Proyecto Electrico

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TEXTO DE ESTUDIO

DISEÑO DE PROYECTO

ELECTRICO B.T. El crecimiento y desarrollo del País requiere cada vez más de profesionales y técnicos electricistas que tenga la capacidad técnica actualizada que le permitan una mayor eficiencia y productividad en el ámbito de su actividad laboral. El curso concibe los aspectos conceptual y técnicos, como el conocimiento, operación y uso de los dispositivos eléctricos y materiales que son componentes de una red eléctrica, como también los cálculos elementales para establecer el diseño de un proyecto eléctrico, flexible, seguro y ajustado a la Normativa Eléctrica Vigente en el País.

DANIEL HENRIQUEZ SANTANA

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DISEÑO DE PROYECTO ELÉCTRICO B.T. AUTOR : Daniel Víctor Henríquez Santana, Ingeniero en Electricidad de la Universidad de Santiago de Chile. Diplomado en Evaluación de Proyectos de Inversión en la U. de Chile Facultad de Economía. Licencia SEC clase A. Ex Relator externo de la UNIVERSIDAD DE CHILE Cenet en Electricidad avanzada, gestión de proyectos y administración de Servicios Técnicos. Contacto: www.dhsing.cl , dhs_ ingenieros@@dhsing.cl 08-3524371.

DERECHO DE AUTOR Derecho de Propiedad Intelectual Nº 168.591 vigente desde el 17/01/2008. Ley Chilena sobre Propiedad Intelectual Nº 17.336. Se prohíbe la reproducción total o parcial de éste texto de estudio para fines comerciales. Como así mismo, su tratamiento informático, o la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopias, por registros u otros métodos, sin la autorización expresa en forma escrita por el autor .

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PRÓLOGO El crecimiento y desarrollo del País requiere cada vez más de profesionales y técnicos electricistas que tengan el conocimiento y la capacidad técnica actualizada que le permitan una mayor eficiencia y productividad en el ámbito de su actividad laboral. El curso concibe los aspectos conceptuales y técnicos, como el conocimiento, operación y uso de los dispositivos eléctricos y materiales que son componentes de una red eléctrica, como también los calculos eléctricos elementales para establecer el diseño de un proyecto electrico en function de su carga, flexible, seguro y ajustado a la Normativa Eléctrica Vigente en el País. El Autor

INDICE MATERIAS 1. REQUERIMIENTOS DE UN PROYECTO ELECTRICO 1.1. Introducción general.........................................................................................................................................5 1.2. Contenido de la Norma Eléctrica......................................................................................................................6 1.3. Redes de distribución eléctricas.......................................................................................................................8 1.4. Sistemas de distribución en anillo y radial........................................................................................................9 1.5. Punto de empalme……………………………………........................................................................................11 1.6. Detección de necesidades..............................................................................................................................13 1.7. Factor de demanda y diversidad.....................................................................................................................18 1.8. Etapas para el diseño de proyecto..................................................................................................................21 1.9. Dimensionamiento de la I.E. de un edificio......................................................................................................22 1.10. Instalación eléctrica habitacional...................................................................................................................29 1.11. Elaboración y presentación de un proyecto a SEC.......................................................................................34 1.12. Análisis de las especificaciones técnicas de un proyecto edificio.................................................................45

2. PROTOCOLOS NORMATIVOS NCH4-2003 2.1. Protocolos de medición de aislamiento de instalación eléctrica ………..........................................................52 2.2. Requisitos para el aislamiento en redes eléctricas perturbadas ( industrial )..................................................53 2.3. Protocolo para la medición de resistividad especifica del terreno...................................................................54 2.4 Protocolo para la medición de la resistencia puesta a tierra............................................................................55 2.5. Revisión a la Norma 4-2003............................................................................................................................57

3. CÁLCULO Y DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS 3.1. Formulación para el cálculo eléctrico .............................................................................................................58 3.2. Clasificación de conductores, uso y calculo....................................................................................................63 3.3. Capacidad de transporte de los conductores eléctricos..................................................................................66 3.4. Cubierta aislante de los conductores eléctricos..............................................................................................74 3.5. Protección contra tensiones peligrosas...........................................................................................................83 3.6. Sistemas clase A y B............................................................................................................................. ........86 3.7. Fusibles, tipos, operación y uso.....................................................................................................................87

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3.8. Régimen del neutro..................................................................................................................................... .........91 3.9. Disyuntores, tipos, operación y usos.............................................................................................................99 3.10. Coordinación y selectividad........................................................................................................................105 3.11. Interruptores diferenciales, tipos, operación y uso.....................................................................................109 3.12. Requerimiento de la resistividad del suelo y la puesta a tierra...................................................................111 3.13. Diferenciales tipo HPI clase A y AC............................................................................................................116 3.14. Limitadores de sobretensión, operación.....................................................................................................123 3.15. Tablero de potencia, confección y uso.......................................................................................................127 3.16. Corriente de cortocircuito presunta y Esfuerzo electrodinámico................................................................131 3.17. Determinación de la gestión térmica en el tablero eléctrico.......................................................................137 3.18. Calculo básico de iluminación....................................................................................................................142 3.19. Detección y corrección del factor de potencia............................................................................................149

4. DISEÑO DE PROYECTO ELECTRICO BT 4.1. Aplicación Autocad a planos eléctricos.......................................................................................................157 4.2. Desarrollo de Proyecto eléctrico..................................................................................................................157 4.3. Instalación habitacional alumbrado...............................................................................................................157 4.3.1.Tablero, tierra, canalización y planos 4.4. Instalación de calefacción 4.4.1 Tablero, tierra, canalización y planos 4.5. Instalación de fuerza industrial......................................................................................................................159 4.5.1.Tablero, tierra , canalización y planos 4.6. Instalaciones HPI para computadores……………..…………………………………..…………...……………..166 4.7. Instalación de distribución en edificios..........................................................................................................175 4.7.1. Empalme y línea repartidora ..............................................................................................................177 4.7.2. Centralización y derivación.................................................................................................................179 4.7.3. Puesta a tierra y pararrayos................................................................................................................182 4.7.4. Calculo Eléctrico para edificios...........................................................................................................186 4.7.5. Diagnostico mantenimiento edificio y subestación eléctrica...............................................................199 4.8. Subsistema distribución edificios.................................................................................................................203 4.9. Sistemas de emergencia...............................................................................................................................204 4.10. Subestación eléctrica..................................................................................................................................206 4.10.1. Aspectos generales..........................................................................................................................206 4.10.2. Clasificación y elección....................................................................................................................208 4.10.3. Exigencia Norma SEC......................................................................................................................210 4.11. Aspectos administrativos recepción de una Obra Eléctrica.........................................................................212 4.12. Mediciones eléctricas para una recepción técnica eficaz............................................................................215 4.13. Bibliografía…................................................................................................................................................231

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1. REQUERIMIENTOS DE UN PROYECTO ELECTRICO 1.1. INTRODUCCIÓN GENERAL RESUMEN OBJETIVO Y CONTENIDO GENERAL NORMA CHILENA SEC 4/2003

OBJETIVO GENERAL

La Norma

tiene por objeto fijar las condiciones mínimas de seguridad que deben cumplir las instalaciones eléctricas de consumo en Baja Tensión, con el fin de salvaguardar a las personas que las operan o hacen uso de ellas y preservar el medio ambiente en que han sido construidas.

La Norma contiene esencialmente exigencias de seguridad. Su cumplimiento, junto a un adecuado mantenimiento, garantiza una instalación básicamente libre de riesgos; sin embargo, no garantiza necesariamente la eficiencia, buen servicio, flexibilidad y facilidad de ampliación de las instalaciones, condiciones éstas inherentes a un estudio acabado de cada proceso o ambiente particular y a un adecuado proyecto. Las disposiciones de la Norma están hechas para ser aplicadas e interpretadas por Profesionales especializados; no debe entenderse este texto como un manual de instrucciones o adiestramiento. ALCANCE Las disposiciones de la Norma se aplican al proyecto, ejecución y mantenimiento de las instalaciones de consumo cuya tensión sea inferior a 1000V. Según las características, tanto técnicas como administrativas, las instalaciones eléctricas de consumo en vías públicas concesionadas se clasifican como instalaciones de consumo y por ello quedan dentro del alcance de aplicación de las disposiciones de la Norma. En general, las disposiciones de la Norma no son aplicables a las instalaciones eléctricas de vehículos, sean éstos terrestres, marítimos o aéreos, a instalaciones en faenas mineras subterráneas, a instalaciones de tracción ferroviaria, ni a instalaciones de comunicaciones, señalización y medición, las cuales se proyectarán ejecutarán y mantendrán de acuerdo a las normas específicas para cada caso. La Norma 4/2003 modifica y reemplaza en forma definitiva a la norma NCh Elec 4/84. De acuerdo a lo establecido en la Ley Nº 18.410, cualquier duda en cuanto a la interpretación de las disposiciones de esta Norma será resuelta por la Superintendencia de Electricidad y Combustibles, en adelante SEC. Las disposiciones de la Norma tendrán las calidades de exigencias y recomendaciones; las exigencias se caracterizarán por el empleo de las expresiones ”se debe”, “deberá” y su cumplimento será de carácter obligatorio, en tanto en las recomendaciones se emplearán las expresiones “se recomienda”, “se podrá” o “se puede” y su cumplimiento será de carácter opcional, si bien, en el espíritu de la Norma, se considera que la sugerida es la mejor opción.

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1.2. Revisión al contenido general NORMA NCH-4/2003 5.1.-

Empalmes 5.2.- Subsistemas de distribución 5.3.- Condiciones de alimentación 5.3.1.- Tensiones 5.3.2.- Frecuencia 5.4.- Condiciones de montaje 5.4.1.- Condiciones ambientales 5.4.2.- Exigencias para materiales y equipos 5.4.3.- Conductores, uniones y derivaciones 5.4.4.- Espacios de trabajo y distancias mínimas de seguridad 5.4.5.- Marcas e identificaciones

6.

Tableros 6.0.- Conceptos generales 6.1.- Clasificación 6.2.- Especificaciones de construcción 6.2.1.- Formas constructivas 6.2.2.- Material eléctrico 6.2.3.- Orden de conexionado 6.2.4.- Conexión a tierra 6.3.- Disposiciones aplicables a tableros generales 6.4.- Disposiciones aplicables a tableros de distribución

7.

Alimentadores 7.0.- Conceptos generales 7.1.- Especificaciones 7.1.1.- Canalizaciones 7.1.2.- Protecciones 7.2.- Dimensionamiento 7.2.1.- Estimación de cargas

8.

Materiales y Sistemas de Canalizaciones 8.0.- Conceptos generales 8.0.1.- Conductores 8.0.2.- Protección contra las condiciones de ambientes desfavorables 8.0.3.- Canalizaciones a distintas temperaturas 8.0.4.- Canalizaciones y conductores 8.1.- Conductores para instalaciones 8.1.1.- Generalidades 8.1.2.- Especificaciones y condiciones de uso de los conductores 8.2.- Sistemas de canalización 8.2.1.- Cables de aislación mineral (MI) 8.2.2.- Conductores desnudos sobre aisladores 8.2.3.- Conductores aislados sobre aisladores 8.2.4.- Cables planos 8.2.5.- Cables sobre soportes 8.2.6.- Conductores en tuberías metálicas 8.2.7.- Conductores en tuberías metálicas flexibles 8.2.8.- Conductores en tuberías no metálicas. Condiciones generales 8.2.9.- Conductores en tubería no metálicas rígidas y semirígidas 8.2.10.- Tuberías no metálicas flexibles 8.2.11.- Cantidad máxima de conductores en tuberías 8.2.12.- Cajas de derivación, de aparatos y de accesorios 8.2.13.- Canalizaciones en molduras y bandejas portaconductores no metálicas 8.2.14.- Canalizaciones en pilares de servicio 8.2.15.- Canalizaciones subterráneas 8.2.16.- Condiciones de instalación 8.2.17.- Cámaras 8.2.18.- Cruces y paralelismos con redes de gas, agua potable y alcantarillado

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8.2.19.- Bandejas portaconductores 8.2.20.- Escalerillas portaconductores 8.2.21.- Canalizaciones en canaletas 8.2.22.- Barras ómnibus

9.

Medidas de Protección contra Tensiones Peligrosas 9.0.- Generalidades 9.1.- Medidas de protección contra contactos directos 9.2.- Medidas de protección contra contactos indirectos 9.3.- Protección contra sobretensiones en instalaciones y equipos

10.

Puestas a Tierra 10.0.- Conceptos generales 10.1.- Tierra de servicio 10.2.- Tierra de protección 10.3.- Electrodos de puesta a tierra 10.4.- Medición de la resistencia de puesta a tierra

11.

Instalaciones de alumbrado 11.0.- Conceptos generales 11.1.- Alumbrado de viviendas 11.2.- Alumbrado en locales comerciales e industriales 11.3.- Alumbrado en recintos asistenciales y educacionales 11.4.- Instalaciones especiales 11.5.- Alumbrado de emergencia

12.

Instalaciones de Fuerza 12.0.- Exigencias generales 12.0.1.- Conceptos generales 12.0.2.- Exigencias para los equipos 12.0.3.- Condiciones de diseño 12.1.- Condiciones de instalación de los motores 12.2.- Dimensionamiento de conductores 12.3.- Protecciones y comandos 12.3.1.- Protecciones de sobrecarga 12.3.2.- Protecciones de cortocircuito 12.3.3.- Partidores e interruptores 12.3.4.- Circuito de control de motores 12.4.- Instalación de soldadoras eléctricas

13.

Instalaciones de Calefacción 13.0.- Conceptos generales 13.0.1.- Exigencias generales 13.0.2.- Exigencias para los equipos 13.1.- Circuitos 13.2.- Protecciones y comandos 13.3.- Canalizaciones

14.

Sistemas de Autogeneración 14.0.- Conceptos generales 14.1.- Sistemas de emergencia 14.2.- Clasificación de los sistemas de emergencia 14.3.- Alimentación de sistemas de emergencia 14.4.- Circuitos de emergencia 14.5.- Sistemas de corte de puntas 14.6.- Sistemas de cogeneración

15.

Instalaciones en Hospitales 15.0.- Conceptos generales 15.1.- Consumos conectados a los sistemas de emergencia 15.2.- Medidas de seguridad en recintos de uso médico 15.3.- Canalizaciones

16.

17. 18.

Instalaciones en Servicentros e Islas de Expendio de Gasolina Instalaciones en Áreas de Pintura y Procesos de Acabado Instalaciones en construcciones prefabricadas Y 19. Instalaciones provisionales

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1.3. LA DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

La electricidad es una de las energías de mayor y variado uso en la actualidad. Nos permite realizar prácticamente el total de nuestras actividades diarias, sin ella, nuestro mundo tecnológico no existiría. Su producción es relativamente simple, pero los grandes generadores se encuentran muy alejados de los puntos de consumo de los clientes ; es por esto, que existen las concesiones de servicio público de distribución, las que toman la energía generada por los productores (canalizada por los transmisores), y las llevan por sus propias redes a los consumidores finales.

Según el Reglamento de la Ley General de Servicios Eléctricos ( Decreto Supremo Nº 327), las concesiones de servicio público de distribución son aquellas que habilitan a su titular para establecer, operar y explotar instalaciones de distribución de electricidad dentro de una zona determinada ( llamada comúnmente zona de concesión) y efectuar suministro de energía eléctrica a usuarios finales ubicados dentro de dicha zona y a los que, ubicados fuera de ella, se conecten a sus instalaciones mediante líneas propias o de terceros. Este suministro puede ser de 2 niveles: alta tensión o baja tensión. Las redes de las empresas eléctricas concesionarias tienen como punto de partida las denominadas subestaciones de distribución primaria, cuyo objetivo es el de reducir el voltaje desde el nivel de transporte al de alta tensión de distribución. Las redes de alta tensión de distribución de las empresas eléctricas son llamadas comúnmente en esta parte de los sistemas como: “alimentadores”, las que pueden ser tanto aéreas como subterráneas, y que a la vez, pueden alimentar directamente a clientes de grandes potencias que cuentan con trasformadores propios ( llamados clientes de AT ), o bien, a sub-redes por medio de transformadores públicos que poseen potenciales de salida con niveles de baja tensión de distribución, a las que se conectan clientes que poseen requisitos de potencia bajos y medianos. A estas redes de baja tensión normalmente se les llama: circuitos. TENSIONES NORMALES PARA SISTEMAS E INSTALACIONES NSEG BEn75 Nivel de tensión Descripción Tensión nominal ALTA TENSIÓN AT TENSIÓN EXTRA ALTA > 220KV TENSIÓN ALTA AT 60 < AT < = 220KV TENSIÓN MEDIA MT 1 < MT < 60KV BAJA TENSIÓN BT TENSIÓN BAJA BT 100V – 1000V TENSIÓN REDUCIDA Menor a 100V Esquema representativo de las redes de distribución de las empresas

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ESQUEMA REPRESENTATIVO DE LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN DE LAS EMPRESA CONCESIONARIAS DEL SERVICIO PUBLICO Subestación primaria Barra salida distrib. Ej. 12KV

Barra de llegada Transmisión Ej .66KV

Arranque Cliente AT Red distribución AT ej. 12KV Red distribución BT Ej. 400V-230V

TRAFO PODER Trafo particular ej. 12 ( 400V-230V)

Trafo distrib. Publico ej. 12 ( 400-230V)

Arranque para Cliente BT

1.4. ESQUEMAS DE DISTRIBUCIÓN PUBLICOS Los sistemas que actualmente se utilizan para la distribución de la energía eléctrica en Chile son : • Sistema distribución RADIAL • Sistema distribución ANILLO A. SISTEMA DISTRIBUCIÓN RADIALEuema representativo de los esquemas de distribución diale Las redes de distribución eléctrica de las empresas concesionarias en Chile, presentan principalmente dos esquemas de alimentación: los sistemas radiales y los anillados. Los sistemas radiales son los de uso principal a lo largo de Chile. Consisten en poseer un conjunto de alimentadores de alta tensión, que suministren potencia en forma individual, a un grupo de transformadores sean estos públicos o particulares. ESQUEMA DE DISTRIBUCIÓN RADIAL SUBESTACIÓN PRIMARIA

ALIMENTADOR 1 AT

ALIMENTADOR 2 AT

T/D

T/D

T/D TRAFO DISTRIB.. PUBLICA T/P TRAFO PARTICULAR

T/D

T/D

Alimentador BT

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Cuando una red radial alimenta a transformadores públicos, se genera por el secundario de ellos, las redes de distribución de baja tensión, normalmente trifásicas de cuatro hilos, y siempre del tipo sólidamente aterrizadas. Una desventaja de los sistemas radiales es que al fallar un transformador público, todos los clientes de baja tensión asociados quedan sin suministro. También, si falla el alimentador de alta tensión, quedan fuera de servicio tanto estos transformadores como los de uso particular de los clientes de alta tensión. No son redes que aseguren una gran continuidad del servicio, pero son económicas.

B. SISTEMA DISTRIBUCIÓN EN ANILLOE

Los sistemas anillados (

existente solo en una parte del centro de Santiago de Chile),

consisten en poseer un conjunto de transformadores alimentados en forma independiente por su lado primario por alimentadores de alta tensión dedicados, pero sus secundarios, se encuentran todos interconectados. En estos sistemas solo se entrega potencia en baja tensión, por lo que no existen los clientes denominados de AT. Una gran ventaja de los sistemas anillados es la continuidad del servicio; en caso de falla de un transformador, los restantes pertenecientes al conjunto continúan alimentado la red de distribución de baja tensión.

EL SISTEMA DISTRIBUCIÓN ELECTRICO EN ANILLO SUBESTACIÓN PRIMARIA

ALIMENTADOR 1

AT

T/D 1

ALIMENTADOR 2

ALIMENTADOR 3

AT

AT

T/D 2

T/D 3

Suministro BT

T/D : TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN PUBLICA

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1.5. EL PUNTO DE SUMINISTRO ( empalme ). 1La alimentación de las empresas distribuidoras hacia las

instalaciones eléctricas de los clientes finales se realiza por medio del denominado empalme, el que según el DS Nº 327, artículo 330, se entiende como: “conjunto de elementos y equipos eléctricos que conectan el medidor de la instalación o sistema del cliente, a la red de suministro de energía eléctrica”. Existen dos tipos de empalmes: los de baja tensión y los de alta tensión. Los primeros son utilizados en instalaciones de baja potencia (casas, pequeños locales comerciales e industriales), los segundos los usan las instalaciones de elevadas potencias (grandes edificios, centros comerciales, naves industriales). Los empalmes de baja tensión pueden ser monofásicos o trifásicos, aéreos o subterráneos y en general, se componen de la acometida, el equipo de medida y el dispositivo de protección. La potencia de los empalmes de baja tensión está dada por la capacidad nominal de su dispositivo de protección I.C.P ( interruptor control de potencia ), normalmente, es un interruptor magnetotérmico, que su función es primordialmente de “ limitar “ al usuario el consumo de potencia y no con fines de protección al usuario de la I.E. Potencia Nominal KW

Potencia máxima KW

Interruptor (A)

MONOFASICO

2,2 3,3 4,4 5,5

2,5 3,5 5,0 6,0

10 15 20 25

C-6/S-6 C-6/S-6 C-6/S-6 C-6/S-6

6,6 7,7 8,8

7,5 8,5 10,0

30 35 40

C-9/S-9 C-9/S-9 C-9/S-9

Potencia Nominal KW

Potencia máxima KW

Interruptor (A)

TRIFASICO

6,59 9,87 13,16 16,45

7,5 11,0 15,0 18,5

10 15 20 25

A-18/S-18 AR-18/SR-18

19,75 23,04 26,33

22,5 26,5 30,0

30 35 40

29,62 32,91 39,49 44,07

34,0 37,5 45,0 52,5

45 50 60 70

52,65 59,24 65,02

60,5 68,0 75,5

80 90 100

AR-75/SR-75

82,87

95,0

125

AR-100/SR-100

98,73 105,31 115,80 131,44

113,5 121,0 132,0 151,0

150 140 175 200

148,09 164,54 197,45

170,0 189,0 227,0

225 250 300

AR-225/SR-225

230,36 263,27 296,18

248,5 302,5 340,5

350 400 450

AR-350/SR-350

A-27/S-27 AR-27/SR-27 AR-48/SR-48

AR-150/SR-150

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esESQUEMAS GENERAL DE EMPALMES ESQUEMA GENERAL DEL EMPALMES : AEREOS DE ALTA TENSION RED DISTRIBUCIÓN AÉREA ARRANQUE

RED DISTRIBUCIÓN AÉREA

MEDIDOR

MEDIDOR

ARRANQUE

acometida

acometida

SECCIONADOR

FUSIBLE

FUSIBLE EDIFICACIÓN

EDIFICACIÓN

1.500< S