Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 1 GUÍA BÁSICA DE DISEÑO ELÉCTRICO PARA IETEK INGENIERÍA Práctica Empresarial en la Modalidad de Semestre de Industria Diego Ferney Urrea García Ingeniero Electricista Asesor Diego Adolfo Mejía Giraldo, Master en Ingeniería Eléctrica Universidad de Antioquia Pedro Pablo López Rodríguez, Ingeniero Electricista Ietek Ingeniería S.A.S Universidad de Antioquia Facultad de Ingeniería Ingeniería Eléctrica Medellín 2023 Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 2 Cita Urrea García [1] Referencia Estilo IEEE (2020) [1] D. Urrea García, “Guía básica de diseño eléctrico para IETEK INGENIERÍA”, Pregrado Presencial, Ingeniería Eléctrica, Universidad de Antioquia, 2023. Repositorio Institucional: http://bibliotecadigital.udea.edu.co Universidad de Antioquia - www.udea.edu.co Rector: John Jairo Arboleda Céspedes Decano/Director: Julio Cesar Saldarriaga Molina Jefe departamento: Noé Mesa Quintero El contenido de esta obra corresponde al derecho de expresión de los autores y no compromete el pensamiento institucional de la Universidad de Antioquia ni desata su responsabilidad frente a terceros. Los autores asumen la responsabilidad por los derechos de autor y conexos. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 3 TABLA DE CONTENIDO RESUMEN 10 ABSTRACT 11 II. OBJETIVOS 13 A. Objetivo general 13 B. Objetivos específicos 13 III. CAPITULO 1: ALUMBRADO PÚBLICO 14 Diseño de Alumbrado Público 15 Documentación 16 Revisión de la ubicación del proyecto 17 Punto de Conexión 19 Simulación. 22 Plano Eléctrico 40 Memorias de Cálculo 46 Recomendaciones 48 IV. CAPÍTULO 2: MALLAS DE PUESTA A TIERRA 49 Diseño de Mallas de Puesta a Tierra 51 Documentación 52 Cálculo del calibre de la malla de puesta a tierra 54 Geometría de la malla de puesta a tierra 56 Simulación en FdcGrdAccess y ATP Draw 57 Graficas de los potenciales. 78 V. CAPITULO 3: REDES INTERNAS DE ENERGÍA 79 Documentación 80 Plano Eléctrico 80 Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 4 VI. CAPITULO 4: SOFTWARE OBRAS Y CONTROL 91 Obras y Control 91 VII. CONCLUSIONES 102 REFERENCIAS 104 Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 5 LISTA DE TABLAS TABLA I: DATOS DEL PUNTO DE CONEXIÓN 22 TABLA II: NIVELES DE CORTO CIRCUITO DEL PUNTO DE CONEXIÓN 53 TABLA III: MEDIDAS DE RESISTIVIDAD 53 TABLA IV: TABLA 250-94 DE LA NTC-2050 55 TABLA V: PARÁMETROS ESTIMADOS DEL TERRENO SEGÚN SOFTWARE 64 TABLA VI: RESISTIVIDAD ESTIMADA SEGÚN SOFTWARE 64 TABLA VII: RESISTENCIA DEL TERRENO SIN CORRIENTE 67 Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 6 LISTA DE FIGURAS Fig. 1 Plano urbanístico del proyecto Asaí. 17 Fig. 2 Ubicación del proyecto Asaí. 18 Fig. 3 Ubicación del transformador existente. 19 Fig. 4 Ubicación del transformador en el geoportal de EPM. 19 Fig. 5 Plano base del proyecto. 24 Fig. 6 Pantalla de inicio Dialux 4.13. 25 Fig. 7 Importar archivos desde AutoCAD. 25 Fig. 8 Procedimiento de importación de planos desde AutoCAD. 26 Fig. 9 Unidades del plano a importar desde AutoCAD. 26 Fig. 10 Plano importado desde AutoCAD. 27 Fig. 11 Procedimiento para insertar elementos de suelo. 28 Fig. 12 Edición de elemento de suelo. 29 Fig. 13 Opción de dibujar polígono como elemento de suelo. 29 Fig. 14 Superficies de cálculo en 3D. 30 Fig. 15 Insertar calle estándar para perfil de vía. 31 Fig. 16 Configuración de la calzada para el perfil de vía. 32 Fig. 17 Procedimiento para añadir andenes y zonas verdes adyacentes a la vía. 32 Fig. 18 Disposición de la vía y superficie de cálculo. 33 Fig. 19 Configuración de la luminaria. 33 Fig. 20 Configuración de la disposición de calle. 34 Fig. 21 Configuración de la ubicación de las luminarias. 34 Fig. 22 Configuración de mástiles y ejemplo. 35 Fig. 23 Configuración del brazo. 36 Fig. 24 Opción de resultados luminotécnicos. 37 Fig. 25 Observadores o puntos de cálculo. 37 Fig. 26 Resultados luminotécnicos. 38 Fig. 27 Ubicación de las luminarias en las superficies de cálculo. 39 Fig. 28 Resultados de iluminancia en superficie crítica. 40 Fig. 29 Procedimiento para exportar plano a AutoCAD. 43 Fig. 30 Plano exportado a AutoCAD desde Dialux 4.13. 43 Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 7 Fig. 31 Plano eléctrico finalizado. 44 Fig. 32 Diagrama unifilar del proyecto Asaí. 45 Fig. 33 Subestación tipo poste. 50 Fig. 34 Subestación interior. 50 Fig. 35 Subestación interior elevada. 51 Fig. 36 Vista en planta de una subestación. 54 Fig. 37 Geometría de la malla de puesta a tierra. 57 Fig. 38 Menú de inicio FdcGrdAccess. 58 Fig. 39 Opciones de configuración de la malla. 58 Fig. 40 Configuración de amperaje de la malla. 59 Fig. 41 Configuración de los conductores horizontales de la malla. 59 Fig. 42 Ejemplo de interpretación para el ingreso de datos a FdcGrdAccess. 60 Fig. 43 Configuración de los conductores verticales de la malla. 61 Fig. 44 Menú de análisis de resistividad. 62 Fig. 45 Configuración del nombre para los parámetros. 63 Fig. 46 Ingreso de las medidas de resistividad. 63 Fig. 47 Configuración de los parámetros de resistividad para el análisis de malla. 65 Fig. 48 Configuración de la malla para el análisis de potenciales. 66 Fig. 49 Configuración de los datos del terreno. 66 Fig. 50 Ejecutar análisis de mallas. 67 Fig. 51 Modelo PI en ATP Draw. 68 Fig. 52 Configuración de la longitud de la línea. 69 Fig. 53 Configuración de impedancias de la línea. 69 Fig. 54 Resistencia de puesta a tierra del sistema. 70 Fig. 55 Ejecutar cálculos en ATP Draw. 70 Fig. 56 Selección de variables de interés en ATP Draw. 71 Fig. 57 Corrientes de interés en ATP Draw. 72 Fig. 58 Bloques LCC en ATP Draw. 72 Fig. 59 Configuración del valor de resistencia de puesta a tierra de la malla. 73 Fig. 60 Configuración del factor de sobredimensionamiento. 74 Fig. 61 Corriente de falla a tierra. 74 Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 8 Fig. 62 Configuración de la corriente de falla en FdcGrdAccess. 75 Fig. 63 GPR de la malla. 75 Fig. 64 Menú de análisis de potenciales. 76 Fig. 65 Configuración de los parámetros del barrido. 76 Fig. 66 Resultados de tensiones de toque y de paso. 77 Fig. 67 Plano de la malla de puesta a tierra. 78 Fig. 68 Apartamento ejemplo. 81 Fig. 69 Ubicación de salidas eléctricas. 82 Fig. 70 Salidas eléctricas en alcoba. 83 Fig. 71 Salidas eléctricas en baño. 84 Fig. 72 Salidas eléctricas en área social. 85 Fig. 73 Salidas eléctricas en cocina. 86 Fig. 74 Salidas eléctricas en zona de ropas. 87 Fig. 75 Plano eléctrico cableado. 88 Fig. 76 Ejemplo de cableado 1. 88 Fig. 77 Ejemplo de cableado 2. 89 Fig. 78 Menú Obras y Control. 92 Fig. 79 Datos generales del presupuesto. 93 Fig. 80 Opción de costos indirectos. 94 Fig. 81 Configuración de costos indirectos. 94 Fig. 82 Ítems de presupuesto. 95 Fig. 83 Menú de creación de ítems de presupuesto. 95 Fig. 84 Importar ítems de proyectos antiguos. 96 Fig. 85 Selección de proyectos para importar ítems. 96 Fig. 86 Importación de ítems del proyecto CANCHA. 97 Fig. 87 Recursos básicos de los ítems importados. 97 Fig. 88 Lista de ítems importados. 98 Fig. 89 Selección de la opción recursos básicos. 99 Fig. 90 Recursos básicos que componen los ítems, 99 Fig. 91 Opciones de análisis para el presupuesto. 100 Fig. 92 Resultados del análisis de presupuestos. 100 Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 9 SIGLAS, ACRÓNIMOS Y ABREVIATURAS RETIE Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas RETILAP Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público EPM Empresas Públicas de Medellín APU Análisis de Precios Unitarios NTC Norma Técnica Colombiana Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 10 RESUMEN Durante el desarrollo de las prácticas académicas en la empresa IETEK INGENIERÍA, se busca desarrollar una guía de diseño, la cual abarca las principales áreas en las cuales se enfoca un ingeniero de diseño eléctrico en la empresa. Es por esto que se desarrolla una guía con 4 capítulos, cada uno dedicado a un área específica: alumbrado público, mallas de puesta a tierra, redes internas o de usuario final, programación y control de obras por medio de software. En la guía se podrán evidenciar ejemplos y fundamentos teóricos respaldados por la normativa vigente para la correcta realización de un diseño, además de sugerencias o recomendaciones propias de la experiencia y útiles para un ingeniero que busque aprender del diseño eléctrico. Como base de la guía se encuentran los fundamentos teóricos, es por esto que cada una de las fórmulas, ecuaciones y cálculos expuestos en esta guía se encuentran respaldados por la normativa y estándares vigentes: RETIE, RETILAP, NTC 2050 y normas técnicas de EPM. Palabras clave — (EJEMPLO) Guía de diseño, normativa, RETIE, RETILAP, NTC 2050, Normas técnicas EPM. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 11 ABSTRACT During the development of the professional internship at IETEK INGENIERÍA company, is necessary to create a design guide, this guide cover the main topics in which is focused a electrical engineer designer in the company. Therefore, is developed a guide with 4 chapters, each one dedicated to a specific topic: street and roadway lightning, grounding system, internal wiring and programing and control work through Obras y Control software. This guide provides examples and theoretical fundaments that are supported by current regulations for the correct development of an electrical design. Additionally, useful suggestions and recommendations from experience for an engineer that need to learn about electrical design are exposed in this document. The basis of the guide are theoretical fundaments, because of that each equation and calculation in this guide is supported by valid regulations and standards: RETIE, RETILAP, NTC 2050 and technical standards of EPM. Keywords — Design guide, regulations, RETIE, RETILAP, NTC 2050, technical standards of EPM. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 12 I. INTRODUCCIÓN La presente guía, tiene como objetivo fundamental ayudar en la formación del ingeniero electricista de diseño. Para la empresa IETEK INGENIERÍA es muy importante formar a el diseñador novato con conceptos sólidos y ejemplos prácticos que le sirvan de ayuda a la hora de enfrentarse a situaciones reales que le demanden todo el conocimiento adquirido durante su formación académica. Además, la guía permite facilitar el proceso de capacitación de los diseñadores novatos, ya que por medio de esta se solucionan inquietudes que normalmente surgen en los novatos durante la etapa de diseño. La guía busca listar cada uno de los requerimientos necesarios para realizar un diseño eléctrico. Esto le permitirá al ingeniero e incluso al estudiante de ingeniería eléctrica de la Universidad de Antioquia hacerse a una idea de que requerimientos debe tener en cuenta a la hora de realizar un diseño. Finalmente, se busca aportar un granito de arena en la formación integral del ingeniero electricista, así el diseño no sea su área de especialidad, el conocimiento de los conceptos aquí expuestos es muy útiles a la hora de ejercer la ingeniería eléctrica. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 13 II. OBJETIVOS A. Objetivo general Desarrollar una guía de diseño, que permita simplificar y estandarizar los procesos de diseño, con el fin de reducir la operatividad propia de estos procesos para ampliar el enfoque de la empresa a temas de ingeniería más avanzada. B. Objetivos específicos • Crear un capítulo de la guía de diseño enfocado en instalaciones de alumbrado público, basados en RETIE, RETILAP, NTC 2050 y los manuales de alumbrado público correspondientes a los municipios pertenecientes y aledaños al Valle de Aburrá. • Crear un capítulo de la guía de diseño enfocado a las mallas de puesta a tierra, basados en RETIE, NTC 2050, Normas de EPM, etc. • Crear un capítulo de la guía de diseño enfocado en instalaciones internas, basados en RETIE, NTC 2050. • Crear un capítulo de la guía de diseño enfocado en indicar como hacer uso del software Obras y Control para realizar una efectiva programación y control de obra. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 14 III. CAPITULO 1: ALUMBRADO PÚBLICO El alumbrado público es un servicio prestado por las administraciones municipales, se encarga de iluminar las calles, andenes, parques, plazoletas, etc. Gracias a el alumbrado público se mejoran notablemente la percepción de seguridad de muchos sectores de las ciudades, además de prevenir accidentes en carreteras motorizadas gracias al mejoramiento de la visibilidad. Por lo anterior es pertinente mencionar que el diseño de alumbrado público es importante para el bienestar de las personas y su diseño constituye una labor de gran relevancia en las grandes y pequeñas ciudades. Para diseñar un alumbrado público han de ser tenidos en cuenta diferentes factores, tanto eléctricos como luminotécnicos, el cumplimiento de estos factores y aplicar correctamente las normativas vigentes (RETILAP, RETIE, NTC 2050, NORMAS TÉCNICAS EPM), garantizan la eficacia y cumplimiento de un diseño de alumbrado público. De acuerdo con el capítulo 5 del RETILAP [1], la iluminación de un sistema de alumbrado público debe ser adecuada para el desarrollo normal de las actividades tanto vehiculares como peatonales. Para lo cual se debe tener en cuenta la confiabilidad de la percepción y la comodidad visual, aplicando la cantidad y calidad de la luz sobre el área observada y de acuerdo con el trabajo visual requerido. Así, para cumplir esos requerimientos de luz se debe hacer una cuidadosa selección de la fuente y la luminaria apropiada teniendo en cuenta su desempeño fotométrico, de tal forma que se logre los requerimientos de iluminación con las mejores interdistancias, las menores alturas de montaje y la menor potencia eléctrica de la fuente posible [1]. Adicionalmente, el RETILAP [1] nos establece unos requisitos mínimos a cumplir de luminancia e iluminancia según el tipo de vía. La luminancia se refiere a la luminosidad percibida por el ojo humano que emerge de una superficie que reflecta luz como fuente de luz, o por transmisión o reflexión. La luminancia expresa la relación de la intensidad luminosa respecto a la superficie proyectada perpendicularmente a la dirección desde la que se observa. Su unidad fotométrica es la candela por metro cuadrado (cd/m2) Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 15 [2]. Tomando como base la luminancia, la tabla 510.2. 1.a. del RETILAP [1], nos establece otros requisitos de luminancia que debe cumplir una calzada vehicular. La iluminancia se refiere a la cantidad de luz que incide sobre una superficie. Expresa la relación del flujo luminoso incidente respecto al tamaño de la superficie. La unidad de medida de la iluminancia es el lux (lx). Esta unidad se define como lumen por metro cuadrado (1lx = 1lm/m2). La iluminancia disminuye con el cuadrado de la distancia de la fuente de luz (ley de la inversa del cuadrado de la distancia) [3]. La iluminancia a su vez, viene acompañada de un factor de uniformidad de iluminancias, el cual comprende unos mínimos establecidos en la tabla 510.2.1 b. del RETILAP [1]. Los requisitos de luminancia e iluminancia establecidos en el RETILAP [1], se deben cumplir a cabalidad para que el diseño de alumbrado público sea optimo y eficaz. Es importante mencionar que estos requisitos no aplican en conjunto para todos los casos. En el caso de vías vehiculares, es indispensable cumplir con ambos requisitos según el tipo de vía. Sin embargo, existen otros casos, en los cuales es posible que sólo aplique un requerimiento y no ambos, por ejemplo, cuando se habla de zonas críticas no cercanas a vías vehiculares como plazas, senderos, parques, canchas, etc. Se debe velar por el cumplimento de los requisitos de iluminancia. Por otro lado, en zonas críticas adyacentes o pertenecientes a vías vehiculares como cruces de vía, bahías vehiculares o rotondas, se debe velar por el cumplimiento de requisitos de iluminancia. Finalmente, si vamos a iluminar una calzada vehicular sin andenes o ciclorrutas adyacentes, sólo debemos preocuparnos por los requisitos de luminancia. Diseño de Alumbrado Público Un diseño de alumbrado público, puede ser desarrollado con facilidad y solvencia siguiendo las pautas aquí mencionadas. Sin embargo, no está demás aclarar que cada proyecto constituye en sí mismo un reto, por lo cual es posible que se deban tener en cuenta más o menos factores de los aquí mencionados. A continuación, para ir explicando cada uno de los pasos a seguir, se pone de ejemplo un proyecto de alumbrado público cuya información es parcialmente real, sin embargo, se opta por modificar algunos datos en pro de mantener la confidencialidad del cliente en cuestión. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 16 El proyecto a tener en cuenta se denomina Alumbrado Público Asaí, este proyecto comprende una vía vehicular nueva que hará las veces de vía colectora para una unidad residencial, una rotonda y andenes adyacentes a la vía, una vía de estas características se cataloga como M4 según la tabla 510.1.1.a del RETILAP [1]. El proyecto está ubicado en el municipio de Itagüí y su construcción estará a cargo de la constructora Ángulo Ingeniería. Documentación En la etapa inicial de un proyecto de alumbrado público es indispensable tener a la mano la documentación necesaria para iniciar el mismo; es importante disponer de: • Planos urbanísticos. • Licencia de construcción y/o plano urbanístico aprobado (por el municipio en cuestión). • Documentación referente a la empresa o particular interesado en llevar a cabo el proyecto. • Dirección y/o ubicación geográfica del proyecto. • Levantamiento de las redes de alumbrado público existentes cuando sea necesario (Habitualmente es necesario cuando se va a realizar una modernización del alumbrado público, o cuando se utilizan redes existentes de alumbrado público). La anterior documentación constituye una información básica y completamente necesaria para cualquier proyecto de alumbrado público, las siguientes corresponden a información que en ocasiones debe ser consultada con el municipio en el cual se lleva a cabo el proyecto, cada municipio tiene exigencias que en general son similares, pero pueden diferir en ciertos aspectos: • Tipo de luminarias a instalar • Tipo de postería a instalar Por ejemplo, en el municipio de Sabaneta, para proyectos de modernización o iluminación de calles nuevas, se exige que los postes sean de tipo Carabobo. Para el proyecto de ejemplo, la constructora que hace las veces de cliente proporciona los planos urbanísticos, el proyecto urbanístico general (P.U.G) aprobado por el municipio y la información referente a la constructora. La ubicación del proyecto es en la Calle 31 #61-72, Pilsen, Itagüí, Antioquia. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 17 Fig. 1 Plano urbanístico del proyecto Asaí. En la Fig. 1. se puede apreciar el plano urbanístico que envía el cliente o constructor. A partir de estos se identifica el área a diseñar, que en este caso va desde la rotonda ubicada en la parte superior hasta la intersección ubicada en la parte inferior. Para este caso no es necesario realizar el levantamiento de las redes de energía o de alumbrado público debido a que la vía es nueva. Tampoco hay requerimientos especiales de parte del municipio, por lo tanto, el diseñador tiene una libertad más amplia para presentar su propuesta. Revisión de la ubicación del proyecto Inmediatamente después se realice la verificación de toda la información solicitada al cliente, es indispensable llevar a cabo una revisión de la ubicación geográfica del proyecto, esta se puede realizar en base a herramientas online como Google Maps [4], Google Earth y haciendo uso del mapa de redes de energía eléctrica disponible en el Geoportal de EPM [5] o también se puede realizar una visita de campo al proyecto. En esta revisión se deben identificar aspectos importantes tales como: • Redes eléctricas cercanas al proyecto. • Transformadores monofásicos cercanos al proyecto (Habitualmente las redes de alumbrado público se alimentan de transformadores monofásicos, es posible pero poco habitual que desde EPM se otorgue un punto de conexión para alumbrado público en un transformador Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 18 trifásico, esto debido a que habitualmente los transformadores trifásicos son propiedad de terceros). • Cajas de distribución de alumbrado público cercanas al proyecto. • Alumbrado público cercano al proyecto. Tener claros los anteriores aspectos, facilita en gran medida las siguientes etapas del diseño. La ubicación del proyecto en la Fig. 2. permite evidenciar la existencia de una calle principal denominada Calle 31, la cuál es perpendicular a la calle nueva que hace parte del proyecto. Fig. 2 Ubicación del proyecto Asaí. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 19 Fig. 3 Ubicación del transformador existente. Una vista más detallada de la zona en la Fig. 3. permite identificar la existencia de un transformador monofásico, cercano al proyecto. Este transformador, sería el más apropiado para obtener el punto de conexión, ya que es muy cercano al proyecto. Finalmente, en la Fig. 4. una búsqueda más detallada del transformador en el Geoportal de EPM [5], permite identificar el número de transformador. A partir de esta información, se puede solicitar al operador de red el punto de conexión en este transformador. Fig. 4 Ubicación del transformador en el geoportal de EPM. Punto de Conexión El punto de conexión permite conectar las luminarias que conforman el alumbrado público a la red eléctrica. Una vez se identifican todos y cada uno de los aspectos que constituyen la revisión Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 20 de la ubicación del proyecto, es pertinente solicitar ante el operador de red el punto de conexión. Uno de los aspectos con más relevancia en la solicitud de un punto de conexión es la capacidad o potencia a instalar en kVA (kilo Voltio-Amperios) ya que con esta se definen otras variables como el calibre de la acometida, el tipo de medidor, el tamaño de la tubería, etc. El cálculo aproximado de la potencia a instalar en kVA puede ser llevado a cabo con la siguiente formula empírica. 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑘𝑉𝐴) = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑣í𝑎 30 𝑚 ∗ 0.15 𝑘𝑉𝐴 (1) En la formula (1), se considera que una luminaria ubicada cada 30 metros, va a consumir 150VA en promedio. Como se menciona anteriormente esta es una formula empírica y sólo sirve para hacer aproximaciones. En este punto es normal plantearse la siguiente pregunta: ¿Por qué no realizar el diseño y cuando se tenga el conocimiento de la potencia que demandan las luminarias se pide el punto de conexión? Esto también es posible, sin embargo, en IETEK INGENIERÍA y generalmente en todas las empresas que se dedican al diseño eléctrico, se estima que los diseños se realicen, radiquen y se aprueben en periodos cortos de tiempo. En esta lucha contra reloj resulta contraproducente esperar bastante tiempo para solicitar el punto de conexión ya que la respuesta de los operadores de red a estos requerimientos es lenta. Y para poder ingresar a revisión un proyecto de alumbrado público, en cualquier municipio, es indispensable disponer de un punto de conexión. Así pues, a la hora de solicitar un punto de conexión, se debe disponer de la siguiente información: • Nombre del proyecto. • Municipio. • Barrio o Sector. • Dirección del proyecto o dirección cercana a el mismo. • Potencia a instalar en kVA. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 21 • Tipo de carga a instalar (Monofásica). • Nivel de tensión. • Un correo electrónico al cual el operador de red enviará la respuesta. • Información del ingeniero responsable: Nombre, Cédula, Matrícula Profesional, Celular, Correo. • Información del propietario: Razón Social, Cédula o Nit, Celular, Dirección, Correo. • Observaciones y/o sugerencias tales como: Número de transformador cercano para punto de conexión, o caja de paso existente de alumbrado público; también es buena idea sugerir que en el momento en que se vaya a asignar el punto de conexión se llame al electricista, para ayudar al ingeniero o tecnólogo de EPM a entender las características y necesidades del proyecto. Un punto de conexión se solicita mediante el número de atención del operador de red, en el caso de EPM se solicita al 6044444115 opción 2, área de energía. A estas solicitudes generalmente atienden técnicos o tecnólogos eléctricos, que en algunos casos tienen carencias teóricas, por lo cual es muy importante tener clara y expresar correctamente la información que anteriormente se menciona. Habitualmente las solicitudes de puntos de conexión obtienen respuesta en un plazo máximo de 7 días hábiles, sin embargo, este plazo eventualmente puede extenderse por lo cual es importante tener presente el número de radicado que el operador otorga al ingresar la solicitud, ya que con este número se puede llamar y preguntar por el estado de la solicitud en cuestión. Para el punto de conexión del proyecto Asaí, se realiza la medida de la longitud de la calzada por medio del plano urbanístico en AutoCAD, para este caso, la longitud total aproximada es de 60 metros. Después de aplicar la formula empírica (1), se obtiene como resultado que la potencia aproximada a solicitar es de 0.425kVA. La potencia que demanda este proyecto en particular es muy baja, por lo cual es aconsejable solicitar mínimo 1kVA, para tener holgura en caso de que ocurra algún cambio en el tramo de vía a iluminar o en el tipo de luminarias a instalar. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 22 El operador de red otorga el punto de conexión en este caso en el trasformador deseado. En ocasiones, el transformador deseado para el punto de conexión no tiene la capacidad suficiente para atender la demanda de potencia, por lo cual el operador de red otorga el punto de conexión en algún otro transformador cercano. Los puntos de conexión que otorga EPM contienen información similar a la presentada en la TABLA I. esta información resulta útil para conocer las características de la acometida, la protección y del punto de medición. TABLA I DATOS DEL PUNTO DE CONEXIÓN Acometida general No Aplica Acometida Individual 2xN°8+1xN°8 THHN en Tubería PVC 1p Canalizada + bajante TMG-IMC 1p Protección de instalaciones individuales 2X40 A Tipo de medidor 1F-3H 240 / 120 V Clase 1 Ubicación equipo(s) de medida Pedestal Simulación. La simulación permite al diseñador verificar si su diseño cumple a cabalidad los requisitos y exigencias estipulados en el RETILAP [1]. Los requisitos que se deben cumplir dependen del tipo de diseño, por ejemplo, para vías o calzadas, deben cumplirse requisitos de luminancia e iluminancia y para andenes, parques, plazas, senderos deben cumplirse requisitos de iluminancia. El procedimiento a llevar a cabo para realizar la simulación consta de los siguientes pasos: • Identificar el tipo de vía a iluminar (M1, M2, M3, M4, M5) si aplica. • Identificar la zona crítica a iluminar (senderos, parques, plazoletas, etc) si aplica. • En el caso de que se vaya a iluminar una vía o calzada, es importante conocer sus dimensiones, si tiene o no andenes adyacentes a la vía y sus dimensiones, si tiene o no zona verde y sus dimensiones. • El tipo de postería a instalar. • El tipo de brazos a instalar. • El tipo de luminarias a instalar. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 23 • La distancia entre la calzada y el mástil del poste en caso de que se vayan a iluminar vías o calzadas. Haciendo uso de toda esta información y en el caso de que se esté iluminando una vía o calzada, se procede a realizar un perfil típico de la vía, en el caso de IETEK INGENIERÍA se utiliza Dialux 4.13, sin embargo, otro software de simulación como LITESTAR o DiaLux Evo pueden ayudar a realizar esta tarea adecuadamente. Una vez realizado el perfil típico debemos proceder a verificar que los resultados cumplan a cabalidad con la Tabla 510.2.1.a. del RETILAP [1]. Además, si la vía cuenta con andenes y/o ciclorrutas adyacentes a la vía se deben verificar también los valores de iluminancia estipulados en la tabla 510.3.a del RETILAP [1]. Se realiza la simulación de las áreas o zonas críticas correspondientes que puedan existir en el proyecto, tales como: Cruces de vía, bahías vehiculares, etc. En la tabla 510.2.3.b. del RETILAP [1] están estipulados los niveles de iluminancia que deben cumplir las áreas críticas de las vías vehiculares. Por otro lado, si el área crítica corresponde a zonas distintas a vías vehiculares tales como: Senderos, canchas, parques, etc. En la tabla 510.3.b. del RETILAP [1] están estipulados los niveles de iluminancia que deben cumplir las áreas críticas en cuestión. En ambos casos, las áreas críticas deben ser detalladas por medio de superficies de cálculo, para verificar que se cumpla con los niveles adecuados de iluminancia. En el software Dialux 4.13, es posible importar planos desde AutoCAD, por lo cual se facilita la construcción del área crítica y su posterior verificación de cumplimiento de la norma. En ocasiones, algunos municipios exigen que se haga un diseño detallado de toda la vía (no solo de las áreas críticas), por lo cual es importante exportar a Dialux 4.13 todo el plano urbanístico que contenga el alcance del proyecto. Para el caso del proyecto Asaí, se procede a limpiar el plano urbanístico del proyecto, limpiar el plano consiste en eliminar los elementos que no sean de utilidad para la simulación, sólo Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 24 se deben dejar los contornos de la vía, los andenes, las zonas verdes y las ciclorrutas en caso de que existan, tal y como se muestra en la Fig. 5. Este proceso se lleva a cabo en AutoCAD, una vez se tenga limpio en plano, es recomendable poner las líneas en una capa de color gris, para que al exportar el plano a Dialux 4.13 no se generen problemas en la visualización del plano. Por otro lado, el archivo DWG que exportemos a Dialux 4.13 debe estar en la versión 2010, para que sea compatible con el software de simulación. Fig. 5 Plano base del proyecto. Una vez se limpia el plano, se debe exportar el plano a Dialux 4.13. Cuando se abra el software de simulación, se procede a seleccionar la opción “Nuevo proyecto exterior” tal y como se muestra en la Fig. 6. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 25 Fig. 6 Pantalla de inicio Dialux 4.13. A continuación, se procede a cargar el archivo DWG del plano limpio, como se muestra en la Fig. 7. Fig. 7 Importar archivos desde AutoCAD. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 26 Se selecciona la ruta en la que está el archivo, como se muestra en la Fig. 8. Fig. 8 Procedimiento de importación de planos desde AutoCAD. Se seleccionan las unidades en el archivo en metros y finalizamos, como se muestra en la Fig. 9. Fig. 9 Unidades del plano a importar desde AutoCAD. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 27 El dibujo importado a Dialux 4.13 tener una apariencia similar a la mostrada en la Fig. 10. Fig. 10 Plano importado desde AutoCAD. En este caso en particular, para hacer más completo el ejemplo, se modelan todas las superficies de la calle. Es pertinente aclarar que, una vez realizado el perfil típico, sólo es necesario modelar como superficies de cálculo las zonas críticas del proyecto, en este caso la superficie crítica es la rotonda. Para crear las superficies de cálculo, se insertan elementos de suelo, como se muestra en la Fig. 11. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 28 Fig. 11 Procedimiento para insertar elementos de suelo. Los elementos de suelo se insertan con una forma rectangular, una vez insertado el elemento de suelo, se da click derecho y se selecciona la opción de “Editar elemento de suelo”, como se muestra en la Fig. 12. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 29 Fig. 12 Edición de elemento de suelo. Posteriormente se da click derecho de nuevo y se selecciona la opción “Dibujar polígono”, como se muestra en la Fig. 13. Este dibujo se debe realizar por todo el contorno de la superficie a modelar, en este caso para hacer completo el ejemplo, se debe hacer una superficie para la calle, otra para la rotonda y otra para el andén. Fig. 13 Opción de dibujar polígono como elemento de suelo. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 30 Una vez se dibujan las superficies por medio de elementos de suelo, en plano debe tener un aspecto similar al mostrado en la Fig. 14. Fig. 14 Superficies de cálculo en 3D. A continuación, se procede a construir el perfil típico de la vía. Para construir un perfil típico, se necesita extraer información del plano y definir otros parámetros en base a la selección de la luminaria, el brazo y el poste a utilizar. En el plano se puede identificar por medio de la herramienta acotar, la información del ancho de vía, el ancho de los andenes y el ancho de la zona verde. Para este caso, el ancho de la vía es de 7 metros, la zona verde es de 1.5 metros y el andén es de 1.5 metros. Para este caso en especial, se decide utilizar una luminaria Leotek Green Cobra de 85W, la decisión del tipo de luminaria se toma a partir de las dimensiones de la vía, el tipo de aplicación y Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 31 la disponibilidad que tenga el fabricante. También se decide en base a requerimientos específicos del cliente. Es recomendable programar una reunión con el distribuidor de la marca para la luminaria que se esté interesado en utilizar para solicitar recomendaciones y para que proporcione las fotometrías, el archivo IES (Archivo que detecta dialux) y la ficha técnica de la luminaria. También se decide utilizar postes de 9 metros en concreto y un brazo 52°/0°, la decisión de que tipo de postes y brazos se utilizan, es en gran medida criterio del diseñador debido a que existen muchas configuraciones y diseños que pueden resolver un mismo problema. Es responsabilidad y deber del diseñador seleccionar la opción más optima posible. Después de seleccionar los elementos con los cuales se hará el montaje, se procede a crear y definir los parámetros del perfil típico. Inicialmente, para el proyecto se debe insertar una nueva calle estándar, la cual hace las veces de modelo para el alumbrado público, en la Fig. 15. Se aprecia el procedimiento a seguir. Fig. 15 Insertar calle estándar para perfil de vía. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 32 Posteriormente se editan los parámetros base de la calle, se selecciona la calzada, se ajusta al tamaño necesario y se define el número de carriles que componen la vía, en este caso son 7 metros y dos carriles, como se puede apreciar en la Fig. 16. Fig. 16 Configuración de la calzada para el perfil de vía. A continuación, como se muestra en la Fig. 17. se añaden los elementos adyacentes a la vía y se define su ancho. En este caso es un andén de 1.5 metros y una zona verde de 1.5 metros a ambos lados de la calle. En el apartado de organización se añaden los elementos adyacentes, se definen sus dimensiones y se organizan en el orden que se muestra en el plano urbanístico. Fig. 17 Procedimiento para añadir andenes y zonas verdes adyacentes a la vía. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 33 El perfíl de la vía del proyecto debe tener un aspecto similar al que se muestra en la Fig. 18. Fig. 18 Disposición de la vía y superficie de cálculo. Los recuadros que aparecen en con (x), son las superficies que el programa utiliza para realizar la simulación y obtener los resultados. Una vez se configura la vía, se procede a insertar el archivo IES de la luminaria a utilizar, en este caso solo es necesario arrastrar la fotometría y/o archivo IES hasta la vía y posteriormente se configura. Como se muestra en la Fig. 19. Se selecciona la opción de girar CDL en 90° y se da aceptar, en ningún caso se deben cambiar las dimensiones de la luminaria o de la superficie emisora de luz. Fig. 19 Configuración de la luminaria. Después, se selecciona la ventana disposición de calle Fig. 20. esta despliega un menú en la parte superior en donde se configuran los parámetros de la posición de la luminaria, Fig. 21. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 34 Fig. 20 Configuración de la disposición de calle. Primero se configura la disposición de las luminarias, en este caso se configura unilateral abajo, también hay otras opciones como unilateral arriba o intercaladas, como se muestra en la Fig. 21. Fig. 21 Configuración de la ubicación de las luminarias. Luego se configura la disposición de mástiles o postes, en este caso para un poste de concreto de 9 metros de altura con un brazo 52°/0°, la luminaria está ubicada a una altura de 8.4 metros respecto al suelo. Es relevante aclarar que una parte del poste queda enterrada. La longitud Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 35 de enterramiento de un poste está dada por la siguiente formula. En la Fig. 22. Se puede, evidenciar el detalle de enterramiento de un poste de 9 metros. 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑚) = 0.1 ∗ 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑠𝑡𝑒 + 0.6 (2) Para el caso de postes de concreto de 9 metros, el poste va a estar enterrado 1.5 metros. También en este apartado se configura la distancia que hay entre poste y poste, en este caso, 20 metros, como se aprecia en la Fig. 22. En caso de que con esta distancia no se cumplan los requerimientos, se debe variar la interdistancia entre postes hasta cumplir con el reglamento. Fig. 22 Configuración de mástiles y ejemplo. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 36 Se configuran los parámetros del brazo, en este caso para un brazo 52°/0° el avance del brazo es de 0.972 metros, la inclinación del brazo es 0° y la distancia mástil-calzada es de 0.5 metros, como se muestra en la Fig. 23. Los otros parámetros se configuran automáticamente. Fig. 23 Configuración del brazo. Una vez se configuran estos parámetros se puede verificar por medio de la vista 3D la disposición de las luminarias sobre la calzada, esto puede ayudar a detectar errores o incoherencias. Después de verificar, se procede a simular el perfíl de la vía y a continuación en el apartado de “output” se visualizan los resultados luminotécnicos del perfil de la vía, como se muestra en la Fig. 24. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 37 Fig. 24 Opción de resultados luminotécnicos. En la primera sección de la presentación de los resultados, visualizamos la disposición de la vía y donde se ubican los puntos de medición, como se muestra en la Fig. 25. Fig. 25 Observadores o puntos de cálculo. Posteriormente se presentan los resultados de luminancia para la vía e iluminancia para los andenes, como se muestra en la Fig. 26. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 38 Fig. 26 Resultados luminotécnicos. Se realiza la comparación con la tabla 510.2.1.a del RETILAP [1], se evidencia que se cumple a cabalidad con todos los requisitos de luminancia e iluminancia para la calzada y los andenes adyacentes a la vía, esto sí y sólo si se utilizan postes de 9 metros, brazos 52°/0° y una interdistancia de 20 metros. Finalmente se procede a simular las zonas críticas del alumbrado público, en este caso se debe verificar los requisitos de iluminancia en la zona de la rotonda, mostrada en la Fig. 27. Para esto se debe ubicar las luminarias acordes al criterio del diseñador sobre las superficies anteriormente construidas, en este caso, el área de interés es la rotonda. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 39 Fig. 27 Ubicación de las luminarias en las superficies de cálculo. En las zonas típicas de la vía, se colocan las luminarias respetando la interdistancia de 20 metros que se calcula en el perfil típico, ya que esto garantiza el cumplimiento de los niveles de luminancia e iluminancia. En la zona crítica se acomodan las luminarias a criterio de diseñador con el fin de cumplir los requisitos de iluminancia. Estos requisitos para zonas críticas están estipulados en la tabla 510.2.3.a del RETILAP [1], y el tipo de zona crítica se puede definir en base a la tabla 510.2.3.b del RETILAP [1]. Para este caso se tiene una glorieta pequeña, categorizada como C3, esta debe de cumplir con una uniformidad igual o superior al 40% y una iluminancia media de 15 luxes. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 40 Fig. 28 Resultados de iluminancia en superficie crítica. Para este caso, se obtiene un resultado de 38 luxes y una uniformidad de 59%, como se muestra en la Fig. 28. Cumpliendo a cabalidad con los requerimientos del RETILAP [1]. Una vez la simulación ha sido desarrollada y verificada, se procede a realizar el plano eléctrico. Plano Eléctrico El plano eléctrico permite identificar plenamente todos los componentes necesarios para llevar a cabo la ejecución del proyecto, en él se identifican la cantidad y ubicación de las luminarias, Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 41 la cantidad y la ubicación de las cajas de paso (si existen), el calibre del alimentador, la ubicación del punto de conexión, la ubicación del medidor, el tamaño de la tubería, etc. Una vez finalizada la simulación, se procede a iniciar con el diseño del plano eléctrico, generalmente este plano eléctrico se realiza en el software AutoCAD, sin embargo, si el diseñador propone otra alternativa es libre de hacerlo. Inicialmente se debe tener a la mano los bloques y/o convenciones a utilizar en el plano, además, se debe exportar la simulación realizada en Dialux 4.13 a AutoCAD, con el fin de señalizar correctamente las luminarias en el plano. Posteriormente se procede a realizar el diseño en el plano eléctrico en cuestión, se marcan los circuitos (canalizaciones o trenzas), se ubican los postes, cajas, se marcan los cruces de vía etc. Es importante mencionar que la alimentación del alumbrado público puede hacerse por medio de una red subterránea o una red aérea, generalmente se realiza de forma subterránea, por estética, sin embargo, también puede darse el caso de que se realice por medio de una red aérea, esta última opción suele ser más barata. Todas las convenciones necesarias para realizar el plano eléctrico pueden ser encontradas en las normas técnicas para el servicio de energía de EPM [6], específicamente en la RA8-001. Además de lo anterior, el plano eléctrico debe contener lo siguiente: • Cajetín: El cajetín debe contener información inherente al proyecto tal como: Nombre del proyecto, información del propietario, información de la empresa o diseñador responsable del diseño, firma y matrícula del diseñador. • Diagrama Unifilar: El diagrama unifilar es probablemente el alma del plano eléctrico, pues en este se deben evidenciar las características del circuito desde la red de media tensión hasta la conexión final en la luminaria. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 42 • Memorias de Cálculo: Se debe realizar un cuadro de memorias de cálculo en donde se evidencie la carga, la corriente, la regulación parcial y acumulada de cada tramo del circuito correspondiente al proyecto. • Notas: Las notas del proyecto generalmente pueden ser encontradas en los manuales de procedimiento de alumbrado público de cada municipio, generalmente son parecidas, sin embargo, difieren ligeramente según sea el municipio, pues cada municipio tiene sus requerimientos especiales. • Detalles: En los detalles se representan gráficamente algunos de los materiales a utilizar en el proyecto, como por ejemplo el tipo de poste, brazo, la altura del montaje, la profundidad de enterramiento del poste, etc. • Cuadro de cantidades: En el cuadro de cantidades deben estar clara la cantidad de elementos a instalar y/o retirar, tales como: postes, brazos, transformadores, luminarias, longitud de cable, cajas, etc. • Ubicación general del proyecto: Se debe realizar un bosquejo pequeño en el cual se señalen puntos relevantes cercanos al proyecto, con el fin de facilitar la labor de ubicación del mismo. • Georreferenciación: Se debe dejar mínimo un punto georreferenciado en el plano eléctrico, habitualmente los planos urbanísticos están georreferenciados, por lo cual se puede utilizar esa información para georreferenciar el plano. Para el proyecto Asaí, el plano eléctrico se realiza siguiendo las recomendaciones anteriormente mencionadas. Primero exportamos el plano con la ubicación de las luminarias desde Dialux 4.13 hacia AutoCAD. Seleccionamos la opción de guardar archivo DWG o DXF, como se muestra en la Fig. 29. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 43 Fig. 29 Procedimiento para exportar plano a AutoCAD. El plano que se exporta desde Dialux 4.13 hacia AutoCAD, tiene una apariencia similar a la mostrada en la Fig. 30. Se puede ver claramente en amarillo la posición de las luminarias simuladas, por lo tanto, el plano importado de Dialux 4.13, se debe sobreponer con el plano urbanístico existente. Una vez sobrepuestos, ubicamos los bloques y convenciones necesarios para representar correctamente el trazado eléctrico de acuerdo con la norma RA8-001 [6]. Fig. 30 Plano exportado a AutoCAD desde Dialux 4.13. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 44 Posteriormente se realiza el trazado eléctrico con las convenciones propuestas en la norma RA8-001 [6]. En este caso en particular se logra apreciar cada una de las 5 luminarias propuestas desde la simulación. Cada una de las luminarias se alimenta por medio de una red subterránea, esta red se traza por la zona verde y por los andenes del proyecto. Cuando se proyecta una canalización es importante tener en cuenta que el diámetro mínimo de la tubería que va canalizada es de 2 pulgadas, así lo estipula la RA8-020 [6]. En este caso, utilizamos un tubo de 2 pulgadas debido a que solo vamos a llevar 3 conductores y van a ser calibre N°8 en cobre, más adelante se explica por qué. Cuando de canalizaciones se trata, es importante mencionar que cuando existen cruces de vía o la tubería debe atravesar una zona crítica como un puente, se debe dejar un tubo de reserva. Fig. 31 Plano eléctrico finalizado. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 45 Como se observa en la Fig. 31. cada uno de los postes debe tener una caja de paso, desde allí se realiza el empalme de la acometida principal hacia la luminaria. Habitualmente estos empalmes se hacen en calibre N°14 AWG. Cada una de las cajas debe cumplir a cabalidad con la norma RS3-001 y RS3-002 [6]. En el bloque de la luminaria debe quedar expresada la potencia a la cual opera. Finalmente, en la parte inferior de la Fig. 31. Se puede apreciar el poste existente de 12 metros, en el cual está el transformador del punto de conexión. A los pies del poste se proyecta un medidor de energía en pedestal. Este medidor, debe cumplir con las especificaciones dadas en el punto de conexión mostrado en la TABLA I. 1F-3H 240/120 V Clase 1. Todos los equipos de medida deben llevar su puesta a tierra, además, para las redes de alumbrado público se debe instalar una puesta a tierra cada 200 metros según la RA5-010 [6]. Para este caso, el proyecto no se acerca a los 200 metros de longitud, sin embargo, es apropiado dejar una puesta a tierra al final del ramal. Una vez se construye el plano eléctrico, se procede a realizar el diagrama unifilar del circuito de alumbrado público. En este caso, el operador de red proporciona el calibre de la acometida que se construye desde el secundario del transformador hasta el medidor. En la TABLA I. se aprecia que el calibre es N°8 en Cobre con aislamiento THHN. Para el resto del circuito que recorre las cajas desde el medidor hasta la última luminaria, se debe hacer el cálculo de regulación, dicho procedimiento se explica con más detalle en la sección de memorias de cálculo. Fig. 32 Diagrama unifilar del proyecto Asaí. Un diagrama unifilar debe contener todo el recorrido que realiza la corriente, como se muestra en la Fig. 32. Desde el circuito primario en media tensión, hasta la carga, en este caso 5 luminarias de 85W con un factor de potencia de 0,9. Cuando el proyecto de alumbrado público sea Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 46 muy grande, aproximadamente más de 100 luminarias, es recomendable hacer un análisis de armónicos para dimensionar correctamente los conductores. Memorias de Cálculo Las memorias de cálculo, son indispensables para verificar el cumplimiento del RETIE, en cuanto a temas de regulación se trata. Además, nos ayudan a evaluar si el diseño es energéticamente eficiente, si cumple con los estándares y ayuda a elaborar planes de mantenimiento de los conjuntos ópticos gracias al cálculo del factor de mantenimiento. Simultáneamente a la construcción del plano eléctrico, se deben realizar las memorias de cálculo del proyecto, esto debido a que son necesarias para complementar plano eléctrico en cuestión. Las memorias de cálculo, deben contener primordialmente los siguientes aspectos: • Cálculos de regulación • Cálculo de conductores • Factor de mantenimiento y plan de mantenimiento • Cálculo de DPEA El cálculo del factor de mantenimiento se realiza en base a lo estipulado en la sección 430.5.1 del RETILAP [1], no es objeto de esta guía profundizar en detalle en la realización de este tipo de cálculos, sin embargo, algunos municipios por medio de su manual de procedimientos establecen un factor de mantenimiento o sugieren una ruta para hacer el cálculo. Por otro lado, el DPEA se calcula como la relación entre la carga total conectada para el alumbrado y el área de la vía a iluminar. Una vez se realiza el cálculo, este debe ser comparado con la tabla 510.6.1 del RETILAP [1], en esta encontraremos los valores máximos de DPEA según el ancho de la vía. El cálculo de regulación para este tipo de circuitos monofásicos se realiza en base a la siguiente formula, dicha fórmula puede ser encontrada en la norma RA8-017 [6]. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 47 %𝑅𝑒𝑔 = [𝐾 ∗ (𝑅 ∗ 𝑓𝑝 + 𝑋 ∗ 𝑠𝑒𝑛(𝑐𝑜𝑠−1(𝑓𝑝)) ∗ 𝐿 ∗ 𝐼] ∗ 100 𝑉 (3) Donde: V: Tensión Línea-Línea suministrada al conductor en voltios. k: Es 2 si la fuente es monofásica o √3 si es trifásica. L: Longitud del conductor en km. I: Corriente de Carga Continua que fluye por cada conductor. R: Resistencia del conductor en corriente alterna a la temperatura de trabajo y en un tipo de canalización especifica por unidad de longitud en ohm/km. X: Reactancia inductiva del conductor en un tipo de canalización especifica por unidad de longitud en ohm/km. fp: factor de potencia de la instalación. La resistencia y reactancia de un conductor de corriente alterna puede ser tomada de la tabla 9 del capítulo 9 de la NTC 2050 [7]. Finalmente, se selecciona el calibre del conductor en base a la corriente y a la regulación que arroje dicho calibre. La selección del conductor se hace en base a la tabla 310-16 de la NTC 2050 [7]. Para el caso del proyecto Asaí, primero se elige el conductor, en base a la demanda de corriente del proyecto. Se asume factor de potencia de 0.9 para las 5 luminarias de 85W. 𝐼 = 𝑉𝐴 𝑉 = 85 ∗ 5/0.9 240 = 1.967 𝐴 (4) Para dicha corriente, el calibre del cable conductor podría ser realmente bajo, sin embargo, para acometidas y redes subterráneas el calibre mínimo en cobre es N°8 AWG y el aluminio N°6 AWG. Por lo cual en este caso se selecciona el N°8 AWG en cobre. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 48 El cálculo de regulación, teniendo en cuenta la longitud del conductor que se obtiene del plano, en este caso 75 metros, en base a la formula (3) el cálculo está dado por la siguiente expresión: %𝑅𝑒𝑔 = [2 ∗ (2.56 ∗ 0.9 + 0.171 ∗ 0.4358) ∗ 75 ∗ 1.967] ∗ 100 240 (5) %𝑅𝑒𝑔 = 0.2924% (6) Se observa que la caída de tensión no supera el 3%, por lo cual se concluye que el cable N°8 AWG es apropiado para alimentar el ramal de luminarias. Recomendaciones Para finalizar el proceso de diseño del alumbrado público, es recomendable realizar un informe en donde se explique cada uno de los procedimientos llevados a cabo, y se fundamenten las decisiones que toma el diseñador durante el desarrollo del diseño. Adicionalmente, a la hora de radicar los proyectos para revisión, es recomendable adjuntar las fichas técnicas y certificados de las luminarias, postes y brazos a utilizar en el proyecto. Por último, es oportuno mencionar que esta guía busca mencionar y en ocasiones dar ejemplo de las consideraciones necesarias para llevar a cabo un diseño de alumbrado público. Es importante recalcar que este documento debe servir de guía para el diseñador novato, sin embargo, las sugerencias aquí planteadas para realizar un diseño no constituyen una verdad absoluta, por lo cual, el diseñador debe discernir entre los elementos que le resulten o no útiles de la guía. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 49 IV. CAPÍTULO 2: MALLAS DE PUESTA A TIERRA Una malla de puesta a tierra es un arreglo de electrodos y conductores utilizado para conectar una instalación eléctrica o un equipo en particular a tierra de forma segura. La función principal de la malla de puesta a tierra es generar un camino de baja impedancia para que la corriente de falla fluya hacia la tierra, evitando así poner en riesgo la vida humana y animal, además de proteger de posibles daños la instalación eléctrica en cuestión. Toda instalación eléctrica que le aplique el RETIE, excepto donde se indique expresamente lo contrario, tiene que disponer de un Sistema de Puesta a Tierra (SPT), para evitar que personas en contacto con la misma, tanto en el interior como en el exterior, queden sometidas a tensiones de paso, de contacto o transferidas, que superen los umbrales de soportabilidad del ser humano cuando se presente una falla. Los objetivos de un sistema de puesta a tierra (SPT) son: La seguridad de las personas, la protección de las instalaciones y la compatibilidad electromagnética [8]. El artículo 15 del reglamento técnico de instalaciones eléctricas RETIE, establece un procedimiento básico sugerido para realizar un diseño de puesta a tierra. En general la presente guía de diseño de mallas de puesta a tierra busca ajustarse a las exigencias del RETIE y principalmente garantizar que la malla de puesta a tierra diseñada cumpla a cabalidad con su objetivo fundamental. Las mallas de puesta a tierra que generalmente son objeto de diseño para la empresa IETEK INGENIERÍA, son utilizadas para subestaciones con cargas residenciales. Es por esto que el alcance de la guía se limita a el diseño de mallas de baja frecuencia para subestaciones interiores, interiores elevadas y en poste. Una subestación en poste, es básicamente un transformador en poste. Una malla para este tipo de subestaciones puede tener cualquier forma y área desde que cumpla con el calibre de acuerdo a la corriente del transformador y con las tensiones de paso y de contacto (toque), los transformadores en poste se pueden tener una capacidad de hasta 150 kVA. Para ver el detalle de montaje de una subestación en poste ver norma de EPM RA2-026 y capítulo 24.3 del RETIE. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 50 Fig. 33 Subestación tipo poste. Una subestación interna en terreno natural es un transformador interno ubicado en el primer piso con respecto al suelo (terreno natural) de una edificación. La malla para este tipo de subestación debe cubrir toda el área del cuarto de la subestación y sobresalir mínimo un (1) metro de dicho cuarto por el lado (o los lados) de la puerta, de tal forma que también cubra el área de las puertas ante tensiones de paso y de contacto. En caso de que haya un cuarto para la planta de emergencia contigua al cuarto de la subestación se recomienda que la malla cubra todo el cuarto de la planta también. En el artículo 24.2 del RETIE, se listan los requisitos que deben cumplir las subestaciones tipo interior e interior elevada. Fig. 34 Subestación interior. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 51 Una subestación interna elevada, es un transformador interno que no está en el primer piso con respecto al suelo (terreno natural) de la edificación. La malla puede tener cualquier forma y área desde que cumpla con el calibre de acuerdo a la corriente del transformador y con las tensiones de paso y de contacto (toque). Para este tipo de mallas se lleva la tierra a través de bajantes hasta el cuarto de la subestación, y los aparatos de la subestación se conectan a un barraje de tierra el cual está conectado a la malla que llega a través de los bajantes. Fig. 35 Subestación interior elevada. Diseño de Mallas de Puesta a Tierra El diseño de una malla de puesta a tierra requiere de un alto nivel de responsabilidad y compromiso por parte del diseñador. Es importante recordar que una malla de puesta a tierra bien diseñada puede salvar vidas. Es por esto que se debe tener especial atención en cada una de las etapas del diseño. A continuación, se explica a detalle y por medio de un ejemplo, los pasos a seguir para realizar el diseño de una malla de puesta a tierra. Para realizar los cálculos de tensiones de toque y de paso se utiliza el software FdcGrdAccess y para modelar las corrientes del sistema se utiliza el software ATP Draw. El proyecto a tener en cuenta para realizar el ejemplo de cálculo de la malla de puesta a tierra se denomina “Almendros de la Calera Torre 2”, el cual tiene una subestación interna elevada de 150kVA y un nivel de tensión 13200/208-120 V. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 52 Documentación El diseño de una malla de puesta a tierra debe estar precedido por la recolección de información que es indispensable para el diseño y los cálculos. Antes de iniciar la etapa de diseño de una malla de puesta a tierra es indispensable disponer de: • Planos arquitectónicos, en donde se evidencie la ubicación y disposición de los equipos de la subestación. • Documentación referente a la empresa o particular interesado en llevar a cabo el proyecto. • Medidas de la resistividad del terreno en el cual se proyecta ubicar la malla de puesta a tierra. • Punto de conexión otorgado por el operador de red, en el cual se evidencien los niveles de corto circuito y parámetros de la línea en el punto de conexión. • Información de la subestación, idealmente se debe disponer de la ficha técnica del transformador que constituye la subestación. En ocasiones para las subestaciones tipo poste, el operador de red no otorga los niveles de corto circuito. En estos casos en particular, si definitivamente no es posible acceder a esta información, se debe asumir que la corriente de corto es de 10kA, ya que esta es la capacidad o tolerancia de corriente de corto que tienen las cajas primarias de los transformadores en poste. Para el caso de la malla de puesta a tierra del proyecto Almendros de la Calera Torre 2, el operador entrega los niveles de corto circuito, tal y como se aprecia en la TABLA II. Además, se realizan las medidas de resistividad del terreno y se le aplica el método Box Cox acorde con la RA6-014 [6], como se puede apreciar en la TABLA III. También se tienen a disposición los planos arquitectónicos de la subestación y de la torre, como se aprecia en la Fig. 36. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 53 TABLA II NIVELES DE CORTO CIRCUITO DEL PUNTO DE CONEXIÓN Circuito R26-04 Nivel de tensión: 13,2 kV Corriente de falla trifásica simétrica: 5,58 kV Corriente de falla monofásica simétrica: 4,15 kA Corriente de falla trifásica asimétrica: 9,48 kA Corriente de falla monofásica asimétrica: 6,95 kA Relación X/R trifásica: 1,78 Relación X/R monofásica: 1,680 R1 Total (Ohmios): 0,6831 X1 Total (Ohmios): 1,2131 Los datos de la barra de la subestación son los siguientes: R1 (Ohmios): 0,0866 X1 (Ohmios): 0,5818 R0 (Ohmios): 0,0364 X0 (Ohmios): 0,6336 Adicionalmente le informamos el calibre y longitud de los conductores en la dirección del asunto: Tipo de cable km. 500kCM, XLPE, 60kV, 173% aislamiento 0,000 350kCM, XLPE, 15kV, 133% aislamiento 1,132 266,8 AWG, ACSR 0,686 4/0 AWG, ACSR 0,119 1/0 AWG, ACSR 0,390 2 AWG, ACSR 0,000 4 AWG, ACSR 0,000 Corriente dinámica térmica y térmica trifásica: kA. Corriente térmica mínima de los TC (kA) 3,95 Corriente dinámica mínima de los TC (kA) 9,87 TABLA III MEDIDAS DE RESISTIVIDAD Espaciamiento (m) Ruta 1 Promedio Box-Cox 1 54,97 54,97 21,63 2 44,32 44,32 21,63 4 33,52 33,52 21,63 6 34,28 34,28 21,63 8 30,98 30,98 21,63 Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 54 Fig. 36 Vista en planta de una subestación. No es objeto de esta guía detallar el procedimiento para obtener las medidas de resistividad del terreno, sin embargo, la RA6-014 [6] puede ser un apoyo a la hora de aclarar dudas acerca de este procedimiento. Cálculo del calibre de la malla de puesta a tierra Una vez se ha recolectado la información necesaria para iniciar la etapa de diseño, se realiza el cálculo del calibre de la malla de puesta a tierra. En IETEK INGENIERÍA, de acuerdo con el artículo 15 del RETIE, el cálculo del calibre de la malla se realiza partiendo de la corriente nominal del secundario del transformador y en base a la tabla 250-94 de la NTC 2050 [9]. Es importante mencionar que el diámetro de este conductor no debe ser inferior a 50𝑚𝑚2 o lo que es análogo, el calibre del conductor debe ser igual o superior a 1/0 AWG, tal y como lo establece la tabla 15.2 del RETIE [8]. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 55 Para el caso de la malla de puesta a tierra del proyecto Almendros de la Calera torre 2, el cálculo del calibre de la malla se realiza a continuación: 𝐼 = 𝑉𝐴 √3 ∗ 𝑉 = 150000 √3 ∗ 208 = 416.3584 𝐴 (6) A partir de la corriente del secundario del transformador, se consulta la tabla 250-94 de la NTC 2050 [9]. En la TABLA IV. Se señala claramente como según la capacidad de corriente del alimentador (calibre), se selecciona el calibre de la puesta a tierra. Debe ser consultada a la par, la tabla 310-16 de la NTC 2050, para saber la capacidad de corriente del conductor según su calibre. TABLA IV TABLA 250-94 DE LA NTC 2050 Sección del mayor conductor de entrada a la acometida o sección equivalente de conductores en paralelo Sección del conductor al electrodo de tierra Cobre Aluminio o aluminio revestido de cobre Cobre Aluminio o aluminio revestido de cobre 2 o menos 1/0 o menos 8 6 1 o 1/0 2/0 o 3/0 6 4 2/0 o 3/0 4/0 o 250 Kcmils 4 2 Más de 3/0 a 350Kcmils Más de 250 Kcmils a 500 Kcmils 2 1/0 Más de 350 Kcmils a 600 Kcmils Más de 500 Kcmils a 900 Kcmils 1/0 3/0 Más de 600 Kcmils a 1100 Kcmils Más de 900 Kcmils a 1750 Kcmils 2/0 4/0 Más de 1100 Kcmils Más de 1750 Kcmils 3/0 250 Kcmils Para una corriente de 416.35 A, la sección de mayor conductor de entrada de la acometida es de 500Kcmils según la tabla 310-16 de la NTC 2050, por lo cual, según la tabla 250-94 de la NTC 2050, el calibre del conductor del electrodo de puesta a tierra debe ser 1/0 AWG. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 56 Geometría de la malla de puesta a tierra En la siguiente etapa del diseño se debe definir la geometría de la malla de puesta a tierra. A partir de la geometría que se defina, se ingresan los datos al software de simulación. Para efectos de practicidad y simplicidad al momento de ingresar los datos al software, las mallas de puesta a tierra para subestaciones interiores se modelan de forma rectangular, para subestaciones exteriores, por practicidad se modelan de forma triangular, con un electrodo en cada vértice del triángulo. Es recomendable que el área de la malla de puesta a tierra cubra toda la superficie de la subestación eléctrica, además, idealmente debe abarcar el área de los accesos a la subestación, con el fin de prevenir accidentes por tensiones de paso y contacto en el área de ingreso a la subestación. Si al momento de realizar la simulación, la configuración de la malla que se proyectó no cumple con tensiones de paso y de contacto, debemos realizar un redimensionamiento del conductor de la malla y reformular la geometría de la misma. La geometría de la malla de puesta a tierra para el proyecto Almendros de la Calera Torre 2, se muestra en la Fig. 37. La malla tiene un área de 16𝑚2, con 4 metros por lado. Las dimensiones de la malla buscan abarcar la mayor parte del área de la subestación. Para este caso, la malla es elevada, por lo cual es necesaria la construcción de barrajes y bajantes que conecten los equipos a la puesta a tierra. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 57 Fig. 37 Geometría de la malla de puesta a tierra. Simulación en FdcGrdAccess y ATP Draw El software de simulación FdcGrdAccess permite realizar la simulación de la malla de puesta a tierra, obtener la resistencia de la malla, así como las tensiones de paso y de contacto a la cual se podría ver sometida una persona según la malla propuesta. Una etapa intermedia de la simulación nos obliga a usar el software ATP Draw, con el fin de simular la magnitud de las corrientes de falla a tierra de la subestación objeto de estudio. Para la malla de puesta a tierra del proyecto Almendros de la Calera Torre 2, se ingresa la información recolectada y calculada de la siguiente manera. Inicialmente abrimos el software de simulación, y seleccionamos la opción “Datos”, como se muestra en la Fig. 38. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 58 Fig. 38 Menú de inicio FdcGrdAccess. A continuación, se despliega el menú de datos, en donde se deben realizar 2 pasos. Como se muestra en la Fig. 39. Fig. 39 Opciones de configuración de la malla. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 59 En la opción de Mallas, se configura el amperaje de la malla en 0 amperios. Se realiza de esa forma, para calcular la resistencia de puesta a tierra de la malla sin la interacción de corrientes. El cambio de la corriente de malla se ilustra en la Fig. 40. Fig. 40 Configuración de amperaje de la malla. Se procede a cerrar la ventana y se selecciona la opción “Conductores horizontales”, ilustrada en la Fig. 39. Fig. 41 Configuración de los conductores horizontales de la malla. La opción de “Conductores horizontales”, despliega una tabla a la cual se le ingresan datos. La información que se ingresa en este apartado depende de la geometría de la malla. A continuación, por medio de un ejemplo, se indica como identificar los datos que se deben ingresar en este apartado. Inicialmente, se asigna un nombre a la malla de puesta a tierra, en este caso “Almendros” y en la columna “Procesar”, se marcan ambas opciones. Posteriormente, en el apartado “Diámetro”, se ingresa el diámetro del conductor de malla en milímetros, para un conductor calibre 1/0 AWG, el diámetro en milímetros es de 9.5 milímetros. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 60 En la columna H, se ingresa la profundidad de enterramiento de la malla, en este caso, se utiliza el valor de 0.5 metros, sin embargo, esta profundidad de enterramiento puede variar entre 0.3 metros y 0.5 metros. En las columnas X1, X2, Y1, Y2 se ingresan los datos de la coordenada de la malla, tomando como referencia un plano cartesiano. En este caso, para la malla de 4x4 metros, las coordenadas se ubican como en la Fig. 42. Fig. 42 Ejemplo de interpretación para el ingreso de datos a FdcGrdAccess. Para este caso, X1=Y1=0 y X2=Y2=4. Las columnas Cond X y Cond Y corresponden al número de conductores perpendiculares al eje. Para el caso de Cond X, hay 3 conductores perpendiculares al eje X; para Cond Y, hay 3 conductores perpendiculares al eje Y, como se puede apreciar en la Fig. 42. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 61 Para las columnas Seg X y Seg Y, los datos a ingresar corresponden a el número de segmentos paralelos al eje. Para Seg X, existen 2 segmentos paralelos; para Seg Y, hay 2 segmentos paralelos al eje. Para finalizar cerramos la pestaña. Ahora, para las coordenadas verticales, en el menú de opciones de la Fig. 38. Se selecciona la opción de “Coordenadas verticales”. Esta opción despliega una tabla para ingresar datos, como se puede apreciar en la Fig. 43. Fig. 43 Configuración de los conductores verticales de la malla. Para este caso, en la columna Malla, Procesar, Hinicial, X1, Y1, X2, Y2 se repite el procedimiento de la opción “Coordenadas horizontales”. Sin embargo, para este caso, en el apartado Diámetro, se debe indicar en milímetros el diámetro de la varilla o electrodo de puesta a tierra, generalmente y para este caso en específico es una varilla de 5/8 de pulgada, que tiene un diámetro de 15.9 milímetros. La columna Longitud, hace referencia a la profundidad de enterramiento del electrodo, según el artículo 15 del RETIE, la longitud mínima de enterramiento para el electrodo debe ser de 2.4 metros. En este caso, tomamos 2.4 metros. La columna esquinas, hace las veces de columna de confirmación, al marcar esta opción se está afirmando que en las esquinas geométricas de la malla se está ubicando un electrodo de puesta a tierra, para este caso en particular se marca la opción de la columna esquinas en ambas filas. En la columna Cond X y Cond Y se marca la ubicación de un electrodo de puesta a tierra que esté por fuera de las esquinas, en este caso, todos los electrodos están en las esquinas de la malla, por lo cual se marca en 0 ambas columnas. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 62 Por último, en la columna Segmentos, se marcan la cantidad de segmentos generados por la malla de puesta a tierra según su geometría y ubicación de los electrodos. En resumen, se refiere a la cantidad de rectángulos que forman los electrodos debido a su posición. En este caso, teniendo en cuenta que sólo se ubican electrodos en las esquinas, existe un solo segmento. Para finalizar, cerramos la pestaña y cerramos el menú de datos. De regreso en la ventana ilustrada en la Fig. 38. Se selecciona la opción “Análisis del terreno”. A continuación, se despliega el menú de análisis de resistividad mostrado en la Fig. 44. Fig. 44 Menú de análisis de resistividad. Inicialmente se selecciona la opción “Parámetros”, aquí se edita la descripción con el objetivo de que los resultados tengan asignados el nombre del proyecto, en la Fig. 45. Se ilustra más a detalle la edición. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 63 Fig. 45 Configuración del nombre para los parámetros. En la pantalla de la Fig. 44. se selecciona la opción “Mediciones”, esta opción despliega la tabla de la Fig. 46. En esta tabla se ingresan los datos de resistividad promedio ilustrados en la TABLA III. Los valores se ubican de acuerdo a la separación de los electrodos durante el proceso de medición. El último valor, que aparece en 100, se deja por defecto. Para finalizar cerramos la pestaña. Fig. 46 Ingreso de las medidas de resistividad. Posteriormente, de nuevo en la pantalla de la Fig. 44. Se selecciona la opción “Ejecutar”, inmediatamente el software arroja los resultados de resistividad para la primera y la segunda capa del terreno. Además, arroja el valor de la profundidad de la primera capa, si este valor no supera los 0.5 metros, se puede considerar el suelo homogéneo o de una sola capa, de lo contrario, se considera suelo de dos capas. Para el caso de ejemplo que es objeto de estudio, los resultados se aprecian en la TABLA V y la TABLA VI. Se puede afirmar que el suelo es de dos capas, porque la simulación arrojó una profundidad superior a 0.5 metros para la primera capa. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 64 TABLA V PARÁMETROS ESTIMADOS DEL TERRENO SEGÚN SOFTWARE Parámetros estimados Resistividad 1ra capa: 15,51 Ohm-m Resistividad 2da capa: 100,00 Ohm-m Profundidad 1ra capa: 1,845 m TABLA VI RESISTIVIDAD ESTIMADA SEGÚN SOFTWARE Med. No. Separación metros Medido Ohm-m Estimado Ohm-m Dif(%) 1 1 54,97 16,72 -69,58 2 2 44,32 21,53 -51,43 3 4 33,52 33,75 0,69 4 6 34,28 43,94 28,20 5 8 30,98 51,96 67,75 De nuevo en la opción “Parámetros”, en la pestaña malla, se ingresa la información que arrojó la simulación. Se selecciona el suelo de dos capas y se ingresan las resistividades y la profundidad de la primera capa, la configuración se ilustra en la Fig. 47. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 65 Fig. 47 Configuración de los parámetros de resistividad para el análisis de malla. A continuación, se selecciona la pestaña “Potenciales”, en esta pestaña se edita el dato de “Altura”, este valor se refiere a la altura que tiene la capa superficial de material que habitualmente se coloca sobre la malla de puesta a tierra, en este caso son 0.3 metros. La opción de “Rho Capa”, se refiere a la resistividad de la capa superficial de material que se coloca sobre la malla, generalmente es cemento o gravilla, para este caso es gravilla, con una resistividad aproximada de 2500 ohm/metro. Finamente en “Rho terreno” se asigna la resistividad de la primera capa que arroja la simulación. En la Fig. 48. Se aprecia los valores que se deben ingresar en este paso. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 66 Fig. 48 Configuración de la malla para el análisis de potenciales. Posteriormente seleccionamos la pestaña “Resistividad”, en esta pestaña simplemente se ingresan los datos obtenidos en la simulación. En la Fig. 49. Se aprecia los valores que se deben ingresar en este paso. Fig. 49 Configuración de los datos del terreno. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 67 El proceso, hasta esta etapa se finaliza cerrando las pestañas y regresando hasta la pantalla de la Fig. 38. En esta pantalla se selecciona la opción de “análisis de mallas”, esta opción despliega el menú de la Fig. 50. Finalmente seleccionamos “Ejecutar”. Fig. 50 Ejecutar análisis de mallas. En este paso el software de simulación, obtiene el valor de la resistencia de puesta a tierra sin corriente, como se puede evidenciar en la TABLA VII. Este valor de resistencia de puesta a tierra sin corriente sirve para modelar el comportamiento del sistema por medio de ATP Draw. El valor de esta resistencia de puesta a tierra, debe ser igual o inferior a 10 ohm, tal y como lo establece la tabla 15.4 del RETIE [8]. En caso de que el valor de resistencia de puesta a tierra sea superior a 10 ohm se debe rediseñar la malla y buscar otras alternativas en cuanto a la geometría. Si definitivamente la resistencia de puesta a tierra no baja ante ninguna de las opciones replanteadas, se debe realizar un tratamiento del suelo. TABLA VII RESISTENCIA DEL TERRENO SIN CORRIENTE Voltios Ohmios Amperios No. IdMalla Tensión Parcial Total Inyectados Disipados 1. Almendros 0.0 2,9432 2,9432 0,0 0,0 Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 68 Después de hallar la resistencia de puesta a tierra sin corriente, se procede a realizar la simulación el ATP Draw, el objetivo de esta simulación es determinar el caso más crítico de corriente de falla a la cual se puede ver sometida la malla. A su vez esto permite calcular el GPR, que es la máxima elevación del potencial de una puesta a tierra, respecto a una tierra remota. Finalmente, con este dato, el software puede calcular las tensiones de paso y contacto para la malla. Para la simulación en ATP Draw, se debe utilizar un modelo PI o circuito equivalente de una red de transmisión. Para el caso de IETEK INGENIERÍA, se cuenta con un archivo base denominado “mallastanza”, al abrir este archivo se puede observar con claridad el modelo PI de una red de distribución con una conexión a tierra. En la Fig. 51. Se puede evidenciar la disposición del modelo PI, el cual se utiliza para simular las corrientes de falla en el sistema. Fig. 51 Modelo PI en ATP Draw. Se modifica el modelo PI, primero, el bloque denominado LCC, que son los parámetros de la línea de transmisión. Se cambia la longitud y a continuación se selecciona “Ok”. La longitud de la línea la otorga el operador de red en el punto de conexión. En la Fig. 37. Se puede apreciar con claridad la longitud de la línea. El resto de información que aparece en la Fig. 58. Se deja por defecto. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 69 Fig. 52 Configuración de la longitud de la línea. El circuito equivalente, en el bloque Line RL, son los parámetros del circuito equivalente. Estos parámetros los otorga el operador de red, en la TABLA II. Se puede apreciar con claridad la información que debemos ingresar en la pantalla de la Fig. 53. Fig. 53 Configuración de impedancias de la línea. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 70 A continuación, en el bloque del modelo Rmalla, se pone el valor de 100000 ohm. Este valor se pone con el objetivo de simular el caso más extremo o malo posible, ya que una resistencia de malla alta genera que, ante una situación de falla, el camino de más baja impedancia no sea la malla de puesta a tierra, es por esto que se considera el caso más crítico. En la Fig. 54. Se aprecia con claridad el procedimiento a seguir. Fig. 54 Resistencia de puesta a tierra del sistema. Una vez configurados los anteriores parámetros, se ejecuta el ATP Draw. Primero se selecciona Run ATP, luego Run Plot. En la Fig. 55. Se indica como realizar este proceso. Fig. 55 Ejecutar cálculos en ATP Draw. Después de seleccionar Run Plot, se despliega la ventana mostrada en la Fig. 56. En la columna de variables se selecciona FALLAC-TIERRA, TIERRA-NEUTRO, TIERRA-. A continuación, se selecciona la opción “Plot”. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 71 Fig. 56 Selección de variables de interés en ATP Draw. A continuación, se despliega la gráfica de las corrientes seleccionadas. En la gráfica, se selecciona el recuadro señalado en la Fig. 57. El objetivo es poder visualizar la magnitud del pico de la corriente en la tercera oscilación, ya que en este punto podemos considerar que la corriente es estable. El valor de la corriente FALLAC-TIERRA debe ser análogo a la corriente de falla trifásica simétrica que otorga el operador de red en el punto de conexión. En la TABLA II. Se puede apreciar el valor de la corriente de falla trifásica simétrica. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 72 Fig. 57 Corrientes de interés en ATP Draw. En la Fig. 57. Se puede apreciar que la corriente FALLAC-TIERRA, que representa la corriente de falla trifásica simétrica es análogo al valor que entrega el operador de red en la TABLA II. Es importante que el valor que arroja el ATP, y el valor que entrega el operador de red sea aproximadamente el mismo, esto indica que el modelo de la red hecho en ATP se aproxima al real y es apto para simular. Si la corriente de la simulación está muy alejada del valor entregado por el operador de red, se añaden o se quitan bloques LCC al modelo PI del ATP Draw. Los bloques que se aumentan o se reducen se muestran en la Fig. 58. Fig. 58 Bloques LCC en ATP Draw. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 73 Una vez se ajuste el modelo. El parámetro de Rmalla se cambia por el valor obtenido en la simulación de FdcGrdAccess, en la TABLA VII. Se puede evidenciar el valor de la resistencia de puesta a tierra sin corriente. Fig. 59 Configuración del valor de resistencia de puesta a tierra de la malla. Finalmente se simula de nuevo el modelo PI de ATP Draw, se plotean las 3 corrientes de nuevo y, en este caso la corriente TIERRA-c cambiamos el factor de 1 a 1,32. Este es un factor de sobredimensionamiento recomendado. En la Fig. 60. Se puede apreciar este procedimiento. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 74 Fig. 60 Configuración del factor de sobredimensionamiento. Una vez se grafiquen las corrientes, se toma el valor pico de estado estable de la corriente TIERRA-, en la Fig. 61. Se representa en color azul la corriente mencionada. Fig. 61 Corriente de falla a tierra. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 75 Con este valor de corriente, en el software FdcGrdAccess, y en la pantalla de la Fig. 40. Reemplazamos el valor de 0 por el de la corriente TIERRA-, tal cual aparece en la Fig. 62. Fig. 62 Configuración de la corriente de falla en FdcGrdAccess. Luego, vamos a la pantalla de análisis de malla y ejecutamos de nuevo, tal como aparece en la Fig. 50. El software realiza la simulación y nos arroja el valor de GPR, tal y como se muestra en la Fig. 63. Fig. 63 GPR de la malla. Una vez se obtiene el GPR, se debe realizar un análisis de potenciales en el software. En la pantalla de la Fig. 38. Se selecciona la opción de análisis de potenciales, luego, se selecciona la opción de “Parámetros”, como se muestra en la Fig. 64. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 76 Fig. 64 Menú de análisis de potenciales. A continuación, en la pestaña potenciales, se configuran las pruebas que se deben realizar a la malla, para verificar las tensiones de paso y de toque. Inicialmente se selecciona la opción de barrido, y se configuran los parámetros del barrido. Es recomendable delimitar un área de barrido más grande que el área de la malla, para apreciar de mejor manera el comportamiento de las tensiones. En la Fig. 65. Se puede apreciar la configuración a realizar para generar el barrido. En el apartado parámetros para el corte, se pueden modificar las coordenadas para trazar una línea recta encima de la superficie de la malla, para observar cómo se comporta el potencial en ese recorrido de la línea. Los parámetros de puntos y ángulos se dejan por defecto. Fig. 65 Configuración de los parámetros del barrido. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 77 Finalmente cerramos la pestaña, y en la pantalla de la Fig. 64. Se selecciona la opción ejecutar. El software arroja los resultados de voltajes de paso y de toque máximos que hay en el barrido y los máximos de permitidos. Si los máximos del barrido están por debajo de los máximos permitidos, la malla de puesta a tierra cumple y se finaliza el diseño. Fig. 66 Resultados de tensiones de toque y de paso. Una vez finalizado el proceso de diseño, es recomendable construir un plano en AutoCAD con las especificaciones de la malla, un plano constructivo para orientar al ejecutor del proyecto. En el plano eléctrico deben especificarse el tipo de uniones y soldaduras que componen la malla, además de la ubicación en el plano de la misma. La Fig. 67 ilustra como debe ser un plano para una malla de puesta a tierra. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 78 Fig. 67 Plano de la malla de puesta a tierra. Es importante recalcar que esta guía de diseño de mallas aplica para los procedimientos llevados a cabo en la empresa IETEK INGENIERÍA S.A.S, para realizar un diseño de malla de puesta a tierra existen diversos caminos, por lo cual el diseñador es libre de indagar acerca de nuevas técnicas que le permitan optimizar el tiempo empleado en el diseño. Graficas de los potenciales. Para finalizar el proceso de diseño, se grafican los resultados obtenidos por medio de Microsoft Excel, en estos se podrá identificar la magnitud de las tensiones de paso y de contacto en la superficie de la malla. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 79 V. CAPITULO 3: REDES INTERNAS DE ENERGÍA Las redes internas, son las encargadas de llevar la energía al usuario final. Realizan un diseño apropiado de redes internas, garantiza que el usuario final tenga un acceso seguro a la energía eléctrica. Una instalación interna es el conjunto de redes, accesorios y equipos que integran el sistema de suministro de energía eléctrica al inmueble a partir del medidor. Para edificios de propiedad horizontal o condominios, y en general, para Unidades Inmobiliarias Cerradas, es aquel sistema de suministro de energía eléctrica al inmueble a partir del registro de corte general cuando lo hubiere [10]. Para el diseño de una red interna, es importante considerar diversos factores como el calibre del conductor, la regulación, la protección, la carga del circuito, etc. Además, se deben tener en cuenta las indicaciones establecidas en el RETIE y la NTC 2050 para este tipo de instalaciones. La guía de diseño de redes internas se enfoca en ilustrar las consideraciones necesarias para construir un plano eléctrico de una instalación eléctrica de uso residencial. Esto debido a que, en IETEK INGENIERÍA, el diseño de redes internas está enfocado en instalaciones residenciales. El presente capítulo de diseño de redes internas, se desarrolla a la par con un ejemplo, el objetivo principal es que, a partir del diseño eléctrico de un apartamento pequeño, se expliquen las consideraciones a tener en cuenta en cada una de las zonas que conforman el apartamento, estas consideraciones son generales y aplican para cualquier otra instalación de redes de usuario final residencial. Para la presente guía, se considera un apartamento pequeño, de 55𝑚2. Cuenta con 3 alcobas, 2 baños, zona de ropas, cocina, sala y balcón. A continuación, se muestran las etapas que se deben seguir para realizar de manera eficaz el diseño. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 80 Documentación Antes de iniciar con el proceso de diseño, es importante dispones de la siguiente documentación: • Plano arquitectónico del inmueble en donde se evidencie claramente la ubicación de todo el mobiliario. • Plano de redes de acueducto y gas, si existe. • Identificación de equipos especiales, si existen. Se consideran como equipos especiales hornos, duchas, etc. • Información del cliente. • Tipo de techo, si lleva o no cielo falso. Plano Eléctrico Una vez se recopila la documentación necesaria, se procede a ubicar salidas eléctricas en el plano eléctrico, de acuerdo con las normas NTC 2050, RETIE y el criterio del diseñador. Inicialmente se debe limpiar el plano arquitectónico, de tal forma que sólo quede consignado en él la información útil para el diseño eléctrico, además, lo ideal es configurar el AutoCAD de tal forma que resalten los elementos eléctricos. Una vez se ubiquen las salidas eléctricas se alambra el plano y por último se realizan las memorias de cálculo para verificar la regulación de los circuitos, además se dimensionan las protecciones y se realiza un cuadro de cargas para distribuir y balancear los circuitos. Es importante mencionar que un diseño eléctrico nuevo para redes internas en general, debe contar con memorias de cálculo de la A hasta la W, según indica el RETIE, sin embargo, no es objeto de esta guía orientar en la construcción de las memorias; simplemente, se busca indicar como realizar el plano eléctrico adecuadamente para que un oficial eléctrico pueda identificar adecuadamente como construir la instalación. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 81 Para el ejemplo práctico, se disponen de planos arquitectónicos, además se conoce que el tablero de protecciones del apartamento tiene capacidad para alojar hasta 8 circuitos. También se conoce la posición del mobiliario de las cocinas, también se conoce que no hay cielo falso, por lo cual la iluminación queda embebida en la losa del edificio. El apartamento en cuestión se ilustra en la Fig. 68. Fig. 68 Apartamento ejemplo. En el plano se pueden detallar todas las zonas del apartamento, el primer paso a seguir, es cambiar la capa del dibujo, para que se vea más opaco el diseño arquitectónico. Posteriormente ubicamos las salidas eléctricas, tal y como se evidencia en la Fig. 69. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 82 Fig. 69 Ubicación de salidas eléctricas. Las salidas eléctricas, tal y como se ubican en la Fig. 69. No se ubican al azar, a continuación, se realizan observaciones y sugerencias para ubicar salidas eléctricas en un plano eléctrico. Alcobas: En la zona de las alcobas, debemos garantizar que exista un tomacorriente a máximo 1.80 metros de cualquier espacio libre de pared en el cual se pueda ubicar una persona. Es decir, en los espacios libres de pared, se debe ubicar un toma corriente cada 3.6 metros. Los tomacorrientes se ubican a una distancia mínima de 30 centímetros, del nivel de piso acabado, la altura máxima para un tomacorriente es de 150 centímetros. Cuando se ubica un tomacorriente por encima de 150 centímetros, este debe ser para un uso específico, como por ejemplo para conectar un televisor. Por lo anterior, un tomacorriente ubicado por encima de 150 centímetros no se considera útil, por lo tanto, no puede ser tenido en cuenta a la hora de evaluar si existe un tomacorriente cada 3.6 metros. Cuando las alcobas tienen un área útil igual o inferior a 9 𝑚2, basta con colocar dos tomas enfrentados para cumplir RETIE. A la hora de ubicar las salidas eléctricas, es importante tener en cuenta la posición del mobiliario, por ejemplo, es recomendable dejar un tomacorriente cercano a la mesa de noche, Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 83 también uno al frente de la cama, ya que probablemente en ese sitio irá ubicado el televisor. Cuando se ubican salidas, es importante tener sentido común, recorrer el plano y observar los sitios más óptimos para ubicar las salidas. Para el caso de los suiches, es recomendable ubicarlos en una de las paredes adyacentes a la puerta. Se debe verificar que el suiche no quede tapado por la batiente de la puerta. Los suiches de las alcobas, generalmente se ubican a 120 centímetros del nivel de piso acabado y a 20 centímetros del borde del muro. Las luminarias a su vez, en la medida de lo posible, se deben ubicar centradas en las habitaciones, sin embargo, esto depende del tipo de techo. Finalmente, las salidas dedicadas para televisión se ubican a una altura aproximada de 160 centímetros del nivel del piso acabado. Estas alturas pueden variar según los requerimientos, sin embargo, es importante aclarar que no existe una restricción de altura para ubicarlos. Simplemente es importante ser pragmático a la hora de designar estas alturas. En la Fig. 70. Se pueden apreciar las salidas eléctricas típicas para una alcoba del apartamento que es objeto de estudio. Fig. 70 Salidas eléctricas en alcoba. Algunos diseñadores optan por indicar la altura de la salida eléctrica respecto al piso acabado en el plano, sin embargo, esto no es recomendable ya que podría saturar la información, y Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 84 cuando se realice la imprenta del plano, el cumulo de información puede resultar confuso para el oficial eléctrico que intente interpretar los planos. Baños: En la zona de los baños, si estos tienen ducha y sanitario, es deber dejar una salida eléctrica de toma corriente, esta salida eléctrica debe ser de tipo GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter). Esta salida debe tener dichas características ya que se encuentra en una zona en donde probablemente el usuario interactúe con el toma corriente estando húmedo, también, se debe ubicar esta salida en una pared adyacente al lavamanos del baño. Además de lo anterior, se debe instalar una salida de iluminación para el baño, esta luminaria no debe estar sobre la zona de la ducha y su interruptor tiene que estar mínimo a 80 centímetros de la zona de la ducha, esto se hace para evitar que un adulto promedio estirándose toque el interruptor aun estando en la ducha. Finalmente, se debe garantizar que la distancia entre la llave del lavamanos y el toma GFCI no supere 30 centímetros. En la Fig. 71. Se puede apreciar la ubicación de salidas eléctricas para un baño. Fig. 71 Salidas eléctricas en baño. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 85 Para el área de la sala, se deben dejar salidas para tomacorrientes a distancias no superiores a 3.6 metros. Lo ideal, es dejar salidas a los costados de los muebles, y cercanas a la salida de TV, sin embargo, lo importante es garantizar que exista un toma cada 3.6 metros de pared libre. En muchas ocasiones, el arquitecto no proyecta la ubicación del mobiliario de las salas, es estos casos, es responsabilidad del diseñador definir la ubicación más óptima para una salida eléctrica. En la Fig. 72. Se puede apreciar las salidas eléctricas para una sala o área social de un apartamento común. Fig. 72 Salidas eléctricas en área social. Finalmente se llega a las áreas críticas de cada vivienda, la cocina y la zona de ropas. Para estas dos zonas, es indispensable caracterizar bien las cargas y distribuir bien los circuitos. Para ubicar adecuadamente las salidas eléctricas de la zona de cocina, se debe tener claridad de la ubicación del mobiliario de la cocina, es necesario saber a qué altura respecto al nivel de piso acabado va a quedar el mesón, la ubicación de la nevera, si va o no un microondas, en general hay que caracterizar los aparatos que componen la cocina. Para nuestro caso en particular conocemos que el mesón va a quedar a 90 centímetros del nivel de piso acabado, y los gabinetes de la cocina a 1.60 metros. Además, se conoce que sobre la cubierta se ubica un microondas y una campana. Por lo tanto, necesitamos, un toma para el chispero de la cubierta, un toma para el mesón, este último debe ser GFCI, y un toma para el microondas y la campana. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 86 Las alturas de las salidas, se definen en base a la ubicación del mobiliario, por lo tanto, el toma para el chispero de la cubierta, en este caso se ubica a 50 centímetros del nivel de piso acabado, el toma del mesón se ubica a 105 centímetros del nivel de piso acabado, para que no quede a ras con el mesón, y el toma para microondas y campana queda a 1.7 metros del nivel de piso acabado. Finalmente, el tomacorriente para la nevera se ubica a 1 metro del nivel de piso acabado y se ubicar detrás de la nevera. En la Fig. 73. Se puede apreciar la ubicación de salidas eléctricas para una cocina típica de un apartamento. Fig. 73 Salidas eléctricas en cocina. En la zona de ropas, se deben ubicar las salidas para la lavadora y para la zona de planchado, en caso de que en el mobiliario se proyecte la existencia de un calentador a gas, se debe dejar la salida para el chispero del calentador. En la Fig. 74. Se puede apreciar la ubicación de las salidas eléctricas para una zona de ropas. Guía Básica de Diseño Eléctrico para IETEK INGENIERÍA 87 Fig. 74 Salidas eléctricas en zona de ropas. Una vez se han ubicado las salidas eléctricas, se debe realizar la distribución de los circuitos, de tal forma que queden balanceados. Es deber del diseñador realizar adecuadamente la distribución de los circuitos, para este caso en particular, no se busca realizar un análisis de las cargas, se limita el alcance a la construcción del plano eléctrico. Finalmente se ubica el tablero de protecciones, esta ubicación debe garantizar un espacio libre de 90 centímetros al frente del tablero y 37.5 centímetros a cada lado del tablero partiendo de su centro, además se debe ubicar a una altura aproximada de 1.75 metros respecto al nivel de piso. Estas distancias son de seguridad, y lo que buscan es garantizar un espacio para que, ante una eventual falla, la persona que manipule el t