19 septiembre 2013

Criterios de diseño de instalaciones eléctricas industriales (2ª PARTE)


Ver 1ª PARTE
Potencia instalada (kW)
La potencia instalada es la suma de las potencias nominales de todos los dispositivos eléctricos de la instalación. Esta no es en la práctica la potencia absorbida realmente. Este es el caso de los motores eléctricos, en los que la potencia nominal se refiere a la potencia de salida en el eje principal. El consumo de potencia de entrada será evidentemente superior.
Las lámparas fluorescentes y de descarga asociadas a resistencias de estabilización son otros casos en los que la potencia nominal indicada en la lámpara es inferior a la potencia consumida por la lámpara y su resistencia.

Para una alimentación de una red de alimentación pública de baja tensión o a través de un transformador de alta/baja tensión, la cantidad significativa es la potencia aparente en kVA.
Potencia aparente instalada (kVA)
Normalmente se asume que la potencia aparente instalada es la suma aritmética de los kVA de las cargas individuales. Los kVA máximos estimados que se van a proporcionar sin embargo no son iguales a los kVA totales instalados.
La demanda de potencia aparente de una carga (que puede ser un dispositivo sencillo) se obtiene a partir de su potencia nominal (corregida si es necesario, como se dice anteriormente con los motores, etc.) y de la aplicación de los siguientes coeficientes:

η = rendimiento = kW de salida/kW de entrada.
cos φ = el factor de potencia = kW/kVA

La demanda en kVA de potencia aparente de la carga:

A partir de este valor, la corriente de carga completa Ia (A) que toma la carga será:

Para una carga conectada entre fase y neutro.

Para la carga trifásica equilibrada, en la que:
  • V = tensión fase-neutro (voltios).
  • U = tensión fase-fase (voltios).

Se tiene que tener en cuenta que los kVA totales de potencia aparente no son la suma aritmética de los kVA calculados de las cargas individuales (a no ser que todas las cargas tengan el mismo factor de potencia).
Estimación de la demanda máxima real de kVA
Factor de utilización máxima (ku)
En condiciones normales de funcionamiento, el consumo de potencia de una carga es a veces inferior que la indicada como potencia nominal, por ello se aplica un factor de utilización (ku) en la estimación de los valores reales. Este factor se le debe aplicar a cada carga individual, con especial atención a los motores eléctricos, que raramente funcionan con carga completa. En una instalación industrial, este factor se puede estimar en una media de 0,75 para los motores.
Para cargas de luz incandescente, el factor siempre es igual a 1.
Para circuitos con tomas de corriente, los factores dependen totalmente del tipo de aplicaciones a las que ofrecen suministro las tomas implicadas.
Factor de simultaneidad (ks)
Es una práctica común que el funcionamiento simultáneo de todas las cargas instaladas de una instalación determinada nunca se produzca. Este hecho se tiene en cuenta a nivel de estimación mediante el uso del factor de simultaneidad (ks).
El factor ks se aplica a cada grupo de cargas (por ejemplo, obtener el suministro de un cuadro de distribución o subdistribución). El diseñador es el responsable de la determinación de estos factores, ya que precisa un conocimiento detallado de la instalación y de las condiciones en las que se van a explotar los circuitos individuales.
Selección de la potencia del transformador
Cuando una instalación se va a alimentar directamente desde un transformador de alta/baja tensión y la carga de potencia aparente máxima de la instalación se ha determinado, se puede decidir un calibre adecuado para el transformador.
La corriente nominal de carga completa In en la parte de baja tensión de un transformador trifásico viene determinada por:
Donde:
  • S = Potencia kVA del transformador.
  • U = Tensión fase-fase en vacío en voltios (237 o 410 v).
  • In está en amperios.

Conexión a la red de distribución de alta tensión

Características de una red de distribución con alimentación en AT
Los sistemas de distribución en AT son por lo general trifásicos con 3 conductores de fase y sin conductor de neutro, a menos que se indique lo contrario. A continuación se detallan algunas definiciones relacionadas con la tensión y basadas en el RAT:
  • Tensión de servicio: Es el valor de la tensión realmente existente en un punto cualquiera de una instalación en un momento determinado.
  • Tensión más elevada de una red trifásica: Es el valor más elevado de la tensión entre fases, que puede presentarse en un instante y en un punto cualquiera de la red, en las condiciones normales de explotación. Este valor no tiene en cuenta las variaciones transitorias (por ejemplo, maniobras en la red) ni las variaciones temporales de tensión debidas a condiciones anormales de la red (por ejemplo, averías o desconexiones bruscas de cargas importantes).
  • Tensión más elevada para el material (Um): Es el valor más elevado de la tensión entre fases para el que material (aparamenta, transformador, etc.), está especificado en lo que respecta a su aislamiento, así como a otras características relacionadas con esta tensión en las normas propuestas para cada material.
  • Tensión nominal: Valor convencional de la tensión con la que se denomina un sistema o instalación y para el que ha sido previsto su funcionamiento y aislamiento. La tensión nominal expresada en kilovoltios, se designa por Un.
  • Tensión nominal de una red trifásica: Es el valor de la tensión entre fases por el cual se denomina la red, y a la cual se refieren ciertas características de servicio de la red.
  • Tensión nominal para el material: Es la tensión más elevada para el material (aparamenta, transformador, etc.) asignada por el fabricante.
  • Tensión soportada: Es el valor de la tensión especificada, que un aislamiento debe soportar sin perforación ni contorneamiento, en condiciones de ensayo preestablecidas.
  • Tensión soportada nominal a los impulsos tipo maniobra o tipo rayo: Es el valor de cresta de la tensión soportada a los impulsos tipo maniobra o tipo rayo prescrita para un material, al cual caracteriza el aislamiento de este material en lo relativo a los ensayos de tensión soportada.
  • Tensión soportada nominal a frecuencia industrial: Es el valor eficaz más elevado de una tensión alterna sinusoidal a frecuencia industrial, que el material considerado debe ser capaz de soportar sin perforación ni contorneamiento durante los ensayos realizados en las condiciones especificadas.

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