Software de diseño de redes eléctricas de distribución “DIRED –CAD Ver 2012”

Walter Sánchez Moyna

SOFTWARE DE

DISEÑO DE REDES

ELÉCTRICAS DE DISTRIBUCIÓN

“DIRED –CAD VER 2012”

Primera edición

Enero, 2012

Lima - Perú

© Walter Sánchez Moyna

PROYECTO LIBRO DIGITAL

PLD 0449

Editor: Víctor López Guzmán

http://www.guzlop-editoras.com/guzlopster@gmail.com guzlopnano@gmail.com facebook.com/guzlopstertwitter.com/guzlopster428 4071 - 999 921 348Lima - Perú

PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)

El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados.

Un libro digital, también conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso.

Entre las ventajas del libro digital se tienen:• su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad),• su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica),• su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural),• su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento),• su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investiga-ción de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras.

Algunos objetivos que esperamos alcanzar:• Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital.• Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta.• Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías.• El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente.• E l pe r sona l docente jugará un r o l de tu to r, f ac i l i t ador y conductor de p r oyec tos

de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electró-nicas recomendadas.• Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso.

En el aspecto legal:• Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita.• Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.

Lima - Perú, enero del 2011

“El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica” Víctor López Guzmán Editor

1

XIX CONIMERA

TITULO TRABAJO: SOFTWARE DE DISEÑO DE REDES ELECTRICAS DE DISTRIBUCION “DIRED –CAD Ver 2012”.

AUTOR: ING. WALTER SANCHEZ MOYNA

CIP: 57852

INSTITUCIÓN : ABS INGENIEROS SAC

1 RESUMEN El DIRED-CAD es una herramienta

tecnológica de última generación que

unifica todas las fases de diseño de una

red de distribución eléctrica (Media tensión

y baja tensión) en un solo entorno

completamente gráfico y muy amigable,

desarrollando los cálculos de perfiles de

tensión, perdidas, balance de cargas y

otros relacionados en forma automática en

tiempo de diseño.

Integra en su propio entorno, bases de

datos de estructuras, soportes,

conductores, luminarias y otros. Todas las

bases de datos son editables y

configurables por el usuario.

Todas la opciones de diseño son

accesibles a través de iconos gráficos y

menús, los mismo que están distribuidos en

una secuencia lógica desde el punto de

vista del flujo de desarrollo de un proyecto

de esta naturaleza.

Cuenta con opciones de configuración de

los principales parámetros de diseño, lo

cual lo hace versátil para adaptarse a

cualquier norma técnica nacional o

internacional.

Todas estas características han hecho del DIRED-CAD el software más utilizado en el Perú por profesionales y empresas tanto en la fase de diseño como en la fase de construcción.

2 INTRODUCCION En el Perú, en los últimos 15 años, en el objetivo de elevar el coeficiente de electrificación se ha dado un énfasis significativo al desarrollo de los proyectos de electrificación rural.

Con la puesta en vigencia del Nuevo Código Nacional Eléctrico Suministro 2001, se ha introducido exigencias adicionales en los requerimientos técnicos de las instalaciones eléctricas, particularmente en lo referente a las redes de Media y Baja Tensión. Lo que ha conllevado a que muchas de las redes eléctricas de las grandes ciudades tengan que renovarse y adecuarse a los requerimientos del nuevo CNE.

Los diseños de cualquiera de estos proyectos son un trabajo de ingeniería que requiere de herramientas tecnológicas acordes a los requerimientos y exigencias de nuestros tiempos.

Como una respuesta a estas necesidades de la Ingeniería, en el año 2004 el mismo autor desarrolló las primeras versiones de un software independiente para el desarrollo exclusivo de diseños de redes aéreas de baja tensión.

En el año 2009 fue publicada una versión mejorada de esta herramienta con alcances similares que la publicación inicial pero con opciones de usuario más versátiles y amigables.

La publicación actual es una versión mucho más amplia que integra todas las opciones de las versiones anteriores y expande su

2

capacidad al desarrollo de redes de baja tensión y redes de media tensión aéreas y subterráneas.

3 CALCULOS DE REDES DE DISTRIBUCIÓN

3.1 CALCULOS ELECTRICOS En el diseño de una red de baja tensión, tipicamente se desarrollan los calculos de perfiles de tensión y las pérdidas de potencia por efecto resistivo de los conductores.

RESISTENCIA DEL CONDUCTOR

La resistencia del conductor a la temperatura de operacion del diseño se calcula de la siguiente forma:

)).(1.( ifif TTRR

fR : Resistencia final a la temperatura de

diseño

.iR : Resistencia inicial a la temperatura

de referencia : Coeficiente de variación de temperatura por efecto térmico.

fT : Temperatura de diseño

iT : Temperatura de referencia

Cuadro de α Tipicos (T=20°C):

Cobre % IACS Coeficiente α

101.00 0.00397 100.00 0.00393 98.40 0.00387 97.80 0.00384 96.66 0.00380 93.15 0.00366

Aluminio 1350 %IAC Coeficiente α

64.0 0.00423 63.0 0.00416 62.0 0.00410 61.0 0.00403

REACTANCIA INDUCTIVA ( LX ):

Considerando un conductor por fase, la reactancia Indutiva para conductores de Cobre, Aluminio o aleaciones de Aluminio.

)/..(........... kmOhmsLWX kL

fW ..2

)/........(..........10)Re

(.6,42

1 4 kmHrxDe

LogLK

f : Fecuencia de la red en (Hz)

KL : Inductancia unitaria (Hr/km)

De : Diametro Medio Geométrico DMG, de la configuración de las fases. Re : Radio equivalente por fase De y Re, se calculan de acuerdo a la configuración geométrica de los conductores en los circuitos.

SISTEMA CONVENCIONAL (CPI)

RTSTRSe DDDD ..)3(

NAPe DD )1(

RTSTRSe DDDD ;;)1( 2/1

SRe

S : Sección del conductor sin cubierta.

Fig. 01

3

SISTEMA CON CONDUCTORES AUTOPORTANTES.

RTSTRSe DDDD ..)3(

RAPe DD )1(

RTSTRSe DDDD ;;)1(

RcKR re .

Rc: Radio del conductor cableado sin cubierta.

La constante “Kr” esta definido segun la tabla siguiente:

N° Hilos del Conductor

Factor “Kr”

7 0.726 19 0.758 37 0.768 61 0.772 91 0.774 127 0.776

CÁLCULO DE CAIDA DE TENSIÓN:

310... tKLIV

SenXCosRK lt ...3)3(

SenXCosRK lt ...2)1(

Pérdidas por Fase (W):

fW RLIP ..2

I : Corriente de Linea (Amp)

L : Longitud de circuito (m)

tK : Factor de Caida de tensión

Cos : Factor de Potencia

Determinacion de Numero de Puntos de Iluminacion. Para este caso se toma en cuenta el consumo mensual de alumbrado Publico. Y en base a ello se determina el numero de Puntos de iluminacion tomando en cuenta la potencia promedio de la lamparas de iluminaciona ser utilizadas.

NuKALPCMAP .

)/()100( NHMAPxPPLCMAPxPI CMAP : Consume mensula de AP en kWh KALP : Factor de AP en kWh/Usuario-mes Nu : Numero de usuarios de la localidad PI : Numero de Puntos de iluminación NHMAP : Numerop de horas mensuales de AP (horas/mes). PPL : Potencia Promedio de las lamparas de AP en Watts.

Fig. 02

4

X

p

Wc

3.2 CALCULOS MECANICOS DEL CONDUCTOR

MODELO GENERAL DE LA CATENARIA

)(* CXCoshCY (Ecuación de la

Catenaria)

Wc

TC 0 ; (PARÁMETRO DE CATENARIA)

)(. CXCoshToT (TIRO DEL

CONDUCTOR EN CUALQUIER PUNTO DE LA

CATENARIA)

CÁLCULOS EN UN VANO TÍPICO

Tomando el diagrama siguiente como un

ejemplo genérico.

F

(Xm,Ym)

(XB,YB)

(XA,YA)

X

Y

(Xo,Yo)

h

XBXA

a/2 a/2

a

TB

TA

C

aSenh

C

h

ArcSenhCXm

2

2.

2/aXX mA ; 2/aXX mB

Longitud de Catenaria:

C

XSenhCL A

A . ;

C

XSenhCL B

B .

Tiros en los extremos:

22

ACA LCWT ; 22

BCB LCWT

Cálculo de la Flecha:

1

2.

C

aCosh

C

XCoshCF m

C

XCoshCY A

A . ;

C

XCoshCY B

B .

Donde:

To : Tiro horizontal.

C : Parámetro de catenaria.

Wc : Peso unitario del conductor.

h : Desnivel

a : Vano Horizontal

Xm : Valor X del punto medio de la

catenaria.

ECUACIÓN DE CAMBIO DE ESTADO

1

0102

11212 ).( LAE

TTLLL

Haciendo: A

T

A

T 02

02

01

01 ;

Se obtiene la ecuación:

Y

To

T

dx

c

Fig. 03

Fig. 04

5

2

1

22

1

2

02

22

2

2

2

02

)2

(4

)2

(4

hC

aSenhC

hA

awSenh

w

AE r

r

020112 ).(1 E

Siendo la única variable desconocida 02 ,

se resuelve esta ecuación mediante

métodos numéricos obteniendo el valor de

02 y finalmente calcula:

2

02

2

rW

AC

Una vez calculado el parámetro C2, para la

condición 2, la catenaria queda definida y

se calcula las demas variables aplicando

las formulaciones descritas.

4 CARATERISTICAS Y ALCANCES GENERALES DEL DIRED-CAD 2012

El DIRED-CAD es un software de diseño

de redes de distribución eléctrica en Baja y

Media Tensión. Es la herramienta más

moderna de su género en nuestro medio

totalmente independiente de cualquier otra

plataforma. Trabaja en entorno Windows

XP, Windows Vista, Windows 7.

Cuenta con una interface gráfica de diseño

en vista de planta muy amigable, donde el

ingeniero desarrolla su diseño haciendo

uso del ratón y el software va recalculando

en todo momento las condiciones eléctricas

del proyecto en todos los nodos.

Requiere como dato de entrada el archivo

del catastro urbano (Lotización en formato

DXF). El DIRED-CAD recupera estos

archivos y lo convierte a su propio entorno

de trabajo, manteniendo las escalas de

diseño.

4.1 DATOS QUE INCORPORA Cuenta con Bases de datos propias para

los elementos principales requeridos para

el diseño tales como:

Base de datos de estructuras (Baja y

Media Tensión)

Base de datos de soportes (madera,

concreto, metal).

Base de datos de conductores (Baja y

Media Tensión).

Base de datos de de Luminarias

Tabla de tipos de PAT.

Tabla de tipos de subestaciones

Todas las Bases de datos son accesibles y

editables por el usuario lo que le permite

agregar nuevos elementos o editar los

existentes de acuerdo a sus propios

requerimientos.

4.2 PRINCIPALES OPCIONES DE DISEÑO

Todas las opciones de diseño se pueden

desarrollar en forma grafica haciendo uso

del ratón.

Ubicación de la Subestación en la

posición más conveniente.

Trazo del recorrido de los circuitos

Ubicación de los soportes y armados

Agregar o eliminar acometidas.

Agregar o eliminar luminarias en vista

de planta.

Agregar retenidas en vista de planta.

Modificación del recorrido de circuitos.

Opciones de edición de soportes

6

Opciones de edición de cargas por tipo

y por demanda.

Numeración automática de soportes,

en forma correlativa por estructuras o

por nodos

Cambio de conductores por tramos y

en forma global.

Opciones de corte de circuitos y

traslado de cargas a otros circuitos, en

forma grafica.

Permite derivaciones aéreas para

circuitos y nuevas cargas.

Etc.

4.3 CÁLCULOS QUE DESARROLLA

El DIRED-CAD, desarrolla

automáticamente y en tiempo de diseño:

Cálculo de caída de tensión en todos

los nodos y colas

Pérdidas por circuito y por subestación

Balance de cargas por Subestación

Cálculo mecánico de conductores

Evaluación de corrientes por devanado

Previo a la fase de diseño, el usuario tiene

la opción de recalcular y actualizar los

parámetros eléctricos según la temperatura

de diseño (Por configuración geométrica de

estructuras o por configuración de

conductores, según sea el caso).

Con estas opciones, el Ingeniero de diseño

podrá apreciar en todo momento las

condiciones de su diseño y corregir los

posibles errores, de acuerdo a las alarmas

gráficas que va presentando el programa.

Todos los cálculos se actualizan en forma

automática cada vez que se agrega o

modifica una carga o algún elemento

relacionado al diseño.

De esta forma el usuario podrá verificar en

todo momento las condiciones de caída de

tensión en colas y tomar las acciones

correctivas que requiera.

4.4 PRINCIPALES REPORTES Cuadros de caída de tensión por

circuito y subestación (Fig. 04)

Planillas de estructuras por circuito y

subestación (Fig. 05)

Tablas de cálculo mecánico de

conductores

Cuadro resumen de materiales

Todos los reportes tienen la opción de ser

exportados directamente a Excel.

Fig. 05

7

4.5 PLANOS DE DISEÑO Los planos de los diseños desarrollados,

son exportados a formato DXF

(Compatible con Autocad) para su

impresión, con todos los detalles del diseño

desarrollado.

Planos de Red Baja Tensión

Planos de Red de Media Tensión

Diagramas de carga para baja

tensión (Por Subestación)

Diagramas unifilares para media

tensión (Por punto de alimentación)

Cada tipo de plano es exportando en

diferentes capas, para facilitar el

manejo posterior de los elementos de

impresión.

5 CONCLUSIONES

El DIRED-CAD 2012 incorpora en un solo

entorno de diseño las herramientas

necesarias para analizar las redes de baja

tension y las redes de Media tensión,

pudiendo ser utilizado tanto en la fase de

diseño de proyectos nuevos como para los

proyectos de remodelacion de redes

existentes.

La versatilidad de esta aplicacion, permitirá

a los usuarios que desarrollan de proyectos

de esta naturaleza optimizar

significativamente los tiempos, reducir los

margenes de error de los calculos y en

suma mejorar ampliamente la calidad y

resultados de los diseños de Ingeniería.

De esta manera el DIRED-CAD se

convierte en nuna herrameinta tecnológica

fundamental para el desarrollo de

proyectos de Distribucion Electrica (Baja

tension, Media Tension), lo que significa un

aporte muy importante a la Ingenieria

principalmente en el sector

Electromecánico.

6 BIBLIOGRAFIA Cálculo de Lineas y Redes Eléctricas :

Ramon M. Mujal.

Proyectos de Electrificación : Ing.

Miguel Angel Sarzo

Código Nacional Eléctrico Suministro

2001 : DGE/MEM – Peru

Norma DGE - 018 : DGE/MEM – Peru

Overhead Conductor Manual 2nd

Edition : Southwire Company

Lima, Junio del 2011

Ing. Walter Sanchez Moyna

CIP: 57852

Email: wsanchez@absingenieros.com

Telf: 221-7957

8

ANEXOS:

Fig, 02: Vista general del entorno de diseño del DIRED-CAD

Fig, 03: Entorno de diseño, se epude apreciar los % de caida de tensión en colas y una

ventana de edición del tipo de carga.

9

Fig. 04: Ventana de presentación del reporte de perfiles de caída de tensión por nodos.

Fig. 05: Ventana de presentación del reporte de planilla de estructuras.