Diseño de instalación eléctrica para una planta industrial

Industriales. Características. Cuadros secundarios. Potencia. Secciones

  • Enviado por: Juanan
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4° Ingeniería Industrial

1. Introducción:

Vamos a proceder al diseño de la instalación eléctrica de una industria cerámica del tercer fuego en la que tenemos diferentes consumos, entre los cuales podemos destacar debido a su importancia los siguientes:

  • Horno monoestrato con un consumo de 25 Kw y 2 cabezales de granilla con un consumo de 1 Kw.

  • 2 líneas serigráficas para la decoración de azulejos que consumen en su totalidad 36 Kw.

  • 1 compresor con una potencia de 10 Kw.

  • Un sistema de iluminación que permita la correcta realización del trabajo en todas las zonas de la planta y que supondrá un consumo de 17.4 Kw.

  • Diferentes enchufes distribuidos por toda la nave industrial para alimentar la maquinaria móvil, siendo el consumo de cada uno de ellos de 2 Kw.

  • Una zona de oficinas con un consumo total de 10 Kw.

2. Características de la instalación:

Esquema de distribución:

El esquema de distribución que se va a emplear en esta industria es un esquema TT. Para ello, la puesta a tierra del neutro del transformador del centro de transformación es independiente del sistema de puesta a tierra de las masas de la instalación de baja tensión.

Tomas de corriente:

Las tomas de corriente serán todas monofásicas con las siguientes características:

230 V ~ 50/60 Hz

3. Descripción de la instalación:

Cuadro principal:

Del cuadro principal saldrán cinco líneas trifásicas, de las cuales tres irán a para a tres cuadros secundarios o de distribución. De las líneas que no van a cuadros secundarios, una de ellas alimentará al horno y los cabezales de granilla que tienen un consumo de 26 Kw y la otra lo hará a una línea de 22 Kw.

Líneas de distribución y canalización:

Se trata de líneas trifásicas constituidas por las tres fases, el neutro y el conductor de protección, cuyas dimensiones, material del conductor, material de aislamiento y protecciones se indican en el apartado de cálculos posterior.

Cuadros secundarios:

Disponemos de tres cuadros secundarios:

  • Cuadro 2 (Alumbrado): Cuadro que distribuye la instalación de alumbrado por toda la nave, a partir del cual saldrán cuatro líneas, tres de alumbrado interior y una de alumbrado exterior. Las líneas de alumbrado interior estarán separadas 15 metros entre si, y pondremos un punto de luz de 500 w cada 5 metros.

Las lámparas utilizadas para la correcta iluminación de la nave serán las siguientes:

- Alumbrado exterior: 20 lámparas de 125 w.

- Zona de trabajo y almacén : 27 lámparas de 500 w.

  • Cuarto del compresor: 1 lámpara de 250 w.

  • Aseos: 4 lámparas de 100 w.

  • Laboratorio: 1 lámpara de 250 w.

- Almacén de pantallas: 2 lámparas de 250 w.

  • Cuadro 3 (Oficinas): Se encarga de la alimentación de la zona de oficinas y se compone de tres líneas.

- Línea que alimentará los consumos de alumbrado de 5 Kw.

- Línea de alimentación de los aparatos eléctricos (3 Kw).

- Línea de alimentación de los enchufes (2 Kw).

  • Cuadro 4: De este cuadro saldrán 2 líneas, una de las cuales alimentará a las líneas serigráficas con un consumo de 36 Kw, y la otra tendrá un consumo de 12 Kw.

Los cuadros de distribución se situarán en el interior del local, en lugar

fácilmente accesible. Se realizarán con materiales no inflamables y a una distancia del suelo a los mecanismos de mando de 1.8 metros.

4. Tabla de consumos:

Necesitamos conocer la potencia de cada uno de los consumos así como su factor de potencia para poder obtener la sección de las líneas que los alimentan.

Además, hay que tener en cuenta que dichos consumos vienen modificados por un coeficiente de simultaneidad que hemos obtenido teniendo en cuenta la frecuencia de uso de cada una de las cargas.

Hemos dividido el circuito en diferentes líneas principales, de las cuales se muestran los datos de consumo:

CUADRO PRINCIPAL

Elemento

Potencia (Kw)

Cos 

Potencia reactiva (KVAr)

Coeficiente de simultaneidad

Línea 2

22

0.82

15.36

0.3

Línea 3(Alumbrado)

17.4

1

0

1

Línea 8 (Horno)

26

0.8

19.5

1

Línea 9 (Oficinas)

10

0.95

3.29

0.8

Línea 10

48

0.84

31

1

CUADRO 2 (ALUMBRADO)

Elemento

Potencia (Kw)

Cos 

Coeficiente de simultaneidad

Línea 4

4.95

1

1

Línea 5

4.5

1

1

Línea 6

5.45

1

1

Línea 7

2.5

1

1

CUADRO 3 (OFICINAS)

Elemento

Potencia (Kw)

Cos 

Potencia reactiva (KVAr)

Coeficiente de simultaneidad

Línea 13

5

1

0

1

Línea 14

3

0.8

2.25

0.8

Línea 15

2

0.85

1.24

0.2

CUADRO 4

Elemento

Potencia (Kw)

Cos 

Potencia reactiva (KVAr)

Coeficiente de simultaneidad

Línea 11

36

0.84

23.25

0.8

Línea 12

12

0.85

7.43

0.2

LINEA 2

Elemento

Potencia (Kw)

Cos 

Coeficiente de simultaneidad

Compresor

10

0.8

0.5

Enchufe aseos

2

0.85

0.2

Enchufe aseos

2

0.85

0.2

Enchufe

2

0.85

0.2

Enchufe

2

0.85

0.2

Enchufe

2

0.85

0.2

Enchufe

2

0.85

0.2

LINEA 4

Elemento

Potencia (Kw)

Cos 

Coeficiente de simultaneidad

Punto de luz (Baño)

0.1

1

0.2

Punto de luz (Baño)

0.1

1

0.2

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Comp)

0.25

1

1

LINEA 5

Elemento

Potencia (Kw)

Cos 

Coeficiente de simultaneidad

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

LINEA 6

Elemento

Potencia (Kw)

Cos 

Coeficiente de simultaneidad

Punto de luz (Baño)

0.1

1

0.2

Punto de luz (Baño)

0.1

1

0.2

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Nave)

0.5

1

1

Punto de luz (Lab)

0.25

1

1

Punto de luz (Alm)

0.25

1

1

Punto de luz (Alm)

0.25

1

1

LINEA 7

Elemento

Potencia (Kw)

Cos 

Coeficiente de simultaneidad

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

Punto de luz

0.125

1

0.5

LINEA 8 (horno)

Elemento

Potencia (Kw)

Cos 

Coeficiente de simultaneidad

Horno

25

0.8

1

Cabezal granilla

0.5

0.85

0.5

Cabezal granilla

0.5

0.85

0.5

LINEA 11 (Línea serigráfica)

Elemento

Potencia (Kw)

Cos 

Coeficiente de simultaneidad

Motor

0.5

0.8

0.8

Cabezal serigráfico

1

0.85

0.8

Secadero

0.5

0.85

0.8

Motor

0.5

0.8

0.8

Cabezal serigráfico

1

0.85

0.8

Secadero

0.5

0.85

0.8

Motor

0.5

0.8

0.8

Cabezal serigráfico

1

0.85

0.8

Secadero

0.5

0.85

0.8

Motor

0.5

0.8

0.8

Cabezal serigráfico

1

0.85

0.8

Secadero

0.5

0.85

0.8

Motor

0.5

0.8

0.8

Cabezal serigráfico

1

0.85

0.8

Motor

0.5

0.8

0.8

Cabezal serigráfico

1

0.85

0.8

Secadero

0.5

0.85

0.8

Motor

0.5

0.8

0.8

Cabezal serigráfico

1

0.85

0.8

Secadero

0.5

0.85

0.8

Motor

0.5

0.8

0.8

Cabezal serigráfico

1

0.85

0.8

Secadero

0.5

0.85

0.8

Motor

0.5

0.8

0.8

Cabezal serigráfico

1

0.85

0.8

Secadero

0.5

0.85

0.8

Motor

0.5

0.8

0.8

Motor

0.5

0.8

0.8

Motor

0.5

0.8

0.8

Cabezal serigráfico

1

0.85

0.8

Carga bandejas

4

0.85

0.8

Carga bandejas

4

0.85

0.8

Descarga bandejas

4

0.85

0.8

Descarga bandejas

4

0.85

0.8

LINEA 12

Elemento

Potencia (Kw)

Cos 

Coeficiente de simultaneidad

Enchufe

2

0.85

0.2

Enchufe aseos

2

0.85

0.2

Enchufe aseos

2

0.85

0.2

Enchufe

2

0.85

0.2

Enchufe

2

0.85

0.2

Enchufe

2

0.85

0.2

Enchufe

2

0.85

0.2

4. Potencia total:

Los datos de potencia obtenidos a través de todos los consumos anteriores son:

P total = 123.4 Kw.

Q total = 69.03 KVAr

S total = 141.39 KVA

Cos  = 0.87

Teniendo en cuenta todos los consumos de la nave industrial obtenemos una

potencia a suministrar de 141.39 KVA, por lo que dispondremos de un centro de transformación de 160 KVA (el comercial superior más próximo).

5. Sistemas de instalación:

Línea

Longitud (m)

Conductor

Aislamiento

Polaridad del circuito

Sistema de instalación

Línea 1

5

Cu

PR

T+N

Enterrada

Línea 2

57

Cu

PR

T+N

Bandeja

Línea 3

7

Cu

PR

T+N

Bandeja

Línea 4

45

Cu

PR

T+N

Bandeja

Línea 5

60

Cu

PR

T+N

Bandeja

Línea 6

75

Cu

PR

T+N

Bandeja

Línea 7

190

Cu

PR

T+N

Bandeja

Línea 8

7

Cu

PR

T+N

Bandeja

Línea 9

50

Cu

PR

T+N

Bandeja

Línea 10

6

Cu

PR

T+N

Bandeja

Línea 11

39

Cu

PR

T+N

Bandeja

Línea 12

59.6

Cu

PR

T+N

Bandeja

Línea 13

50

Cu

PR

T+N

Bandeja

Línea 14

50

Cu

PR

T+N

Bandeja

Línea 15

50

Cu

PR

T+N

Bandeja

6. Cálculo de secciones:

El cálculo de las secciones lo realizaremos según el criterio térmico. En primer lugar calcularemos las intensidades que circulan por cada línea según la expresión:

Diseño de instalación eléctrica para una planta industrial

Una vez calculadas las tensiones de las líneas podremos buscar las secciones adecuadas de los conductores teniendo en cuenta la forma de instalación, clase de conductor y aislamiento empleado. Estos parámetros se muestran en la siguiente tabla:

LÍNEA

LONGITUD (m)

INSTALACIÓN

AISLAMIENTO

CONDUCTOR

1

5

Enterrada

PR

Cu

2

57

Bandeja

PR

Cu

3

7

Bandeja

PR

Cu

4

45

Bandeja

PR

Cu

5

60

Bandeja

PR

Cu

6

75

Bandeja

PR

Cu

7

190

Bandeja

PR

Cu

8

7

Bandeja

PR

Cu

9

50

Bandeja

PR

Cu

10

6

Bandeja

PR

Cu

11

39

Bandeja

PR

Cu

12

59.6

Bandeja

PR

Cu

13

50

Bandeja

PR

Cu

14

50

Bandeja

PR

Cu

15

50

Bandeja

PR

Cu

En la siguiente tabla se indican las intensidades calculadas para cada línea, así como las secciones de fase, del neutro y del conductor de protección obtenidas a partir de las corrientes según la Tabla II de RBT: Instr: MIE BT 017 p.6. para conducciones en bandeja y MIE BT 007 p.3 para conducciones enterradas.

LÍNEA

I (A)

Sfase (mm2)

Sneutro (mm2)

SCP (mm2)

IZ (A)

1

220.07

95

95

47.5

335

2

40.76

10

10

2.5

64

3

26.44

10

10

2.5

64

4

7.52

1

1

2.5

15

5

6.84

1.5

1.5

2.5

20

6

8.28

2.5

2.5

2.5

27

7

3.80

2.5

2.5

2.5

27

8

49.38

10

10

2.5

64

9

16.87

1.5

1.5

2.5

20

10

86.57

35

35

16

141

11

65.12

25

25

16

114

12

21.45

2.5

2.5

2.5

27

13

7.6

1

1

2.5

15

14

5.7

1

1

2.5

15

15

3.57

1

1

2.5

15

Nota: Algunas de las secciones no se corresponden con las tablas utilizadas debido a que han sido mayoradas para cumplir eficazmente con el criterio térmico.

A continuación procedemos al cálculo de las intensidades de diseño aumentando en un 25 % la intensidad de aquellas líneas que requieran motores quedando de la siguiente forma:

Línea

IB (A)

1

248.65

2

40.76

3

26.44

4

7.52

5

6.84

6

8.28

7

3.8

8

61.73

9

16.87

10

102.85

11

81.4

12

21.45

13

7.6

14

5.7

15

3.57

Una vez hemos calculado las secciones de todos los conductores según el criterio térmico debemos comprobar que los valores de las secciones cumplen también el criterio de la caída de tensión. En el Reglamento de baja tensión se nos indica que la caída de tensión máxima debe ser menor del 3% para la iluminación y 5% para el resto de las líneas. Calcularemos estas caídas de tensión mediante la expresión:

Donde: Cu = 0.01724 ( · mm2/m)

R = L/S

Los resultados de aplicar la expresión anterior se muestran en la siguiente tabla:

LÍNEA

U(%)

1

0.089

2

1.49

3

0.145

4

2.66

5

2.15

6

1.95

7

2.27

8

0.27

9

4.19

10

0.12

11

0.84

12

3.42

13

2.98

14

1.79

15

1.19

7. Elección de las protecciones:

A continuación elegiremos las protecciones para cada línea. Para ello necesitamos calcular las intensidades de cortocircuito máximas y mínimas de cada línea.

Antes de calcular las intensidades necesitamos conocer las impedancias de la red, del transformador y de cada línea.

RED

TRANSFORMADOR

Las resistencias de las líneas las calcularemos mediante la ecuación:

Consideraremos XL"0, de manera que las corrientes de cortocircuito que obtendremos serán mayores y por tanta nos quedamos del lado de la seguridad.

Para calcular las corrientes de cortocircuito utilizaremos la ecuación:

Las corrientes de cortocircuito máximas las calcularemos para el origen de la línea y las mínimas para el final de la línea.

A continuación mostramos en una tabla las impedancias necesarias para calcular las corrientes de cortocircuito máximas, así como dichas corrientes:

LÍNEA

Ri (m)

Xi (m)

Zi (m)

Ik,máx (kA)

1

9.07

27.527

28.98

7.57

2

9.98

27.527

29.26

7.5

3

9.98

27.527

29.26

7.5

4

22.05

27.527

35.27

6.22

5

22.05

27.527

35.27

6.22

6

22.05

27.527

35.27

6.22

7

22.05

27.527

35.27

6.22

8

9.98

27.527

29.26

7.5

9

9.98

27.527

29.26

7.5

10

9.98

27.527

29.26

7.5

11

12.94

27.527

30.42

7.21

12

12.94

27.527

30.42

7.21

13

584.7

27.527

585.35

0.375

14

584.7

27.527

585.35

0.375

15

584.7

27.527

585.35

0.375

Seguidamente realizamos los mismos cálculos para obtener las corrientes de cortocircuito mínimas.

LÍNEA

Ri (m)

Xi (m)

Ri (m)

Xi (m)

Zi (m)

IKmin (kA)

1

9.98

27.527

9.98

27.527

29.28

7.49

2

98.28

27.527

108.26

27.527

111.71

1.96

3

12.07

27.527

22.05

27.527

35.27

6.22

4

775.8

27.527

797.85

27.527

789.32

0.275

5

689.66

27.527

711.7

27.527

711.7

0.31

6

517.24

27.527

539.29

27.527

539.29

0.408

7

1310.35

27.527

1332.4

27.527

1332.3

0.165

8

12.07

27.527

22.05

27.527

35.27

6.22

9

574.67

27.527

584.65

27.527

585.3

0375

10

2.96

27.527

12.94

27.527

30.42

7.21

11

26.89

27.527

12.97

27.527

30.43

7.21

12

411

27.527

423.94

27.527

424.83

0.516

13

862

27.527

1446.65

27.527

1446.91

0.152

14

862

27.527

1446.65

27.527

1446.91

0.152

15

862

27.527

1446.65

27.527

1446.91

0.152

Para seleccionar los interruptores magnetotérmicos debemos tener en cuenta los siguientes datos:

  • Corriente de diseño, IB.

  • Corriente nominal, In

  • Intensidad máxima admisible, IZ (según sección, instalación, material y aislamiento del conductor).

  • Ib, intensidad correspondiente al valor de (I2t)adm del conductor medido sobre la característica (I2t) de la protección.

  • Corriente de cortocircuito máxima, Ik,máx.

  • Corriente de cortocircuito mínima, Ik,mín.

Los interruptores que elegiremos deben cumplir las siguientes condiciones:

  • Condición práctica de protección frente a sobrecargas:

  • IB " In " IZ.

  • I2 " 1.45 · In. Esta condición siempre se cumple ya que la norma UNE fija I2=1.45In en las interruptores automáticos.

  • Condición de protección mediante interruptor automático:

  • Poder de corte > Ik,máx

  • Ikmax < Ib

  • In < Ik,mín.

En la tabla que mostramos a continuación podemos ver los dispositivos de protección elegidos.

LÍNEAS

IB (A)

IZ (A)

IN (A)

PODER DE CORTE (KA)

TIPO (Catálogo Legrand)

REGULACIÓN

1

248.65

335

320

35

DPX 400

Térmico (0.8-1)IN

Magnético (5-10)IN

2

40.76

64

63

15

DPX-E 125

Térmico (0.7-1)IN

3

26.44

64

63

15

DPX-E 125

Térmico (0.7-1)IN

4

7.52

15

10

15

DX-h

CURVA C

5

6.84

20

16

15

DX-h

CURVA C

6

8.28

27

25

15

DX-h

CURVA C

7

3.8

27

25

15

DX-h

CURVA C

8

61.73

64

63

35

DPX 250

Térmico (0.64-1)IN

Magnético (3.5-10)IN

9

16.87

20

20

15

DX-h

CURVA C

10

102.85

141

125

15

DPX-E 125

Térmico (0.7-1)IN

11

81.4

114

100

15

DPX-E 125

Térmico (0.7-1)IN

12

21.45

27

25

15

DX-h

CURVA C

13

7.6

15

10

15

DX-h

CURVA C

14

5.7

15

10

15

DX-h

CURVA C

15

3.57

15

10

15

DX-h

CURVA C

Para la comprobación de los diferentes sistemas de protección podemos hacerlo tanto analíticamente como gráficamente.

Analíticamente deberíamos comprobarlo mediante la relación I2t = (KS)2 y compararlo con la Ib.

Sin embargo hemos optado por el método gráfico superponiendo la gráfica de las secciones sobre las gráficas de I2t de los distintos sistemas de protección. Una vez comparadas todas las protecciones podemos decir que todas han sido elegidas correctamente.

Las gráficas se muestran todas a continuación.

1

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Diseño de instalación eléctrica para una planta industrial

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