09. Capitulo 9 - Plantas de Emergencia.pdf

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INDICE DE CONTENIDO 9

PLANTA PLANTAS S DE ENERGI ENERGIA A Y SISTEM SISTEMAS AS DE EMERGE EMERGENCI NCIA.. A..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 3 9.1 Generalid Generalidades ades ..... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........ ... 3 9.1.1 9.1. 1 Obligator Obligatorieda iedad d de la planta planta de emergenci emergencia. a. ..... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ....... 3 9.1.2 9.1. 2 Cargas Cargas en una planta planta de emergencia emergencia.......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ....... 3 9.1.3 9.1. 3 Transfer Transferenci encias as de carga. carga. ..... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ..... 4 9.1.4 9.1. 4 Entrada Entrada de cargas cargas en una una planta planta de emergenci emergencia. a. ..... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ....... .. 4 9.1.5 9.1. 5 Otras disposic disposicione iones s ..... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........ ... 4 9.1.6 9.1. 6 Instalaci Instalación. ón. ..... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ....... 5 9.1.7 9.1. 7 Conexión Conexión al sistema sistema de pue puesta sta a tierra.... tierra......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ..... 6 9.2 Selección de la planta de emergencia. emergencia. .................................................. ............................................................. ........... 6 9.3 Selección del conductor conductor de la la planta planta de emergencia..................................... emergencia........................................ ... 8 9.4 Selección del equipo de maniobra y protección..................................... protección................................................ ........... 9

INDICE DE TABLAS  Características típicas típicas de motores trifásicos. trifásicos. (Diseños B,C B,C D) (*)........... 10 Tabla 9.1. Características kVA/hp de motores trifásicos trifásicos ................... 11 Tabla 9.2. Códigos NEMA para arranque kVA/hp

Tabla 9.3.  Características típicas de motores monofásicos (excepto los motores de repulsión)............................ repulsión)..................................................... .................................................. .................................................. .............................. ..... 11 monofásicos........................................................... .............. 11 Tabla 9.4. Motores de repulsión monofásicos............................................. comunes................................................ ..... 12 Tabla 9.5. Factores de potencia de cargas comunes........................................... de arranque arranque de motores motores ............................................... ................................................................. .................. 12 Tabla 9.6. Tipos de

INDICE DE FIGURAS Figura 9.1.  Selección de planta de emergencia con base en la relación (HP) de motores vs. vs. KW planta planta (curva (curva típica)....................................... típica)................................................................ ........................... 12

Figura 9.2. Selección de planta de emergencia con base en la potencia de arranque (SkVA)....................... (SkVA) ................................................ .................................................. .................................................. ....................................... .............. 14

Figura 9.3.  Selección de la potencia aparente con base en la potencia aparente de arranque (kVA)....................... (kVA) ................................................ .................................................. .................................................. ........................... 14 1

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Figura 9.4. Conexión de planta de emergencia. ....................................................... 15 Figura 9.5. Conexión de planta de emergencia para múltiples usuarios. ................. 15 Figura 9.6. Conexión de al sistema de puesta a tierra de la planta de emergencia.. 15

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9 PLANTAS DE ENERGIA Y SISTEMAS DE EMERGENCIA. 9.1 Generalidades Las plantas de generación para sistemas de energía de emergencia, son utilizadas para producir la energía eléctrica cuando ésta falla o se suspende el suministro normal entregado a través del sistema de distribución de EMCALI, al usuario. Los sistemas de emergencia están constituidos adicionalmente por el conjunto de circuitos y demás equipos destinados a alimentar, distribuir y controlar la electricidad para iluminación y/o fuerza cuando es interrumpido el suministro normal del sistema de electricidad. Los sistemas de emergencia complementarios (por ejemplo, luces de emergencia, bancos de baterías, etc.) deben cumplir con los requerimientos indicados en el RETIE y en el Código Eléctrico Colombiano, norma NTC 2050.

9.1.1 Obligatoriedad de la planta de emergencia. Los sistemas de emergencia deben ser instalados en lugares donde la iluminación artificial es necesaria para vías de escape seguras o para controlar el pánico en instalaciones sujetas a gran concentración de personas (NTC 2050, sección 700). Requerirá planta de emergencia, en general, cualquier edificación de las mencionadas en el numeral 1.12.4 de estas normas y cualquier servicio de energía que posea, al menos, uno de los siguientes tipos de carga eléctrica: •

•

•

•

•

•

•

•

Bombas de desague. Ascensores. Comunicación y alarmas de seguridad pública. Equipos de hospitales o clínicas. Sistemas de detección y bombas de incendios. Iluminación de zonas de evacuación en edificaciones. Sistemas de ventilación y extracción de humo. Aquellas cuya interrupción puede producir serios riesgos de salud y seguridad personal o pueden ocasionar peligro o dificultar operaciones de extinción de incendios y de rescate.

9.1.2 Cargas en una planta de emergencia. Todas las cargas incluidas en el numeral 9.1.1 (cargas obligatorias), deben alimentarse desde una planta de emergencia. Adicionalmente, y a elección del interesado, podrán incluirse otros tipos de carga (carga no obligatoria): calefacción, 3

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PLANTAS DE EMERGENCIA refrigeración, procesamiento alumbrados, etc.

de

datos,

comunicación,

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industriales,

A elección del interesado se puede también proyectar una planta de emergencia, no obstante no exista ninguna de las cargas mencionadas en el numeral 9.1.1, en cuyo caso toda la carga de la planta de emergencia será no obligatoria.

9.1.3 Transferencias de carga. Si al menos existe una carga obligatoria, el sistema de emergencia debe disponer de un conmutador de transferencia automática, con enclavamiento eléctrico y mecánico, cuyo tiempo de transferencia máximo debe ser de 10 segundos (Sección 700-12). Solo se aceptará conmutador de transferencia manual, si toda la carga eléctrica que alimentará la planta de emergencia es no obligatoria. En este caso debe existir de todas formas enclavamiento eléctrico y mecánico. El usuario en el caso de que toda la carga sea no obligatoria, puede instalar conmutador de transferencia automática. En este caso el tiempo de transferencia es definido por el usuario. El equipo de transferencia debe ser diseñado para prevenir la interconexión accidental de la alimentación normal y de la fuente de emergencia en cualquier operación del equipo de transferencia (NTC 2050, secc. 700-6, 701-7)

9.1.4 Entrada de cargas en una planta de emergencia. Todas las cargas mencionadas en el numeral 9.1.1 deben entrar en servicio simultáneamente (Sección 701-6) con un tiempo de retardo máximo de 10 segundos. A elección del interesado se podrán incluir en el arranque otras cargas diferentes. Podrán existir, en general, cargas (diferentes a las mencionadas en el numeral 9.1.1), que entren en servicio en un tiempo posterior, no menor a 10 segundos, desde el instante de arranque de la planta de emergencia. En este caso, el respectivo diseño deberá indicar los dispositivos correspondientes que ejecuten esta función y el tiempo mínimo de retardo entre la entrada de la carga inicial (reglamentaria) y la carga adicional. Si en algún diseño no existe la información sobre cargas diferidas o con retardo, se considerará que toda la carga entra en el arranque de la planta de emergencia.

9.1.5 Otras disposiciones Cualquiera sea el sistema que se instale, éste será suministrado, instalado, mantenido y operado por el usuario, quien deberá informar a EMCALI sobre su instalación para su respectiva revisión y aprobación. Todo sistema de generación de energía eléctrica de emergencia debe garantizar una operación segura tanto para el sistema de distribución de EMCALI, como para las instalaciones propias del Usuario; por lo tanto, los equipos de transferencia deben 4

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ser diseñados e instalados para prevenir la interconexión accidental simultánea de la alimentación normal y de la fuente de energía de emergencia en cualquier operación. El usuario será responsable ante EMCALI y la Ley Colombiana, de cualquier problema que afecte sus redes de distribución y la integridad física de su personal. EMCALI, en ningún caso, reintegrará o descontará la energía generada por el usuario y registrada en los medidores, originada por conexiones que no cumplan las especificaciones exigidas. Se debe disponer de doble barraje cada uno alimentado desde la fuente normal o emergente según corresponda, de tal manera que los medidores de energía no registren la energía generada por la planta de emergencia. Todas las plantas de generación eléctrica deben cumplir con los requerimientos de bajo ruido y contaminación, exigidos por la Secretaría de Salud.

9.1.6 Instalación. Las plantas de energía de emergencia se pueden instalar al lado de media o baja tensión, según necesidad del usuario. Cualquiera que sea el caso, la transferencia debe estar ubicada después del punto de conexión y el equipo de medida del usuario. La acometida al sistema de emergencia es independiente de las acometidas de la instalación, por esta razón se deriva desde el totalizador de la fuente de alimentación y no del barraje principal. La Figura 9.4 ilustra la instalación típica de una planta de emergencia que alimenta un grupo de cargas obligatorias. En las instalaciones donde la planta de emergencia atiende múltiples usuarios (por ejemplo, centros comerciales, edificios, unidades residenciales), las cargas obligatorias siempre deben ser atendidas por una transferencia automática. Para cada usuario se debe instalar una transferencia automática o manual con su mecanismo de enclavamiento para prever la alimentación de uno de los sistemas cuando el otro está en operación. El conexionado de las transferencias siempre debe estar después del medidor de energía del usuario, para lo cual se debe instalar un barraje de conexión de transferencias independiente del barraje principal. La Figura 9.5 ilustra la instalación típica de una planta de emergencia que alimenta múltiples acometidas independientes. Las celdas asociadas a los equipos de EMCALI (celda de medida, celda totalizador, barraje de EMCALI, medidores de energía, totalizadores de usuarios) deben permitir la instalación de sellos de seguridad (precintables). En ningún caso se pueden utilizar los transformadores de EMCALI para elevar la tensión nominal del usuario, ni éste podrá energizar transformadores, líneas o redes de propiedad de EMCALI sin haber cumplido con los requerimientos de ley (resolución 070 de 1998 de la CREG). Las plantas eléctricas a instalar en sitios diferentes al nivel de la tierra, en losas y/o entrepisos, se deberá garantizar mediante certificación de un ingeniero civil con 5

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matrícula profesional que la estructura soporta el peso, vibración e impacto de todos los equipos eléctricos, inclusive la planta de emergencia. El sitio de instalación de la planta debe contar con un acceso lo suficientemente amplio para el retiro del equipo, en caso de emergencia y debe cumplir con los requerimientos de seguridad que indiquen las entidades correspondientes. Los gases de combustión deben ser evacuados de tal manera que no cause malestar a los transeúntes, clientes, edificaciones vecinas, etc. El nivel de ruido debe estar dentro de los niveles admisibles por las entidades ambientales del Municipio (por ejemplo, el DAGMA en Cali), por lo cual se deberán efectuar las adecuaciones de aislamiento acústico necesarias para ajustarse a las recomendaciones que se efectúen en este sentido.

9.1.7 Conexión al sistema de puesta a tierra. La carcaza y las partes metálicas expuestas asociadas al sistema de emergencia y a la planta de emergencia deben conectarse al sistema de puesta a tierra de la instalación, para garantizar una referencia única para los elementos que hacen parte del sistema eléctrico. No pueden construirse sistemas independientes para la puesta a tierra de estos equipos. Se debe prever una cola en el sistema de puesta a tierra para la conexión de la puesta a tierra de la planta de emergencia. El punto neutro del generador debe conectarse al barraje de neutro del sistema y no a la carcaza ni al sistema de puesta a tierra. La Figura 9.6 indica el modo correcto de conexión al sistema de puesta a tierra de la planta de emergencia.

9.2 Selección de la planta de emergencia. Las plantas de generación de energía eléctrica son equipos compuestos de un motor y un generador, generalmente acoplados a sus ejes. Para seleccionar un grupo generador, se deben analizar los diferentes tipos de cargas que se van a alimentar: •

•

Motores (HP, cantidad, tensión, # de fases, RPM, método de arranque, etc.). Otras cargas (Tensión, kW, factor de potencia, monofásica o trifásica, etc.)

En el momento del arranque de un motor se produce una caída de tensión en el generador, que luego se regula a su valor nominal; por lo tanto el generador es más exigido durante el arranque de los motores, que cuando éstos están funcionando normalmente. La selección correcta de la planta de generación será la requerida para limitar la caída de tensión a niveles aceptables y no la potencia requerida para las cargas continuas. Es importante, en la selección óptima, tener en cuenta la previsión de cargas futuras.

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En motores de corriente alterna, la máxima caída de tensión aceptable, está entre el 15 y el 30%. El procedimiento para la selección de un generador o planta de emergencia es el siguiente:

a)

Seleccione las cargas que alimentará la planta de emergencia, separando, si fuera el caso, la carga que entrará en el arranque, de la carga adicional diferida o retardada. Las cargas consideradas en el capítulo 7 de la norma NTC 2050 o todas aquellas que la sustituyan o modifiquen, no serán excluyentes, esto es, cada una de ellas se considera simultáneamente para el cálculo de la carga, tanto para seleccionar el conductor como para seleccionar la planta de emergencia.

b)

Sume las cargas, en kW, que serán atendidas por la planta de emergencia,  ). Para cargas de motores y dependiendo del tipo de (kW tot  = Σ   Σ(kW     cargas  motor, utilice los datos que se indican en la Tabla 9.1, la Tabla 9.3 o la Tabla 9.4. Si algún motor no se encuentra en estas tablas asuma kW=HPx0.9 . Si lo considera necesario utilice, para cargas monofásicas, la Tabla 9.5.

c)

Separe la carga de los motores trifásicos que entrarán a funcionar simultáneamente, una vez empiece a trabajar la planta de emergencia. Cerciórese de que la carga del sistema de emergencia obligatorio este incluida (numeral 9.1.1).

d)

Verifique que la capacidad de la planta de emergencia garantice que la caída de tensión en el generador sea igual o inferior al 30% para la potencia de arranque calculada. Para ello, efectúe el siguiente procedimiento: •

•

Obtenga la carga de arranque de los motores ( kVAArranque ), con base en los valores indicados en Tabla 9.1o Tabla 9.2. Calcule la potencia aparente de arranque de los motores, con base en la potencia nominal y el tipo de arranque utilizando la expresión: SkVAArranque  = kVAArranque * F 1,

Donde: •

•

•

•

SkVAArranque  : Potencia aparente de arranque. kVAArranque : Potencia de arranque del motor con base en su potencia nominal, tomado de la Tabla 9.1 o Tabla 9.2. F 1  : Factor que depende del el tipo de arranque del motor que se indica en la Tabla 9.6.

Calcule la potencia aparente de arranque total como la suma de las  ). potencias aparentes individuales, SkVATot  = Σ   Σ(SkVA    Arranque 

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Existen dos alternativas para estimar la caída de tensión en el momento de arranque, que dependen del tipo de curvas empleadas para la obtención de este valor. Cualquiera que sea el caso, el porcentaje de regulación debe ser igual o inferior al 30%. Si no cumple este criterio, se debe repetir el procedimiento con una planta de capacidad nominal mayor, hasta que cumpla este criterio. Las alternativas son: •

•

e)

Con el valor de la potencia total de arranque calculada, SkVATot , seleccione la capacidad del generador ( kW gen ) que garantice el criterio anterior, mediante los gráficos de Figura 9.2 o Figura 9.3. Si se dispone de una curva del fabricante como se indica en la Figura 9.1, divida la potencia total de arranque entre la carga total estimada de la planta, de acuerdo con el literal (b). Calcule la relación SkVATot  /kW tot  e identifique la caída de tensión correspondiente al valor obtenido (Figura 9.1).

Sume las cargas nominales no esenciales, en kW, que serán atendidas por la  ) . planta de emergencia, ( kW no esenc  = Σ   Utilice el mismo Σ(kW     cargas  procedimiento descrito en el numeral (b). Adicione el valor resultante al obtenido para la planta estimada.

f)

Si existen cargas diferidas o retardadas de motores trifásicos y la suma de éstas llega a ser superior a la carga inicial de arranque, repita el proceso del literal d) utilizando la carga diferida de los motores trifásicos. Seleccione la mayor capacidad del generador obtenida entre los procedimientos indicados en el literal d).

Nota: Dado que las curvas que se representan son típicas, el diseñador es libre de escoger, para los procedimientos indicados en las literales c) o d) una curva, para la caída de tensión, diferente a las de las Normas, en cuyo caso, en la memoria de cálculos del proyecto específico, deberá presentarla, sin incluir el nombre del fabricante. En la etapa de construcción del proyecto la Interventoría de EMCALI comprobará que la curva del generador real se ajuste a la del diseño.

9.3 Selección del conductor de la planta de emergencia. El conductor de la planta de emergencia se selecciona con base en la capacidad nominal de la planta de emergencia y aplicando los criterios indicados en el capítulo 2 de esta norma.

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9.4 Selección del equipo de maniobra y protección. El equipo de maniobra y protección está constituido por los interruptores termomagnéticos, que brindan protección contra corto circuitos; un relé térmico para protección de sobrecargas y la transferencia propiamente dicha. La capacidad interruptiva de los totalizadores debe ser igual o superior al nivel de corto circuito calculado para el punto de instalación de la planta. Los elementos de la transferencia deben soportar el nivel de corriente nominal en el punto de instalación, sin detrimento del equipo de maniobra y deben soportar niveles de corriente de corta duración igual al nivel de corto en el punto de instalación, sin que sus contactos se suelden. La transferencia debe proveer los mecanismos de enclavamiento para evitar la retroalimentación de uno de los sistemas cuando el otro esté en operación. Los demás elementos y cargas no esenciales a ser atendidos por la planta, pueden disponer de elementos temporizadores que permitan su conexión al barraje de transferencia una vez que las cargas esenciales hayan sido atendidas. El barraje de las cargas esenciales debe estar diferenciado del barraje de cargas no esenciales.

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Tabla 9.1. Características típicas de motores trifásicos. (Diseños B,C D) (*).

HP RPM

kW de kVA de operación operación

kVA de arranque

HP RPM

3600 1.05 1.3 13 1800 1.06 1.4 12 1 40 1200 1.02 1.5 12 3600 1.9 2.2 19 1800 1.9 2.3 13 2 1200 2 2.7 18 50 3600 2.9 3.2 25 1800 2.8 3.4 24 3 1200 2.8 3.7 24 3600 4.6 5.2 35 60 1800 4.6 5.4 34 5 1200 4.5 5.8 34 900 4.5 6.3 33 3600 6.7 7.5 48 75 1800 6.9 7.9 46 7.5 1200 6.8 8.2 45 900 7 9.3 44 3600 8.8 9.8 62 100 1800 8.8 10.1 60 10 1200 8.7 10.5 58 900 9.4 12.3 56 3600 13.2 14.7 88 125 1800 13 14.7 84 15 1200 12.9 15.2 82 900 13.7 17.4 81 3600 16.7 18.6 112 150 1800 17.2 19.4 112 20 1200 17.4 20.3 112 900 17.4 21.6 110 3600 20.5 22.8 139 200 1800 21.6 24.3 138 25 1200 22 25.5 138 900 22 26.2 136 3600 25.2 28 166 250 1800 25.5 28.6 165 30 1200 25 28.6 165 900 25.5 31.1 161 (*) Motores diseño A pueden tener valores de SkVA a lo Algunos motores de 3600 rpm son diseño A

3600 1800 1200 900 3600 1800 1200 900 3600 1800 1200 900 3600 1800 1200 900 3600 1800 1200 900 3600 1800 1200 900 3600 1800 1200 900 3600 1800 1200 900 3600 1800 1200 900

kW de kVA de operación operación 33.3 35.2 34.5 34.6 43.5 43.5 43.2 42 49.5 51.5 51.1 51.3 64 63 63 66 85 84 84.5 86 108 106 109 113 127 125 131 136 167 164 168 178 204 200 205 213

37 39 39.2 41.3 48 48 48 49.9 55 57 58 61.2 71 70 71.5 77 94 93 96 99 119 117 123 127 139 136 148 153 183 180 195 201 224 220 232 239

kVA de arranque 221 220 220 216 276 275 274 272 336 331 330 328 419 416 417 414 552 556 555 552 698 696 695 690 836 830 828 820 1110 1105 1100 1060 1380 1370 1360 1345

sumo 50% mayores que los anteriores.

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Tabla 9.2. Códigos NEMA para arranque kVA/hp de motores trifásicos 

Código

KVA/hp

A B C D E F G H J K L M N P R S T U V

0 - 3.15 3.15 - 3.55 3.55 - 4.0 4.0 - 4.5 4.5 - 5.0 5.0 - 5.6 5.6 - 6.3 6.3 - 7.1 7.1 - 8.0 8.0 - 9.0 9.0 - 10.0 10.0 - 11.2 11.2 - 12.5 12.5 - 14.0 14.0 - 16.0 16.0 - 18.0 18.0 - 20.0 20.0 - 22.4 >22.4

Valores típicos

15 hp y > 10 hp 7.5 y 5 hp 3 hp 2 y 1 1/2 hp 1 hp < 1 hp

Tabla 9.3. Características típicas de motores monofásicos (excepto los motores de repulsión)

HP

kW

1/6 1/4 1/3 1/2 3/4 1

0.30 0.40 0.50 0.65 0.95 1.20

kVA

Fase partida

0.45 0.60 0.70 0.90 1.25 1.60

kVA de arranque Capacidad de Capacidad de arranque(carrera arranque(carrera Inductiva) Capacitiva)

3.70 5.00 6.00 7.00

2.50 3.40 4.00 5.20 7.20 9.20

3.00 4.00 4.70 6.00 8.30 10.50

Tabla 9.4. Motores de repulsión monofásicos 

HP

kW

kVA

kVA de arranque

0.5 0.75 1 1.5 2 3 5 7.5 10

0.53 0.80 1.00 1.50 1.95 2.70 4.40 6.10 8.00

0.75 1.10 1.40 2.00 2.60 3.60 5.80 7.90 10.30

3.00 4.30 5.50 7.80 10.00 13.50 22.00 29.00 37.00

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Tabla 9.5. Factores de potencia de cargas comunes 

Tipo de carga

Factor de potencia

Lámparas incandescentes Elementos de calor Controles Lámparas fluorescentes Hornos de inducción Hornos de arco Equipos de soldadura de transformador Equipos de soldadura de motor-generador Transformadores

1.00 1.00 0.80-0.90 0.95 0.60-0.70 0.80-0.90 0.60 0.80-0.90 0.80-0.95

Tabla 9.6. Tipos de arranque de motores 

Tipo de Arranque

kVA al arranque (%)

Torque al arranque(%)

Tipo

Directo Auto transformador - 50% tap -65% tap -80% tap Resistencia o Reactancia 80% tap Estrella-Delta Devanado partido

100

100

A

30 46 68 80 33 70

25 42 64 64 33 45

B1 B2 B3 C D E

Figura 9.1. Selección de planta de emergencia con base en la relación (HP) de  motores vs. KW planta (curva típica).

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Aprobó: Resolución 0407

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Figura 9.2. Selección de planta de emergencia con base en la potencia de arranque  (SkVA)

Figura 9.3. Selección de la potencia aparente con base en la potencia aparente de  arranque (kVA)

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UNIDAD ESTRATÉGICA DE CODIGO: ND - 009 NEGOCIO DE ENERGÍA Revisión: 00 DIRECCIÓN DISTRIBUCIÓN Fecha: diciembre de 2006 NORMAS TECNICAS DE ENERGÍA  NORMAS DE DISEÑO

PLANTAS DE EMERGENCIA

Aprobó: Resolución 0407

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Figura 9.4. Conexión de planta de emergencia.

Figura 9.5. Conexión de planta de emergencia para múltiples usuarios.

Figura 9.6. Conexión de al sistema de puesta a tierra de la planta de emergencia.

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