretera Federico Basadre que pasa por la ciudad. También existe la vía fluvial. Su topografía es variable, presentando desniveles en la propia Aguaytía, siendo Pampa Yurac y Barrio Unido, anexos cercanos, de una topografía más plana.

Características Climatológicas El clima de la zona del Proyecto, es típico en toda la Selva Tropical, cálido y húmedo, con precipitaciones pluviales de mayor intensidad y frecuencia en época de invierno, de noviembre a abril, y con menor frecuencia en el resto del año:

Alcances del Proy Proyecto ecto El presente estudio comprende:  Red de Distribución Primaria incluyendo: 

Instalación de Sub-Estaciones 10/0.38-0.22 KV.



Reubicación de la Central Térmica, incluyendo la instalación de tres nuevos elevadores de voltaje de 500 KVA c/u, adicionales al existente, que quedará de reserva.



Instalación de grupo electrógeno de 100 KW en Barrio Unido.

Se considera un total de 1,696 lotes con 1,691 suministros, por haber 3 lotes acumulados y 2 lotes sin carga. Los suministros a repartir son: 1,324 viviendas, 336 viviendas-comercio y 31 cargas especiales.

Descripción del Proy Proyecto ecto 

Red Primaria

La alimentación de las Redes de Distribución Primaria tanto para Aguaytia como para Pampa Yurac, se hará desde la Central Térmica, a reubicarse, que cuenta con dos grupos electrógenos recientemente adquiridos, de 455 KW cada uno, operativos, marca Marathon Electric, más otro de 400 KW, usado, también operativo, marca Cummings (que fue hasta 1993 el único grupo existente), que será sometido a un proceso de renovación o rehabilitación (“over hauling”), a fin de que funcione como grupo en “by pass”, ya sea para horas-punta, como también para mantenimiento de los otros grupos. Los 3 grupos podrán trabajar en paralelo hasta por un máximo de 1,310 KW. Existe un transformador elevador de 500 KVA funcionando actualmente, para la salida

en 10 KV trifásico, el cual va a quedar como reserva. Deberá adquirirse, por lo tanto, tres elevadores más de 500 KVA, para llegar a los 1500 KVA (1350 KW).

Las Redes de alimentación primaria van mayormente sobre postes de concreto armado centrifugado de 12 m de longitud, con conductor desnudo, cableado 7 hilos temple duro de 16 mm2 de sección nominal, montados en aisladores PIN ANSI 55-5 y Suspensión ANSI 52-4. Sin embargo, en la parte inicial de la red se empleará cable subterráneo del tipo NYY. Desde la Central Térmica saldrá un cable NYY de 3x70 mm 2 hasta el primer poste de la red desde donde continuará en forma aérea con 16 mm 2. También, en la zona céntrica de Aguaytia, (para alimentar las subestaciones I, II y III) se ha optado por emplear esta red de cable 3x35 mm 2 NYY – 10 KV subterránea, a fin de evitar en lo posible los postes de 12 m en las calles estrechas. Al resto de Subestaciones se llega con la red aérea de 16 mm 2 ya descrita. Para el caso de Barrio Unido, por lo menos en 1ª. Etapa, la alimentación se hará desde un grupo electrógeno de 100 KW, reparado puesto operativo, traído desde Pampa Yurac, ya que el costo de la red de transmisión en 10 KV resulta elevado para ser absorbido por la comunidad de ese sector. No obstante, para efectos de atender un futuro crecimiento, en el diseño se contempla nominalmente un grupo de 100 KW. Alcances del trabajo a ejecutar 

Instalaciones e existentes xistentes

Actualmente las redes aéreas existentes se encuentran muy deterioradas. En lo referente a las redes secundarias prácticamente hay que rehacerlas por ofrecer peligro, inclusive, para la integridad de personas y edificaciones. Dado el crecimiento de la población y de la demanda de energía, los cables alimentadores están siendo copados en su capacidad por las continuas ampliaciones oficiales o clandestinas, debido a que no existe un sistema de medición, debiendo protegerse las calles. Anteriormente se tenía el problema de que también copaba la capacidad del grupo, lo cual está en vías de superarse a la brevedad, con el empleo de los nuevos grupos. En Pampa Yurac estuvo funcionando un grupo electrógeno hace muchos meses, pero se fue malogrando y ahora va a ser reparado para su empleo en Barrio Unido, donde prácticamente no existen instalaciones. En lo referente a distribución primaria las redes tienen recorridos no técnicos y hasta peligrosos como es el caso de un cable de 10,000 voltios que, para cortar camino se ha tendido encima de las edificaciones de una manzana de dimensiones angostas, rozando casi los techas de las viviendas. La ubicación de las subestaciones y su número han quedado no compatibles con las ubicaciones de los centros de carga, ocasionando el incremento de la

caída de tensión, lo que obliga prácticamente a reubicar dichas subestaciones, debiendo, por tanto, cambiar también los calibres de baja tensión.



Trabajos incluido incluidos s

Los trabajos incluidos son: Red Primaria Se instalará la red desde los bornes de salida de la Central Térmica reubicado (previa coordinación con la Municipalidad) hasta las subestaciones aéreas biposte proyectadas, incluyendo instalación de cable aéreo y subterráneo, postes, retenidas, medios de desconexión y protección, aisladores, accesorios, etc., hasta los propios transformadores, pozos de puesta a tierra y tableros de baja tensión. La ubicación de las subestaciones contempla la llegada de energía a zonas nuevas, de reciente formación, siendo no económico, por lo menos ahora, llevar la alimentación hasta Barrio Unido, por lo que, según dijimos antes, se ha optado por plantear la instalación de un grupo electrógeno de 100 KW, que en la práctica y como 1ª. Etapa consistirá en instalar un grupo existente en Pampa Yurac, incluyendo la caseta que lo albergará, con todos sus accesorios, a fin de que quede funcionando perfectamente. Por los motivos antes expuestos será necesario, tanto para la red primaria como para la secundaria, desmantelar en forma programada la instalación existente e irla reemplazando y ampliando de acuerdo al proyecto planteado. El material recuperado, que se encuentre en buen estado y utilizable, previa inspección, podrá ser empleado en ampliaciones futuras o en el mantenimiento de las propias redes. Dicho material y equipo deberá ser entregado a la Municipalidad, previo inventario. Con este motivo el Contratista deberá programar cuidadosamente dicho trabajo, a fin de no interferir con las actividades normales de la población. Dentro de la propia Central Térmica, en su nueva ubicación, deberá instalarse tres nuevos transformadores elevadores de voltaje de 500 KVA y la correspondiente celda de salida que corresponden a los 3 grupos existentes que van a trabajar en paralelo. Como parte de la Central Térmica se incluye la construcción de la obra civil, cimentación especial, sistema de petróleo con Tanque de almacenamiento (4,000 galones) y diarios (2 de 400 galones cada uno), oficina y guardianía, con sus correspondientes instalaciones eléctricas y sanitarias. Llevará también un sistema de pararrayos tipo cabeza ionizante. Estudio de Máxima Demanda 

Generalidades

El estudio de la demanda eléctrica es para las localidades de Aguaytia, Pampa Yurac y Barrio Unido y toma en cuenta el hecho de que la posible financiación de FONAVI se destina básicamente a lotes de vivienda, sin perder de vista que la central térmica eventualmente debe abastecer otro tipo de cargas, siempre y cuando éstas no constituyan un porcentaje exagerado. Según el recuento hecho, la cantidad de lotes incluidos en este proyecto alcanza alrededor de 1,660 que multiplicado por 5 ocupantes por lote se llega a la cifra de 8,300 habitantes. Del cuadro de cargas (Suma 1,008 KW) se deduce que esta población va a poder ser abastecida por 2 de los grupos existentes y que para una población 50% mayor (12,400 habitantes) podría abastecerse con los 1,310 KW de los 3 grupos cuando sean instalados. Esta mayor demanda, sin embargo, podrá ser alcanzada con facilidad si no se limita el crecimiento de los usuarios industriales, por lo que deberá estudiarse un conveniente sistema tarifario que no solo evite las perdidas actuales, sino ayude a financiar la ampliación del servicio y de la infraestructura eléctrica, a la luz de las nuevas disposiciones gubernamentales, que alientan la inversión en este rubro.

Bases de Cálculo Los cálculos llevados a cabo cumplen con lo dispuesto en el Código Nacional de Electricidad. Normas del Ministerio de Energía y Minas, el Reglamento de la Ley de Electricidad N° 23406 y del nuevo decreto ley 25844 de Concesiones Eléctricas. Consideraciones: e) Caída de tensión permisible en el extremo terminal más desfavorable de la Red: según como se prescribe el C.N.E. -

Primaria: 5 % de la tensión nominal. f) La tensión de servicio nominal del Sub-Sistema de Distribución Secundaria, será de 380-220 V con neutro corrido. g) La frecuencia del sistema, será de 60 Hz. h) Factor de Potencia: se considera 0.9

Suministro de Ener Energía gía Eléctrica La alimentación eléctrica originada en la Central Térmica se distribuirá mediante la Red Primaria que a su vez entrega la energía al Subsistema de Distribución Secundaria e Instalaciones de Alumbrado Público, considerando 11 Subestaciones Aéreas del tipo Biposte y un grupo electrógeno de 100 KW cuyas ubicaciones están indicadas en los planos y cuya capacidad de potencia requerida es del orden siguiente:

En Barrio Unido, la carga requerida es de 88.85 KW, por lo que se especificó un Grupo Electrógeno de 100 KW, para lo cual se empleará un grupo (de 100 KW), existente en Pampa Yurac. Dimensionamiento de las Estructur Estructuras as De Las Cr Crucetas: ucetas: De acuerdo a lo prescrito de CNE: Para conductores menos de 35 mm2 � = 0.0076 � �� � �� + 0.65 √(� − 0.60) Donde: � = ��������� �í���� ����� ����� � � ���� ���� �� � �� = �����ó� ����� ����� �� �� �ℎ = ������ �� �������ó� ��� ������� − ������������ 1 � = 0.0076 � 10 + 0.65 √(0.76 − 0.60)

� = 0.336 � Luego de aquí elegimos crucetas de 1.30m según mostramos:

Distancia de Conductor a Masa

Distancias de Seguridad Según el CNE: -Del punto más bajo del conductor inferior a otro conductor de la red secundaria: 1.20m -Del punto más bajo del conductor inferior a un poste o accesorio de la red secundaria: 1.20m. -Altura mínima del conductor inferior al suelo sobre calles y caminos: Al cruce

: 6.0m

A lo largo

: 5.5m

-Altura mínima del conductor inferior al suelo sobre áreas no transitables por vehículos: Al cruce

: 4.5m

A lo largo

: 4.5m

Selección de la longitud del P Poste oste

� = 5.5 + 0.6 + 0.3 + 0.86 + 1.2 + 0.76 + 0.70 + 1.2 (��� � ����� �� �������� ) � = 11.12 � Se utilizarán postes de 12m de longitud. Cálculo de Esfuerz Esfuerzos os

Fuerza del viento sobre el poste (Fvp) Fvp = Pv x Apv

Apv=Hpv ( z=

de + dp ) 2

Hpv ( de +2 dp ) 3 de +dp

Donde: �� = ����� ó� ������ �� ������ �� ��/�2 ��� = �����ó� ������ �� ������ �� �2 � �� = ������ ��� ����� �������� �� ������ �� � �� = ��á����� ��� ����� �� �� ����� �� � �� = ��á����� ��� ����� �� �� ������������� �� � � = ����� �� ��������ó� �� �� ��� �� � Diámetro en el punto de empotramiento (de) de =db −

db −dp xHt Hpv+Ht

Donde: �� = ������ ��� ����� �� �� ���� �� � �� = ������ �� ������������� �� �

Diagrama de distribución de fuerza

Donde: ���: ������ ��� ��������� �������� �� ��. ���: ������ ��� ��������� �������� �� ��.

���: ������ ��� ������ ����� �� ����� �� ��. ��: ������ �� �� ����� ��� ����� �� ��.

Cálculo del momento tota totall (M) � = ��� + ��

� = ��� � � + 10.6 ��� + 2 � 9.9 ��� + 6.6 ��1 + 6.4 ��2 + 3 � 6.0 ��3 Cálculo de la fuerza en la punta del poste (Fp) Fp=

M He

Donde: �� = ������ ����������� �� � (10.3 �)

En nuestro caso consideraremos el conductor de 3x16mm2 para la red primaria y para la red secundaria asumimos lo siguiente como caso más crítico: 25mm2 para A.P., 25mm2 para el neutro y 3x35mm2 para el S.P.; y considerando vanos de 35.

CNE ACT ACTU UALIZADO:

D=0.0076 x 10 + 0.65 √ 0.76=0.643 m



Momento debido a la carga del viento sobre los conductores

MVC = ρv *(d)* Φc*∑hi*Cos α/2 d = 60m ρv = 23.63 Kg/mm2 Φc = 5.1mm α = 5º h1 = 10.4m, h2 = 9.7m, h3 = 9.7m ∑hi = h1+h2+h3 = 29.8m MVC = 23.63*(60)* (5.1*10^-3)* 29.8*Cos α MVC = 215.477 Cos α



Momento debido a la carga de los conductores

MTC = 2*TC*Senα/2 TC: tiro máximo → 60%T = 0.60*621Kg TC = 372.6Kg MTC =2*372.6*Sen α/2 MTC = 745.2*Sen α/2



Momento debido a la carga de los conductores en estructuras terminales

MTR = TC*∑hi MTR = 372.6*29.8 MTR = 11103.48Kg-m



Momento debido a la carga del viento sobre estructuras

MVP = ρv* hl2 * (De + 2*Dp)/6000 L = 12m hl = 10.4m he = 1.6m Dp = 120mm Db= 300mm Donde: hl:

altura libre del poste

De:

diámetro de empotramiento del poste

Dp:

diámetro de la punta del poste

Db:

diámetro de la base del poste

De = 282mm

MVP = 23.63 * 10.42 * (282+ 2*120)/6000 MVP = 222.356 Kg-m



Momento total en condiciones normales

MRN = MVC + MTC + MTR + MVP MRN = 215.477 Cos α + 745.2*Sen α/2 + 11103.48 + 222.356

MRN = 11325.836 + 215.477 Cos α + 745.2*Sen α/2 Considerando α=°5 MRN=11573.613

Cálculo de la fuerza en la punta del poste (Fp)

Qn=

11573.613 MRN =1129.133 = hl−0.15 10.4−0.15

α 0° 5° 10° 20° 30° 40° 50° 60° 90°

M (kg-m) 11541.31 11572.98 11602.96 11657.67 11705.25 11745.70 11779.20 11806.10 11852.73

CÁL CÁLCUL CUL CULOS OS DE RETENID RETENIDAS AS -

Material

: acero galvanizado

-

Número de hilos

-

Diámetro del cable : 3/8” (9.53mm)

-

Carga de rotura

-

Coeficiente de seguridad 2

7

: 3159 Kg

Qn (Kg) 1125.982 1129.071 1131.996 1137.334 1141.976 1145.922 1149.190 1151.815 1156.364

CÁL CÁLCUL CUL CULO O ELÉCTRICO ELÉCTRICO.. Red aérea a) Configuración de la estructura. Dc. 0.70m

1.30m

Dc=0.933 m

DMG=(0.955∗0.955∗1.30)1/ 3 DMG =1.058 m=1058 mm b) Parámetros eléctricos:

b.1) Resistencia: R=R 0 ( 1+α Δt )/ K

Donde: R0=R 20° C . t= (50-20) =30° C. en �/km.

R = Resistencia eléctrica a 50° C

� = 0.00382 ° C −1 b.2) Reactancia: RMG = 0.726*�/2 (radio medio geométrico para 7 hilos). DMG = 1.058 mm

(distancia media geométrica entre conductores).

Así:

(

X L=2 πf ( L)=2 π ( 60) 2∗10−4 ln

)

DMG =7.54∗10−2 RMG

ln

DMG Ω/ Km RMG

b.3) Factor de caída de tensión K= R Cos � + x Sen � Cos � = 0.90,

� = 25.84°;

Sen � = 0.436

b.4) Caída de tensión: ΔV 3 Φ

=P-

L∗K V

C) Cuadro de valores de las características de los conductores aéreos:

Red Subter Subterránea ránea d) Cálculo del factor de caída de tensión para el sistema trifásico de 10 KV, SUBTERRÁNEO. La caída de tensión: V = Donde :

√3

S = 1/56 para el cobre .

s/S * Cos�

S = Sección del conductor en mm2 I = Corriente en amperios. L= Longitud del conductor en m. Cos � = 0.9. Reemplazando valores se obtiene: V = 0.00079535 IL para 35 V = 0.00039767 IL para 70

2

mm mm2

( = 35 y 70

mm

2

).

y .

En caso de que L sea en Km, las Fórmulas serán, respectivamente: V = 0.79530 IL para 35 mm2 y V= 0.39867 IL para 70 mm2 . E) Cuadro de valores de las características de los conductores subterráneos, tipo 10 KV.

F) Comportamiento de los pararrayos La tensión nominal del sistema, 10kv, en conexión delta con neutro aislado. Las características principales del pararrayo seleccionado son:

Tipo tensión nominal de trabajo del pararrayo Corriente de descarga nominal tensión de descarga nominal para onda de corriente 3/20 Useg. 10KA de corriente de descarga nominal (V) Frente de onda arco de impulso sin descargador Nivel básico de aislamiento onda de 1.2/50 Us(BIL) Nivel de aislamiento de onda cortada (N:O:C)

Distibucio n 10KV 10KA 45KV 50KV 95KV 83.3KV

Como la instalación del pararrayo se hara para proteger al transformador de distribución, entonces al realizar la coordinación de aislamiento tendremos los siguientes márgenes de protección:  Al nivel básico de aislamiento:

[

MP ( BIL )=

]

[

]

95 ( BIL) −1 x 100= −1 x 100=62 % V +∆ V 45+ ( 0.3 )+ 45

 Al nivel de aislamiento de onda cortada:

[

MP ( BIL )=

]

[

]

(N . O . C) 83.3 KV −1 x 100= −1 x 100=66.6 % F . O. A 50 KV

Concluíos en que los márgenes de protección del 62.4% y 68.6% cumplen con el requisito de que el margen de protección para el equipo de distribución área sea mayor del 20%. G) Selección del aislamiento De acuerdo con las normas IEC, seleccionamos el aislamiento a partir de los siguientes datos: o o o o

Tensión de servicios nominal del sistema: 10KV. Tensión máxima de servicio nominal: 12KV. Tensión no disruptiva al impulso (oda 1.2/50 Useg): 95Kv cresta Tensión no disruptiva a la frecuencia de servicio (60hz): 28KV eficaz

Así tenemos:  Tensión disruptiva bajo lluvia a frecuencia de servicio (CNE). Ud¿ =2.1( U +5 ) KV si U =10 KV . Ud¿ =2.1( 10 + 5 ) KV =17 KV

 Tensión disruptiva en seco a frecuencia de servicio (60HZ). UdS =(3.6 x U + 30 ) UdS =(3.6 x 10 + 30 )=66 KV  Longitud de línea de fuga: Lf=10KV x 20 mm/KV =20mm Concluimos que el aislador PIN en clase ANSI 55-5 emplearon las condiciones impuestas por las normas mencionadas para el aislamiento del sistema en cuestión

PRO PROYECT YECT YECTO O DE ESTUDIO CORRESPONDIENTE DE ELECTRIFICA ELECTRIFICACIÓN CIÓN CORRESPOND...