anexo 7.6 especificaciones tecnicas obras electricas

PROYECTO: INGENIERÍA BÁSICA Y DE DETALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA DE ACCESO DEL POZO TALADRO ESCUELA

Project :

CLIENTE: ECOPETROL S.A. Client:

PROYECTO NO. UNIDAD CÓDIGO DEL DOCUMENTO PROGRESIVO REVISIÓN HOJA

Project No. Unit Document Code Serial No. Revision Sheet

1244_292 00 CN 1661 01 0 1 DE Of

18

CÓDIGO CLIENTE: SCC-5205306-13292-ID-ELE-MC-006-0 Client Code :

THIS DOCUMENT IS PROPERTY OF TIPIEL SA IT MAY NOT BE COPIED, REPRODUCED AND/OR CIRCULATED WITHOUT AUTHORIZATION ESTE DOCUMENTO ES PROPIEDAD DE TIPIEL SA Y NO DEBE SER COPIADO, REPRODUCIDO Y/O CIRCULADO SIN SU AUTORIZACIÓN

Calle 38 No. 8 - 62 Bogotá - Colombia

0 28-MAY-2014 EMISION PARA CONSTRUCCIÓN D. FREIRE A. VARGAS W. PALOMINO A. MATTEUCCI

A 13-MAY-2014 EMISION PARA COMENTARIOS D. FREIRE A. VARGAS W. PALOMINO A. MATTEUCCI

REVISIÓN FECHA DE REVISIÓN DESCRIPCIÓN DE LA REVISIÓN PREPARÓ CHEQUEÓ APROBÓ AUTORIZÓ Revision Revision Date Revision Description Prepared by Checked by Approved by Authorized by

ESTUDIO DE SELECCIÓN Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

FP

P / R

EV

.3


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 2 DE Of

18




1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 3 2 ALCANCE .............................................................................................................................................. 3 3 OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 3 4 CONSIDERACIONES GENERALES ..................................................................................................... 3 5 DOCUMENTOS DE REFERENCIA Y NORMAS ................................................................................... 3 6 CRITERIOS DE COORDINACIÓN DE PROTECCIONES .................................................................... 4 6.1 UNIDADES DE PROTECCIÓN .............................................................................................................. 4 6.1.1 Unidad Térmica ...................................................................................................................................... 4 6.1.2 Unidad Magnética .................................................................................................................................. 4 6.2 AJUSTE DE LAS PROTECCIONES ASOCIADAS A CARGAS VARIAS.............................................. 4 6.3 AJUSTE DE LAS PROTECCIONES ASOCIADAS AL TRANSFORMADOR ........................................ 5 7 MEMORIA DE CÁLCULO ...................................................................................................................... 6 7.1 MODELADO DEL SISTEMA .................................................................................................................. 6 7.1.1 Equivalente de Red ................................................................................................................................ 8 7.1.2 Transformadores .................................................................................................................................... 8 7.1.3 Cables (Según estándar de ECP) .......................................................................................................... 9 7.1.3.1 Cables de Baja Tensión ......................................................................................................................... 9 7.1.3.2 Cables de Media Tensión ...................................................................................................................... 9 7.2 TOPOLOGÍA MODELADA ..................................................................................................................... 9 8 DIMENSIONAMIENTO Y RESULTADOS ........................................................................................... 10 8.1 DIMENSIONAMIENTO DE LAS PROTECCIONES (UNIDADES TÉRMICAS) ................................... 10 8.1.1 Protección asociada a cargas varias ................................................................................................... 10 8.1.2 Protecciones asociadas a transformadores ......................................................................................... 10 8.1.2.1 Curva de daño para el transformador .................................................................................................. 10 8.1.3 Protección asociada a alimentadores .................................................................................................. 14 8.2 AJUSTE FINAL DE LAS PROTECCIONES (UNIDAD TÉRMICA Y UNIDAD MAGNÉTICA) ............. 14 8.3 CURVAS DE COORDINACIÓN DE PROTECCIONES ....................................................................... 14 9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................................................... 18 10 ANEXOS .............................................................................................................................................. 18

TABLA DE CONTENIDO TABLE OF CONTENTS


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 3 DE Of

18




1 INTRODUCCIÓN

El presente estudio ha sido preparado por Tipiel S.A. para ser aplicado en el proyecto “INGENIERÍA BÁSICA Y DE DETALLE LOCALIZACIÓN Y VÍA DE ACCESO DEL POZO TALADRO ESCUELA” localizado en el “CENTRO AGROINDUSTRIAL DEL META – SENA SEDE EL HACHON”, ubicado en la ciudad de Villavicencio – Meta, en el kilómetro 11 sobre el costado izquierdo de la vía Villavicencio – Puerto López.

2 ALCANCE

Este documento presenta los ajustes de las protecciones eléctricas de las instalaciones del sistema eléctrico que alimentará en la VÍA DE ACCESO DEL POZO TALADRO ESCUELA a través de la Red Aérea de Energía Existente 34.5 kV (EMSA).

3 OBJETIVOS

Establecer los criterios normativos para la selección de las protecciones involucradas en el sistema eléctrico.

Especificar la correcta selectividad para las topologías de alimentación del sistema eléctrico.

Definir los ajustes para los equipos para la protección de sobrecorriente.

4 CONSIDERACIONES GENERALES

El análisis de selectividad se realizó a partir de la red modelada en el documento “Análisis de Cortocircuito” 1244_292-00-CN-1651-01, mediante ETAP 11.1.1, software para diseño y análisis de sistemas de potencia, a través del módulo de protección de sobrecorriente, basado en las recomendaciones de ajuste para equipos del Capítulo 4 NFPA 70 2011.

En las gráficas de selectividad se incluyen las curvas de operación de las protecciones, curvas de soporte térmico y mecánico de los transformadores, según la norma ANSI-C57.109-1985, el punto de energización de transformadores (INRUSH POINT) y la curva de soporte térmico de los cables.

5 DOCUMENTOS DE REFERENCIA Y NORMAS

Los documentos y normas utilizados como referencia para la realización de este documento se listan a continuación:

Tabla 1. Documentos de Referencia.

Ref. Documento Descripción

[D1] 1244_292-00-NM-1601-01 LISTA DE CONSUMIDORES ELÉCTRICOS

[D2] 1244_292-00-NM-1623-01 LISTA DE CABLES Y CONDUITS ELÉCTRICOS

[D3] 1244_292-00-CN-1651-01 ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO

[D4] 1244_285-00-DW-1652-01-01 DIAGRAMA UNIFILAR GENERAL

[D5] - SINGLE-LINE DIAGRAM (DIAGRAMA UNIFILAR DEL PROVEEDOR)


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 4 DE Of

18




Tabla 2. Estándares y Códigos de Referencia.

Ref. Documento Descripción

[E1] RETIE (2013) REGLAMENTO TÉCNICO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS

[E2] NEC 2011 NATIONAL ELECTRICAL CODE

[E3] NTC 2050 CÓDIGO ELÉCTRICO COLOMBIANO

[E4] IEEE STD 141 RECOMMENDED PRACTICE FOR ELECTRIC POWER DISTRIBUTION FOR INDUSTRIAL PLANTS

[E5] IEEE STD 399 IEEE RECOMMENDED PRACTICE FOR INDUSTRIAL AND COMMERCIAL POWER SYSTEMS ANALYSIS

[E6] ANSI/IEEE C37.010 APPLICATION GUIDE FOR AC HIGH-VOLTAGE CIRCUIT BREAKERS RATED ON A SYMMETRICAL CURRENT BASIS

[E7] ANSI/IEEE C37.06

STANDARD FOR AC HIGH-VOLTAGE CIRCUIT BREAKERS RATED ON A SYMMETRICAL CURRENT BASIS - PREFERRED RATINGS AND RELATED REQUIRED CAPABILITIES FOR VOLTAGES ABOVE 1000 V.

[E8] NTC 819

ELECTROTECNIA. TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS AUTOREFRIGERADOS Y SUMERGIDOS EN LÍQUIDO. CORRIENTES SIN CARGA, PÉRDIDAS Y TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO.

6 CRITERIOS DE COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

6.1 UNIDADES DE PROTECCIÓN

6.1.1 Unidad Térmica

Elemento de disparo para proporcionar protección contra sobrecargas térmicas, se ajustan a cierto valor porcentual evaluado en la norma NFPA 70-2011 Capítulo 4 (ver numeral 6.2 a 6.5).

6.1.2 Unidad Magnética

Elemento de disparo para proporcionar protección contra cortocircuito, tendrán en cuenta los tiempos y valores nominales de corriente de las unidades de disparo que permitan el despeje de la falla del sistema eléctrico en el menor tiempo posible, teniendo en cuenta la coordinación y selectividad con las demás protecciones.

6.2 AJUSTE DE LAS PROTECCIONES ASOCIADAS A CARGAS VARIAS

El ajuste de la protección por sobrecarga asociada a cargas varias se indica a continuación:

Linea

nCV

VAI

*3 Ec. (1)


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 5 DE Of

18




Dónde:

nCI : Corriente nominal de la carga [A]

VA : Potencia Nominal de la carga [VA].

LineaV : Tensión Nominal de línea [V].

De acuerdo con los valores anteriores y la recomendación de la norma NFPA 70 el ajuste de la protección por sobrecarga se halla como:

nCnP II *25,1 Ec. (2)

InP =Corriente de ajuste de la protección

6.3 AJUSTE DE LAS PROTECCIONES ASOCIADAS AL TRANSFORMADOR

Para la protección del transformador en el lado primario y secundario (incluida la derivación) se debe tener en cuenta los valores nominales de tensión y potencia, por lo tanto el valor de la corriente asociada a sobrecarga será un valor asociado a las características eléctricas propias del transformador (Límite térmico y punto Inrush).

Los dispositivos de protección del transformador deben garantizar que la curva este por encima del punto Inrush y por debajo del límite térmico en el caso de una sobrecarga.

Corriente Inrush: Cuando un Transformador es inicialmente conectado a una fuente de voltaje AC, surge una corriente a través del primario del Transformador llamada Inrush Current (corriente de arranque).

Límite térmico: La magnitud de la corriente de falla que un transformador puede soportar, durante un periodo de tiempo determinado está limitada por su valor de impedancia. La norma ANSI/IEEE C57.12.00.1980 ha definido curvas de capacidad de cortocircuito para transformadores, las cuales dependen de la potencia aparente nominal del transformador y de su impedancia de cortocircuito.

En el caso de conductores estos deben tener suficiente sección para transportar las corrientes de cortocircuito durante un tiempo suficiente, que permita la apertura de los interruptores antes que la temperatura del conductor deteriore el aislamiento.

A continuación en la Tabla 3 (Tabla 450.3(A) del NEC) se encuentran los porcentajes de corriente máxima permitida por sobrecarga y con los cuales se ajustan las protecciones.


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 6 DE Of

18




Tabla 3. Tabla 450.3 (A) Valores máximos de sobrecorriente en transformadores.

7 MEMORIA DE CÁLCULO

7.1 MODELADO DEL SISTEMA

El modelado del sistema eléctrico necesario para llevar a cabo el estudio de coordinación es analizado con ayuda del módulo de Coordinación del software de Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia ETAP 11.1.1.

El modelo utilizado se indica en el documento 1244_292-00-CN-1651-01 “Análisis de Cortocircuito” (ver Figura 1).


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 7 DE Of

18




Figura 1. Modelo en ETAP del diagrama unifilar general.


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 8 DE Of

18




A continuación se describe de manera resumida los principales equipos, elementos y parámetros utilizados en cada uno de los modelos.

7.1.1 Equivalente de Red

El equivalente de red es una herramienta utilizada en los sistemas eléctricos para representar la fuente de alimentación en el punto de conexión con sus respectivas características eléctricas. El modelo del equivalente de red requiere como entrada los siguientes parámetros: Corriente de corto circuito trifásica, Corriente de cortocircuito monofásica y Relación X/R.

Estos parámetros son definidos en el documento de referencia [D3], y corresponden a los valores indicados en la Tabla 5.

Tabla 5. Parámetros Eléctricos – Equivalente de Red.

Parámetro Eléctrico Valor (kA)

Icc Trifásica simétrica 4.6

Icc Monofásica simétrica 4.82

Relación X/R 5.95 (Adimensional)

7.1.2 Transformadores

Los transformadores se modelaron teniendo en cuenta la información mostrada en la Tabla 6.

Tabla 6. Información eléctrica de los transformadores del sistema.

Tag del Transformador

Tensión

(kV)

Potencia de

placa (kVA)

Impedancia nominal

Z%

Grupo de conexión

Tipo de conexión del

neutro a tierra

Taps (Disponibles) %

T-1 (**) 34,5/0.6-0.48 1000 6,09 Dyn11 Sólidamente

puesto a tierra +2*2,5/-2*2,5

T-2 0.48/.208 100 4 (*) Dyn5 Sólidamente

puesto a tierra +2*2,5/-2*2,5

(*) % Zcc tomado de NTC 3997. (**) Transformador de dos devanados con derivación en el secundario.

Generalmente el valor X/R se desconoce, pero teniendo el valor de la impedancia de cortocircuito (Zcc) la potencia y las tensiones nominales del transformador se puede determinar X/R con la información contenida en la norma ANSI/IEEE C37.010.


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 9 DE Of

18




7.1.3 Cables (Según estándar de ECP)

7.1.3.1 Cables de Baja Tensión

Tipo: XHHW-2, 90 °C, 600 V (Tray cable TC UL Listed).

Conductor: Multi-conductor (trifásico y tierra) y mono-polar de cobre trenzado (Stranded) de acuerdo a ASTM B3, B8.

Aislamiento: Polietileno reticulado con chaqueta en PVC Sun Light Resistant, resistente al calor y la humedad, retardante a la llama.

La información correspondiente a los datos físicos de los conductores mono-polares y tripolares con aislamiento XHHW-2 fue tomada de la norma de referencia [E2] (National Electric Code NEC 2011).

Las consideraciones de temperatura tenidas en cuenta para el estudio contemplaron una temperatura ambiente de 40 °C, una temperatura nominal del conductor de 90 °C y una temperatura de operación de 75 °C.

7.1.3.2 Cables de Media Tensión

Tipo: EPR, 90 °C, 35 kV, 100 % (Tray cable TC UL Listed).

Aplicación: Apto para aplicación en localizaciones secas, húmedas (dry, damp, and wet locations).

La fuente de los datos físicos del conductor fue NEC, cables mono-polares con aislamiento EPR.

Se consideró que el cable está a una temperatura ambiente de 40 °C, temperatura nominal del conductor de 90 °C y temperatura de operación 75 °C (Ver lista de cables y canalizaciones eléctricas en el documento 1244_292-00-NM-1623-01).

Tipo: ACSR 2/0 AWG Quail, semi-aislado XLPE.

Aplicación: Apto para aplicación en redes aéreas de media tensión.

La fuente de los datos físicos del conductor fue el catálogo CENTELSA para cables ACSR.

7.2 TOPOLOGÍA MODELADA

Para el análisis de coordinación de protecciones se definió la configuración de operación normal en las instalaciones de la Vía de Acceso del Pozo Taladro Escuela (Ver Anexo 1: Diagrama Unifilar General), las cuales consisten en una red de 34.5 kV proveniente del circuito de EMSA (Circuito SURIA) que alimenta un transformador T-1 (1 MVA – 34.5/0.6-0.48 kV) para luego alimentar un barraje ubicado en un “skid” de variadores. Para efectos de coordinación de protecciones, el modelo del transformador T-1 se debe simular como si fuera un transformador tridevanado. El devanado secundario con 600 V alimenta una carga TD PS.

En el “skid” de variadores se conecta un segundo transformador T-2 (100 kVA – 0.48/0.208 kV) que alimenta el tablero de iluminación exterior. A su vez el barraje ubicado en el “skid” de variadores de velocidad alimentará un barraje de DC y este a su vez alimentará tres motores de 330 kW (442.36 HP). Debido a que estas cargas motor provienen de un barraje de DC, para efectos de la simulación no es un aporte significativo dentro del estudio de cortocircuito, por lo tanto se simula como una carga muy baja en AC.


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 10 DE Of

18




8 DIMENSIONAMIENTO Y RESULTADOS

8.1 DIMENSIONAMIENTO DE LAS PROTECCIONES (UNIDADES TÉRMICAS)

8.1.1 Protección asociada a cargas varias

De acuerdo con el ítem 6.2 de este documento, se desarrolla la Tabla 7, donde se indica el dimensionamiento de la protección de sobrecarga para cada una de las cargas varias involucradas en el proyecto. En este caso solo se tiene el interruptor Q1 correspondiente a la protección del tablero de alumbrado exterior.

Linea

nCV

VAI

*3

AInC 17208*3

3.6123

AInP 2.2117*25,1

Tabla 7. Dimensionamiento de la protección para cargas varias (Q1, Tablero de alumbrado exterior).

Interruptor Q1 (*)

Corriente de carga (A)

35

Selección de la Protección (A)

40

(*) El interruptor Q1 se escoge del tipo termomagnético.

Los interruptores Q2, Q3, Q4 y Q6 son existentes, por lo tanto se usaron los valores mostrados en la referencia [D5] para el modelamiento en el presente estudio. En la Tabla 8 se muestran los valores actuales de los interruptores Q2, Q3, Q4 y Q6.

Tabla 8. Valores actuales de los interruptores existentes Q2, Q3, Q4 y Q6.

Interruptor Q2 Q3 Q4 Q6

Protección Existente (A)

1250 160 250 1250

8.1.2 Protecciones asociadas a transformadores

8.1.2.1 Curva de daño para el transformador

La norma IEEE C57-109 clasifica los transformadores en cuatro categorías dependiendo de su potencia, tensión de operación y número de fases. El transformador T-1 corresponde a la categoría II y por consiguiente su curva


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 11 DE Of

18




de daño debe ser acorde a las Figuras 2 y 3. El transformador T-2 corresponde a la categoría I y por consiguiente su curva de daño debe ser acorde a la Figura 4.

Figura 2. Curva de daño para transformadores (500 a 5000 kVA trifásicos) inmersos en aceite (IEEE Std. C57.109-1993).


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 12 DE Of

18




Figura 3. Curva de daño para un transformador trifásico tridevanado 1 MVA (34.5/0.48/0.6 kV).


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 13 DE Of

18




Figura 4. Curva de daño para un transformador trifásico de dos devanados 100 kVA (0.48/0.208 kV).


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 14 DE Of

18




8.1.3 Protección asociada a alimentadores

De acuerdo a catálogos, para el nivel de tensión 34.5 kV y con un transformador de 1000 kVA se debe escoger un fusible de 38.5 kV, con capacidad nominal entre 6.3 – 63 A. La corriente nominal del circuito de 1 MVA en 34.5 kV corresponde a 17 A, por lo tanto el tamaño estándar del fusible es 40 A (ver Tabla 10).

8.2 AJUSTE FINAL DE LAS PROTECCIONES (UNIDAD TÉRMICA Y UNIDAD MAGNÉTICA)

Tabla 9. Ajuste para las protecciones Q1, Q2, Q3 y Q4.

Interruptor Marca Interruptor y Unidad de

disparo Corriente

nominal (A) Ajuste

térmico

Corriente de

Ajuste (A)

Ajuste Magnético (A)

Q1 Merlin Gerin

NS100-D/TM-ID 25 25 0.80 20 250 (Fijo)

Q4 (*) Merlin Gerin

NS250-D/TM-ID 200 25 0.80 160 900 (Fijo)

Q3 (*) Merlin Gerin

NS160-D/TM-ID 125 125 0,80 100 1200 (Fijo)

Q2 (*) Merlin Gerin

DIT5-DIRS.A/EM-ID 1250 1250 0,65 813 3000 (Fijo)

Q6 (*)(**) Merlin Gerin

DIT5-DIRS.A/EM-ID 1250 1250 0,65 813 3000 (Fijo)

(*) Interruptores existentes. (**) Para garantizar la adecuada coordinación de protecciones el interruptor Q6 debe ser ajustado igual que Q2.

Tabla 10. Dimensionamiento y ajuste del fusible.

Fusible Marca Corriente

nominal (A) Tamaño del Fusible (A)

F1 Siba 17 40 (*)

(*) Puede ser un valor menor pero se tiene que escoger un fusible que esté por encima de la corriente inrush del transformador T-1 (ver Figura 7).

8.3 CURVAS DE COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

Con el fin de observar el correcto disparo de las protecciones y su selectividad, se muestran las Figuras 5 a 7, para el diagrama unifilar mostrado en la Figura 1 teniendo en cuenta que se ha simulado una falla trifásica en el nodo LP-1.


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 15 DE Of

18




Figura 5. Comportamiento de los interruptores Q1 y Q4 con falla trifásica en LP-1.


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 16 DE Of

18




Figura 6. Comportamiento de los interruptores Q2, Q3 y Q4 con falla trifásica en LP-1.


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 17 DE Of

18




Figura 7. Comportamiento del interruptor Q2 Y EL FUSIBLE Fuse1 con falla trifásica en LP-1.


Project :




1244_292 00 CN 1661 01 0 18 DE Of

18




9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La selectividad de este estudio utiliza dispositivos de protección marca Schneider Electric, Merlin Gerin y Siba, sin embargo esto no es una restricción. En caso de utilizar fabricantes diferentes al mencionado se recomienda que las curvas de protección no varíen con el objeto de mantener una correcta selectividad.

Los ajustes que se presentan en el presente documento deben ser confirmados por el proveedor del interruptor termomagnético ya que las curvas de selectividad y los puntos de ajuste varían dependiendo del tipo de fabricante.

Cualquier cambio en el sistema de potencia debe ser informado con el fin de verificar que las condiciones del sistema de protecciones de los equipos se ajustan a los requerimientos de la coordinación de protecciones de la instalación.

Se recomienda que la coordinación de protecciones que sea de otro alcance, se coordine con el estudio presentado en este documento y con el análisis de cortocircuito de este proyecto.

La coordinación de protecciones presentada en este documento se realizó con valores de dispositivos de protección existentes asumiendo que los ajustes de estas protecciones son adecuados, solamente se dimensionaron los dispositivos del alcance de este proyecto.

Se recomienda al proveedor del taladro recalcular las protecciones de los interruptores Q2, Q3, Q4 y Q6 para la correcta coordinación de las protecciones.

10 ANEXOS

Anexo 1: Diagrama Unifilar General.

anexo 7.6 especificaciones tecnicas obras electricas

Documents