Curso de Etap Canalizaciones Subterraneas
March 27, 2017 | Author: Gregory King | Category: N/A
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INEDON INGENIERÍA ELÉCTRICA
903-HM150-E09-EDU-710 Rev.
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CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS FECHA
APR.10
OBJETO
Emisión Original
903-HM150-E09-EDU-710.DOCREV0
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ELABORÓ Iniciales
REVISÓ Iniciales
APROBÓ Iniciales/Cargo
JRR
HC/PPC/ LU
MS/VPO SN/VPO
INEDON
INEDON INGENIERÍA ELÉCTRICA
903-HM150-E09-EDU-710 Rev.
CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS Índice Página 1. PROPÓSITO................................................................................................................. 3 2. OBJETIVOS .................................................................................................................. 3 3. ALCANCE ..................................................................................................................... 3 4. RECURSOS .................................................................................................................. 3 ANEXO N°1 - PRESENTACIÓN ......................................................................................... 4 ANEXO N°2 - MATERIAL DEL FACILITADOR ................................................................... 5 ANEXO N°3 - MATERIAL DEL PARTICIPANTE ................................................................. 6 ANEXO N°4 - REFERENCIAS ............................................................................................ 7
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INEDON
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INEDON INGENIERÍA ELÉCTRICA
903-HM150-E09-EDU-710 Rev.
CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS 1.
PROPÓSITO Enseñar al participante el uso del programa ETAP Power Station como herramienta para el cálculo de ampacidades en cables instalados en canalizaciones subterráneas.
2.
OBJETIVOS GENERALES Al finalizar el curso los participantes estarán en capacidad de realizar estudios de ampacidad en cables instalados en canalizaciones subterráneas con la ayuda del módulo de canalizaciones subterráneas del ETAP.
3.
ALCANCE Este curso está dirigido a Técnicos e Ingenieros que estén involucrados en el diseño de canalizaciones subterráneas y en el dimensionamiento de los cables.
4.
RECURSOS Los materiales y herramientas necesarios para la correcta realización del curso se incluyen en los Anexos de este documento: •
Presentación: Constituye las láminas que deberán usarse durante el dictado del curso, las mismas están incluidas en el Anexo N°1 de este INEDON, la cual consta de 61 diapositivas diseñadas para ser dictadas en 8 horas (1 día). El facilitador deberá dictar el curso apoyándose en la herramienta (ETAP). Solo se utilizara las diapositivas de paso a paso del uso de la herramienta, cuando no se disponga del ETAP.
•
Material de Facilitador: Información necesaria para que el Facilitador dicte el Curso. Incluye material de apoyo y ejercicios. Esta información se encuentra en el Anexo N°2.
•
Material del Participante: Información que se le dará al participante en copia dura. Incluye el manual del curso y material de referencia. Esta información se encuentra en el Anexo N°3.
•
Referencias: Material que podría ayudar al Facilitador a expandir sus conocimientos del tema o indicar los basamentos de la información que presenta. Esta información se encuentra en el Anexo N°4.
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CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS
A N E X O N °1 - P R E S E N T A C I Ó N
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Módulo de Sistemas de Canalizaciones Subterráneas - ETAP
N°903-HM150-E09-EDU-710-1 Rev. 0 / JRR / 15-01-2010
Sistema de Canalizaciones Subterráneas Agenda: Objetivos. Análisis de la capacidad térmica de conducción. Atributos y características del módulo de canalizaciones ETAP. Capacidades de cálculo. Creación de una bancada. Estudio de ampacidad en bancadas. Creación de una trinchera. Estudio de ampacidad en trincheras. Recomendaciones.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Objetivo General: Aprender a realizar estudios de ampacidad en cables instalados en canalizaciones subterráneas con la ayuda del módulo de canalizaciones subterráneas del ETAP. Duración del Curso: 8 Horas.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Análisis de la Capacidad Térmica de Conducción. El análisis de la capacidad térmica de conducción determina la ampacidad de los cables de potencia en canalizaciones subterráneas. Esta ampacidad es determinada por la máxima temperatura permitida por el conductor que es función del daño que el aislamiento puede sufrir como consecuencia de las altas temperaturas de operación.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Análisis de la Capacidad Térmica de Conducción. Los principales factores para determinar la temperatura de operación de los cables son: La temperatura ambiente. Ésta puede variar a lo largo del conductor y con el tiempo. El calor generado interiormente en el conductor por el paso de la corriente eléctrica, incluidas las corrientes fundamentales y sus armónicas. El factor de disipación del calor generado al medio ambiente. El aislamiento térmico que cubre o rodea a los cables, puede afectar ese factor de disipación. Conductores adyacentes que transportan carga. Los conductores adyacentes tienen el doble efecto de elevar la temperatura del cable en estudio y de impedir la disipación del calor. Fuente de calor externa que esté próxima a la bancada, tal como, una tubería de proceso. Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Atributos y Características Principales del Módulo de Canalizaciones del ETAP: Cálculo de temperatura en régimen permanente y transitorio. Optimización de la capacidad amperimétrica. Diseño automático de cables por capacidad amperimétrica. Interface gráfica que permite la manipulación de modelos de canalizaciones, cables, conduits, entre otros. Selección dinámica de cables desde el esquema unifilar. Permite posicionar canalizaciones en forma no simétrica. Selección de cables armados definidos por el usuario.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Capacidades del Cálculo: Análisis de temperaturas No existen limitaciones en niveles de tensión Verificación automática de errores
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Diagrama de Sistemas de Canalizaciones Subterráneas : Cálculo de Alimentadores
Lista de Cargas
Lista de Cables
si Análisis de Ampacidad ETAP
Validación del Diseño de Canalizaciones Subterráneas y Lista de Cables
Resultado esperado
no
Cambiar posición del cable
si
si no
Cambiar calibre
no
Diseño de Canalizaciones Subterráneas
Plot Plan
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Análisis de Ampacidad: Bancadas Bancada a simular Tubos
Cables • ID de la Bancada
• ID del Tubo
• Tipo de Concreto
• ID del Cable
• Tamaño
• Distancia horizontal con respecto al extremo izquierdo del terreno
• Tipo de conductor y conexión
• Distancia vertical con respecto a la superficie
• Tipo de Instalación
• Ancho
• Carga
• Largo
• Capacidad de Temperatura
• Rho del concreto y del terreno
• Capacidad de tensión
• Tipo de Tubo • Distancia horizontal con respecto al extremo izquierdo de la bancada • Distancia vertical con respecto al extremo superior de la bancada
• Tamaño • Frecuencia
Reportes Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Creación de una Bancada en el ETAP
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una bancada en ETAP: Se debe abrir el programa y seleccionar la opción “New Project”
Se asigna el nombre a la nueva carpeta de trabajo
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una bancada en ETAP:
Se hace click derecho en la carpeta U/G raceway Systems para iniciar un nuevo Underground Raceway System. Se selecciona Create New y aparece la pantalla UGS
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una bancada en ETAP:
Ventana de edición “UGS” Underground System Raceway Editor
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una bancada en ETAP:
Puntero Añadir una fuente existente/nueva de calor Añadir un cable existente/nuevo Añadir una bancada existente/nueva Añadir una trinchera existente/nueva Añadir un ducto nuevo para una bancada/ Añadir una nueva localización para una trinchera Opciones de Presentación
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una bancada en ETAP:
Ventana de edición “UGS”
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una bancada en ETAP:
Se debe estar en el modo Edit.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una bancada en ETAP:
Ventana de entrada de datos del terreno
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una bancada en ETAP: Tipos de terreno: la escogencia del tipo de terreno no afecta los cálculos.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una bancada en ETAP:
Ventana de entrada de datos de la bancada
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una bancada en ETAP: Tipos de concreto:
Light Aggregate: Ligero Heavy Aggregate: Pesado
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una bancada en ETAP: Se agregan los conduits
Ventana de edición del conduit
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para ingresar los cables en la canalización: Se agregan los cables Ventana de edición del cable
En botón Library se pueden seleccionar elementos con propiedades preestablecidas para ingresarlos en el editor.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una bancada en ETAP:
Modo U/G cable Raceway
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Opciones de cálculo:
Cálculo de la Temperatura del Cable en Régimen Permanente Cálculo de la Capacidad Amperimétrica del Cable (Ampacidad Constante) Cálculo de la Capacidad Amperimétrica del Cable (Temperatura Constante) Dimensión (calibre) del cable Cálculo Transitorio de la Temperatura del Cable Opciones de Presentación Reportes Gráficos de la Temperatura del Cable Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Estudio de Ampacidad en bancadas
Ejemplo de estudio de ampacidad. Bancada a la cual se le ha realizado un estudio de ampacidad.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Opciones de cálculo:
Cálculo de la Temperatura del Cable en Régimen Permanente: Este cálculo determina la temperatura del conductor en régimen permanente para una carga específica del cable y una configuración dada. Considera el efecto del calor generado por cables vecinos y fuentes externas de calor.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Opciones de cálculo:
Cálculo de la Capacidad Amperimétrica del Cable (Ampacidad Constante): Este cálculo asume que la carga de todos los cables aumenta o disminuye uniformemente basada en la ampacidad base del cable, la cual está definida en la librería del cable. La capacidad amperimétrica del cable se calcula por el incremento de la carga en todos los cables hasta que la temperatura del cable más caliente alcance el límite máximo permitido.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Opciones de cálculo:
Cálculo de la Capacidad Amperimétrica del Cable (Temperatura Constante): Este cálculo ajusta la carga de los cables de forma individual para mantener la temperatura constante en el sistema. La capacidad amperimétrica del cable se obtiene cuando la temperatura del cable alcanza su límite máximo permitido.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Opciones de cálculo:
Cálculo del Calibre del Cable: El resultado de este estudio presenta el calibre más pequeño posible para todos los cables en el sistema, que puedan llevar la carga específica dentro de la temperatura límite. Cálculo Transitorio de la Temperatura del Cable: Este estudio permite investigar las condiciones de operación transitorias del cable y verificar la temperatura del cable en función del tiempo para determinar el límite de la carga en un determinado tiempo.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Ingreso de datos para Cálculo Transitorio:
Load Factor = 100% (kWi * Ti) (kWp * Tt) Donde: kWi kWp Ti Tt
Unidad de Ingeniería Eléctrica
Carga en el intervalo i Carga pico N°de horas del intervalo i Horas totales
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Ingreso de datos para Cálculo Transitorio: • Si no se quiere variar la corriente en un cable para los estudios de capacidad amperimétrica se selecciona “Fixed Current”. • Si no se quiere variar el calibre del cable para los estudios de dimensionamiento se selecciona “Fixed Size”.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Presentación de resultados de Cálculo Transitorio: Cálculo Transitorio de la Temperatura del Cable:
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Presentación de resultados de Cálculo Transitorio: •Cálculo transitorio de temperatura basado en perfiles de carga. •Opción de visualizar varios cables en forma simultánea. •Disponibilidad de vista ampliada. •Disponibilidad exportar datos a Microsoft Excel.
de
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Reportes: • Opción para colocarle el nombre al reporte
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Reportes: • Se resaltan automáticamente los cables excedidos en límites críticos y marginales • El cable ha excedido el límite de seguridad especificado por el usuario, y no ha excedido el aislamiento térmico del cable. • El cable ha excedido el aislamiento térmico del cable. • El cable está bajo condiciones normales de operación, no ha excedido el límite de seguridad especificado por el usuario.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Reportes: En el reporte el usuario puede visualizar la información relacionada con la temperatura del ambiente (terreno) y las temperaturas de alarma (crítica) y alerta (marginal) de los cables.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Reportes: En el reporte el usuario puede visualizar la información relacionada con la canalización (datos de entrada).
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Reportes: En el reporte el usuario puede visualizar la información relacionada con la configuración de los cables(datos de entrada).
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Reportes: En el reporte el usuario puede visualizar la información relacionada con la temperatura de cada uno de los cables en la bancada.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Creación de una Trinchera en el ETAP
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Análisis de Ampacidad: Trincheras Trinchera a simular Espacio para el cable
• ID del Espacio para el cable • Tamaño (manual) • Distancia horizontal con respecto al extremo izquierdo de la trinchera • Distancia vertical con respecto al extremo superior de la trinchera
Cables • ID de la Trinchera • Tipo de Relleno
• ID del Cable
• Distancia horizontal con respecto al extremo izquierdo del terreno
• Tipo de conductor y conexión
• Distancia vertical con respecto a la superficie
• Tipo de Instalación
• Ancho
• Carga
• Largo
• Capacidad de Temperatura
• Rho del terreno y de la arena
• Capacidad de tensión
• Tamaño • Frecuencia
Reportes Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una trinchera en ETAP: Se debe abrir el programa y seleccionar la opción “New Project”
Se asigna el nombre a la nueva carpeta de trabajo
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una trinchera en ETAP:
Se hace click derecho en la carpeta U/G raceway Systems para iniciar un nuevo Underground Raceway System. Se selecciona Create New y aparece la pantalla UGS
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una trinchera en ETAP:
Puntero Añadir una fuente existente/nueva de calor Añadir un cable existente/nuevo Añadir una bancada existente/nueva Añadir una trinchera existente/nueva Añadir un ducto nuevo para una bancada/ Añadir una nueva localización para una trinchera Opciones de Presentación
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una trinchera en ETAP:
Ventana de entrada de datos del terreno
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una trinchera en ETAP:
Tipos de terreno: la escogencia del tipo de terreno no afecta los cálculos.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una trinchera en ETAP:
Ventana de entrada de datos de la trinchera Resistencia térmica del material de relleno
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una trinchera en ETAP: Tipos de relleno: la escogencia del tipo de relleno no afecta los cálculos.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una trinchera en ETAP: Se agregan las localizaciones de los cables de la trincheras Ventana de edición de los espacios para cables
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para ingresar los cables en la trinchera: Se agregan los cables Ventana de edición del cable
En botón Library se pueden seleccionar elementos con propiedades preestablecidas para ingresarlos en el editor.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Fundamentos para crear y manipular una trinchera en ETAP:
Modo U/G Cable Raceway
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Estudio de Ampacidad en Trincheras
Ejemplo de estudio de ampacidad. Trinchera a la cual se le ha realizado un estudio de ampacidad.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Opciones de cálculo:
Cálculo de la Temperatura del Cable en Régimen Permanente Cálculo de la Capacidad Amperimétrica del Cable (Ampacidad Constante) Cálculo de la Capacidad Amperimétrica del Cable (Temperatura Constante) Dimensión (calibre) del cable Cálculo Transitorio de la Temperatura del Cable Opciones de Presentación Reportes Gráficos de la Temperatura del Cable Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Reportes: • Opción para colocarle el nombre al reporte
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Reportes: • Se resaltan automáticamente los cables excedidos en límites críticos y marginales • El cable ha excedido el límite de seguridad especificado por el usuario, y no ha excedido el aislamiento térmico del cable. • El cable ha excedido el aislamiento térmico del cable. • El cable está bajo condiciones normales de operación, no ha excedido el límite de seguridad especificado por el usuario.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Reportes: En el reporte el usuario puede visualizar la información relacionada con la temperatura del ambiente (terreno) y las temperaturas de alarma (crítica) y alerta (marginal) de los cables.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Reportes:
En el reporte el usuario puede visualizar la información relacionada con la canalización (datos de entrada).
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Reportes: En el reporte el usuario puede visualizar la información relacionada con la configuración de los cables(datos de entrada).
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Reportes: En el reporte el usuario puede visualizar la información relacionada con la temperatura de cada uno de los cables en la trinchera.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Recomendaciones: Al crear un proyecto en ETAP el usuario debe decidir el sistema de unidades a utilizar (sistema métrico ó ingles). Es importante recordar que las dimensiones de la canalización y diámetros de tuberías están expresadas en cm o pulg dependiendo del sistema de unidades. La profundidad mínima para bancadas y trincheras debe ser de 2” (diseño ETAP). El usuario debe consultar las normas que apliquen en el diseño de canalizaciones subterráneas para determinar las profundidades de acuerdo con el tipo de canalización. En caso de no poseer los valores de resistividad térmica el usuario debe utilizar los valores indicados en el anexo B de CEN ó los valores indicados en la IEEE Std.399.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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Sistema de Canalizaciones Subterráneas Recomendaciones: En el caso de necesitar un cable no listado en la librería del ETAP se debe utilizar uno con características físicas similares. Crear cables en la librería del ETAP es un proceso complicado debido a la cantidad de datos que requiere el programa. Adicionalmente el usuario no tiene forma de corroborar que el programa esta utilizando la información del cable creado de forma correcta. La información relacionada con la temperatura del aislamiento del cable, temperatura ambiente y resistividad térmica debe ser indicada ó modificada en la configuración del terreno y en los datos de entrada de los cables. En caso de no obtener los resultados deseados se recomienda reubicar el cable de mayor temperatura, de no ser posible se recomienda aumentar el calibre del cable. Si las condiciones no mejoran se debe considerar diseñar una nueva canalización.
Unidad de Ingeniería Eléctrica
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INEDON INGENIERÍA ELÉCTRICA
903-HM150-E09-EDU-710 Rev.
CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS
A N E X O N °2 - M A T E R I A L D E L F A C I L I T A D O R
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N°903-HM150-E09-EDU-710-2
Cable Derating Analysis
IEC 60287-3-1 Amd.1 Ed. 1.0 b:1999
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Amendment 1
The cable ampacity calculation and cable sizing are based on the NEC accepted Neher-McGrath method only. The transient temperature calculation is based on a dynamic thermal circuit model. All of these calculations can handle multi-raceway systems and consider the effect of heat generated by neighboring cables and external heat sources. This chapter contains the following sections:
The GUI section explains the various toolbars and their functions, how to launch calculations, open and view an output report, and how to select display options.
The Editor section explains how to add/edit elements of the system, how to create a new study case, what parameters are required to specify a study case, and how to set them.
The Display Options section explains what options are available for displaying some key system parameters and the output results on the UGS diagram, and how to set them.
The Calculation Methods section briefly describes calculation methods for steady-state temperature calculation, cable ampacity calculation, cable sizing, and transient temperature calculation.
The Required Data section describes what data is necessary to perform Cable Ampacity Derating calculations and where to enter them.
The Output Reports and Plots section illustrates and explains the data contents of the output report and how to interpret results on the plots.
The Tutorial section provides an overview of the operation and of some key functions of the Underground Raceway Systems module.
UGS Graphic User Interface UGS Edit Toolbar UGS Display Options Editing UGS UGS Calculation Methods UGS Output Reports UGS Plots UGS Tutorial
mk:@MSITStore:C:\ETAP%20600\Etaps.chm::/Chapter_25___Underground_Raceway_... 10/23/2009
Edit Toolbar, Underground Raceway System
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UGS Edit Toolbar
UGS Edit Toolbar
Pointer The mouse pointer allows you to select or move items. Clicking on the Pointer icon returns the cursor to its original shape after an element icon has been clicked on, displaying an element to be placed into the UGS.
Existing External Heat Source Click on the Existing External Heat Source icon to open a drop-down list from which you can choose an external heat source that has been previously created.
If no existing external heat sources are available a message box will appear. These external heat sources can be found either in the Dumpster or in other underground systems. For more information on external heat sources see the External Heat Source Editor.
New External Heat Source Click on the New External Heat Source icon to create a new external heat source. This will enable you to place it in the UGS wherever there is space available. For more information on external heat sources see External Heat Source Editor.
Existing Cable Click on the Existing Cable icon to open a drop-down list from which you can choose a cable that has been previously created. This list includes one-line, equipment, and UGS cables.
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Edit Toolbar, Underground Raceway System
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The cables in this list can be found in the one-line diagram (either as a one-line or equipment cable), Dumpster (deleted cables), or in other underground raceway systems (UGS cables). Cables selected from the one-line diagram will be converted from one-line or equipment cables to compound cables. A compound cable represents a cable that exits in the one-line diagram and UGS. For more information on cables, see Cable Editor Overview. Note: you can graphically add existing one-line cables to any location (conduit) in UGS. To do this, press and hold Control+Shift and drag the cable from the one-line diagram into a location in UGS. A message will appear if no existing cables are available. These cables can be found in the one-line diagram, Dumpster, or in other underground raceway systems. Cables selected from the one-line diagram will be converted from one-line cables to compound cables. For more information on cables, see Cable Editor Overview.
New Cable Click the New Cable icon to create a new cable. This will enable you to place it in the UGS wherever there is space available. This cable will be a UGS cable since it only exists in the UGS. To add this cable (or any other cable in the UGS) to the one-line diagram press and hold Control+Shift and drag the cable, using the mouse, from the UGS into the one-line diagram. For more information on cables see the Cable Editor Overview.
Existing Duct Bank Raceway Click the Existing Duct Bank Raceway icon to open a dialog box from which you can choose a duct bank raceway that has been previously created.
A message will appear if no existing duct bank raceways are available. These duct bank raceways can be found either in the Dumpster or in other underground systems. For more information on duct bank raceways, see Duct Bank Raceway Editor.
New Duct Bank Raceway Click the New Duct Bank Raceway icon to create a new duct bank raceway. This will enable you to place it in the UGS wherever there is space available. For more information on duct bank raceways, see Duct Bank Raceway Editor.
Existing Direct Buried Raceway Click the Existing Direct Buried Raceway icon to open a dialog box from which you can choose a direct buried raceway that has been previously created.
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Edit Toolbar, Underground Raceway System
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A message will appear if no existing direct buried raceways are available. These direct buried raceways can be found either in the Dumpster or in other U/G Systems. For more information on direct buried raceways, see Direct Buried Raceway Editor.
New Direct Buried Raceway Click the New Direct Buried Raceway icon to create a new direct buried raceway. This will enable you to place it in the UGS wherever there is space available. For more information on direct buried raceways, see Direct Buried Raceway Editor.
New Conduit Click the New Conduit icon to create a new conduit. This will enable you to place it in any duct bank raceway wherever there is space available. For more information on conduits, see Conduit Editor.
New Location Click the New Location icon to create a new location. This will enable you to place any Direct Buried Raceway wherever there is space available. For more information on locations, see Location Editor.
Display Option Click on the Display Options icon to change the appearance of element IDs and ratings in the UGS. For more information, see Display Options
Cable Derating Analysis UGS Graphic User Interface UGS Edit Toolbar UGS Display Options Editing UGS UGS Calculation Methods UGS Output Reports UGS Plots UGS Tutorial
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Underground System Tutorial
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Underground System Tutorial This tutorial provides a brief overview of the operation of the Underground Raceway System (UGS). Once you finish this tutorial, you will be familiar with some the key features and capabilities of the program and the various options available for performing cable derating analysis. Cable derating analysis is an important part of power system design and analysis. For designing a new system, it determines the proper size of cables to carry the specified loads. For analysis of an existing system, it examines cable temperatures and determines their ampacities.
Starting the ETAP Program and Opening the Example Project
Start the ETAP program by double-clicking on the icon.
ETAP organizes your work on a project basis. Each project provides all the necessary tools and support for modeling and analyzing an electrical power system. A project consists of an electrical system that requires a unique set of electrical components and interconnections. In ETAP, each project provides a set of users, user access controls, and a separate database in which its elements and connectivity data are stored. Follow these simple steps to open the EXAMPLE project file.
Enter your User Name in the Logon Editor and select the Project Editor option in the Select Access Level Editor.
The Example project includes a one-line diagram of an electrical system. Notice the UGS1 view located behind the Study View. Click on the UGS1 view to bring it to the foreground or click on the UGS button on the System Toolbar.
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Underground System Tutorial
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Cable Derating Analysis
Continue
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Cross Section Diagrams and Editors
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Cross Section Diagrams and Editors ETAP provides a fully graphical Underground (U/G) Raceway System. Each ETAP project supports a unique U/G raceway system with multiple views of the U/G system. Each view is conceptually a cross-section of the desired raceways and heat sources that are in the same vicinity.
Notice the toolbars on the top and the right-hand side of the U/G raceway cross-section view.
Editors
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Cross Section Diagrams and Editors
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Click on OK and close the editor. Double-click on the underground system and view Underground System Editor. This editor provides details regarding the overall layout of underground raceways, which includes global properties such as soil type and temperature
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Cross Section Diagrams and Editors
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Click on OK and close the editor. Double-click on the External Heat Source. External heat sources can be placed in underground raceway systems to simulate steam pipes or other sources of heat in the vicinity of raceways.
Continue Start Back
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Menu Bars and Toolbars
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Menu Bars and Toolbars ETAP Menu Bar
The ETAP Menu Bar contains a comprehensive collection of menu options. This menu bar is displayed when a UGS view is active. The ETAP menu bar contains a list of menu options which, when an option is selected, activates a drop-down list of commands. Some of the menu options also activate an additional list of menus (an arrow pointing to the right denotes an additional menu). For example, select Project, Settings, and Data Type.
Project Toolbar
The Project Toolbar contains icons that allow you to perform shortcuts of many commonly used functions in ETAP.
Mode Toolbar
Underground raceway system has two modes of operation, Edit, and U/G Cable Raceway.
Edit Mode Edit mode allows you to create a cross-section view of your underground raceway system.
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To add elements to the UGS view you click on the elements on the Edit toolbar and add it to the UGS view.
Lets start by adding a New Duct Bank Raceway to the UGS View. Then add two New Conduits to the raceway.
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Resize a conduit as follows:
Click once on one of the conduits so it is selected. Then move your cursor to one corner of the selection box. A double-end arrow appears. Left-click, hold, and drag the cursor. Release the cursor when the desired conduit size is reached.
Note that you can also resize a conduit from its editor.
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Next click on the New Cable icon on the Edit Toolbar and add a cable to the conduit. Then double-click on the cable cross-section and select a cable from the library.
Select different cable sizes and notice how the cross-section size of the cable changes accordingly. Click on one conductor and notice the cable phase annotation. Select a conductor and drag it to the second conduit.
Study Mode Cable Derating Study mode enables you to create and modify study cases, perform system analysis, and view output reports and plots.
Click on the U/G Cable Raceway icon on the Mode Toolbar to go to the Cable Derating Study Mode. Cable Derating Study Toolbar and Cable Derating Study Case Toolbar are available in the Study mode of operation.
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Cable Derating Study Toolbar When a study mode is active (selected), the Study Toolbar for the selected study is displayed on the right side of the screen.
By clicking on the buttons on the Study Toolbar, you can run studies, view output reports, view plots, and change display options. Cable Derating Study Case Toolbar and Editor When program is in Study mode, the Study Case toolbar appears on the top toolbar. This toolbar contains Cable Derating Study Case, output report name, and viewer.
Click on the Edit Study Case icon on the Study Case toolbar.
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The Cable Derating Study Case Editor contains solution control variables, cable loading parameters, and options for output reports. ETAP allows you to create and save unlimited numbers of study cases. Cable derating calculations are conducted and reported in accordance with the settings you have specified in the study case editor. Note that you can have an unlimited number of study cases and can easily switch between the study cases without the trouble of resetting the study case options each time. This feature is designed to organize your study efforts and save you time.
Click on OK and close the editor.
Continue Start Back
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Exercise
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Exercise Letdo an exercise to get the feel of how UGS works. You learned how to add elements to the UGS view earlier in this tutorial. In this exercise you can run a study and study the calculation results.
Steps 1. Go to the Project View and open UGS2 view. This is a working example and you can perform all Cable Derating Analyses for learning purposes.
This example consists of one Raceway (RW2), six conduits, and six routed cables. There is a steam pipe in the close vicinity of this raceway.
2. Activate UGS2 view by clicking once on the view. Study toolbar appears on the right-hand side.
3. Run Steady-State Temperature analysis by clicking on its icon.
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Exercise
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4. View the output report for the calculated results.
5. Perform other calculation methods and view the output report.
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Exercise
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UGS Graphic User Interface UGS Edit Toolbar UGS Display Options Editing UGS UGS Calculation Methods UGS Output Reports UGS Plots UGS Tutorial
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CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS
A N E X O N °3 - M A T E R I A L D E L P A R T I C I P A N T E
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OBJETO
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REVISÓ Iniciales
APROBÓ Iniciales/Cargo
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MANUAL DEL CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS Índice Página 1. 2. 3. 3.1. 3.2. 3.3.
INTRODUCCION .................................................................................................... 3 NORMAS DE REFERENCIA .................................................................................. 3 DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA ......................................................................... 4 ETAP (“ELECTRICAL TRANSIENT ANALYSER PROGRAM”) .............................. 4 ETAP: SISTEMAS DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS .............................. 4 INFORMACIÓN REQUERIDA PARA UNA ANÁLISIS DE CAPACIDAD AMPERIMÉTRICA DE CABLES ............................................................................. 4 3.3.1. DATOS DEL SISTEMA DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS ...................... 4 3.3.2. CONDUITS Y POSICIONES .................................................................................. 5 3.3.3. CABLES ................................................................................................................. 5 3.3.4. CASO EN ESTUDIO............................................................................................... 5 3.4. RECOMENDACIONES ........................................................................................... 5 4. INSTRUCCIONES DE TRABAJO........................................................................... 6 4.1. CREACIÓN DE UNA BANCADA ............................................................................ 9 4.2. CREACIÓN DE UNA TRINCHERA ...................................................................... 19 4.3. FUENTES EXTERNAS DE CALOR ..................................................................... 23 4.4. ESTUDIO DE AMPACIDAD.................................................................................. 23 4.4.1. CONFIGURACIÓN DEL CASO EN ESTUDIO. .................................................... 23 4.4.2. MÉTODOS DE CÁLCULO DE AMPACIDAD ....................................................... 25 4.4.2.1 ESTUDIO DE TEMPERATURA DEL CABLE EN RÉGIMEN PERMANENTE ...... 27 5. COMENTARIOS FINALES ................................................................................... 33
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MANUAL DEL CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS
1.
INTRODUCCION El estudio de capacidad amperimétrica determina la ampacidad de los cables de potencia en canalizaciones subterráneas. Esta ampacidad es determinada por la máxima temperatura permitida por el conductor que es función del daño que el aislamiento puede sufrir como consecuencia de las altas temperaturas de operación. La temperatura nominal de un conductor es la temperatura máxima en cualquier punto de su longitud, que el aislamiento puede soportar durante un período prolongado de tiempo sin que se produzca daño. Ningún conductor se debe utilizar de modo que su temperatura de funcionamiento supere la temperatura nominal. Los principales factores para determinar la temperatura de operación de los cables son: 1. La temperatura ambiente. La temperatura ambiente puede variar a lo largo del conductor y con el tiempo. 2. El calor generado interiormente en el conductor por el paso de la corriente eléctrica, incluidas las corrientes fundamentales y sus armónicas. 3. El factor de disipación del calor generado al medio ambiente. El aislamiento térmico que cubre o rodea a los cables, puede afectar ese factor de disipación. 4. Conductores adyacentes que transportan carga. Los conductores adyacentes tienen el doble efecto de elevar la temperatura del cable en estudio y de impedir la disipación del calor. El estudio de capacidad amperimétrica es una parte importante del diseño y análisis de sistemas de potencia. Al diseñar un nuevo sistema permite determinar el calibre apropiado de los cables para suplir las necesidades del sistema. En sistemas existentes determina la temperatura de los cables y sus ampacidades permitidas.
2.
NORMAS DE REFERENCIA • • • • •
C.E.N. Código Eléctrico Nacional (Fondonorma 200) N.E.C. National Electric Code 2008. (Código Eléctrico Nacional ) IEEE Std 399 Recommended Practice for Industrial and Commercial Power System Analysis. IEEE Std 442 Guide for Soil Thermal Resistivity Measurement. IEEE Std 835 Standard Power Cable Ampacity Tables.
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IPCEA P46-426 Power Cable Ampacities. NEMA WC70/ICEA S-95-658. 903-P3070-E33-TEC-126 Instrucciones de Trabajo para Elaboración la Elaboración de Planos de Canalizaciones Subterráneas. 903-P3070-E09-TEC-052 Criterio para el Llenado de Lista de Cables
3.
DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA
3.1.
ETAP (“Electrical Transient Analyser Program”) Es un programa gráfico de análisis transitorio de sistemas eléctricos de potencia, que permite desarrollar : Estudios de Flujo de Carga, Cortocircuito, Arranque de Motores, Confiabilidad, Armónicos, Estabilidad Transitoria, Coordinación de Protecciones, Malla de Tierra, Capacidad Amperimétrica de Cables, entre otros. En este taller solo nos abocaremos al módulo de Capacidad Amperimétrica de Cables.
3.2.
ETAP: Sistemas de Canalizaciones Subterráneas El modulo es de gran utilidad para llevar a cabo el diseño de circuitos eléctricos enterrados donde los cables puedan operar a su máximo potencial y al mismo tiempo garantizar un funcionamiento seguro y confiable. La interfase gráfica avanzada permite verificar que los cables puedan cumplir con las exigencias de carga a futuro mediante la aplicación de cálculos detallados de secciones, capacidad física y capacidad amperimétrica ajustada por las condiciones del entorno. Adicionalmente se puede ejecutar un análisis transitorio de temperatura y/o intensidades de operación en función de las curvas de carga a fin de reducir los riesgos que conlleva la operación de los circuitos en condiciones de emergencia.
3.3. 3.3.1.
Información Requerida para una Análisis de Capacidad Amperimétrica de Cables Datos del Sistema de Canalizaciones Subterráneas Antes de realizar un estudio de ampacidad de cables el usuario debe contar con un diseño de canalización en donde se especifica el tipo de instalación y sus dimensiones (bancada o trinchera). De igual forma el usuario debe conocer la información del terreno relacionada con la temperatura y la resistividad térmica (el anexo 4 muestra las tablas de resistividad térmica).
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3.3.2.
Conduits y Posiciones Para colocar un conduit dentro de una bancada el usuario debe conocer el tipo de conduit, diámetro externo, espesor y su posición dentro de la bancada. La posición es el lugar dentro de la trinchera en los cuales se colocan los cables. El único requerimiento para las posiciones es su posición dentro de la trinchera.
3.3.3.
Cables Antes de realizar un estudio de ampacidad el usuario debe seleccionar los tipos de cables de la librería del programa. El calibre, el número de conductores por fase y la carga son requerimientos del programa.
3.3.4.
Caso en Estudio Una vez definida la canalización y los cables es necesario definir el método de cálculo para el derrateo térmico. El ETAP ofrece los métodos basados en IEC 60287 y Neher-McGrath. El método a utilizar es el de Neher-McGrath. Este método es utilizado por la mayoría de los programas de análisis de derrateo térmico de acuerdo con la IEEE Std 399. El ETAP ofrece varias opciones de cálculo para los análisis de ampacidad basados en el método de Neher-McGrath. Para los estudios de ampacidad se debe utilizar la opción de Cálculo de la Temperatura del Cable en Régimen Permanente debido a que determina la temperatura del conductor para una carga específica del cable y una configuración dada.
3.4.
Recomendaciones Al crear un proyecto en ETAP el usuario debe decidir el sistema de unidades a utilizar (sistema métrico ó ingles). En la data requerida por el ETAP para el diseño de canalizaciones y estudio de ampacidad no se hace mención a las unidades, razón por la cual el usuario puede cometer errores. Es importante recordar que las dimensiones de la canalización y diámetros de tuberías están expresadas en cm o pulg dependiendo del sistema de unidades. La profundidad mínima para bancadas y trincheras debe ser de 2” (diseño ETAP). El usuario debe consultar las normas que apliquen en el diseño de canalizaciones subterráneas para determinar las profundidades de acuerdo con el tipo de canalización.
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La librería de cables del ETAP es limitada, por lo tanto el usuario debe poseer los conocimientos necesarios para escoger de una forma adecuada el tipo de cable a utilizar para el estudio de ampacidad. 4.
INSTRUCCIONES DE TRABAJO 1.
Abrir el programa, seleccionar la opción “New Project” y asignar el nombre a la nueva carpeta de trabajo
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2. 3.
Presionar botón derecho del ratón en la carpeta “U/G Raceway Systems” para iniciar un nuevo “Underground Raceway System”. Seleccionar “Create New” Se abre la ventana de edición de canalizaciones subterráneas “UGS”
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Ventana de edición “UGS”.
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MANUAL DEL CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS Barra de Herramientas del UGS (modo edición)
4.1.
Creación de una Bancada La bancada debe ser diseñada en el modo “edit” (editor). En el modo editor el usuario puede construir la bancada de acuerdo a los requerimientos del estudio. El usuario debe especificar la cantidad, posición y diámetro de cada uno de los tubos de la bancada, así como los cables y las cargas asociadas.
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1.
Para crear una bancada se debe presionar sobre “new duct bank raceway” (añadir bancada nueva) y arrastrarla con el ratón hacia la ventana del editor. La opción de añadir bancada sólo está habilitada si anteriormente ya se ha creado una bancada. Al hacer doble clic sobre la bancada aparece la ventana del editor de canalizaciones que se muestra a continuación.
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Esta ventana permite al usuario colocar las dimensiones y profundidad de la bancada (el punto 0,0 se encuentra en la esquina superior izquierda de la ventana del editor). Las dimensiones pueden estar expresadas en pulgadas o centímetros (ver recomendaciones). En esta ventana el usuario también debe especificar el tipo de concreto (la escogencia del mismo no afecta los resultados) y la resistividad térmica del concreto (RHO). El ETAP trae como valor predeterminado 90 °C-cm/W. La norma IEEE 399 establece un rango entre 55 y 85 (se recomienda utilizar 85 °C-cm/W ya que es la peor condición). 2.
Para colocar los conduits el usuario debe presionar sobre “new conduit” (nueva tubería) y arrastrar utilizando el ratón hacia la bancada. Al hacer doble clic sobre la bancada aparece la ventana del editor de canalizaciones que se muestra a continuación.
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Esta ventana permite al usuario asignarle un nombre a la tubería, especificar las características físicas de la tubería y su posición dentro de la bancada. La posición se determina desde el centro de la tubería hasta el límite de la canalización (punto 0,0 la esquina superior izquierda de la bancada). 3.
Para colocar los cables en las tuberías el usuario debe presionar sobre “new cable” (nuevo cable) y arrastrar utilizando el ratón hacia la tubería. Al hacer doble clic sobre el cable aparece la ventana del “cable editor” (editor de cables) que se muestra a continuación.
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La ventana “info” permite al usuario asignarle un nombre al cable y a los equipos que alimenta. El usuario puede especificar la longitud cable y una tolerancia que modifica la impedancia de acuerdo a la longitud. El usuario debe especificar la conexión del cable (una fase o trifásico). Para escoger el calibre de cable, el usuario debe ingresar a la librería del ETAP y seleccionar el cable de acuerdo a los requerimientos de la carga. En el recuadro “Library”, se encuentra la opción “Link to Library”. Cuando esta opción es seleccionada, al momento de realizar los estudios de ampacidad el programa toma los datos de los cables (características físicas) directamente de la librería de cables del ETAP; de lo contrario toma los datos indicados por el usuario en la pestaña “Physical”.
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Una vez seleccionado el cable el usuario debe ingresar los datos de la carga en la pestaña “loading”. En “operating load/current” el usuario debe indicar la corriente nominal de la carga en el campo Avg. La corriente por fase se actualiza cuando se hacen estudios de flujo de carga. El usuario debe colocar un “growth factor” (factor de crecimiento) utilizado con la finalidad de prever cargas futuras, de lo contario se colocara 100% indicando que el sistema está a su máxima capacidad. En “loading current for sizing” el usuario determina el criterio para escoger corriente de la carga en caso de que se desee utilizar la opción de dimensionamiento de cables por ampacidad.
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En “underground raceway” el usuario debe ingresar como dato el factor de carga del sistema y el porcentaje de corriente a ser drenado por la armadura de los cables. Se recomienda utilizar como factor de carga 100% y en la corriente de armadura 0%. El método de Neher-McGrath no toma en cuenta la corriente en la armadura. En “optimization options” el usuario debe colocar si se requiere que el calibre del cable no se altere o si la corriente debe permanecer sin alteración. Esta opción se utiliza en los cálculos de dimensionamiento de cables. En “transient load profile” el usuario debe colocar las variaciones en la carga que debe soportar el cable durante un período determinado. Esta opción aplica para el estudio transitorio de temperatura.
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Una vez seleccionada la carga, es necesario determinar el método de cálculo para la ampacidad; con este fin el usuario debe ingresar los datos requeridos en la pestaña de “ampacity”.
En “installation” el usuario debe escoger el método de cálculo para el estudio de ampacidad de acuerdo a las normas, así como el tipo de canalización. En el caso de estudio de ampacidad en bancadas (UG Duct) o
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MANUAL DEL CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS y trincheras (UG Buried) el usuario debe seleccionar como estándar la norma IEEE 399. En “temperature” los valores de Ta, Tc y RHO en los campos de “base” se actualizan automáticamente con los valores de la librería de cables del ETAP. El usuario debe ingresar en los campos de “operating” el valor de la temperatura ambiente de la canalización subterránea en °C (Ta), el máximo valor de la temperatura del aislamiento del cable en °C (Tc) y la resistividad térmica del terreno en °C-cm/W (RHO). En “ampacity” el usuario ingresar en el campo de “FLA/operating” la corriente en la carga (aplica si no se ha indicado este valor en la pestaña de “loading”). En el campo “base” se muestra la corriente nominal del cable obtenida de la librería de cables. En “derated” el usuario puede observar el derrateo aplicado a los cables. Este campo se actualiza automáticamente. En “allowable ampacity” el usuario debe ingresar la máxima ampacidad permitida por el cable de acuerdo a tres opciones. “Derated” toma como máxima corriente en el cable la ampacidad derrateada mencionada en el párrafo anterior (solo toma en cuenta el efecto de la temperatura ambiente) “User-defined” toma como máxima corriente en el cable la ampacidad definida por el usuario. “UGS calculated” toma como máxima corriente en el cable la ampacidad calculada por el módulo de canalizaciones subterráneas del ETAP (toma en cuenta el efecto de la temperatura ambiente y de los cables del sistema) En “grouping” el usuario debe ingresar el numero de columnas y filas de la canalización ya que los conductores agrupados operan a una mayor temperatura que los aislados. Esta información es requerida si se va tomar como máxima corriente la calculada por el ETAP (UGS calculated). Si se deja en blanco este campo se recomienda tomar como máxima corriente en el cable la calculada en la opción “derated”. El renglón de “fire protection” sólo aplica a instalaciones superficiales. Por medio de la ventana “sizing” el usuario puede verificar si el calibre del cable escogido es adecuado. El programa permite dimensionar los cables por ampacidad, caída de tensión y corto circuito. El usuario debe llenar en “requiretment” los datos relacionados con la caída de tensión y marcar todos los campos. En “result” el usuario al hacer clic en select puede determinar el calibre optimo del cable de acuerdo a los requerimientos de la carga. MANUAL.DOC/26/11/2009/MSOFFICE/
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4.
Para agregar un cable previamente creado (el cable puede ser creado en cualquiera de los módulos del ETAP), el usuario debe presionar el botón “exiting cable” (cable existente) y tomar de la lista presentada por el programa el cable requerido. El programa le asigna a cada cable un nombre (puede ser definido por el usuario) por lo cual no se puede agregar un mismo cable más de una vez dentro de una misma canalización.
5.
Para configurar el terreno el usuario debe abrir el “undeground system” (editor del terreno) al hacer doble clic sobre cualquier área fuera de la bancada. El editor del terreno le permite al usuario asignarle un nombre, escoger el tipo de terreno y su resistividad térmica (el tipo de terreno escogido no afecta el valor de la resistividad térmica (RHO)). También el
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MANUAL DEL CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS usuario debe ingresar los valores de la temperatura ambiente del terreno y temperaturas de alerta (critica) y alarma (marginal). La temperatura de alerta o crítica indica que la temperatura de cable se acerca a la temperatura del aislamiento del cable. La temperatura de alarma o marginal es la temperatura del aislamiento del cable.
Los valores de temperatura ambiente, temperatura del aislamiento del cable y RHO del terreno deben ser ingresados por el usuario tanto en la ventana de ampacidad como al momento de configurar el terreno. 4.2.
Creación de una Trinchera La trinchera debe ser diseñada en el modo “edit” (editor). En el modo editor el usuario puede construir la trinchera de acuerdo a los requerimientos del estudio. El usuario debe especificar la cantidad y posición de cada uno de los espacios en los cuales se colocaran los cables de la trinchera, así como los cables y las cargas asociadas
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1.
Para crear una trinchera se debe presionar sobre “new direct buried raceway” (añadir trinchera nueva) y arrastrarla con el ratón hacia la ventana del editor La opción de añadir trinchera sólo está habilitada si anteriormente ya se ha creado una trinchera. Al hacer doble clic sobre la trinchera aparece la ventana del editor de canalizaciones que se muestra a continuación.
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Esta ventana permite al usuario colocar las dimensiones y profundidad de la trinchera (el punto 0,0 se encuentra en la esquina superior izquierda de la ventana del editor). Las dimensiones pueden ser trabajadas en pulgadas o centímetros (ver recomendaciones). En esta ventana el usuario también debe especificar el tipo de relleno (la escogencia del mismo no afecta los resultados) y la resistividad térmica del relleno (RHO). El ETAP trae como valor predeterminado 90 °C-cm/W. La norma IEEE 399 establece un valor de 120 °C-cm/W. 2.
Para colocar los espacios o posiciones de los cables el usuario debe presionar sobre “new location” (nueva posición) y arrastrar utilizando el ratón hacia la trinchera. Al hacer doble clic sobre la trinchera
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MANUAL DEL CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS aparece la ventana del editor de canalizaciones que se muestra a continuación
Esta ventana permite al usuario asignarle un nombre a la posición, especificar la posición del dentro de la trinchera. La posición se determina desde el centro de la posición del cable hasta el límite de la canalización (punto 0,0 la esquina superior izquierda de la trinchera). 3.
Para colocar los cables en los espacios el usuario debe presionar sobre “new cable” (nuevo cable) y arrastrar utilizando el ratón hacia el espacio de los cables. Al hacer doble clic sobre el cable aparece la ventana del “cable editor” (editor de cables). A continuación se deben seguir los pasos explicados en el diseño de la bancada.
4.
Para agregar un cable previamente creado (el cable puede ser creado en cualquiera de los módulos del ETAP), el usuario debe presionar el botón “exiting cable” (cable existente)
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y tomar de la lista presentada por el INEDON
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MANUAL DEL CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS programa el cable requerido. El programa le asigna a cada cable un nombre (puede ser definido por el usuario) por lo cual no se puede agregar un mismo cable más de una vez dentro de una misma canalización. 4.3.
Fuentes Externas de Calor Las fuentes externas de calor se colocan en el sistema de canalizaciones subterráneas con la finalidad de simular tuberías de vapor u otras fuentes de calor en las cercanías de la canalización. Para agregar una fuente externa de calor el usuario debe presionar el icono “new external heat source” (nueva fuente externa de calor) y arrastrar utilizando el ratón hacia la ventana del editor. Luego al hacer doble clic sobre la fuente calor el usuario puede asignar las coordenadas de la fuente de manera similar como se hizo con la canalización. Adicionalmente es necesario indicar las dimensiones y la temperatura de la fuente de calor.
4.4.
Estudio de Ampacidad
4.4.1.
Configuración del Caso en Estudio. En el modo U/G Cable Raceway el usuario debe presionar sobre “edit study case” Esta ventana permite al usuario configurar variables, parámetros de carga y opciones de reporte.
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En “study case ID” el usuario debe asignar un nombre al caso de estudio. En “methods” el usuario debe escoger el método de cálculo a ser empleado para el estudio. Se recomienda el método Neher-McGrath ya que es el más utilizado por la mayoría de los programas de derrateo térmico. En “initial/steady-state amp” el usuario debe marcar la opción de “operating load”. Bajo esta condición se toma como valor inicial de corriente la corriente definida por el usuario al momento de configurar el cable. “Load profile” aplica sólo cuando se desea observar como varía la temperatura en el cable tomando en cuenta las variaciones en la carga (cálculo transitorio de la temperatura del cable). En “update” el usuario le indica al programa que tome como valor inicial del estudio el valor obtenido en el estudio anterior (proceso iterativo). En “multiplication factor” el usuario indica si los factores multiplicadores especificados durante la configuración de los cables deben ser aplicados. MANUAL.DOC/26/11/2009/MSOFFICE/
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En “transient temp. study” el usuario debe ingresar el periodo para el cálculo transitorio de la temperatura del cable. 4.4.2. Métodos de Cálculo de Ampacidad ETAP cuenta con cinco opciones para el cálculo de la ampacidad en canalizaciones subterráneas.
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Cálculo de la Temperatura del Cable en Régimen Permanente: Este cálculo determina la temperatura del conductor en régimen permanente para una carga específica del cable y una configuración dada. Considera el efecto del calor generado por cables vecinos y fuentes externas de calor. Cálculo de la Capacidad Amperimétrica del Cable (Ampacidad Constante): Este cálculo asume que la carga de todos los cables aumenta o disminuye uniformemente basada en la ampacidad base del cable, la cual está definida en la librería del cable. La capacidad amperimétrica del cable se calcula por el incremento de la carga en todos los cables hasta que la temperatura del cable más caliente alcance el límite máximo permitido. Cálculo de la Capacidad Amperimétrica del Cable (Temperatura Constante): Este cálculo ajusta la carga de los cables de forma individual para mantener la temperatura constante en el sistema. La capacidad amperimétrica del cable se obtiene cuando la temperatura del cable alcanza su límite máximo permitido. Cálculo del Calibre del Cable: El resultado de este estudio presenta el calibre más pequeño posible para todos los cables en el sistema, que puedan llevar la carga específica dentro de la temperatura límite. Cálculo Transitorio de la Temperatura del Cable: Este estudio permite investigar las condiciones de operación transitorias del cable y verificar la MANUAL.DOC/26/11/2009/MSOFFICE/
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MANUAL DEL CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS temperatura del cable en función del tiempo para determinar el límite de la carga en un determinado tiempo. De las cinco opciones la más empleada es el cálculo de la temperatura del cable en régimen permanente. 4.4.2.1 Estudio de Temperatura del Cable en Régimen Permanente Una vez que ya se ha construido la canalización y configurado el caso en estudio, el usuario puede proceder a realizar un estudio de ampacidad. 1.
Al presionar sobre el icono “steady state temperature” (temperatura del cable en régimen permanente) el usuario realiza el estudio de ampacidad. Los cables resaltados en color rojo han excedido el aislamiento térmico del cable (temperatura de alarma o marginal). Los cables en color magenta han excedido el límite de seguridad especificado por el usuario (temperatura de alerta o critica), y no han excedido el aislamiento térmico del cable. Los cables que no presentan variación de color se encuentran en condiciones normales de operación. Los límites de temperatura son fijados por el usuario al momento de configurar el terreno.
Estudio de ampacidad en bancada
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Estudio de ampacidad en trinchera
2.
Al presionar sobre el icono “report” (reporte) observar un reporte detallado de los resultados.
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el usuario puede
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El reporte muestra la configuración del terreno (temperatura ambiente, temperatura del aislamiento de cable o marginal, temperatura critica).
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El reporte muestra la configuración de la canalización y los datos relacionados con los conduits, incluyendo el porcentaje de ocupación de los cables.
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MANUAL DEL CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS El reporte muestra la configuración de los cables.
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MANUAL DEL CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS El reporte muestra las condiciones de operación de los cables. Los cables resaltados en color rojo han excedido el aislamiento térmico del cable (temperatura de alarma o marginal). Los cables en color magenta han excedido el límite de seguridad especificado por el usuario (temperatura de alerta o crítica) y no han excedido el aislamiento térmico del cable. De todo el reporte esta es la información que el usuario necesita.
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COMENTARIOS FINALES 1.
Es importante recordar que las dimensiones de la canalización y diámetros de tuberías están expresadas en cm o pulg dependiendo del sistema de unidades. 2. El usuario debe consultar las normas que apliquen en el diseño de canalizaciones subterráneas para determinar las profundidades de acuerdo con el tipo de canalización. 3. En caso de no poseer los valores de resistividad térmica el usuario debe utilizar los valores indicados en el anexo B de CEN ó los valores indicados en la IEEE Std.399. En el anexo 4 se muestran las tablas de resistividad térmica. 4. En el caso de necesitar un cable no listado en la librería del ETAP se debe utilizar uno con características físicas similares. Crear cables en la librería del ETAP es un proceso complicado debido a la cantidad de datos que requiere el programa. Adicionalmente el usuario no tiene forma de corroborar que el programa esta utilizando la información del cable creado de forma correcta. 5. Seleccionar “Fixed Current” para mantener constante la corriente en un cable para los estudios de capacidad amperimétrica. 6. Seleccionar “Fixed Size” para mantener constante el calibre del cable para el dimensionamiento del cable. 7. La información relacionada con la temperatura del aislamiento del cable, temperatura ambiente y resistividad térmica debe ser indicada ó modificada en la configuración del terreno y en los datos de entrada de los cables. 8. Es importante tomar en cuenta: Suelos más calientes absorben menos calor (temperatura ambiente (Ta)). Los cables en trincheras disipan más rápidamente el calor que los cables en ductos y los cables en las adyacencias contribuyen a aumentar el calor y pueden inducir pérdidas adicionales en los mismos cables. Los cables cercanos tienen mayor efecto. 9. Es recomendable imprimir junto con el reporte del ETAP la canalización donde se muestra de forma gráfica las condiciones de operación de los cables. 10. En caso de no obtener los resultados deseados se recomienda reubicar el cable de mayor temperatura, de no ser posible se recomienda aumentar el calibre del cable. Si las condiciones no mejoran se debe considerar diseñar una nueva canalización.
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CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS. TABLAS VALORES DE RESISTIVIDAD TERMICA DE ACUERDO CON EL CÓDIGO ELECTRICO NACIONAL
VALORES DE RESISTIVIDAD TERMICA DE ACUERDO A LA NORMA IEEE STD. 399
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CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS. TABLAS VALORES DE RESISTIVIDAD TERMICA RECOMENDADOS POR EL ETAP
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CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS. TABLAS
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CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS. TABLAS TABLA DE DIAMETROS DE CABLES NEC 2008
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CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS. TABLAS
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CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS. TABLAS TABLA DE PROPIEDADES DE LOS CONDUCTORES NEC 2008
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CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS. TABLAS RESISTENCIA EN DC EN CONDUCTORES NEMA WC70/ICEA S-95-658
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CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS. TABLAS RESISTENCIA EN DC EN CONDUCTORES NEMA WC70/ICEA S-95-658
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CURSO DE ETAP – MODULO DE CANALIZACIONES SUBTERRÁNEAS. TABLAS RESISTENCIAS Y REACTANCIAS PARA CABLES DE 600V NEC 2008
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