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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRICA
ESTUDIO DE CARGAS, CÁLCULO Y DISEÑO PARA EL REEMPLAZO
DE CARGADORES Y UPS EN LA SUBESTACIÓN T-29 DE LA
REFINERÍA CARDÓN
Br. Molina P. Marco A.
Mérida, Noviembre, 2009
ii
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRICA
ESTUDIO DE CARGAS, CÁLCULO Y DISEÑO PARA EL REEMPLAZO
DE CARGADORES Y UPS EN LA SUBESTACIÓN T-29 DE LA
REFINERÍA CARDÓN
Trabajo presentado como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Electricista
Br. Molina P. Marco A.
Tutores: Prof. José G Contreras
Prof. Lelis N. Ballester
Asesor: Ing. Jesús Isambert
Mérida, Noviembre, 2009
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRICA
APROBACIÓN
ESTUDIO DE CARGAS, CÁLCULO Y DISEÑO PARA EL REEMPLAZO
DE CARGADORES Y UPS EN LA SUBESTACIÓN T-29 DE LA
REFINERÍA CARDÓN
Br. Marco A Molina P
Trabajo de Grado, presentado en cumplimiento parcial de los requisitos exigidos para optar al
título de Ingeniero Electricista, aprobado en nombre de la Universidad de Los Andes por el
siguiente Jurado.
Prof. José G. Contreras Prof. Lelis N. Ballester
C.I: 4.490.926 C.I: 13.098.939
Prof. Marisol Dávila
C.I: 10.107.821
iii
AGRADECIMIENTOS
Todos los seres humanos hemos sentido la necesidad de superarnos de algún modo ante los
retos, empezando por aquellos que conseguimos en el camino desde los primeros días de
nuestra vida, pero no hay mejor satisfacción que llegar a la meta de uno de estos retos que uno
mismo ha escogido.
No hay que negar que desde el primer peldaño de la escalera, cuando empezaron los
primeros semestres estuvo lleno de momentos alegres y amargos y por todo eso doy gracias a
Dios y a la Santísima Virgen en quienes e puesto mucha fe.
Les doy gracias a mis padres, José Ramón Molina y Aidee Mireya Paz que han sido mi
apoyo en todo momento y quienes me han formado tanto moral como espiritualmente a ellos
todo mi cariño.
A mis hermanas Francia y Angelica Estefanía que de la mano siempre me han sabido dar
buenos consejos.
A todo mi familia, Tías, Tíos, Padrinos, Madrinas, Sobrinos y primos que han sido
importante en este caminar y a todos aquellos amigos, a la comunidad claretiana y grupo
Juventud Eucarística con quienes e compartido.
Estoy muy agradecido por todas aquellas personas de las Gerencia de Proyectos y
Confiabilidad del CRP que me han prestado apoyo, colaboración y material para la
realización de la tesis.
A la no menos importante, a la Universidad de los Andes especialmente a la escuela de
ingeniería eléctrica, a sus profesores y técnicos quienes me han dado toda la formación
académica que hoy en día tengo.
iv
Molina. Marco A. Estudio de Cargas, Cálculo y Diseño para el Reemplazo de
Cargadores y UPS en la Subestación t-29 de la Refinería Cardón. Universidad de los
Andes. Facultad de Ingeniería. Tutores: Prof. José Gregorio Contreras, Prof. Lelis Ballester.
Asesor: Ing Jesús Isambert. Octubre 2009.
RESUMEN
Un UPS (sistema de potencia ininterrumpida) es un equipo encargado de entregar tensión de
una forma segura y sin interrupciones durante un periodo de autonomía. En el presente
trabajo, se realiza el estudio y análisis de cargas para determinar la capacidad de los
rectificadores e inversores que son equipos que comprende un UPS, a ser instalados en la
subestación T-29 de la Refinería Cardón, que en su conjunto presenta un grupo de cargas con
características especiales. Dichas características especiales son establecidas por la naturaleza y
alimentación de dichas cargas ya que unas trabajan con alimentación en corriente continua,
mientras que otras con corriente alterna, lo cual impacta directamente a las capacidades del
inversor y del rectificador. Se plantea cinco opciones de configuración del equipo, al cual se le
realizó una matriz de decisión, para determinar cual de estas es la más viable. Se realizaron
cálculos para determinar las capacidades de los rectificadores, inversores y del banco de
batería, también se determino el calibre de los conductores mediante el cálculo por capacidad
de corriente como por su caída de tensión. Se determino la corriente de corto circuito de los
tableros AC y DC y la coordinación de protecciones. Finalmente también se realizan los
planos de ubicación de los equipos, así como, el diagrama de conexión final donde se
encuentra toda la información referente a los calibres, las cargas y los fusibles de estas.
Anexo se encuentran los cómputos métricos y las fotos donde se ubicaran los nuevos equipos.
Descriptores: Rectificadores, Inversores, conmutador estático, Bypass.
v
ÍNDICE GENERAL
p.p
APROBACIÓN ...........................................................................................................................ii
AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................ iii
RESUMEN ................................................................................................................................. iv
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 1
CAPÍTULO
1 GENERALIDADES ................................................................................................................ 3 1.1.2 Reseña histórica de la empresa............................................................................................................3
1.1.5 Estructura Organizativa de la Empresa ................................................................................................4
1.2 Centro de Refinación Paraguaná (C.R.P) ................................................................. 6 1.2.1 Misión del Centro Refinador Paraguaná ..............................................................................................7
1.2.2 Visión del Centro Refinador Paraguaná ..............................................................................................7
1.2.3 Estructura Organizativa del Centro de Refinación Paraguaná .............................................................8
1.3 Estructura Organizativa de la Gerencia de Proyectos .............................................................................8
1.4 Planteamiento del Problema ................................................................................... 9
1.5 Objetivos ........................................................................................................... 10 1.5.1 Objetivo General .............................................................................................................................. 10
1.5.2 Objetivo específicos ......................................................................................................................... 10
1.6 Justificación e Importancia .................................................................................. 10
1.7 Metodología ....................................................................................................... 11
1.8 Alcance ............................................................................................................. 11
2 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................... 12
2.1 El UPS .............................................................................................................. 12
2.2 Estructura del UPS. ............................................................................................. 13
2.3 Rectificador ....................................................................................................... 14 2.3.1 Descripción funcional ....................................................................................................................... 15
2.3.2 Señalización e Instrumentos .............................................................................................................. 15
2.4 Baterías (Acumulador). ....................................................................................... 16 2.4.1 Baterías en Flotación ........................................................................................................................ 17
2.4.2 Baterías en Descarga......................................................................................................................... 17
2.4.3 Carga Automática ............................................................................................................................. 17
2.4.4 Carga de Ecualización ...................................................................................................................... 17
2.4.5- Ciclo de Carga ................................................................................................................................. 17
2.5- Inversor ............................................................................................................ 18 2.5.1 Descripción Funcional del Inversor ................................................................................................... 19
2.6 Conmutador Estático ........................................................................................... 20 2.6.1 Condiciones de conmutación, Inversor => Red de Emergencia. ........................................................ 21
vi
2.6.2 Condiciones de conmutación Red de Emergencia => Inversor. ......................................................... 22
2.7 Bypass............................................................................................................... 22
2.8 Matriz de decisión .............................................................................................. 23
3 DESARROLLO ...................................................................................................................... 24
3.1- Análisis y estudio de carga.................................................................................. 24
3.2- Opciones y alternativas de diseño .................................................................. 26
3.3- Dimensionamiento de la Batería ......................................................................... 33
3.4- Cálculo de la cantidad de celdas .......................................................................... 35
3.5- Cálculo de la capacidad del rectificador ................................................................ 36
3.6- Cálculo de la capacidad del inversor .................................................................... 39
3.7- Cálculo de los calibres ....................................................................................... 40 3.7.1- Cálculo de los calibres por capacidad de corriente ........................................................................... 40
3.7.2- Cálculo de los calibres por caída de tensión ..................................................................................... 42
3.8- Corriente de corto circuito .................................................................................. 45 3.8.1- Corriente de corto circuito para la barra de corriente continua ......................................................... 45
3.8.2- Corriente de corto circuito en la barra de corriente alterna ............................................................... 48
3.9- Coordinación de Protecciones ............................................................................. 50
3.10- Tablero de potencia .......................................................................................... 53 3.10.1- Tablero de potencia para DC ......................................................................................................... 53
4.10.2- Tablero de potencia para AC ......................................................................................................... 55
4 TRASPASO DE CARGA ....................................................................................................... 56 4.1 Descripción del trabajo a realizar ......................................................................................................... 56
4.2- Procedimiento de Tie-ins .................................................................................... 59
5 DESCRIPCIÓN DE PARTIDAS .......................................................................................... 62
5.1- Descripción de partidas ...................................................................................... 62
CONCLUSIÓNES .................................................................................................................... 71
RECOMENDACIONES ........................................................................................................... 73
REFERENCIAS ....................................................................................................................... 74
APÉNDICE A ........................................................................................................................... 75
Anexos ....................................................................................................................................... 76
vii
LISTA DE TABLAS
Tabla Nº pp
3.1 Análisis de cargas conectadas a Tensión DC……………………………….…….…….26
3.2 Análisis de las cargas conectadas con tensión AC………………………..……….……27
3.3 Matriz de decisión……………………………………………………………...…….…36
3.4 Factores de corrección por altura y temperatura………………………………….….…40
3.5 Capacidad de los conductores corregida………………………………………….……43
3.6 Conductores para las cargas en continua por capacidad de corriente…….…….………43
3.7 Conductores para las cargas en la barra de corriente AC………………………………44
3.8 Caída de tensión para cargas en continua………………………………………..……..46
3.9 Caída de tensión para cargas en alterna…………………………………………..…….47
3.10 Capacidades y tipos de fusibles Barra de corriente continua………………………....54
3.11 Capacidades y tipos de fusibles Barra de corriente alterna…………………………...55
3.12 Especificaciones del tablero para las cargas de corriente continua…………..……....57
3.13 Especificaciones del tablero para las cargas de corriente alterna………………..…...58
4.1 Procedimiento de Tie-ins…………………………………………………….…………66
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura pp
1.1 Estructura Organizativa de Petróleos de Venezuela………………………………………..5
1.2 Estructura Organizativa del Centro de Refinación Paraguaná……………………….…......8
1.3 Estructura Organizativa de la Gerencia de Proyectos………………………....……….….10
2.1. Diagrama en Bloques del UPS……………………………………….……………....…...15
2.2 Diagrama de un Rectificador………………………………………….………….…...….16
2.3 Proceso de carga de la batería………………………………………………….……..…...19
2.4 Diagrama en bloques del inversor…………………………………………….…..…….....20
2.5 Diagrama de bloques de los conmutadores estáticos……………………….……..………22
3.1 Diagrama de la propuesta # 1……………………………………………….…….………29
3.2 Diagrama de la propuesta # 2………………………………………………..….……...….30
3.3 Diagrama de la propuesta # 3…………………………………………..……...…….……31
3.4 Diagrama de la propuesta #4……………………………………………..…..……..……..32
3.5 Diagrama de la propuesta #5………………………………………….………..….……....35
3.6 Simbología de los elementos usados en las propuestas …….………….….……….….....34
3.7 Corrientes que influyen en el cálculo del rectificador…...……….………………...….…39
3.8 Caso más desfavorable de la corriente de corto circuito para las cargas en
alternas…………………………………………………………………………......…....51
3.9 Circuito equivalente del fallo de corto circuito……………..……………………..……....53
4.1 Diagrama con identificación de los equipos……………………..…………….…..……...66
1
INTRODUCCIÓN
Hoy en día la industria depende de forma esencial y primordial de la energía eléctrica, pero
siempre y cuando se garantice la entregada de dicha tensión de una manera segura y sin
interrupciones, ya que durante el tiempo en que se paralicen los equipos por esta causa,
significan costos por improductividad y falta de entrega en sus productos. También se debe
mencionar que en algunos casos las cargas por ser muy exigentes respecto al rango de tensión
a la que deben operar, se ven sometidas a fluctuaciones de la red que podrían averiarse de
forma total o parcial lo que significaría un doble gasto, tanto por la reparación del mismo
equipo como por paralización.
Los UPS (sistema de alimentación ininterrumpida), vienen a solucionar estos tipos de
problemas y para su uso este debe ser estudiado, porque el costo de la implementación es
elevado, por lo cual se aplican a cargas especiales como lo son: sistemas de control
distribuido, sistema de parada de emergencia, sistema de control de hornos, sistema de
detección contra incendio, alumbrado de emergencia entre otros.
Ahora bien, el sistema UPS posee una limitante ya que no es capaz de entregar energía por
un tiempo indefinido, sino que depende de un banco de baterías lo que viene a traducirse en un
tiempo de autonomía. Este tiempo de autonomía es crucial y su duración estará determinado
por la capacidad del banco de baterías y la carga conectada durante el periodo de falla de la
alimentación principal.
En la actualidad el uso de UPS es muy amplio, y puede ser encontrado en hospitales,
clínicas, torres de comunicación, subestaciones eléctricas, en la industria petrolera y servidores
de red y datos.
El trabajo de Grado, se encuentra estructurado en cinco capítulos donde se describe con
detalle cada uno de los pasos que lo conforman.
En el Capítulo I, se muestra la Descripción de la Empresa, el Planteamiento del Problema
y los objetivos propuestos para la realización del proyecto. El Capítulo II contiene el
2
desarrollo del Marco Teórico, es decir todos los conceptos necesarios para entender el equipo
a tratar y como este se encuentra estructurado así como las características del mismo. En
cuanto al desarrollo, este se encuentra en el Capítulo III en la cual se tiene el
dimensionamiento de los inversores y de los rectificadores las protecciones, el banco de
baterías y los tableros alternos y continuos. El procedimiento para el traspaso de la carga
corresponde al Capítulo IV mientras que la descripción de las partidas y de los cómputos
métricos se encuentra en el Capítulo V. Finalmente conclusiones y recomendaciones
3
CAPÍTULO I
GENERALIDADES
El presente trabajo fue realizado dentro de las instalaciones del CRP (Centro de Refinación
Paraguana), específicamente en el la Gerencia de Proyectos la cual fue siendo este mismo
designado por el grupo 2 perteneciente a la gerencia antes mencionada teniendo estos, la
responsabilidad de desarrollar y evaluar proyectos para el buen funcionamiento de la industria
petrolera venezolana.
1.1 Descripción de la Empresa
Petróleos de Venezuela S.A. es la corporación estatal de la República Bolivariana de
Venezuela que se encarga de la exploración, producción, manufactura, transporte y mercadeo
de los hidrocarburos, de manera eficiente, rentable, segura, transparente y comprometida con
la protección ambiental; con el fin último de motorizar el desarrollo armónico del país
1.1.2 Reseña histórica de la empresa
Se puede mencionar, que el primer paso en la industria petrolera que tuvo Venezuela, , fue
dado por el Libertador Simón Bolívar, cuando en el año de 1829 dictó un reglamento en la
ciudad de Quito, Ecuador, sobre minas, que hacían al país propietario de los minerales, que se
encuentran sobre su territorio.
La Primera investigación, sobre el potencial petrolífero que yace sobre el país, se da a
conocer, por el Doctor José María Vargas, cuando analizó una muestra que provenía del
estado Trujillo en el año 1839.
4
La primera concesión para la explotación petrolera, se otorga en el año 1865, por el
gobernador del estado Zulia, General Jorge Sthuerland, al empresario Camilo Ferrand, pero no
fue posible llevar a cabo el proyecto de explotación.
Para el año 1865, el estado Tachira fue sacudido por un terremoto, por tal motivo se
produce un afloramiento de petróleo en la hacienda La Alquitrana Propiedad de Manuel
Antonio Pulido. El mismo comienza la explotación comercial del petróleo en Venezuela, por
medio de la compañía venezolana PETROLIA
Para el año de 1975 el estado venezolano nacionaliza el petróleo trayendo consecuencias
positivas para el país y reserva todos los derechos relacionados, con la exploración,
explotación, refinación, manufactura, distribución, almacenamiento y venta del petróleo así
como el de sus derivados, hecho que llevaría a cabo la recién creada Petróleos de Venezuela
(PDVSA), encargándose de la industria petrolera, petroquímica y carbonífera y entre sus
funciones esta el de planificar, coordinar, supervisar y controlar la industria petrolera
venezolana.
La industria petrolera venezolana, se encarga de procesos que van desde la búsqueda del
crudo, hasta su colocación en el mercado. PDVSA con el objetivo, de satisfacer los mercados
de consumo provenientes del petróleo, entre los que se pueden mencionar bitumen, gas, crudo
pesado de la faja del Orinoco, producción y manufacturas de orimulsión, Kerosén, nafta así
como también explotación de los yacimientos de carbón. [Guía de Gerencia de Proyecto,
2004]
PDVSA es una corporación de alcance global y es propietaria de CITGO con su sede en
Tulsa, Oklahoma, empresa que se encarga de refinación, mercadeo y transporte de los
derivados del petróleo.
1.1.5 Estructura Organizativa de la Empresa
El esquema organizacional de PDVSA, ha tenido grandes cambios desde sus primeros
inicios, cuando se nacionalizó el petróleo en 1975.
5
DIRECTORIO
Este progresivo cambio y adaptación ha sido constante, tanto en el ámbito tecnológico
como en el área administrativa de la empresa, solamente con el motivo de enfrentar los nuevos
retos de los últimos tiempos y cada vez lograr mayores niveles de eficiencia y productividad.
La casa matriz de PDVSA se encuentra ubicada en Caracas, desde allí se emiten todas las
ordenes y los lineamientos que debe seguir la corporación, en dicha sede se encuentra la
Presidencia, Vicepresidencia, Asesoras corporativas de planificación, asuntos públicos y
finanzas; también cuenta con otras sedes en distintas partes del país, donde se evalúan las
necesidades de cada área, de una manera local así como los proyectos que conllevan a un
mejor funcionamiento. [Guía de Gerencia de Proyecto, 2004]
Figura N° 1.1 Estructura Organizativa de Petróleos de Venezuela.
[Guía de Gerencia de Proyecto, 2004]
PRESIDENCIA
PLANIFICACIÓN
Asuntos Públicos
Finanzas
Recursos Humanos
PDVSA - petróleo y gas
- Consultora jurídica - Protección integral - Prev y control de perdidas - Contraloría interna - Oficina Presidencia - Oficina Economista
PDVSA Exploración y
Producción
PDVSA Manufactura
y Mercadeo
PDVSA Servicios
PDVSA - Intevep
PDVSA - CIED
PDVSA - Sofip
PDVSA - Palmaven
6
1.2 Centro de Refinación Paraguaná (C.R.P)
El Centro de Refinación Paraguaná, se encuentra ubicado en la Península de Paraguaná, en
el extremo nor-occidental del país, actualmente tiene una capacidad de refinación de 940 mil
barriles diarios y está integrado por la Refinería de Amuay ubicada en Judibana, la refinería de
Cardón ubicada en la Comunidad Cardón, Península de Paraguaná, Estado Falcón, República
Bolivariana de Venezuela y por último la Refinería de Bajo Grande que se encuentra ubicada
en el Estado Zulia.
El Centro de Refinación Paraguaná, se convirtió en él más grande del mundo cuando en el
año de 1998 se unificó, ya que sus orígenes provienen de las empresas filiales LAGOVEN y
MARAVEN. Gestión que se iba adelantando desde el año 1995 para el intercambio de
Olefinas, Nafta y Gasóleos, a fin de aprovechar las capacidades excedentes de procesamiento
de ambas refinerías. La integración de las dos refinerías representó un hito histórico para la
industria petrolera venezolana, al permitir la optimización de los paquetes y productos
elaborados por ambas refinerías. Los dos centros cuentan con plantas y unidades de
procesamiento de la más alta tecnología, que los han llevado hacia su consolidación como el
centro refinador más grande del mundo
Estas antiguas filiales de PDVSA fueron puestas en servicio en 1949 y 1950,
respectivamente por las concesionarias Creole y Shell, con una capacidad inicial de 50 y 60
mil barriles diarios. Luego con la nacionalización petrolera en 1976, estas Refinerías pasan a
ser operadas por LAGOVEN S.A. y MARAVEN S.A., Filiales de Petróleos de Venezuela,
S.A. (PDVSA). Ambas refinerías, buscando a responder al incremento de producción y las
grandes reservas de crudo pesado, realizaron los proyectos de Refinación más importantes de
Venezuela, como fueron la Modificación del Patrón de Refinación Amuay, MPRA (1982) y el
Proyecto de Adecuación de la Refinería Cardón, PARC (1996).
A partir de 1991, se inició un proceso de sinergia entre estás refinerías con el
proyecto de Interconexión Amuay – Cardón (IAC – I). En 1996, con la puesta en servicio de la
segunda fase de este proyecto (IAC-II), se logro unirlas mediante seis oleoductos para el
intercambio de olefinas, naftas y gasóleos. Posteriormente respondiendo, al proceso de
7
transformación de la industria petrolera venezolana, la Refinería de Amuay y Cardón, se
integraron pasando a formar el Centro de Refinación más grande del mundo.
El Centro de Refinación Paraguaná, inicia sus operaciones de forma integrada a partir de
01 de Enero de 1998, constituyéndose de esta manera en el complejo con 940 mil barriles de
petróleos diarios, lo que equivale al 74% del total de la capacidad de refinación en el país, y el
50% del circuito internacional de PDVSA.
El Centro de Refinación, recibe aproximadamente 860 mil barriles diarios de petróleo, a
través de 3 oleoductos y 125 millones de pies estándar de gas, ambos provenientes de los
campos petroleros ubicados en el lago de Maracaibo.
El Centro de Refinación Paraguaná (CRP), es una empresa dedicada a la refinación,
manufactura, almacenamiento, comercialización de hidrocarburos, perteneciente a la unidad
del negocio de Refinación Suministro y Comercio. La creación del Centro de Refinación
Paraguaná está en línea con el proceso de transformación de PDVSA imponiendo el avance
hacia una nueva cultura empresarial en la que prevalecen los valores corporativos, de la
búsqueda de la excelencia y él más alto valor agregado para el negocio. [Guía de Gerencia de
Proyecto, 2004]
1.2.1 Misión del Centro Refinador Paraguaná
Elaborar productos a partir de los hidrocarburos, en productos refinados que cumplan con
los más altos estándares de calidad, mediante el uso de tecnología de manera confiable, segura
y que además mantengan armonía con el ambiente, para ello se cuenta con el personal mejor
entrenado y preparado, para enfrentar tanto procedimientos cotidianos como de contingencias.
1.2.2 Visión del Centro Refinador Paraguaná
Ser la unidad de mayor producción de los hidrocarburos y sus derivados de PDVSA y en el
mundo. Contando con el apoyo de cada uno de sus miembros como un gran equipo teniendo a
favor la mayor estructura petrolífera.
8
1.2.3 Estructura Organizativa del Centro de Refinación Paraguaná
El Centro Refinador de Paraguaná esta constituido por 3 gerencias
- Gerencia Técnica
- Gerencia de Mantenimiento
- Gerencias Asesoras
Ente las gerencias asesoras se cuentan
- Recursos Humanos
- Asuntos Públicos
- Asuntos Jurídicos
- Prevención y Control de Pérdidas
Figura N° 1.2 Estructura Organizativa del Centro de Refinación Paraguaná
[Guía de Gerencia de Proyecto, 2004]
1.3 Estructura Organizativa de la Gerencia de Proyectos
En la estructura supervisora, está a cargo el gerente técnico, y la Gerencia de Proyectos,
estando esta ultima dividida en cuatro grupos, Grupo 1 Implantación, Grupo 2 Implantación,
Grupo FEL (Definición y Desarrollo) y el Grupo Construcción
Gerencia General
GERENCIAS ASESORAS - Gerencia de Recursos Humanos - Gerencia de Finanzas y Logísticos - Gerencia de Asuntos Públicos - Gerencia de Asuntos Jurídicos - Gerencia de Prevención y Control
de Perdidas - Gerencia de Finanzas
- Gerencia de Servicios Logísticos
Gerencia de Mantenimiento
Gerencia de Operaciones
Gerencia Técnica
9
Figura N° 1.3 Estructura Organizativa de la Gerencia de Proyectos
[Guía de Gerencia de Proyecto, 2004]
1.4 Planteamiento del Problema
La necesidad para la empresa, que ciertas cargas eléctricas, estén en continuo
funcionamiento y no sean expuestos a interrupciones, que los expongan a una paralización de
forma forzada, o peor aun que sean sometidos a variaciones en la tensión de alimentación, que
puedan ocasionar el daño parcial o total, en dicha carga y debido a la importancia que ésta
tiene, conllevó a instalar, un equipo que fuera capaz no solo de mantener la tensión en casos
de fluctuaciones de voltaje sino que además, en ausencia de la alimentación externa, éste sea
capaz de darle cierto tiempo de autonomía alimentando a la carga a través de un banco de
baterías.
Dicho equipo cumple con la función de rectificar, almacenar energía DC en un banco de
baterías y posteriormente invertir (convertir la corriente continua en alterna), este equipo es
llamado UPS (Uninterruptible Power Supply) que quiere decir sistema de alimentación
ininterrumpida.
Gerente Técnico
Gerente de Proyectos
Especialista Estimación de costos Asesor
proyectos
Superintendente proyectos Grupo 1
Superintendente proyectos Grupo 2
Superintendente Grupo FEL
Superintendente Planificación
Ing de Proyectos Coord. De
Construcción
Ing de Proyectos Coord. De
Construcción
Ing de Proyectos Proyectos
Planificador
10
1.5 Objetivos
1.5.1 Objetivo General
Realizar un estudio técnico/económico que conlleve a una mejora adecuada del sistema de
cargadores y UPS que cumpla con una mayor confiabilidad que la que actualmente se
encuentra
1.5.2 Objetivo específicos
- Desarrollar un estudio de carga para determinar la capacidad de los rectificadores
cargadores, de tal manera que permita su buen funcionamiento, incluso cuando alguno
de estos se encuentren en mantenimiento.
- Seleccionar el mejor reemplazo de acuerdo a las necesidades, facilidad de repuestos y
apoyo técnico que se encuentre en el mercado.
- Calcular la capacidad del banco de baterías.
- Desarrollar un estudio de carga para determinar la capacidad los inversores de tal
manera que permita redundancia, operatividad, facilidades para el mantenimiento y
reserva para futuras cargas.
- Realizar las especificaciones de los tableros de 120 VAC y 125 VDC
- Realizar el estudio y coordinación de protecciones para las cargas de los cargadores y
UPS.
- Realizar las partidas con las especificaciones técnicas de construcción y los cómputos
métricos, de las obras eléctricas.
- Realizar los planos y la memoria de l cálculo.
1.6 Justificación e Importancia
Aunque la instalación de un UPS, tiene un costo muy elevado sobre todo cuando se
considera unidades de grandes capacidades superiores a los 50 A, las razones que justifica el
uso de este dispositivo son válidas, para optar por la compra, debido a la carga que debe
alimentar tiene la particularidad de ser primordial, para el buen funcionamiento de la refinería.
11
Dicho equipo le daría autonomía de alimentación, por cierto periodo de tiempo cuando la
red externa falla, además protegería a las cargas ante las fluctuaciones de tensión que ocurren
de forma periódica, siendo una de sus funciones mantiener el voltaje de salida constante,
porque de no ser así podría ocasionar un daño parcial o total de las cargas que le corresponde
alimentar.
1.7 Metodología
La metodología consiste en una investigación de tipo técnico, para elaborar y desarrollar
una propuesta viable a través de la recolección de datos de las cargase investigar las posibles
soluciones a la problemática.
1.8 Alcance
Dejar un trabajo de forma detallada y de ingeniería básica sobre la problemática que
actualmente se encuentra el UPS que alimenta los controles de las calderas y los turbo
generadores ya que estos son los responsables de darle alimentación a la refinería con una
capacidad de 24 MW
12
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
Es claramente entendido en la industria petrolera y entre otras, la importancia que tiene el
uso de los equipos UPS por eso en este capitulo se explican todos conceptos aplicados a dicho
Sistema asi como las características que debe tener estos y las funciones que cumplen.
2.1 El UPS
El UPS (Fuente de poder ininterrumpida), son equipos destinados a garantizar una tensión
segura y libre de perturbaciones eléctricas, para distintos tipos de consumos con red eléctrica
presente y durante un lapso de tiempo frente a un corte de energía.
[www.crexel.com.ar/ups.pdf, 2009]
Existe dos tipos de UPS los ON-LINE en la cual el inversor y todos los componentes que
constituyen el equipo, siempre se encuentra funcionando, así cuando ocurra una falla , las
cargas no son afectadas, por trayendo por ende una mayor confiabilidad mientras que los UPS
tipo OFF-LINE son aquellos donde el inversor se encuentra en espera de una falla para entrar
en funcionamiento.
A continuación se mencionan algunas tecnologías de construcción de los sistemas UPS
- Ferroresonantes.
- Ferroresonantes controlados.
- Controlados por SCR.
- Alta frecuencia.
13
2.1.1 Características
- Calidad de la energía: El control de frecuencia y amplitud de la tensión de salida del
UPS garantiza una salida estabilizada. Las fluctuaciones de tensión y cambios de
frecuencia usualmente presentes en los sistemas eléctricos de alimentación no afectan la
tensión de salida del UPS.
- Desacoplamiento de la distorsión de la red: Por usar una doble conversión de energía
(AC/DC y DC/AC) y un transformador de aislamiento con bobina de reactancia en la
salida del inversor, permiten que las distorsiones sean filtradas, por lo tanto, todas las
cargas conectadas al UPS están protegidas contra perturbaciones que pueden estar
presentes en las redes eléctricas de alimentación industrial. Esto es especialmente
importante para dispositivos electrónicos sensibles, por ejemplo; sistemas de
computación, sistemas de control, equipos médicos, entre otros. [Data Power,1995]
- Protección contra fallas de la red: Durante largos o cortos periodos de interrupción del
servicio de la red eléctrica, el UPS garantiza la alimentación continua a las cargas
conectadas mediante el banco de baterías, el cual viene conectado entre la salida del
rectificador y la entrada del inversor. La operación normal del sistema UPS es aquella a
través de la cual la red eléctrica alimenta al rectificador y a su vez éste alimenta al
inversor para que este último alimente a la carga conectada. En caso de una falla de la
red eléctrica, las baterías conectadas alimentan automáticamente al inversor, sin
interrumpir el suministro hacia la carga. Sin embargo, la carga solo puede ser alimentada
por un cierto tiempo (tiempo de autonomía) el cual viene limitado por la capacidad de
almacenamiento de energía del banco de baterías. Para alargar el tiempo de autonomía
se recomienda aumentar la capacidad de las baterías. [Data Power,1995]
2.2 Estructura del UPS.
La unidad de alimentación básica del UPS, es un convertidor AC-DC-AC: En la figura
siguiente se presenta un diagrama en bloques de la muestra los seis componentes funcionales
esenciales que constituyen al UPS.
14
Figura N° 2.1. Diagrama en Bloques del UPS
Estos componentes son los siguientes:
- Rectificador / Cargador de Baterías (RECT).
- Baterías (BAT).
- Inversor (INV).
- Conmutador Estático del Inversor (SSI).
- Conmutador Estático del Bypass (SSB).
- Bypass Manual o de Mantenimiento (QIBY).
2.3 Rectificador
Es el dispositivo que se encarga de convertir el voltaje AC en voltaje DC, principalmente
con la utilización de un puente rectificador trifásico, formado por tiristores los cuales son
activados por pulsos emitidos por la lógica de control del rectificador. Posee además un
transformador de aislamiento, el cual reduce la tensión de la entrada a un nivel que pueda ser
manejado por el puente rectificador, y una bobina de conmutación, la cual reduce la distorsión
producida por el proceso de rectificación hacia la red de alimentación. La salida DC del
rectificador alimenta al inversor y carga las baterías, las cuales están conectadas al rectificador
a través de una bobina de saturación que reduce el rizado AC asegurando el máximo tiempo de
vida útil de las mismas. [Data Power,1995]
15
Figura N° 2.2 Diagrama de un Rectificador
2.3.1 Descripción funcional
Los rectificadores para los UPS utilizan un puente de SCR total controlado. El puente total
controlado (Trifásico) está formado por tres ramas compuestas por dos tiristores cada una. El
tiristor se asemeja a un interruptor unidimencional autosostenido. EL tiristor utilizado en los
puentes rectificadores conduce durante la duración de la semi-onda positiva y entra en estado
de bloqueo en el instante en que se invierte la tensión ánodo - cátodo.
Este puente de seis pulsos (puente totalmente controlado), presenta menos rizado que uno
de tres pulsos (puente semi-controlado). Esto da como resultado las siguientes ventajas:
- La conmutación se realiza con mayor facilidad.
- Se reduce considerablemente la inductancia de filtro que se requiere a la salida.
2.3.2 Señalización e Instrumentos
La señalización permite:
- Observar la operación del rectificador.
- Detectar condiciones de emergencia o falla (autodiagnostico).
- Realizar una evaluación rápida y precisa
Estas señalizaciones permiten visualizar rápidamente las condiciones de operación o de
falla, facilitando la identificación de cualquier problema y la consiguiente intervención
técnica.
16
Comúnmente se encuentran los siguientes instrumentos
- Voltímetro para medir la tensión de salida del rectificador.
- Amperímetro para medir la corriente de salida del rectificador.
- Amperímetro para medir la corriente de carga y descarga de las baterías.
También se pueden encontrar, relé de falla a tierra, relé de máxima tensión DC, relé de
mínima tensión DC. [Data Power,1995]
2.4 Baterías (Acumulador).
La Batería, es un componente de gran importancia para la continuidad en el suministro de
potencia, ya que es un sistema que almacena energía eléctrica bajo forma química, para
restituirla después en forma de corriente eléctrica. La batería suple la energía en caso de una
corta interrupción, una ausencia total de la red de alimentación, o en caso de una falla en el
rectificador.
El Tiempo de Autonomía, es el tiempo que la batería puede alimentar a la carga durante la
ausencia de la red principal. Este depende de la capacidad de la batería y de la carga
conectada.
Una batería consiste en un grupo de celdas electroquímicas, de idéntica capacidad y
construcción, interconectadas para suplir un voltaje nominal DC a una carga eléctrica.
El número de celdas dentro del banco de baterías depende del tipo de batería y puede variar
también debido a requerimientos específicos del cliente. La capacidad de la batería depende de
la potencia de salida del UPS y del tiempo de autonomía requerido. Para estas unidades, las
baterías son instaladas en gabinetes externos o en rack.
Los siguientes conceptos son aplicados a los bancos de las baterías, cuando estas se
encuentran en distintas etapas durante su uso.
17
2.4.1 Baterías en Flotación
Es la condición de régimen permanente que mantiene las baterías cargadas. En esta etapa el
nivel de tensión aplicado a las baterías es superior al voltaje nominal del banco, a fin de
mantenerlas cargadas.
2.4.2 Baterías en Descarga
En esta etapa la energía acumulada en las baterías alimentan la carga, con la consecuente
disminución progresiva de su tensión hasta que llega a su valor denominado umbral de
descarga, a partir del cual las baterías deben ser recargadas.
2.4.3 Carga Automática
Es el proceso de carga que se inicia al momento en que retorna la red de alimentación. La
tensión en las baterías parte del valor de inicio de carga y va aumentando linealmente hasta
alcanzar el nivel ajustado para la carga de ecualización. Para las baterías selladas, el nivel de
tensión de carga es igual al de flotación.
2.4.4 Carga de Ecualización
Es el proceso de carga a un nivel de tensión por encima al voltaje de flotación para
garantizar la carga efectiva de la batería, este tipo de carga solo aplica a las baterías tipo
abiertas.
2.4.5- Ciclo de Carga
El banco de baterías es recargado aplicando un umbral inicial de tensión e incrementando
progresivamente esta hasta alcanzar el voltaje de ecualización, permaneciendo en este nivel
hasta el final del ciclo.
En la figura N° 2.3 se presenta una gráfica donde se visualiza el proceso de carga de una
batería.
18
Figura N° 2.3 Proceso de carga de la batería [Data Power,1995]
El proceso efectuado es controlado punto a punto por una memoria EPROM, la cual puede
ser adaptada al tipo de batería utilizada. Esto garantiza la total recuperación de la capacidad de
la batería en un tiempo viable. En la tarjeta se encuentra un temporizador que permite la
ejecución automática de un ciclo completo de recarga (indistintamente del estado de carga de
la batería) cada 30 días, de modo de evitar daños por sulfatación de la batería.
2.5- Inversor
El inversor, convierte la tensión DC suplida por el rectificador o por la batería en una
tensión AC de amplitud y frecuencia estabilizada, la cual es conveniente para alimentar al más
sofisticado equipo eléctrico.
La tensión sinusoidal de salida del inversor es generada por un Modulador de Ancho de
Pulso (Pulse Width Modulation - PWM). El uso de una portadora de alta frecuencia para el
PWM y un filtro para la salida AC, asegura una muy baja distorsión de la tensión de salida
19
(THD <1% en cargas lineales). El filtro AC está compuesto básicamente por un transformador
de aislamiento con bobina de reactancia y un banco de condensadores. [Data Power,1995]
En la siguiente figura se visualiza el diagrama de bloques básico del inversor donde de una
manera ilustrada se observa cono recibe tensión continua y a su salida se tiene tensión alterna.
Figura N° 2.4 Diagrama en bloques del inversor
El control lógico del inversor restringe la máxima corriente de salida a un 150% de la
corriente nominal en caso de un cortocircuito. En caso de sobrecarga (hasta 125% de la
corriente nominal) la tensión de salida es mantenida constante. Para mayores corrientes la
tensión de salida es reducida, sin embargo, esto solo ocurrirá si la red de emergencia no está
disponible. Además, el UPS sólo conmutará a la red de emergencia para corrientes mayores al
125% de la corriente nominal.
Los transistores IGBT del inversor están completamente protegidos de severos
cortocircuitos por medio de un sensor de saturación o “fusible electrónico”.
2.5.1 Descripción Funcional del Inversor
El inversor puede semejarse a un interruptor cuya función es la de conectar a la carga
alternadamente el polo positivo y el negativo de la fuente de tensión continúa. El voltaje del
inversor es controlado para mantener sincronismo y fase con el voltaje de la línea alterna de
emergencia mientras que este se encuentre dentro de los rangos aceptables de voltaje y
20
frecuencia. Si los valores de voltaje y/o frecuencia de la línea alterna de emergencia están
afuera de dichos rangos, el inversor no realiza sincronismo con la red de emergencia y genera
internamente su propia frecuencia, manteniéndolos dentro de los rangos establecidos.
2.6 Conmutador Estático
Un conmutador estático es un interruptor constituido por dispositivos electrónicos de
potencia, cuya apertura o cierre no es mecánico, sino controlado electrónicamente. Su función
es transferir la alimentación de la carga desde el inversor a la red de emergencia. La
conmutación entre el inversor y la red de emergencia se realiza de forma automática,
controlada por la lógica. El conmutador estático posee dos secciones de conmutadores
estáticos, que usan tiristores como elementos de conmutación. Durante la operación normal
del UPS, tal y como se observa en la figura N° 2.5 el SSI está cerrado y SSB está abierto,
conectando la carga a la salida del inversor. [Data Power,1995]
Figura N°2.5 Diagrama de bloques de los conmutadores estáticos [Data Power,1995]
Durante condiciones de sobrecarga o falla del inversor, SSI es conmutado a apagado
(abierto) y SSB es conmutado a encendido (cerrado), suministrando la energía desde la red de
emergencia (red de alimentación, salida de otro UPS, etc). Actuando siempre ambos
conmutadores juntos por un corto periodo, una ininterrumpida alimentación durante la
21
conmutación es asegurada. Esta es una condición esencial para una alimentación confiable de
los equipos conectados.
El control para cada conmutador estático (SSB y SSI) es completamente independiente,
asegurando que la falla de un conmutador estático no afecte al otro.
2.6.1 Condiciones de conmutación, Inversor => Red de Emergencia.
La tensión y la frecuencia de la red de emergencia tienen que estar entre los límites de
tolerancia establecidos, y el inversor tiene que estar sincronizado con ella.
a) Bajo condiciones de falla del inversor.
- Para el caso de una sola unidad, el UPS conmuta a la red de emergencia (SSB enciende
y SSI apaga).
- Para unidades en Espera en Caliente, la carga es conmutada al segundo inversor, y
conmutará a la red de emergencia sólo cuando dicho inversor no esté listo para asumir la
carga.
Si las condiciones anteriores para la red de emergencia y la sincronización no se cumplen:
- El inversor continuará operando con tensión de salida reducida bajo condiciones de
sobrecarga.
- El inversor presentará una “falla de inversor”.
En este segundo caso, el sistema podrá:
- Conmutar a un segundo inversor en espera en el caso de un sistema en Espera en
Caliente.
- El UPS conmutará la alimentación por la línea de emergencia con una muy corta
interrupción de 10 (ms) si la alimentación no está sincronizada, para el caso de una sola
unidad UPS.
22
Bajo condiciones de sobrecarga.
Todos los módulos UPS presentes conmutarán a la red de emergencia, y permanecerán en
ella hasta que la sobrecarga sea removida.
2.6.2 Condiciones de conmutación Red de Emergencia => Inversor.
El UPS conmutará automáticamente a operación del inversor (SSI enciende y SSB se apaga)
cuando:
- La tensión y la frecuencia del inversor estén entre los límites de tolerancia.
- La sobrecarga haya sido removida.
- El inversor esté sincronizado con la red de emergencia.
Si el UPS intenta infructuosamente por 5 veces en un tiempo de 3 minutos conmutar al
inversor, el UPS permanecerá en la red de emergencia y señalará una alarma. Después
presionando el botón de reset una sola vez, se silencia la alarma audible y presionando otra
vez se conmutará al Inversor.
Si el UPS permanece bloqueado mientras se encuentra conectado a la red de emergencia y
una falla en dicha red ocurre, el UPS conmutará automáticamente al inversor si la tensión y la
frecuencia están dentro de la tolerancia y si el inversor está sincronizado con la red de
emergencia.
2.7 Bypass
La función del Bypass Manual es alimentar de forma directa a la carga a través de la red de
emergencia durante las labores de mantenimiento del UPS. Cuya semejanza consiste
esencialmente de un interruptor. En algunos UPS la conmutación de los diferentes modos de
operación a Bypass Manual puede ser realizado sin interrupción. Cuando el Bypass Manual
alimenta a la carga, el UPS puede estar completamente apagado, permitiendo realizar las
labores de mantenimiento
23
2.8 Matriz de decisión
Es una técnica utilizada para tomar una decisión, valorar y darle prioridad a una lista de
opciones que influyen, se evalúa según una escala de acuerdo a un criterio que pudiera ser del
uno al diez.
La gran ventaja de la matriz de decisiones es que permite tomar una decisión de manera
más objetiva, basados en un sistema de valoración en vez de confiar únicamente en la
intuición o la visión subjetiva de una persona, o de los integrantes de un grupo. [Matriz de
decisión, [www.rgpymes.net/pdf/instrumentos-gestion ,2009].
24
CAPÍTULO III
DESARROLLO
El presente capítulo comprende el estudio realizado a las cargas , las opciones de diseños
que se presentaron durante la realización de este trabajo, el dimensionamiento de las baterías,
rectificadores e inversores, cuyo método es claramente explicado tanto por las normas internas
de PDVSA como por las normas internacionales
3.1- Análisis y estudio de carga
Un UPS consta de dos partes esenciales, una en la que la energía es rectificada y otra en la
que después de este proceso es invertida, aparte del bypass y del banco de baterías, que
también conforman parte esencial del conjunto de un UPS. El equipo a tratar es de carácter
especial, no solo porque alimenta cargas que consumen energía alterna, sino que también a
este conjunto de equipos se encuentran conectadas cargas que funcionan con tensión continua..
El rectificador estará diseñado para manejar una tensión de entrada de 480 VAC trifásica,
60 Hz y una tensión de salida de 125 VDC, mientras el inversor tendrá una salida DE 120
VAC con la posibilidad de conectarse a una línea auxiliar o “Bypass”, para casos de
emergencia. Con la finalidad a ser instalado, en la subestación eléctrica T-29, ubicada en la
Refinería Cardón.
PDVSA establece el uso de rectificadores en paralelo y que cada uno tenga la capacidad de
alimentar toda la carga, esto con el objeto de obtener una mayor confiabilidad, a este sistema
se le denomina paralelo redundante y será utilizado tanto en los rectificadores como en los
inversores.
25
A continuación en la tabla N° 3.1 se especifican las cargas que consumen energía DC y la
demanda que tiene cada una de estas.
Tabla N° 3.1 Análisis de cargas conectadas a Tensión DC
Por elemento Tiempo de Operación
Elemento Corriente [A] Watios [W] seg min
Alimentación 125 VDC CCM TG N| 8 80 10000 8
Circuito de disparo CCM 480V S/E T-29 (Barr Izq) 16 2000 6
Circuito de disparo TABL 34,5 KV S/E T-26 (Barr Izq) 16 2000 6
Circuito de disparo TABL 6,9 KV S/E T-29 (Barr Izq) 16 2000 6
Inversor 104 13000 8
Alimentación 125 VDC CCM TG N| 9 80 10000 8
Circuito de disparo CCM 480V S/E T-29 (Barr Der) 16 2000 6
Circuito de disparo TABL 34,5 KV S/E T-26 (Barr Der) 16 2000 6
Circuito de disparo TABL 6,9 KV S/E T-29 (Barr Der) 16 2000 6
PaneL E-83 25 3125 8
Las cargas más importantes asociadas a la barra de corriente continua son la alimentación
de los circuitos de disparo de los turbo generadores 8 y 9 por ser los responsables de aportar al
sistema de generación interna de Cardón de 24 MW de energía.
De la tabla N°3.1 se observa dos columnas, donde se tiene información del tiempo de
operación de las cargas y según la norma interna de PDVSA número 90619.1.050 que
expresa: toda carga que se encuentre conectada por un periodo igual o mayor a 8 horas, se
considera como una carga continua. Mientras que las demás cargas son denominadas cargas
intermitentes lo que tendran un tratamiento distinto para el dimensionamiento de cada
componente que compone el UPS . [Norma PDVSA, 1993]
En la tabla N°3.2 se encuentra el estudio realizado a las cargas alternas, es decir aquellas
que se encuentran conectadas a la salida del inversor. En este equipo dichas cargas tienen un
comportamiento de operación de forma continua , por ende las barras de el alimentación se
encuentran diseñadas para trabajar con el al 100%, por tanto los alimentadores de ambos tipos
de cargas tendrán diferente forma para poder determinar la capacidad.
.
26
Tabla N° 3.2 Análisis de las cargas conectadas con tensión AC
Elemento Carga [VA] Fp Corriente [A] Operación
Cubiculo Lógico 2000 0,85 16,67 Continua
Tablero Caldera 2000 0,85 16,67 Continua
Alimentador N° 1 1000 0,85 8,33 Continua
Alimentador N°2 1000 0,85 8,33 Continua
Panel Lógico Caldera 17 1000 0,85 8,33 Continua
Reserva Equipada 0
Panel Lógico 18 1000 0,85 8,33 Continua
Alimentador N°3 2000 0,85 16,67 Continua
Tablero Caldera 2000 0,85 16,67 Continua
Tablero de Servicios Comunes 1000 0,85 8,33 Continua
Tablero 1000 0,85 8,33 Continua
Reserva Equipada 0
3.2- Opciones y alternativas de diseño
Se presentaron cinco diseños de configuración para la instalación de los equipos, que
fueron evaluados, incluyendo el ya existente en el lugar. Las opciones fueron sometidas a una
matriz de decisión, cuya evaluación que realizada por un equipo de ingenieros electricista, de
la Gerencia de Proyectos, de la refinería Cardón PDVSA, y también por el autor de la tesis.
Se evaluaron las siguientes condiciones en una escala del uno al diez.
- Costo 1 (mayor costo)--------------10 (menor costo)
Para ello se tomara en cuenta la cantidad y tipo de equipos involucrados en cada uno
de los diagramas. El costo aproximado de cada uno de los equipos es el siguiente:
Rectificador y Baterías: 350.000 BsF
Inversor: 120.000 BsF
Conmutador contactor 15.000 BsF
Interruptor de mantenimiento 12.000 BSF
- Flexibilidad 1 (menor flexibilidad) ------10 (mayor flexibilidad)
27
Se debe tomar en cuenta la facilidad de operación del equipo, como también que estos
estén en funcionamiento continuo, para evitar que alguno este en estado de espera y
pueda verse afectado por la falta de uso.
- Mantenimiento 1(mayor mantenimiento)-------10(menor mantenimiento)
La facilidad para reparar los equipos en el caso que estos se dañen o estén fuera de
servicio por mantenimiento.
- Confiabilidad 1 (menor confiabilidad) ------10 (mayor confiabilidad)
Las cargas que se debe alimentar son de gran importancia y por ende, nunca deben ser
expuestos a paralizaciones o retraso en la conexión del equipo auxiliar, para su buen
funcionamiento, por tal motivo es la evaluación más importante a realizar, se debe tomar
en cuenta las distintas posibilidades o rutas para alimentar dichas cargas, así como
también la mayor automatización que posea los equipos.
- Constructibilidad 1 (menor constructibilidad) ------10 (mayor)
Se evaluará la facilidad, que tiene cada uno de los equipos para ser instalados.
A continuación se encuentra la figura de la simbología a usarse en las opciones de diseño
se se presentaron durante la realización del presente trabajo de grado
Figura N° 3.6 Simbología de los elementos usados en las propuestas
28
Opción N° 1
Figura N° 3.1 Diagrama de la propuesta # 1
Funcionamiento: Tal y como se observa en la figura Nº3.1, los rectificadores son los
responsables de transformar la energía alterna a corriente continua, ambos rectificadores
trabajan al 50%, mientras que un solo inversor es el responsable de alimentar las cargas en
alterna.
Nota: Esta es la configuración que actualmente se encuentra instalado solo que los
repuestos de los rectificadores no se encuentran porque el sistema ya tiene mas de veinte años
de funcionamiento además el inversor no se encuentra en uso porque se averío y las cargas que
consumen corriente alterna están siendo alimentadas por el Bypass
29
Opción N° 2
Figura N° 3.2 Diagrama de la propuesta # 2
Funcionamiento: En la figura Nº 3.2, se observa que los rectificadores igual que la opción
anterior se encontrara funcionando al 50% y solo uno de estos estará a plena carga cuando el
otro quede fuera de servicio. Una vez que la corriente es rectificada, ambos inversores estarán
en funcionamiento al 50%. En caso que uno de ellos entre en mantenimiento, el otro inversor,
es capaz de alimentar todas la carga en alterna a través de un interruptor manual. En caso de
emergencia puedan ser alimentadas por el Bypass cuya conexión se hará de forma automática
por medio de un conmutador estático.
30
Opción N° 3
Figura N° 3.3 Diagrama de la propuesta # 3
Funcionamiento: Haciendo referencia a la figura Nº3.3, una vez que la corriente es
rectificada, tan solo un inversor estará en funcionamiento y con el 100% de la carga, mientras
que el otro se encontrara en espera hasta que el primero de ellos entre en mantenimiento o se
averíe, su conexión será automática por medio del conmutador estático. Sin embargo con el
avance de la tecnología estos inversores se pueden alternar de manera que por ciertos periodos,
uno asuma toda la carga mientras que el otro está en espera y así sucesivamente. Pero en el
caso que ambos inversores se encuentren fuera de servicio, dichas cargas pueden ser
alimentados por el bypass cuya conexión se hará de forma automática por medio del
conmutador estático.
31
Opción N° 4
Figura N° 3.4 Diagrama de la propuesta #4
Funcionamiento: En el modo normal de operación, tal y como se observa en la figura
Nº3.4, los rectificadores estarán al 50% de su capacidad salvo en emergencia, que alguno de
ellos se encuentre en mantenimiento y el otro asuma toda la carga. Una vez que la corriente es
rectificada, ambos inversores estarán en funcionamiento al 50%. Esto es debido a la forma
como se encuentran conectados los conmutadores estáticos, en caso que un inversor entre en
mantenimiento o se averíe, el otro sigue al 50% ya que automáticamente el bypass entra en
funcionamiento a través del contactor a paso cerrado, el caso que los dos inversores fallen, el
bypass de forma automática asume toda la carga.
32
Opción N° 5
Figura N° 3.5 Diagrama de la propuesta #5
Funcionamiento: Haciendo referencia a la figura Nº 3.5, Este diseño en modo de operación
normal, cada rectificador e inverso, se encuentra en funcionamiento a un 50%, cuando ocurra
un periodo de falla en el inversor entra el bypass a través de un conmutador estático.
También posee el modo de mantenimiento al colocar el interruptor de mantenimiento en la
posición N°1. Tanto los transformadores como los inversores y los rectificadores son capaces
de asumir el 100% de la carga, al pasar el seccionador 2 del enclavamiento mecánico, esto
siempre y cuando se cumpla que uno de los seccionadores 1 ó 3 este abierto.
33
La tabla Nº 3.3 contiene los resultados promedios obtenidos en la matriz de decisión
donde se evaluaron las distintas opciones anteriormente expuestas dando como resultado que
la mejor configuración es la numero 5
Tabla N° 3.3 Matriz de decisión
Opción N°1 Opción N°2 Opción N°3 Opción N°4 Opción N°5
Confiabilidad 4 7 6 8 9
Costo 10 8 8 7 7
Mantenimiento 8 7 8 8 8
Flexibilidad 7 5 7 8 8
Construcción 7 7 7 7 7
Total 36 34 36 38 39
3.3- Dimensionamiento de la Batería
Para realizar de este cálculo se basará en la norma internacional IEEE std-485 y en la
norma interna de PDVSA N° 90619.1.056 “Batería de la estación y equipos asociados” la
cual establece la ecuación para él cálculo de las baterías. Siendo la siguiente. [Norma PDVSA,
1993]
TAIKIAH *)*( conticarga1instcarga )1.3(
Donde:
TA= Tiempo de autonomía
K1= Factor de conversión para transformar los amper de la demanda de un minuto en amper-
hora [Ah]
ICarga Inst = Corriente consumida por la carga instantánea.
ICarga Cont = Corriente consumida por la carga continua.
34
Según la norma la PDVSA como la IEEE antes mencionadas establece, toda carga
instantánea será asumida a la demanda de un minuto la cual dará resultados conservadores.
También según la norma PDVSA N-201 el banco de batería tendrá como tiempo mínimo
de autonomía treinta (30) minutos. Para este proyecto el tiempo de autonomía se estableció en
una (1) hora. entoces se tiene que.
hAhAAAH /6.2901*)28960
1*96(
Al banco de baterías hay que agregarle una reserva del 25% por tanto
AHAH bateria 25.363
Para la determinación final del dimensionamiento de la batería se debe tomar en cuenta el
efecto de la temperatura la cual trae consecuencia en la capacidad del banco, siendo la
temperatura normal considerada de unos 25 °C como máximo, para mayores a esta, la
capacidad debe ser corregida a través de la siguiente expresión de acuerdo con la norma IEC
60896-11. [Norma PDVSA, 1993]
)25(125
T
CC T
Ca
)2.3(
CT= Capacidad del banco de batería [Ah]
Ca 25°C= Capacidad del banco de baterías a 25°C [Ah]
= Coeficiente dado por el fabricante puede tomarse 0.006
T= Temperatura [°C]
Despejando CT y tomando como temperatura máxima de 40°C se obtiene lo siguiente:
35
AhCT 84.406
Por tanto, el banco de batería tendrá una capacidad de 426Ah que corresponde al valor
comercial más cercano y superior al valor de diseño.
3.4- Cálculo de la cantidad de celdas
Una banco de batería está compuesto por una cierta cantidad de celdas que colocadas en
serie dan como resultado la suma de sus tensiones.
Dadas las condiciones de operación de los equipos en el sistema de 125 VDC se establece
un límite de tolerancia para el nivel de tensión del banco de baterías. Con las nuevas
tecnologías de estado sólido, electrónicas y numéricas el límite de tensión que soportan los
equipos puede ser hasta un 25%. Sin embargo la norma interna de PDVSA N-201 establece lo
siguiente, un 10% como limite superior y un 15% como límite inferior dado que se tienen
equipos como relés auxiliares que tienen un rango de operación más estrecho.
En la práctica, la batería y el cargador se conectan en paralelo a la barra de corriente
continua, siendo la batería un respaldo del cargador, alimentando la carga durante la pérdida
del alimentador principal del sistema.
El máximo voltaje del sistema será de: 137.5 VDC
El mínimo voltaje del sistema será de: 106.25 VDC
Según la norma IEEE-485 la expresión que permite hallar él numero de celdas es la
siguiente.
onecualizaciV
VN
)3.3(
36
V= Tensión máxima o mínima del sistema a evaluar
Vecualizacion= Tensión de cada una de las celdas
Por tanto al tomar él limite superior
21.984.1
5.137 VN
Al tomar él limite inferior
54.882.1
25.106 VN
Se puede escoger cualquier cantidad de celda que se encuentre entre estos dos valores,
comercialmente el banco de batería debe estar comprendido con 96.
Las baterías deben ser colocadas en una habitación separada, sin ningún otro tipo de
aparatos eléctricos, en un lugar que tenga ventilación natural, en la parte inferior y en donde el
aire de escape se situé en la parte superior, en el lado opuesto de la habitación con el fin de
evitar la concentración de gases de la planta como también el aumento de la temperatura a la
que fue diseñado.
Se recomienda el uso de las baterías níquel-cadmio, que son ampliamente recomendadas
por las normas N-201, [Norma PDVSA, 1993] siendo su mayor ventaja, el poco
mantenimiento que estas pueden tener y la larga durabilidad, buen comportamiento en altas o
bajas temperaturas, excelente para descargas cortas y rápidas aunque tiene la desventaja que el
costo de adquisición es muy elevado
3.5- Cálculo de la capacidad del rectificador
Para poder determinar esta capacidad, se necesita conocer no sólo el tiempo de autonomía
de las baterías, sino también el tiempo de recarga de estas y además las características de
37
funcionamiento de las cargas a alimentar. Ya que el rectificador no solo debe ser capaz de
proporcionar energía a las cargas sino que también al banco de batería cuando estas se
encuentran en periodo de carga, tal y como sé vera en la figura Nº3.7..
Figura N° 3.7 Corrientes que influyen en el cálculo del rectificador
La expresión que permite hallar la capacidad del rectificador según las normas IEEE-485 y
en la norma interna de PDVSA N° 90619.1.056 “Batería de la estación y equipos asociados”
es la siguiente. [Norma PDVSA, 1993]
TRTAAHKII calculadoscontrc /*2 )4.3(
K2= Constante que depende del tipo de batería a usar.
K2=1.1 En caso de baterías plomo – ácido.
K2=1.4 En caso de baterías níquel – cadmio
Icont= Corriente de las cargas que tiene comportamiento continuo.
TA= Tiempo de autonomía de las baterías.
TR= Tiempo de recarga de las baterías.
AH= Capacidad del banco de baterías.
38
Donde la segunda parte de la ecuación viene a representar el aporte en corriente de los
rectificadores a las baterías, cuando estas están descargadas totalmente y con un periodo de
recarga de ocho (8) horas, tiempo que se encuentra especificado en la norma PDVSA. De lo
cual se tiene.
AhAhAI rc 3598/4004.1289
Mas un 25% de reserva
AII rcDiseñorc 75.448*25.1
Luego para obtener la corriente del cargador se aplica los factores de corrección por
temperatura y por altura sobre el nivel del mar. La corrección por temperatura ambiente se
debe considerar si esta supera los 40 °C (temperatura máxima indicada por los fabricantes)
durante periodos superiores a una hora.
La corrección por altura se considera para cargadores instalados a una altura superior a
1000 m sobre el nivel del mar. En la siguiente tabla se encuentran los factores para estimar la
capacidad nominal del cargador.
Tabla N° 3.4 Factores de corrección por altura y temperatura
Corrección por Temperatura Corrección por Altura s.n.m
Temp [°C] Factor Altura[m] Factor
45 1,07 1500 1,05
50 1,16 2000 1,09
55 1,35 2500 1,16
3000 1,2
3500 1,23
4000 1,25
Esto implica la siguiente expresión
39
diseñorehtcorrec IFFI ** )5.3(
Irec-cor= Corriente del rectificador corregida [A]
Ft= Factor de corrección por temperatura [°C]
Fh= Factor de corrección por altura [m]
Ire-diseño= Corriente de diseño [A]
Pero la altura y la temperatura del UPS de la subestación T-29 de Cardón, no supera las
condiciones expuestas en la tabla anterior, lo que implica, que la corriente del rectificador
corregida es la misma que la de diseño.
Se escoge un rectificador con un valor superior próximo a la Irc-diceño, que
comercialmente sería de 500A, es importante que la capacidad de un rectificador es
especificada en corriente de salida y no en potencia aparente ( KVA).
3.6- Cálculo de la capacidad del inversor
Para él cálculo de esta parte del equipo, sólo se tomará en cuenta la carga que consume
energía alterna, para los caso en el que el UPS alimentará solo cargas de este tipo el inversor
tendría la misma capacidad del rectificador, pero este no es el caso. La expresión para este
cálculo es la siguiente. [Norma PDVSA, 1993]
conterinv IFcII *int )6.3(
Iinter= Corriente de las cargas intermitentes
Icont= Corriente de las cargas continuas
Fc= Factor de carga
El factor de carga, cuando no se conoce la norma N-201 de PDVSA recomienda asumirlo
como (0.8), pero ya que las cargas conectadas al inversor son todas continuas se tiene.
40
AI inv 66.116
Con una reserva del 25%
AII invdiseñoinv 83.145*25.1
Lo que corresponde cunado multiplicamos por 120 V una capacidad de 17.5 KVA. Lo que
comercialmente corresponde a un equipo de 20 KVA.
3.7- Cálculo de los calibres
3.7.1- Cálculo de los calibres por capacidad de corriente
El tipo de conductor a utilizar es THW con dos cubiertas una interior y la otra exterior de
material PVC-PVC de 75 °C, con la siguiente aplicación distribución subterránea y en
alimentadores en edificios comercial e industrial, para instalar en condut, escalerilla, bandeja,
y también en ductos subterráneos y enterrado directamente. Pero es esencial tomar en cuenta el
factor derrateo, lo que quiere decir, una constante, que tiene el objeto de ajustar la capacidad
del conductor dependiendo esta de las condiciones a la que se va ver expuesto el conductor.
Dichas condiciones son:
Temperatura entre 35 °C a 40 °C
Número de conductores por bandeja o ducto entre 4 a 6
Por lo que se toma la siguiente expresión para hallar la corrección[Norma PDVSA, 1993]
TTN IFFI ** )7.3(
I= Corriente admisible corregida [A]
FN= Factor de corrección por N° de conductores (para este caso se toma 0.80)
41
Ft= Factor de corrección por temperatura ( Para este caso se toma 0.87)
IT= Corriente admisible por conductor.[Stephens,R. Guía de instalaciones, 2005]
Tabla N° 3.5 Capacidad de los conductores corregida
Calibre Corriente [A]
12 13,92
10 20,88
8 31,32
6 45,24
4 59,16
2 80,04
1/0 104,4
2/0 121,8
3/0 139,2
4/0 160,08
En la tabla Nº 3.6 se presenta los calibres de los conductores ya seleccionados por
capacidad de corriente tomando cono factor de seguridad 1.25 que es exactamente igual como
lo estipula el código eléctrico nacional.
Tabla N° 3.6 Conductores para las cargas en continua por capacidad de corriente
Elemento INominal [A] IDiseño [A] Calibre
Alimentación 125 VDC CCM TG N| 8 80 100 1/0
Circuito de Disparo CCM 480V S/E T-29 (Barr Izq) 16 20 10
Circuito de Disparo TABL 34,5 KV S/E T-26 (Barr Izq) 16 20 10
Circuito de Disparo TABL 6,9 KV S/E T-29 (Barr Izq) 16 20 10
Inversor 104 130 3/0
Alimentación 125 VDC CCM TG N| 9 80 100 1/0
Circuito de Disparo CCM 480V S/E T-29 (Barr Der) 16 20 10
Circuito de Disparo TABL 34,5 KV S/E T-26 (Barr Der) 16 20 10
Circuito de Disparo TABL 6,9 KV S/E T-29 (Barr Der) 16 20 10
PANEL E-83 25 31,25 8
El tablero para las cargas que consumen corriente continua se encontrará fuera del
rectificador a unos 15 metros por lo que se debe utilizar cuatro conductores 3/0 entre el
rectificador y el tablero dando así una capacidad de 556.8 A.
42
El conductor que va desde el banco de las baterías hasta el rectificador se diseña para que
sea capaz de soportar la misma corriente cuando falla el rectificador y las baterías son las
encargadas de suministrar toda la energía es decir en periodos de emergencia.
Por tanto este conductor debe soportar una corriente de diseño de 362.25 Amper por lo que
debe usar 3 conductores calibre 2/0 la cual daría una capacidad de 365.4 amperios de diseño
del conductor y el tipo a usar para el banco de batería en un conductor flexible llamado cable
soldador con una cinta de polietileno.
A continuación se presenta una tabla con cada uno de los calibres para las cargas que son
alimentadas por el inversor
Tabla N° 3.7 Conductores para las cargas en la barra de corriente AC
Elemento Corriente [A] IDiseño [A] Calibre Cubiculo Lógico 16,67 20,84 10
Tablero Caldera 16,67 20,84 10
Alimentador N° 1 8,33 10,41 12
Alimentador N°2 8,33 10,41 12
Panel Lógico Caldera 17 8,33 10,41 12
Reserva Equipada 0 0 0
Panel Lógico 18 8,33 10,41 12
Alimentador N°3 16,67 20,84 10
Tablero Caldera 16,67 20,84 10
Tablero de Servicios Comunes 8,33 10,41 12
Tablero 8,33 10,41 12
Reserva Equipada 0 0 0
La capacidad del conductor que va desde el transformador del bypass hasta el interruptor
de mantenimiento corresponde a la misma demanda que entrega el inversor lo cual
corresponde a una corriente de diseño de 145,82 Amper lo que implica tener un calibre 4/0.
3.7.2- Cálculo de los calibres por caída de tensión
Como el equipo a instalarse alimenta cargas tanto en alterna como en continua trayendo
que la caída de tensión debe determinarse de manera diferente según sea el caso.
43
La resistencia eléctrica, [ver apéndice A1] en los conductores donde circula corriente
continua, se comporta 1.2 veces menor que en alterna.
La energía continua no se ve afectada por el desfase entre la corriente y el voltaje por lo
que no tiene factor de potencia.
La expresión para hallar la caída de tensión para energía continua es la siguiente.
%100****2
%V
RLI cont
)8.3(
% = Porcentaje de la caída de tensión.
I= Corriente a circular por el conductor.
L= Longitud del circuito.
Rcont= Resistencia eléctrica en continua.
Tabla N° 3.8 Caída de tensión para cargas en continua
Elemento Corriente
[A]
Longitud
[Km] R [ /Km] Calibre V [%]
Alimentación 125 VDC CCM TG N| 8 80 0,1 0,183 4/0 2,34
Circuito de Disparo CCM 480V S/E T-29 (Barr Izq) 16 0,04 2,133 8 2,18
Circuito de Disparo TABL 34,5 KV S/E T-26 (Barr Izq) 16 0,07 1,341 6 2,4
Circuito de Disparo TABL 6,9 KV S/E T-29 (Barr Izq) 16 0,04 2,133 8 2,18
Inversor 104 0,01 0,225 3/0 0,37
Alimentación 125 VDC CCM TG N| 9 80 0,03 0,183 1/0 0,704
Circuito de Disparo CCM 480V S/E T-29 (Barr Der) 16 0,04 2,133 8 2,18
Circuito de Disparo TABL 34,5 KV S/E T-26 (Barr Der) 16 0,07 1,341 6 2,4
Circuito de Disparo TABL 6,9 KV S/E T-29 (Barr Der) 16 0,04 2,133 8 2,18
PANEL E-83 25 0,015 2,133 8 1,28
Baterías 122 0.01 0.55 3C 2/0 1.06
En la tabla anterior se encuentra la caída de tensión, así como los datos necesarios para
determinarla, los valores de la resistencia allí presente se encuentran adaptados para la
corriente continua
44
Se tomó como limite un 3% de caída del voltaje tal y como lo expresa la norma PDVSA N-
201
El conductor que posee las baterías son tres por polaridad por lo que la caída de tensión se
determina con un tercio de la corriente total mientras que el conductor que ira del rectificador
al tablero serán cuatro calibre 4/0 resultando una disminución de voltaje del 2%.
La siguiente expresión es la que permite hallar la caída de tensión para la corriente alterna y
sistema monofásico.
)(*)(**5
*% SenXCosR
KV
LIV xx
)9.3(
A continuación se presenta una tabla donde se encuentran los resultados de la expresión
anterior donde los valores de reactancia y resistencias fueron tomados del código eléctrico
nacional.
Tabla N° 3.9 Caída de tensión para cargas en alterna
Elemento Calibre R [ /Km] X [ /Km] L [Km] Cos( ) Sen( ) V%
Cubículo Lógico 6 1,61 0,21 0,05 0,85 0,53 2,06
Tablero Caldera 4 1,02 0,2 0,08 0,85 0,53 2,16
Alimentador N° 1 10 3,94 0,21 0,051 0,85 0,53 2,45
Alimentador N°2 10 3,94 0,21 0,051 0,85 0,53 2,45
Panel Lógico Caldera 17 8 2,56 0,21 0,08 0,85 0,53 2,54
Reserva Equipada 10 3,94 0,21 R
Panel Lógico 18 8 2,56 0,21 0,08 0,85 0,53 2,54
Alimentador N°3 8 1,61 0,21 0,05 0,85 0,53 2,06
Tablero Caldera 4 1,02 0,2 0,08 0,85 0,53 2,16
Tablero de Servicios
Comunes 10 3,94 0,21 0,06 0,85 0,53 2,88
Tablero 8 2,56 0,21 0,08 0,85 0,53 2,54
Reserva Equipada 10 3,94 0,21 R
Los calibres definitivos a instalar son los considerados en las caídas de tensiones, ya que
los allí expuestos cumplen con las condiciones tanto por tensión como por corriente.
45
3.8- Corriente de corto circuito
El análisis de corto circuito se puede realizar para los sistemas de corriente alterna y
continua
3.8.1- Corriente de corto circuito para la barra de corriente continua
En las barras de servicios auxiliares de corriente continua, la corriente de corto circuito es
calculada a través de dos aportes, la primera de ellas es la que aporta el cargador de batería o
el rectificador y en segundo lugar la que aporta las propias baterías.
La Corriente de corto aportada por el rectificador se determina de manera siguiente.[ Mejias
Villegas S.A,1989]
aKccKc II .. *282.1 )10.3(
Ikc.a= Corriente de corto circuito de corriente alterna [A]
IKc.c= Corriente de corto circuito de corriente continua [A]
Para un rectificador Trifásico se tiene que.
total
c
aKcX
UI
*3.
)11.3(
Uc= Tensión secundaria del transformador del rectificador, [VCA]
XTotal= Recatancia total del rectificador, [ ]
Además para un rectificador Trifásico se tiene.
17.1
*3 .ccc
UU
)12.3(
46
Ucc= Tensión de salida del rectificador [VDC]
Donde
fitotal XXX )13.3(
Xf= Reactancia del filtro del transformador del rectificador, [ ]
Xt= Reactancia del transformador rectificador, [ ]
t
cutp
iS
UZX
2
. *
)14.3(
Ztp.u= Impedancia de corto circuito del transformador en por unidad 3% típico
St= potencia aparente del transformador del rectificador, [VA]
ff LfX **2 )15.3(
Lf= Inductancia del filtro del rectificador 40 H típico
Realizando los cálculos se tiene que
VcaU c 05.18517.1
125*3
De acuerdo a la selección previamente hecha del rectificador se halla la potencia aparente
de esta. Pero para ello se debe tomar en cuenta la siguiente expresión.
ccac
PP .
.
)16.3(
47
Pc.a= Potencia activa en alterna [W]
Pc.c= Potencia activa en continua [W]
= Eficiencia del cargador se toma un 96%
Por tanto se tiene lo siguiente;
WP ac 2.6510496.0
500*125.
p
ac
TF
PS .
)17.3(
Fp= factor de potencia
VAST 2.81380
0277.010*40*60*281380
05.185*03.0 62
totalX
AI aKc 385617.1*0277.0
125.
AI cKc 4944.
Es decir el Rectificador aporta 4.94KA de corriente de corto circuito.
La corriente de corto circuito que aporta el banco de baterías esta dada de la siguiente
manera.
i
flotación
maxKR
UI _
)18.3(
48
Donde
IK_max= Corriente de corto circuito aportada por la batería [A].
Uflotación= Tensión de flotación por celda, [V].
Ri= resistencia interna de la celda, [ ].
De los catálogos de los fabricantes se puede obtener la resistencia interna de la batería a
20°C que mayormente tiene un valor de 0.02 . Esto dará.
AI maxK 5.107_
Por tanto la corriente de corto circuito en la barra de corriente continua es la suma de los
aportes de la batería y del rectificador.
KAI totalC 05.5_
3.8.2- Corriente de corto circuito en la barra de corriente alterna
Figura N° 3.8 Caso más desfavorable de la corriente de corto circuito
49
Para esta barra se considera el caso más desfavorable el cual ocurre cuando las cargas
son alimentadas por el bypass debido que esta ofrece una menor resistencia, tal y como se en
la figura Nº 3.8.
Nunca para esta corriente se vería involucradas al mismo tiempo el bypass y el inversor ya
que el conmutador estático solo permitiría la circulación del corto solo por una vía.
Los datos del sistema son los siguientes tensión base Vb=6.9 KV con una potencia base de
100 MVA con R=0.673pu y X=5.16pu obteniéndose lo siguiente:
.
puZ sist 14.51.5673.0 22
476.010*100
69006
2
sistbZ
AI sistb 8.144926900
10*100 6
Zsist= Impedancia del sistema
Zb-sist= Impedancia base
Ib-sist= Corriente base
Ahora el transformador que alimenta el bypass tiene las siguientes características 480/120
V con una potencia de 25 KVA y una impedancia en por unidad del 2.5%. Ztx-sist será la
impedancia del transformador llevada a las bases del sistema en.
puZ sisttx 4839.06900
10*100*
10*25
480*025.0
6
3
2
El fallo de corto circuito se representaría de la siguiente manera
50
Figura N°3.9 Circuito equivalente del fallo de corto circuito
puI pucc 177813.04839.014.5
1
AII sistbCC 2577*177813.0
Icc-pu= Corriente de corto circuito en por unidad.
ICC= Corriente de corto circuito [A]
3.9- Coordinación de Protecciones
La coordinación de protecciones se divide en dos partes, una para la barra de corriente
continua y otra para la barra de corriente alterna.
Es de aclarar que en la refinería Cardón del CRP, se utilizan como buena práctica
solamente fusible y no caja moldeada, porque la respuesta de estos dispositivos son mucho
mas rápidos además que en el mercado existe una gran gana de este tipo de producto con
distintos tipos de curva de calibración, también junto con esto se utiliza un interruptor on-off
para los casos en que se requiera realizar alguna maniobra o mantenimiento a la carga.
51
La coordinación se realiza de la siguiente manera, se toma en cuenta para cada una de las
barras la carga que requiere mayor protección, junto con la línea encargada de suministrar la
energía y se considera que el resto de la carga estarán coordinadas debido que el fusible a
utilizar es de una capacidad menor.
Para la escoger la capacidad de los fusibles se toma en cuenta la siguiente expresión
.
acfusiblecap II arg_ *25.1 )19.3(
De lo cual se obtiene la siguiente tabla que donde se encuentran las capacidades de los
fusibles.
Tabla N° 3.10 Capacidades y tipos de fusibles Barra de corriente continua
Elemento I Diseño
[A] Calibre
Fusible
[A] Tipo
Alimentación 125 VDC CCM TG N| 8 100 1/0 100 FNH00-100U
CIRCUITO DE DISPARO CCM 480V S/E T-29 (BARR IZQ) 20 10 20 FNH00-20U
CIRCUITO DE DISPARO TABL 34,5 KV S/E T-26 (BARR IZQ) 20 10 20 FNH00-20U
CIRCUITO DE DISPARO TABL 6,9 KV S/E T-29 (BARR IZQ) 20 10 20 FNH00-20U
Inversor 130 3/0 125 FNH00-125U
Alimentación 125 VDC CCM TG N| 9 100 1/0 100 FNH00-100U
CIRCUITO DE DISPARO CCM 480V S/E T-29 (BARR DER) 20 10 20 FNH00-20U
CIRCUITO DE DISPARO TABL 34,5 KV S/E T-26 (BARR DER) 20 10 20 FNH00-20U
CIRCUITO DE DISPARO TABL 6,9 KV S/E T-29 (BARR DER) 20 10 20 FNH00-20U
PANEL E-83 31,25 8 30 A2D30
Como se observa en la gráfica.Nº3.1 las dos curvas no se cruzan lo que indica que existe
buena coordinación de protección. donde la carga que consume 125 A esta representada por la
línea entre cortada mientras la que consume 400 A esta representada por la línea continua Es
decir ante un corto circuito responde primero el fusible aguas abajo es decir el que se
encuentra mas cerca de la carga
52
Gráfica N° 3.1 Coordinación de las protecciones de las
Cargas de corriente continua
En cuanto a las cargas que se encuentran conectadas a la barra de corriente alterna se tienen
los siguientes fusibles.
Tabla N° 3.11 Capacidades y tipos de fusibles Barra de corriente alterna
Elemento Idiseño [A] Calibre Fusible [A] Tipo de Fusible
Cubiculo Lógico 20,84 10 20 FNH00-20U
Tablero Caldera 20,84 10 20 FNH00-20U
Alimentador N° 1 10,41 12 10 FNH00-10U
Alimentador N°2 10,41 12 10 FNH00-10U
Panel Lógico Caldera 17 10,41 12 10 FNH00-10U
Reserva Equipada 0 10
Panel Lógico 18 10,41 12 10 FNH00-10U
Alimentador N°3 20,84 10 20 FNH00-20U
Tablero Caldera 20,84 10 20 FNH00-20U
Tablero de Servicios Comunes 10,41 12 10 FNH00-10U
Tablero 10,41 12 10 FNH00-10U
Reserva Equipada 0 10
53
Gráfica N° 3.2 Coordinación de las protecciones de las
Cargas de corriente alterna
Al igual que la gráfica N°3.1 la anterior las líneas no se cruzan y por ende las protecciones
se encuentran coordinadas es decir en el momento que ocurra un corto circuito primero
responde el fusible mas cercano a la carga donde la línea entre cortada representa el
comportamiento del fusible de 20 A mientras que la línea continua representa al fusible de 125
A.
3.10- Tablero de potencia
Debido a la característica especial del UPS se deben especificar tanto el tablero para las
cargas que consumen energía continua como las que consumen energía alterna.
3.10.1- Tablero de potencia para DC
Se instalarán dos tableros, pero la premisa establece que un solo rectificador deber ser
capaz de asumir toda la carga y partiendo de esto, un solo tablero debe ser capaz de soportar la
corriente de toda la carga.
54
Además se contará con un interruptor de acoplamiento instalado en uno de los tableros, se
utilizaran fusibles con su adaptador ON-OFF para cada carga, ya que en la refinería Cardón se
establece este tipo de protecciones para bajas tensiones.
Tabla N° 3.12 Especificaciones del tablero para las cargas de corriente continua
- Tipo HALYESTER
- Grado de protección: IP-30 (Uso interior)
- Número de Circuitos 32
- Tensión Nominal: 125 VDC
- Número de Fases: 2
- Número de Hilos: 2
- Número de Entradas 2
- Enlace 1
- Numero de salidas 4
- Frecuencia: No aplica
- Nivel de Cortocircuito 10 KAcc
- Conductor por circuito y
fusible Ver Plano diagrama unifilar, Plano del tablero DC
- Montaje: Sobre Rack
- Construcción:
El Tablero tendrá por cada seccion una puerta frontal de
polietileno transparente. Construido con las láminas de de 3 mm
de espesor con bordes lisos.
- Identificación: Deberá tener una placa fenólica colocada en su parte frontal de
15 cm de ancho x 5 cm de altura, en fondo negro y letras blancas.
- Entrada y Salida de Cables La entrada y salida de los cables al tablero será por la parte
inferior del mismo.
- Entrada y Salida de Cables La entrada y salida de los cables al tablero será por la parte
inferior del mismo.
- Pintura
Se deberá colocar en los laterales por lo menos una (01) capa de
pintura anticorrosiva, y dos (02) capas de pintura final al tablero.
El color del acabado externo final deberá ser ANSI 70 gris
(Munsell Notation 5BG 7.0/0.4) según ASTM D153 "Standard
Method of Specifying Color by the Munsell”
- Barra de tierra No aplica el sistema es flotante
- Capacidad de Barra 600 Amperios
- Interruptor Principal
Capacidad: 400 Amperios
Tipo: Fusible
No de Fase: 2
Cantidad: 2
Nivel de CC : 10 KA
55
4.10.2- Tablero de potencia para AC
Se instalarán dos tableros uno por cada inversor, y deben ser capaz de soportar todas las
cargas conectadas es decir 150Amp, al igual que en el caso DC, en el tablero AC se instalarán
fusibles con sus interuptor ON-OFF.
Tabla N° 3.13 Especificaciones del tablero para las cargas de corriente alterna
- Tipo HALYESTER
- Grado de protección: IP-30 (Uso interior)
- Número de Circuitos 32
- Tensión Nominal: 120 VAC
- Número de fases: 2
- Número de Hilos: 3
- Número de entradas 2
- Número de salidas 4
- Enlace 1
- Frecuencia: 60 Hz
- Nivel de Cortocircuito 10 KAcc
- Conductor por circuito y
fusible Ver Plano del Diagrama unifilar, Plano del tablero AC
- Montaje: Sobre Rack
- Construcción: El Tablero tendrá por cada seccion una puerta frontal de
polietileno transparente. Construido con las láminas de de 3 mm
de espesor con bordes lisos.
- Identificación: Deberá tener una placa fenólica colocada en su parte frontal de
15 cm de ancho x 5 cm de altura, en fondo negro y letras blancas.
- Entrada y Salida de Cables La entrada y salida de los cables al tablero será por la parte
inferior del mismo.
- Entrada y Salida de Cables La entrada y salida de los cables al tablero será por la parte
inferior del mismo.
- Pintura Se deberá colocar en los laterales del tablero por lo menos una
(01) capa de pintura anticorrosiva, y dos (02) capas de pintura
final al tablero. El color del acabado externo final deberá ser
ANSI 70 gris (Munsell Notation 5BG 7.0/0.4) según ASTM
D153 "Standard Method of Specifying Color by the Munsell”
- Barra de Fase 150 Amperios
- Barra de Neutro 150 Amperios
- Barra de Tierra 75 Amperios
56
CAPÍTULO IV
TRASPASO DE CARGA
. El objetivo de este capítulo es presentar los procedimientos para la ejecución y el traspaso
de las cargas, llamados (Tie-ins), con el objeto de minimizar tanto los riesgos como el tiempo
de ejecución y por ende optimizar el tiempo. Asociados a los nuevos equipos: Rectificadores,
inversores, interruptores de mantenimiento y el banco de baterías.
4.1 Descripción del trabajo a realizar
Este procedimiento describe los trabajos necesarios a ser realizados en el UPS de STU
Subestación T-29 de la refinería Cardón, en la cual serán retirados los siguientes equipos.
- Dos rectificadores.
- Un inversor en conjunto con el conmutador estático.
- Un interruptor manual.
Con el objeto de instalar en el mismo lugar los siguientes equipos.
- Dos rectificadores
- Dos inversores en conjunto
- Dos conmutadores estáticos.
- Enclavamiento mecánico.
- Dos interruptores de mantenimiento.
- Sustitución de todos los conductores de los alimentadores.
- Fusibles y interrupters on-off
57
4.2 Condiciones previas.
- Deberá estar revisado, aprobado y firmado el presente procedimiento por todas las parte
involucradas las cuales son:
- Gerencia de Procesos Operacionales.
- Gerencia de Ingeniería de Instalaciones Auxiliares.
- Gerencia de Ingeniería de instalaciones.
- Deberá estar divulgado el presente Tie-In a todos los afectados por el mismo.
- Gerencia de Procesos Operacionales.
- Gerencia de Ingeniería de Instalaciones Auxiliares.
- Haberse realizado el cableado desde las cargas hasta el cuarto donde se van a instalar el
tablero.
- Contar con un rectificador provisional auxiliar capaz de alimentar las cargas que
consumen energía continua también llamado rectificador pivote.
- El nuevo sistema de UPS deberá estar debidamente comisionado, probado y ajustadas
sus protecciones aprobadas por PDVSA.
- Se deberá haber realizado pruebas de operabilidad en cada uno de los equipos.
- Cada rectificador, inversor y los interruptores de mantenimiento deberán estar
debidamente identificados y marcados.
- Se deberá tener todos los equipos al momento de realizar el traspaso de carga.
- El responsable del lugar deberá tener un plan de contingencia.
- Todas las partes involucradas deberán coordinar el día y la hora de instalación del
equipo UPS.
En la figura N°4.1 se encuentran especificados los código tanto de los equipos como de los
interruptores y los transformadores involucrados, con el fin que estos sea identificados para
poder proceder con las especificaciones de los pasos a seguir durante el proceso de maniobra
para la transferencia de las cargas.
Una vez aprobado el procedimiento tie-ins se debe cumplir con cada uno de los
procedimientos especificados salvo cualquier modificación que se realice con previo aviso.
58
Figura N° 4.1 Diagrama con identificación de los equipos
59
4.2- Procedimiento de Tie-ins
Tabla N° 4.1 Procedimiento de Tie-ins
Paso N° Actividad o Descripción Tiempo estimado
A General
1 Verificar que se cumplan las
condiciones previas 10 mim
2 Solicitar permiso de trabajo a la
gerencia de instalaciones auxiliares 10 mim
3 Notificar a la sala de control el inicio
del trabajo 5 min
B Alimentación Auxiliar
1 Asegurarse que las cargas en
alternas estén funcionando a través del by_pass
5 mim
2 Pasar a off el inversor y colocar el
interruptor N° SI01 en off 5 mim
3
ubicar cada conductor que se encuentra conectados a los
rectificadores N° ER01 y N° ER02 20 mim
4
Empalmar cada uno de las conductores de las cargas antes
identificadas con una unidad rectificadora provisional
1 H
5 Alimentar las cargas con 125VDC
con el rectificador auxiliar 10 mim
C Remplazo del Rectificadores N°ER01
1
Ubicar el nuevo rectificador atrás de los ya existente donde se encuentra
espacio de reserva 4 H
2 Instalar el nuevo tablero DC en el
cuarto de la subestación T-29 3 H
3
Desconectar la alimentación Del Switchboard auxiliar que alimenta al
rectificador N° ER01 a través del interruptor N° SA01
10 mim
4
Desconectar el interruptor N° SA02 que alimenta en 480V de forma
permanente al rectificador N° ER01 proveniente del turbo generador N°8
10 mim
5 Desconectar el banco de batería a
través del interruptor SB01 10 mim
6 Desconectar los conductores del
tablero interno del rectificador ER01 30 mim
7 Retirar al Rectificador N° ER01 1 H
8 Conectar los conductores nuevos al
tablero DC 1 H
9 Conectar el nuevo tablero con el
nuevo rectificador ER01 1 H
60
Tabla N° 4.1 Procedimiento de Tie-ins (continuación)
10 Retirar el banco de batería s que alimenta al viejo rectificador ER01
12 H
11 Instalar el nuevo banco de baterías 12 H
12
Conectar el nuevo banco de baterías a través del nuevo conductor y el
interruptor SB01 10 mim
13 Instalar los fusibles y interruptores
on-off según la carga 30 mim
14 Pasar el Switchboard auxiliar en ON 10 mim
15 Pasar el interruptor del alimentador proveniente del turbo generador N°8
10 mim
16 Alimentar el nuevo rectificador 5 mim
18
Desconectar las cargas del rectificador auxiliar tan solo las que
se encuentran con el rectificador ER01
1 H
D Remplazo del Rectificadores N°
ER02 0mmm
1 Ubicar el nuevo rectificador atrás de los ya existentes donde se encuentra
espacio de reserva 24 H
2 Instalar el nuevo tablero DC en el
cuarto de la subestación T-29 24 H
3
Desconectar la alimentación Del Switchboard auxiliar que alimenta al
rectificador N° ER02 a través del interruptor N° SA03
20 mim
4
Desconectar el interruptor N° que
alimenta en 480V de forma permanente al rectificador N° ER02 proveniente del turbo generador N°9
20 mim
5 Desconectar el banco de batería con
el interruptor SB01 20 mim
6 desconectar los conductores del
tablero interno del rectificador ER02 1 H
7 Retirar al Rectificador N° ER02 24 H
8 Conectar los conductores al nuevo
tablero DC 1 H
9 Conectar el nuevo tablero con el
nuevo rectificador ER02 1 H
10 Retirar el banco de baterías que
alimenta al viejo rectificador ER02 12 H
11 Instalar el nuevo banco de baterías 12 H
12 Conectar el nuevo banco de baterías
a través del nuevo conductor y el interruptor SB02
1 H
13 Instalar los fusibles y interruptores
on-off según sea la carga 30 mim
14 Pasar en On el Switchboard auxiliar
en ON 15 mim
15 Pasar en ON el interruptor del
alimentador en 480V 10 mim
61
Tabla N° 4.1 Procedimiento de Tie-ins (continuación)
16 Alimentar el rectificador N° ER02 5 mim
17 Desconectar las cargas correspondiente del rectificador N° del rectificador auxiliar 1 H
E Remplazo de los inversores 0mmm
1 Desconectar el interruptor del
transformador N° ST02 10 mim
2 Remplazar los conductores del
transformador que conectan al TX02 1 H
3 Instalar los tableros AC para cada
inversor en el cuarto de la Subestación T-29
24 H
4
Conectar el transformador TX02 a el
interruptor de mantenimiento y al conmutador estático
30 mim
5 Instalar en la habitación el área de
reserva de los dos inversores 12 H
6
Conectar el inversor N° EI02 al interruptor
de mantenimiento y el conmutador estático
20 mim
7 Conectar los conductores
correspondientes en el tablero del inversor EI02
30 mim
8 Retirar el inversor N° EI01 y sustituirlo
por el nuevo. 1 H
9
Conectar el inversor N° EI01 al interruptor
de mantenimiento y el conmutador estático
20 mim
10 Conectar el inversor N° EI01 al tablero de
corriente continua N° ER02 20 mim
11 Pasar el interruptor N° SI02 en ``On´´ del
EI02 5 mim
12 Energizar el nuevo inversor N° EI02 5 mim
13 Sincronizar el inversor N° EI02 con el transformador del by-pas N° TX01
15 mim
14 Conectar el tablero AC del inversor IE02
al correspondiente interruptor de mantenimiento
15 mim
15 Conectar los conductores
correspondientes al tablero del inversor EI01
1 H
16 Conectar el inversor N° IS02 al tablero de
corriente continua del inversor N° IS01 20 mim
17 Pasar el interruptor N° SI01 en ``On´´ 5 mim
18 Energizar el inversor N° ISS01 5 mim
19 Sincronizar el inversor N° IS01 con el
inversor N° IS02 15 mim
20 Transferirle las cargas al inversor N° IS01 15 mim
21 Desconectar el transformador N° TX01
del By_pass a través del interruptor ST01 5 mim
22 Sustituir los conductores del
transformador N° TX01 1 H
23 Conectar el transformador N° TX01 al
interruptor de mantenimiento 30 mim
24 enclavar mecánicamente las salidas del
inversor 30 mim
62
CAPÍTULO V
DESCRIPCIÓN DE PARTIDAS
Este documento describe el alcance, medición y lineamientos que regirán para la ejecución
de los trabajos de electricidad del Proyecto: “Estudio de Cargas, Cálculo y diseño para el
reemplazo de cargadores y UPS en la Subestación T-29 de la refinería Cardón”, para la
instalación del Nuevo UPS, el cual estará ubicado en la subestación T-29.
5.1- Descripción de partidas
PARTIDA Nº E-01 Desmantelamiento de equipos viejos.
E-01,1 retiro de los rectificadores de 400 A de salida 480 Vac de entrada y 125 Vdc de salida
ya existentes en el cuarto de servicios auxiliares de la subestación T-29.
E-01,2 Retiro del inversores de 20 KVA 125 VDC de entrada 120 Vac de salida.
E-01,3 Retiro del conmutador estático de la misma capacidad del inversor.
E-01,4 Retiro de todos los conductores.
Alcance
Este grupo de partidas comprende la ejecución del retiro de los equipos y materiales a ser
remplazados en el nuevo proyecto de los servicios auxiliares de
Retiro, transportes y desmantelamiento de los equipos: Rectificador de 400 A de salida,
Inversor, Conmutador estático de 30KVA de capacidad.
Suministro, transporte de los accesorios y equipos necesarios para la ejecución de la obra.
63
El contratista, será responsable de la ubicación de los escombros que de este resulte, en un
lugar utilizados para tal fin, que no produzca degradación del ambiente ni atenté a la Ley de
Ambiente vigente.
Búsqueda de una empresa de baterías que se encargue del retiro de estas para su posterior
reciclaje.
Materiales y/o equipos suministrados por la contratista
Suministro e instalación de materiales consumibles o algún otro equipo requerido, para
ejecutar la actividad.
La contratista, suministrará todos los materiales, mano de obra y supervisión necesarios
para la realización y supervisión de las labores descritas en esta partida.
Unidad de medición
Esta partida se medirá por unidad (und) de equipo, desistalado, desmantelado y trasladado
hasta su lugar definitivo.
Forma de pago
Esta partida se pagará por unidad (und) de equipo, desinstalado, desmantelado y trasladado
hasta su lugar definitivo, a satisfacción de El Representante de PDVSA.
PARTIDA Nº E-02 Instalación de equipos mayores.
E-02.1 Rectificador cargador de 500 A de salida 480 Vac de entrada 125 Vdc de salida con un
tablero de conexión de las cargas.
E-02.2 Inversor de 20 KVA de capacidad con una tensión de salida de 120Vac y una de
entrada de 125 con un fusible de 125 A y su respectivo interruptor on-off.
64
E-02.3 Banco de baterías niquel-cadmio con una capacidad comercial de 426 AH, cada celda
con una tensión de 1,2 V.
E-02.4 Conmutador estático con la misma capacidad de los inversores con tablero interno para
conectar las cargas alternas con disponibilidad de conectar ocho cargas cada una con su fusible
y el interruptor on –off.
E-02.5 Interruptor de mantenimiento de tres posiciones con la misma capacidad de los
inversores.
E-02.6 Transformador bypass de 25 kVA, 480/120 V
Alcance
Este grupo de partidas comprende la ejecución de todos los trabajos de acuerdo a
instrucciones en sitio, planos de ubicación de equipos y especificaciones técnicas de los
fabricantes, para la instalación de equipos, los trabajos incluyen pero no se limitan a lo
siguiente:
Transporte e instalación de los materiales y equipos suministrados por PDVSA: Sistema
rectificador de 500 A de salida, inversor de 20 KVA, (02) bancos de baterías, (02)
transformadores de 25 KVA.
Suministro, transporte e instalación de los accesorios y equipos necesarios para la ejecución
de la obra.
El suministro e instalación de todos los materiales consumibles, para fijación de equipos al
piso tales como pernos, barras roscadas, la tornillería que pudiera necesitarse para la conexión
de los mismos.
La manipulación, montaje, fijación, nivelación, ensamblaje electromecánico de todos los
componentes que forman parte de los equipos.
Trabajos de montaje y desmontaje de accesorios en equipos que pudieran dañarse durante
pruebas o instalación.
65
Se incluye identificación de equipos con placas fenolicas.
Materiales y/o equipos suministrados por la Contratista
Suministro e instalación de materiales consumibles o algún otro equipo requerido, para
ejecutar la actividad.
La contratista, suministrará todos los materiales, mano de obra y supervisión necesarios
para la realización y supervisión de las labores descritas en esta partida.
Materiales Y/O Equipos Suministrados Por PDVSA
Suministrara DOS (02) rectificadores de 500 a de salida.
Dos (02) bancos de baterías de 425 AH y 125VDC.
Dos conmutadores estáticos.
Dos interruptores de mantenimiento.
Unidad de Medición
Esta partida se medirá por unidad (und) de equipo, instalado, probado y debidamente
identificado.
Forma de Pago
Esta partida se pagará por unidad (und) de equipo, instalado, probado y debidamente
identificado, a satisfacción del representante de PDVSA.
PARTIDA Nº E-03 Suministro e instalación del tablero.
E-03.1 Tablero para cargas continuas ubicado dentro del rectificador con fusible principal de
400 A con disponibilidad de ocho polos.
66
E-03.2 Tablero para cargas alternas ubicado dentro del conmutador estático con fusible
principal de 125 A con disponibilidad de ocho polos.
Alcance
Este grupo de partidas comprende la instalación, conexión de los conductores según las
especificaciones del sitio y de los planos, los trabajos incluyen pero no se limitan a lo
siguiente:
Suministro de los materiales necesarios para la buena instilación de los conductores según
los planos.
El suministro e instalación de todos los materiales consumibles, para fijación de equipos al
piso tales como pernos, barras roscadas, la tornillería que pudiera necesitarse para la conexión
de los mismos.
Materiales y/o equipos suministrados por la contratista
Suministro e instalación de materiales consumibles o algún otro equipo requerido, para
ejecutar la actividad.
La contratista, suministrará todos los materiales, mano de obra y supervisión necesarios
para la realización y supervisión de las labores descritas en esta partida.
Unidad de medición
Esta partida se medirá por punto de conexión (PTO).
Forma de pago
Esta partida se pagará por punto instalado (PTO), a satisfacción de El Representante de
PDVSA.
67
PARTIDA Nº E-04 Suministro e instalación de conductores.
E-04.1 Conductor de cobre tripolar calibre 10 AWG PVC-PVC, 600 V.
E-04.2 Conductor de cobre tripolar calibre 8 AWG PVC-PVC, 600 V.
E-04.3 Conductor de cobre tripolar calibre 6 AWG PVC-PVC, 600 V.
E-04.4 Conductor de cobre tripolar calibre 4 AWG PVC-PVC, 600 V.
E-04.5 Conductor de cobre tripolar calibre 1/0 AWG PVC-PVC, 600 V.
E-04.6 Conductor de cobre tripolar calibre 2/0 AWG PVC-PVC, 600 V.
E-04.7 Conductor de cobre tripolar calibre 3/0 AWG PVC-PVC, 600 V.
E-04.8 Conductor de cobre tripolar calibre 4/0 AWG PVC-PVC, 600 V.
Alcance
Esta partida incluye pero no se limita, al empleo de equipos y herramientas, suministro del
cable y materiales necesarios, supervisión y mano de obra para el tendido en bandejas y
fijación en pared que se encuentra en el piso inferior a donde se encuentran los equipos o en
ducto cuando sea necesario, en los sitio señalados y según el tipo y demás características
indicadas en los planos y documentos de referencia.
La contratista tiene a su cargo el tendido y suministro de los cables indicados en esta
partida. Dichos cables se instalarán en bandejas porta cables previstas para esto, en los sitios y
en la disposición indicadas en los planos. El trabajo será completado de tal forma que cada
cable quede correctamente instalado, protegido e identificado con cinta de plomo con su
número K desde su punto de origen hasta su punto de destino.
Se dará atención especial a las notas incluidas en los planos y todo el trabajo estará en
estricto acuerdo con los mismos.
Materiales a ser suministrados por PDVSA
Para este grupo de partidas PDVSA no tiene previsto el suministro de materiales y equipos.
68
Materiales a ser suministrados por la contratista
Conductor de cobre tripolar calibre 10 AWG PVC-PVC, 600 V.
Conductor de cobre tripolar calibre 8 AWG PVC-PVC, 600 V.
Conductor de cobre tripolar calibre 6 AWG PVC-PVC, 600 V.
Conductor de cobre tripolar calibre 4 AWG PVC-PVC, 600 V.
Conductor de cobre tripolar calibre 1/0 AWG PVC-PVC, 600 V.
Conductor de cobre tripolar calibre 2/0 AWG PVC-PVC, 600 V.
Conductor de cobre tripolar calibre 3/0 AWG PVC-PVC, 600 V.
Conductor de cobre tripolar calibre 4/0 AWG PVC-PVC, 600 V.
Medición
La medición de cada partida se hará por metro lineal (ML) de cable tendido y debidamente
instalado, identificado y amarrado.
Forma de Pago
Esta partida se pagará por metro lineal (ML) de cable debidamente tendido y protegido, a
satisfacción del INSPECTOR de PDVSA.
PARTIDA Nº E-05 Suministro e instalación de fusiles y interruptores on-off
E-05.1 Interruptores y fusibles de 10 A 200 Vac/Vdc tipo NS.
E-05.2 Interruptores y fusibles de 20 A 200 Vac/Vdc tipo NS.
E-05.3 Interruptores y fusibles de 30 A 200 Vac/Vdc tipo AD.
E-05.4 Interruptores y fusibles de 100 A 200 Vac/Vdc tipo NS.
E-05.5 Interruptores y fusibles de 125 A 600 Vac/Vdc tipo AD.
E-05.6 Interruptores y fusibles de 400 A 600 Vac/Vdc tipo AD.
Alcance
69
Esta partida incluye pero no se limita, al empleo de equipos y herramientas, suministro de
los fusibles, interruptores y materiales necesarios, supervisión y mano de obra necesaria para
la correcta instalación del equipo de protección y corta corriente, en los tableros que se
encuentran internos en los equipos y demás características indicadas en los planos y
documentos de referencia.
Materiales a ser suministrados por PDVSA.
Para este grupo de partidas PDVSA no tiene previsto el suministro de materiales y equipos.
Materiales a ser suministrados por la contratista.
Interruptores y fusibles de 10 A 200 Vac/Vdc tipo NS.
Interruptores y fusibles de 20 A 200 Vac/Vdc tipo NS.
Interruptores y fusibles de 30 A 200 Vac/Vdc tipo AD.
Interruptores y fusibles de 100 A 200 Vac/Vdc tipo NS.
Interruptores y fusibles de 125 A 600 Vac/Vdc tipo AD.
Interruptores y fusibles de 400 A 600 Vac/Vdc tipo AD.
Medición
La medición de cada partida se hará unidad instalada de fusible y interruptor debidamente
instalado.
Forma De Pago
Esta partida se pagará por unidad instada de fusible y interruptor (UND) a satisfacción del
INSPECTOR de PDVSA.
PARTIDA Nº E-06 interruptor de desvío o corta corriente.
Alcance
70
Esta partida incluye pero no se limita, al empleo de equipos y herramientas, suministro de
los interruptores de desvío y corta corrientes y materiales necesarios, supervisión y mano de
obra necesaria para la correcta instalación del equipo de protección y corta corriente, con el
objeto de sacar de servicio a los equipos o seleccionar la fuente de alimentación cada uno de
estos equipo usado debe entregarse debidamente identificado según el código especificado en
el plano.
Materiales a ser suministrados por PDVSA.
Para este grupo de partidas PDVSA no tiene previsto el suministro de materiales y equipos.
Materiales a ser suministrados por la contratista.
La contratista debe proveer todos y cada uno de los interruptores y cortacorrientes
necesarios que sean capaz de soportar sin ningún problema las corrientes nominales de los
equipos.
Medición
La medición de cada partida se hará unidad instada debidamente.
Forma De Pago
Esta partida se pagará por unidad instada (UND) a satisfacción del INSPECTOR de
PDVSA
71
CONCLUSIONES
Es importante dimensionar de manera adecuada cada uno de los componentes que
constituyen al UPS, porque de no se así puede traer consecuencia clareante definidas. La
primera de ellas, que los rectificadores e inversores se encuentren con capacidades inferiores a
la demanda de las cargas, dando como resultado que las protecciones sean disparadas, de la
cual se puede decir que el equipo en cuestión soporta hasta un 150%. por 10 minutos y un
200% en un segundo. Otro efecto es que las dimensiones estén por encima de lo que se
requiere, lo que elevaría considerablemente los costos ya que entre un valor comercial y el
otro la diferencia económica alcanzaría valores considerables.
El uso de los UPS redundante (Pararalelo) se estipula como una alternativa para darle una
mayor confiabilidad a todo el sistema, permitiendo así que algún equipo pueda quedar fuera de
servicio, bien sea por mantenimiento o por avería. Siempre y cuando cada uno de los
componentes que constituye este conjunto sea capaz de soportarel 100% de la carga .
En función a lo anterior el Banco de baterías seria uno de los elementos principales debido
a que, entra en servicio durante la falla y por cierto periodo de autonomía ya que se considera
que durante este periodo el problema debe ser despejado.
Para la instalación del UPS, se debe contar con dos espacios adecuados, uno para el banco
de baterías y otro para el resto de los equipos, de acuerdo a sus características, condiciones y
dimensiones de estos. En este trabajo se detallan todos los pasos para el dimensionamiento
tanto de los rectificadores trifásicos como el de los inversores presente dentro del sistema
UPS, cada uno de manera separada debido a la característica especial del equipo de alimentar
tanto cargas continuas como alternas y también el dimensionamiento de las baterías y el Rack,
la cual depende de la cantidad de celdas, sus dimensiones y el área del cuarto de las baterías.
Por ultimo este sistema de UPS debe contar con la instalación de dos tableros, separados
de los equipos, ya que no se per5mitio en este diseño que estos se encontraran dentro dentro de
la estructura del rectificador y del conmutador estatico, tal y como se encontraba
72
anteriormente. Uno de estos tableros será el encargado de alimentar a las cargas que consumen
corriente continua, mientras que el otro entregara energía alterna
73
RECOMENDACIONES
- Estudiar la posibilidad de utilizar batería plomo ácido, ya que esto significaría una
reducción de costos a corto plazo.
- Incluir dentro de la procura los repuestos de los equipos, de tal manera que en el
momento de realizar el mantenimiento estos se encuentren disponibles.
- Incluir dentro del alcance de suministro, la asistencia técnica y puesta en marcha del
equipo por medio del representante exclusivo.
- Como no se conoce el porcentaje de no linealidad de las cargas alternas, y tomando
consideraciones de las normas IEEE y otras IEC, en materia de calidad de energía, se
recomienda colocar otro conductor en paralelo para el neutro que alimenta al tablero,
con la misma capacidad del especificado en la tabla Nº 3.13, con el propósito de evitar
el sobre calentamiento del mismo.
74
REFERENCIAS
Carlos F. Ramírez, (1989). Subestaciones de Alta y Extra Alta Tensión, (2da
edición).
Colombia.
COVENIN 200. (2006). Código eléctrico Nacional. Caracas, Venezuela.
CREXEL (2009). Sistemas ininterrumpibles. [en línea]. Disponible:
http://www.crexel.com.ar/ups.pdf [Consulta: 12 de junio de 2009].
Data Power Dear. (1995). Manual de Operación y Mantenimiento UPS. Maraven
Cardón.
IEEE std-485, (1983). Recommended Practice for Sizing Large Lead Storage Batteries
for Generating Stations and Substations.
PDVSA Norma 90619.1.050, (1993). Analisis de Carga, Manual de Ingeniería de
Diseño. Caracas, Venezuela.
PDVSA Norma 90619.1.055, (1993). Equipos UPS, Manual de Ingeniería de Diseño.
Caracas, Venezuela.
PDVSA Norma 90619.1.056, (1993). Baterías de la estación y Equipos Asociados,
Manual de Ingeniería de Diseño. Caracas, Venezuela.
PDVSA Norma N-201, (1993). Obras Eléctricas, Manual de Ingeniería de Diseño.
Caracas, Venezuela.
PDVSA. (2004). Guia de Gerencia de Proyectos. Caracas, Venezuela.
Stephens, R. (2005). Tabla sobre circuitos ramales y tablas para la sección de
conductores. Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela.
Vicente Leal (2008). Matriz de desicion. [en línea]. Disponible: http://www.profes.net/rep_documentos/Propuestas_Bachillerato/matriz_decision_1.pdf
[Consulta: 10 julio 2009].
75
APÉNDICE A ,
Tabla A1 resistividad e inductancia de los conductores [Código Eléctrico Nacional,2000]
Apendice A2 Capacidad de corriente de los conductores. [Notas de clases, Stephens, R]
76
Anexos
77
Plano: Diagrama del tablero de potencia para cargas DC
78
Plano: Diagrama del tablero de potencia para cargas AC
79
Plano: Rack de Baterías
80
Plano: Conexión del banco de Baterías
81
Plano: Ubicación de los equipos
82
COMPUTOS METRICOS
83
FOTO N° 1: UPS existente marca chloride a ser desmantelado
FOTO N° 2: Posible ubicación del UPS data power a ser instalado
84
FOTO N° 3: Gabinete del tablero de distribución en corriente continua
FOTO N° 4: Gabinete del cargador
85
FOTO N° 5: Gabinete del cargador
FOTO N° 6: Gabinete del interruptor estático
86
FOTO N° 7: Panel del tablero de corriente alterna
FOTO N° 8: Panel del inversor