DISEÑO DE DISTRIBUCIÓN EN MT Y BT

Oscar David Chingate, Natalia Acevedo, Angie Catherine Chica

Este documento explica de forma detallada el diseño de una red de Distribución en Media Tensión (M.T) y Baja Tensión (B.T), basado en la normatividad del operador de red CODENSA, el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas RETIE y el Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público RETILAP, de modo que el lector podrá encontrar de manera detalla cada uno de los pasos y aclaraciones de los planos y demás cálculos para dicho diseño.

1. INTRODUCCIÓN.

En Colombia los sistemas de distribución de energía eléctrica pertenecen a varias empresas que velan por un suministro seguro y de calidad, para cumplir con estos objetivos se debe contar con personal capacitado que realice los diseños de los circuitos que alimentaran a los usuarios finales optimizando siempre los recursos para que red no llegase a tener ninguna dificultad.

Según el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas RETIE, se calificara como instalación eléctrica de distribución todo conjunto de aparatos y de circuitos asociados para el transporte y transformación de la energía eléctrica, cuyas tensiones nominales sea iguales o superiores a 120 V y menores a 57,5 KV, estas instalaciones constan de redes de Media tensión o circuitos primarios que se caracterizan por trabajar con tensiones nominales superiores a 1000 V y menores a 57,5 kV y circuitos secundarios o de Baja Tensión que según el mismo reglamento se caracterizan por trabajar con tensiones mayores o guales a 25 V y menores o iguales a 1000 V.

Para el diseño de circuitos de Media Tensión y Baja Tensión se deben evaluar las condiciones del terreno tales como los aspectos socioeconómicos y la zona urbana que se sea intervenir (número de usuarios o número de lotes) además de identificar el tipo de carga que se quiere alimentar bien sea industrial, comercial, residencial o alumbrado público y con estas especificaciones se podrá tener un diagnóstico para revisar los requerimientos y así poder prestar un servicio confiable y de calidad.

En primera instancia las redes de distribución tienen dos formas de construcción que han venido evolucionando atendiendo a los avances tecnológicos y al cambio generacional presente en nuestra sociedad debido a esto el sistema de distribución pose redes áreas y en el caso contrario redes subterráneas, las primera se podría decir que son las más comunes pero aclarando que las políticas distritales han exigido que para estratos socioeconómicos altos se utilice las redes subterráneas por su seguridad, además de ser más estéticas ya que no están a la vista y no producen ningún tipo de contaminación. Aunque su diferencia más marcada es el hecho que las instalaciones subterráneas son demasiado costosas y el acceso al realizar labores de mantenimiento es más complicado que si se trata de hacer en una red área.

Como un ejemplo académico para poner en práctica los conocimientos adquiridos en la materia de transporte de energía se va a realizar el diseño de una red de distribución en el marco de la normas establecidas por el RETIE, el RETILAP y CODENSA con el fin de evaluar la mejor disposición para los elementos que la conforman optimizando todos los recursos sin olvidar

2. SELECCIÓN DEL SECTORSe realizó la escogencia de 200 lotes en la localidad de Kennedy , con las siguientes características:

LOTES 230ESTRATO SOCIO-ECONOMICO 3

LOCALIDAD KENNEDYCARGAS ESPECIALES NO

SERVICIO DE GAS SITabla 1. Características del sector

Grafica1. Plano del plan de ordenamiento territorial.

3. UBICACIÓN Y DISTANCIA ENTRE POSTES.Para la ubicación de los postes se tienen en cuenta varios factores tales como el número máximo de acometidas familiares, equivalente a 8 acometidas, además es importante tener en cuenta el frente de la casa promedio , este valor corresponderá para nuestro caso a 7metros

D postes=DFrenteCasa∗No .acometidas

2

Reemplazando

DFrenteCasa=7 m

No . acometidas=8

Obtenemos :

D postes=7 m∗8

2=28 m

La distancia entre postes reglamentaria corresponderá a 28 metros, pero para facilitar el diseño y disminuir costos, por medio de una menor cantidad de postes se establecerá una distancia a 36m A partir de este valor se puede ubicar los postes y su respectiva conexión.

4. Tabla de regulación BTCabe aclarar que la topolia a utilizar es de tipo radial, y se quiere cumplir con una regulación menor al 3%, para cumplir con este parámetro de diseño se realizaron 3 circuitos independiemente cada uno con su respectivo transformador.

Circuito 1.

Tramo Longitud [m]

Num. De usuarios

DMD KVA totales

[KVA]

Me [KVA-m]

Calibre conducto

r

K [%/KVA-

m]

εparcial [%]

εtotal [%]

A-B 32 8 11,04 353,28 X X 353,28xX 353,28XB-C 34 16 18,72 636,48 X X 636,48X 1011,84XC-D 34 8 11,04 375,36 X X 375,36X 375,36XB-Y 8 25 26,5 212 X X 212X 1484,88XX-Y 24 19 21,28 510,72 X X 510,72X 1272,88XX-V 28 13 15,86 444,08 X X 444,08X 762,16XV-U 32 7 9,94 318,08 X X 318,08X 318,08XB-E 20 54 48,6 972 X X 972X 3822XXE-F 14 37 35,89 502,46 X X 502,46X 2300,7XF-G 40 15 17,7 708 X X 708X 1065,84XG-H 36 7 9,94 357,84 X X 357,84X 357,84X

Z-AA 25 3 5,46 136,5 X X 136,5X 136,5XAA-BB 25 10 13 325 X X 325X 461,5XBB-F 8 14 16,8 134,4 X X 134,4X 732,4X

AXunque el calibre y la constante son desnocidos, se sabe que la regulación debe ser menor al 3% y se tiene una regulación total y parcial dependiendo de X, para garantizar que nuestro criterio de diseño se cumpla debemos igualar la mayor regulación obtenida en todos los circuitos, a continuación se presentan la tabla de regulación de los demás circuitos

CIRCUITO 2

Tramo Longitud [m]

Num. De usuarios

DMD KVA totales

[KVA]

Me [KVA-m]

Calibre conducto

r

K [%/KVA

-m]

εparcial [%]

εtotal [%]

J-K 38 6 8,76 332,88 X X 332,88X 332,88XI-J 38 14 16,8 638,4 X X 638,4X 971,28X

CC-DD 38 7 9,94 377,72 X X 377,72X 377,72XDD-EE 38 15 17,7 672,6 X X 672,6X 1050,32X

EE-I 8 19 21,28 170,24 X X 170,24X 1220,56XI-OO 20 39 37,44 748,8 X X 748,8X 2940,64XM-N 32 6 8,76 280,32 X X 280,32X 280,32XL-M 32 14 16,8 537,6 X X 537,6X 817,92X

GG-FF 38 7 9,94 377,72 X X 377,72X 377,72XHH-GG 38 15 17,7 672,6 X X 672,6X 1050,32XL-HH 8 21 23,1 184,8 X X 184,8X 1868,24XOO-L 14 40 38 532 X X 532X 2400,24X

Tabla 2,Circuito 2 tabla de regulación

Tramo Longitud [m]

Num. De usuarios

DMD KVA

totales [KVA]

Me [KVA-

m]

Calibre conductor

K [%/KVA-

m]

εparcial [%]

εtotal [%]

P-Q 32 7 9,94 318,08 X X 318,08X 318,08XO-P 32 14 16,8 537,6 X X 537,6X 855,68XII-JJ 35 7 9,94 347,9 X X 347,9X 347,9X

KK-JJ 35 15 17,7 619,5 X X 619,5X 967,4XOO-KK 8 19 21,28 170,24 X X 170,24X 1137,64X

PP-O 20 37 35,89 717,8 X X 717,8X 2711,12XS-T 32 3 5,46 174,72 X X 174,72X 174,72XR-S 32 6 8,76 280,32 X X 280,32X 455,04X

NN-MM 32 3 5,46 174,72 X X 174,72X 174,72XMM-LL 32 6 8,76 280,32 X X 280,32X 455,04X

R-LL 8 9 12,06 96,48 X X 96,48X 551,52XPP-R 14 18 20,52 287,28 X X 287,28X 1293,84X

De las tablas anteriores se pueden determinar la mayor regulación de los de circuitos, y esta se encuentra localizada en el primer circuito justo en tramo B-E con una regulación total equivalente a 3822X donde X hará referencia a nuestro Calibre de conductor y constante respectiva.

3822 X=0.03

7,8492e-4 = X

Equivalente a una constante de 7,8492e-4, remitiéndonos a la tabla de regulación de codensa, observamos que tenemos una regulación un cable trenzado XLPE, red aérea cable trenzado XLPE, de este obtenemos un cable entre 2/0 o 4/0 si se escogiese el calibre 2/0 no cumpliría con la regulación, es por esto que para obtener una mejor regulación se escogio un calibre 2/0 con una constante de K = 9,98050e-4.

º

Se utilizo el método telescópico colocando un calibre trenzado de 2/0 para algunos tramos y un trrenzado 4/0 para los demás tramos. Esto se muestra acontinuación

Tramo Longitud [m]

Num. De usuarios

DMD KVA totales

[KVA]

Me [KVA-m]

Calibre conductor

K [%/KVA-

m]

εparcial

[%]εtotal

[%]

A-B 32 8 11,04 353,28 TRENZADO 4/0 6,59E-04 0,23 0,23B-C 34 16 18,72 636,48 TRENZADO 4/0 6,59E-04 0,42 0,67C-D 34 8 11,04 375,36 TRENZADO 4/0 6,59E-04 0,25 0,25B-Y 8 25 26,5 212 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,21 1,05X-Y 24 19 21,28 510,72 TRENZADO 4/0 6,59E-04 0,34 0,84X-V 28 13 15,86 444,08 TRENZADO 4/0 6,59E-04 0,29 0,50V-U 32 7 9,94 318,08 TRENZADO 4/0 6,59E-04 0,21 0,21B-E 20 54 48,6 972 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,97 2,92E-F 14 37 35,89 502,46 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,50 2,30F-G 40 15 17,7 708 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,71 1,06G-H 36 7 9,94 357,84 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,36 0,36

Z-AA 25 3 5,46 136,5 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,14 0,14AA-BB 25 10 13 325 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,32 0,46BB-F 8 14 16,8 134,4 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,13 0,73

TramoLongitud

[m]Num. De usuarios

DMD KVA totales

[KVA]

Me [KVA-m]

Calibre conductor

K [%/KVA-

m]

εparcial

[%]εtotal

[%]

J-K 38 6 8,76 332,88 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,33 0,33I-J 38 14 16,8 638,4 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,64 0,97

CC-DD 38 7 9,94 377,72 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,38 0,38DD-EE 38 15 17,7 672,6 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,67 1,05

EE-I 8 19 21,28 170,24 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,17 1,22I-OO 20 39 37,44 748,8 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,75 2,93M-N 32 6 8,76 280,32 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,28 0,28L-M 32 14 16,8 537,6 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,54 0,82

GG-FF 38 7 9,94 377,72 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,38 0,38HH-GG 38 15 17,7 672,6 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,67 1,05L-HH 8 21 23,1 184,8 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,18 1,86OO-L 14 40 38 532 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,53 2,40

TramoLongitud

[m]Num. De usuarios

DMD KVA totales

[KVA]

Me [KVA-m]

Calibre conductor

K [%/KVA-

m]

εparcial

[%]εtotal

[%]

P-Q 32 7 9,94 318,08 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,32 0,32O-P 32 14 16,8 537,6 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,54 0,85II-JJ 35 7 9,94 347,9 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,35 0,35

KK-JJ 35 15 17,7 619,5 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,62 0,97OO-KK 8 19 21,28 170,24 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,17 1,14PP-O 20 37 35,89 717,8 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,72 2,71S-T 32 3 5,46 174,72 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,17 0,17R-S 32 6 8,76 280,32 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,28 0,45

NN-MM 32 3 5,46 174,72 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,17 0,17MM-LL 32 6 8,76 280,32 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,28 0,45

R-LL 8 9 12,06 96,48 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,10 0,55PP-R 14 18 20,52 287,28 TRENZADO 2/0 9,98E-04 0,29 1,29

5. Selección del transformador

Para determinar la capacidad del transformador y seleccionar el tipo del mismo, se utilizará el método de “Carga máxima para el sector residencial” de agosto de 1998 realizado por la empresa de energía CODENSA , en el documento se establece la metodología para el dimensionamiento de transformadores de distribución y redes de uso de BT para el sector residencial.

Definiciones:

Se establece el número de usuarios para cada uno de los de los circuitos, después determinamos Establecer la carga de servicios comunes y/o cargas especiales calculado, una vez calculado, ningún circuito contiene cargas especiales, por lo que sólo tendremos una demanda de servicios comunes, se reemplaza en la ecuación ( 2)

kVA(SC+CE)/Cliente=kVAServicios comunes Proyecto+kVACargas especiales Proyecto

Número de clientes (2)

kVA SC+CECliente

=82.8 KVA+0 KVA92

=0,9 KVA

Obteniendo así un valor de 0,9KVA por usuario, Con con este nuevo valor y conociendo el número de usuario , buscamos en la tabla de estrato 6 y como se puede observar en la figura X, para el circuito 1, obtenemos un transformador con una capacidad de 150KVA, este mismo procedimiento se realizó para los circuitos 2 y circuitos 3.

figura X.

Tabla 1. Especificaciones circuito 1.

ESTRATO 3CLIENTES 83

CARGA POR USARIO [KVA ] 0,9DEMANDA DE TRANSFORMADOR

[KVA] 74,7

TRANSFORMAODR [KVA] 150

Tabla2. Especificaciones circuito 2

ESTRATO 3CLIENTES 55

CARGA POR USARIO [KVA ] 0,9DEMANDA DE TRANSFORMADOR

[KVA] 49,5TRANSFORMAODR [KVA] 112,5

Tabla 3. Especificaciones circuito 3

FALTA LA PROTECCION DEL FUSIBLE! ACA??

ESTRATO 3

CLIENTES 92

CARGA POR USARIO [KVA ] 0,9

DEMANDA DE TRANSFORMADOR [KVA]

82,8

TRANSFORMAODR [KVA] 150

1 10 100 1000 100000.01

0.1

1

10

100CURVAS DE COORDINACION

1 2CORRIENTE [ A ]

TIEM

PO [

S ]

4

en conductor trenzado construcción en línea 19 postes con 14 metros de longitud y capacidad de rotura de 750 Kg

Cambio de Angulo 6 postes con 14 metros de longitud y capacidad de rotura de 750 Kg

Final de circuito 12 postes con 14 metros de longitud y capacidad de rotura de 1350 Kg

6. Selección de los postes, templete y cimentaciónPara la selección de postes, las decisiones de ubicar o no el templete y el tipo de cimentación, se tiene en cuenta la norma LA010 “Utilización de postes y templetes”

Utilizada para un circuito urbano con red trenzada.

NOTAS:- En los montajes donde se realice la instalación de transformador en poste se debe tener en cuenta lo establecido en la norma LA 009 para la cimentación.- Para los montajes de estructuras en “H” se aceptan las siguientes combinaciones para transformadores hasta 150 kVA:1. Dos postes de 12 m , 750 kg 2. Un poste de 12 m 510 kg y un poste de 1 050 kg3. Un poste de 12 m 750 kg y un poste de 1 050 kg

7. CIDEMENTACION DE POSTES

LA009

t=D+0,1 m

D= H10

+0,6 m

Dónde:t: profundidad de la cimentaciónD: Profundidad de enterramiento del posteH: Altura del poste

Calculando la cidementación de postes tenemos

D=14 m10

+0,6m

D=2metros

t=2+0,1 m

La profundidad de enterramiento del poste es de 2 metros y la profundidad de cimentación es de 2,1metros

No se recomienda utilizar relleno que contenga materia orgánica, basuras, tierra vegetal y terrones de arcilla.

Para la cimentación de la postería, en suelos de baja capacidad portante se recomienda la utilización de una mezcla homogénea compacta de recebo-cemento en proporción 10:1; Para suelos normales, el relleno tanto en la base como en los laterales se hará en recebo compactado, y en suelos muy buenos, la utilización de material proveniente de la excavación.

6.1. Postes de concreto:El relleno utilizado alrededor del poste puede ser de dos tipos:

a. En terrenos normales, se colocará recebo compactado en capas de 15 cm en la base y alrededor del poste.b. En terrenos de baja capacidad portante se usará una mezcla homogénea compacta de recebo-cemento, en proporción 10:1, la cual debe ser compactada en capas de 15 cm en la base y alrededor del poste.Se reconstruirá el andén alrededor del poste colocado, con un mismo espesor y calidad de concreto del andén original.

7.2.Postes de maderaEl relleno utilizado alrededor del poste debe ser recebo compactado en capas de 15 cm en la base y alrededor del poste. Como la postería de madera se utiliza preferencialmente en áreas rurales, los esfuerzos que se ejercen sobre los postes tipo pesado se compensan utilizando templetes.

LA411 Retenida terminal o en ángulo poste a varilla de anclaje

El aislador se debe seleccionar de acuerdo al nivel de tensión del circuito así:• Hasta 600 V ANSI 54-1• De 11,4 kV y 13,2 kV ANSI 54-2• Hasta 34,5 kV ANSI 54-4

LA326-1 Salidas subterraneas de B.T. a red aérea en conductor trenzado con amarre preformado - Alternativa(1) El diámetro del ducto se escoge de acuerdo con el calibre de los conductores(2) Abrazadera de una salida z7 tornillo de carruaje t5 y tuerca de ojo m7 .(3) El poste que aparece en la lista es una referencia, consulte la norma LA010 para su selección y utilización.(4) Templete según las normas LA411, LA417, LA418, LA419.(5) En el dibujo se puede observar dos opciones de caja de borneras para derivación de acometidas

NOTA:- El número de tensores de acometidas (h1) depende de la cantidad y calibre de las acometidas en el poste.

TEMPLETES!

LA411 Retenida terminal o en ángulo poste a varilla de anclaje

LA320 Circuito secundario sencillo en conductor trenzado construcción en línea

LA321-1 Final de circuito secundario sencillo en conductor trenzado con amarre preformado - Alternativa.

LA417 Templete cuerda de guitarra (alternativas)

LA418 Templete poste a poste

LA419 Retenida terminal o en ángulo poste a varilla de anclaje (alternativas)