Este post es continuación del publicado con el
título “Procedimiento para el diseño eléctrico de una Planta Industrial” (Partes 1ª y 2ª), disponibles respectivamente
en los links:
Es imprescindible su lectura para poder entender las
3 partes que ahora se publican con el título “Ejemplo de diseño eléctrico de
una Planta Industrial”.
1.7. Ejemplo de
aplicación
Se propone estudiar el suministro de energía a una
planta de producción industrial cuyo plano de ubicación se muestra en la figura
1-1.
El análisis de las especificaciones y el pliego de
condiciones del caso resaltan las limitaciones y los datos básicos necesarios
para el estudio del proyecto.
El objetivo no es presentar un estudio detallado,
sino destacar los métodos de resolución de problemas relacionados con el proyecto.
Esta es la razón por la cual algunas etapas no se abordan
con detalle.
1.7.1.
Descripción de la instalación
La planta industrial a alimentar eléctricamente es
una fábrica que se extiende en un área de 26 hectáreas, se compone de varios
edificios:
- unidad de recepción-preparación
- proceso de producción
- almacén
- unidad de expedición de material
- taller de reparaciones
- unidad de purificación de agua
- edificio administrativo
Situados en el interior de fábrica y en dos
edificios exteriores se encuentran:
- unidad de extracción
- estación de bombeo.
Figura 1.1: Plano de ubicación
de la instalación
1.7.2.
Recopilación de datos
Solo se presentan los datos útiles de las partes
estudiadas.
• Potencia de los
equipos
Se ha llevado a cabo un balance de potencias, cuyos
resultados se muestran en la Tabla 1-3.
Las características de los motores de MT se dan en
la Tabla 1-1:
(1) Pm: Potencia mecánica
P: Potencia eléctrica
Tabla 1.1: Características de los motores de MT
• Equipos
perturbadores
En la unidad de producción, se instalan dos
variadores de velocidad para motores asíncronos, cuyas características se
muestran en la Tabla 1-2.
Tabla 1.2: Características de
los variadores de velocidad
• Limitaciones
impuestas por el proceso industrial
□ Tiempos de
parada tolerados
- no se toleran interrupciones para algunos motores vitales, control de procesos e iluminación de seguridad; potencia total de 250 kVA
- la unidad de producción tolera una parada de 10 s
- la planta tiene una autonomía de materia prima y capacidad de almacenamiento de 8 horas, por lo que se permite una parada larga en las unidades receptora-preparación, almacén y expediciones.
□ Cargas deslastrables
Las cargas que se pueden deslastrar en caso de un
fallo de la red pública de distribución de energía eléctrica, sin afectar la
producción, representan:
- el 50% de la unidad de recepción-preparación
- el 60% de la unidad de almacenamiento
- el 60% de la unidad de expediciones.
• Limitaciones de
la red de distribución
- Potencia de cortocircuito igual a 200 MVA en una red aérea de 20 kV
- Corriente de defecto a tierra limitada a 300 A
- continuidad de servicio promedio:
- cortes breves: 50 a 100 por año
- cortes largos: de 10 a 20 por año.
- las demás características cumplen con la norma EN 50160.
Ver
post: “Características de la alimentación suministrada por las redes de
distribución pública” en el siguiente link:
1.7.3.
Elaboración de un primer esquema unifilar
• Balance de
Potencias (ver tabla 1-3)
El balance de potencias activa y reactiva se indica
para cada unidad en función de las potencias instaladas después de la
aplicación de los factores de utilización y simultaneidad. Para la
determinación de la potencia total de la instalación, se aplica un factor de simultaneidad
global de 0,9 a la suma de las potencias de cada unidad.
Tabla 1.3: Balance de potencias
de la fábrica
• Elección de
tensiones
□ Tensión de
suministro del distribuidor
La tensión de 20 kV de la red de distribución
pública es adecuada para la demanda de energía de la planta, que es de
alrededor de 5 MVA. La potencia de cortocircuito de 200 MVA es 400 veces la
potencia del receptor más grande. Cualquier perturbación generada por los
receptores probablemente no perturbe la red de distribución pública.
La elección de una tensión de distribución en MT de
5.5 kV resulta de:
- la presencia de 6 motores de MT distribuidos por la fábrica (ver Tabla 1-3)
- potencias por cada unidad
- la extensión de la fábrica, distancias que varían entre 300 m y 1000 m.
Para baja tensión, una tensión trifásica de 400 V es
suficiente para alimentar los receptores más grandes.
• Fuentes de
energía
□ Fuente
principal
El suministro de energía a la planta es
proporcionado por dos líneas de 20 kV
normal/auxiliar de dos fuentes diferentes (desde la misma subestación de la
compañía distribuidora pero por dos transformadores distintos).
□ Fuente alternativa
En caso de un fallo de la red pública, el suministro
de energía a la planta será provisto por una fuente alternativa conectada a la
barra colectora de 5.5 kV en la subestación de planta. Esta fuente
suministrará, aislada de la red pública, las cargas no deslastrables durante los
periodos con picos de carga o indisponibilidad de las líneas de 20 kV de la
distribuidora.
Se acoplará a la red pública durante los días u
horas punta de la compañía distribuidora, con el fin de ahorrar dinero en la
factura de energía.
□ Fuentes de emergencia
Para garantizar la seguridad de las personas y los
bienes, se ha previsto un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) para los
siguientes receptores vitales:
- 200 kVA para el sistema de control de la producción
- 50 kVA para el alumbrado de emergencia.
La fuente de alimentación de este SAI estará compuesta
por un grupo electrógeno de 250 kVA conectado al cuadro de BT de la unidad de producción,
con el fin de compensar la limitada autonomía de las baterías de acumuladores
(10 a 30 min).
• Elección de los
regímenes de neutro
□ En media
tensión
La presencia de motores en MT obliga a limitar la
corriente de falta a tierra a 30 A en la red de 5,5 kV. Se opta por un neutro
puesto a tierra con resistencia de limitación.
□ En baja tensión
- Proceso de producción: los requisitos sobre la continuidad del servicio obligan a la elección de neutro aislado (IT). Para la iluminación, se utiliza un transformador BT/BT para cambiar al régimen de tierra TT.
- Para el resto de la instalación, se opta por el régimen de neutro TT, en particular para evitar dañar los motores en caso de una falta a tierra.
• Estructura de
la red
Los datos y los elementos determinados previamente
permiten establecer un primer esquema unifilar (ver Fig. 1-2).
□ Subestación de
planta
La Subestación de planta está alimentada por dos
líneas de 20 kV procedentes de la compañía distribuidora; dos transformadores de
cabecera de 20 kV / 5.5 kV suministran energía a una barra colectora de 5.5 kV
con acoplamiento.
□ Red interna
- proceso de producción; esta parte de la instalación se alimentará en doble antena con acoplamiento en MT y BT.
- las unidades de recepción-preparación, almacén y expediciones se alimentan en simple antena.
- El resto de las unidades se alimentarán en bucle abierto debido a las importantes distancias.
Figura 1.2: Esquema unifilar de
la instalación
1.7.4. Estudios
técnicos y validación del esquema unifilar
• Elección de
transformadores
A falta de conocer las curvas de carga de la
instalación, los transformadores se eligen en función del balance de potencias
de la instalación.
Las características de los transformadores se muestran
en la figura 1.2.
• Elección de
alternadores
La potencia auxiliar se determina a partir del
balance de potencias en el punto de entrega desde el cual sustraemos las cargas
deslastrables aplicando el factor de
simultaneidad global:
• Cálculo de
corrientes de cortocircuito
Las corrientes de cortocircuito, se han calculado utilizando el software
SELENA (Schneider
Electric) para las diferentes configuraciones de las fuentes:
- red alimentada solo por el distribuidor
- red alimentada solo por alternadores
- red alimentada por los alternadores acoplados al distribuidor.
El método de cálculo utilizado está de acuerdo con la
norma IEC 60909.
• Determinación
de la sección de los conductores
El estudio está limitado a la distribución de 5.5
kV.
□ Características
de los conductores
La distribución eléctrica consta de 3 cables
unipolares de 6/10 (12) kV de cobre aislados con PR, colocados directamente en
canaletas cerradas a una temperatura de 30°C. Las canalizaciones no comprenden agrupaciones
de varios circuitos.
Figura 1.3: Tipo de instalación
de cables
Los factores de corrección a aplicar para este tipo
de instalación son:
- por el tipo de instalación: 0.8
- por temperatura ambiente de 30 ºC: 1
- por agrupación de varios circuitos: 1
El factor de corrección general es 0 8
□ Unidad de
producción: canalizaciones eléctricas C01 y C02
• Determinación
de la corriente máxima de utilización IB
Las canalizaciones eléctricas C01 y C02 se pueden auxiliar
mutuamente en caso de emergencia, por lo que deben ser capaces de conducir individualmente
toda la corriente de la barra colectora JDB2. La Tabla 1-5 muestra el balance
de potencias en JDB2 suponiendo que el transformador tiene un cos ϕ = 0,85.
TABLA 1.5: Balance de potencias
en el juego de barras JDB2
La corriente máxima de servicio es por tanto:
La corriente equivalente que el cable debe poder conducir
en las condiciones normales de servicio es:
Para una corriente admisible de I0 = 550
A, la tabla 1.6 (columna 3, PR en cobre) da una sección mínima S1 = 185 mm2.
Tabla 1.6 : Corrientes
admisibles en cables constituidos por tres cables unipolares con tensiones
nominales de hasta 6/10 (12) kV
Continua en: Ejemplo
de diseño eléctrico de una Planta Industrial (Parte 2ª)
https://imseingenieria.blogspot.com/2018/11/ejemplo-de-diseno-electrico-de-una_5.html
https://imseingenieria.blogspot.com/2018/11/ejemplo-de-diseno-electrico-de-una_5.html
¡Wow! Este artículo sobre el diseño eléctrico de una planta industrial es genial. Me encantó cómo aborda cada detalle y los métodos para resolver los problemas. Un trabajo excelente al proporcionar información clara y útil. ¡Estoy ansioso por leer las próximas partes!
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