Software de diseño de redes eléctricas de distribución “DIRED … · 2015-04-03 · El...
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Software de diseño de redes eléctricas de distribución “DIRED –CAD Ver 2012”
Walter Sánchez Moyna
SOFTWARE DE
DISEÑO DE REDES
ELÉCTRICAS DE DISTRIBUCIÓN
“DIRED –CAD VER 2012”
Primera edición
Enero, 2012
Lima - Perú
© Walter Sánchez Moyna
PROYECTO LIBRO DIGITAL
PLD 0449
Editor: Víctor López Guzmán
http://www.guzlop-editoras.com/[email protected] [email protected] facebook.com/guzlopstertwitter.com/guzlopster428 4071 - 999 921 348Lima - Perú
PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)
El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados.
Un libro digital, también conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso.
Entre las ventajas del libro digital se tienen:• su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad),• su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica),• su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural),• su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento),• su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investiga-ción de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras.
Algunos objetivos que esperamos alcanzar:• Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital.• Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta.• Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías.• El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente.• E l pe r sona l docente jugará un r o l de tu to r, f ac i l i t ador y conductor de p r oyec tos
de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electró-nicas recomendadas.• Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso.
En el aspecto legal:• Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita.• Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.
Lima - Perú, enero del 2011
“El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica” Víctor López Guzmán Editor
1
XIX CONIMERA
TITULO TRABAJO: SOFTWARE DE DISEÑO DE REDES ELECTRICAS DE DISTRIBUCION “DIRED –CAD Ver 2012”.
AUTOR: ING. WALTER SANCHEZ MOYNA
CIP: 57852
INSTITUCIÓN : ABS INGENIEROS SAC
1 RESUMEN El DIRED-CAD es una herramienta
tecnológica de última generación que
unifica todas las fases de diseño de una
red de distribución eléctrica (Media tensión
y baja tensión) en un solo entorno
completamente gráfico y muy amigable,
desarrollando los cálculos de perfiles de
tensión, perdidas, balance de cargas y
otros relacionados en forma automática en
tiempo de diseño.
Integra en su propio entorno, bases de
datos de estructuras, soportes,
conductores, luminarias y otros. Todas las
bases de datos son editables y
configurables por el usuario.
Todas la opciones de diseño son
accesibles a través de iconos gráficos y
menús, los mismo que están distribuidos en
una secuencia lógica desde el punto de
vista del flujo de desarrollo de un proyecto
de esta naturaleza.
Cuenta con opciones de configuración de
los principales parámetros de diseño, lo
cual lo hace versátil para adaptarse a
cualquier norma técnica nacional o
internacional.
Todas estas características han hecho del DIRED-CAD el software más utilizado en el Perú por profesionales y empresas tanto en la fase de diseño como en la fase de construcción.
2 INTRODUCCION En el Perú, en los últimos 15 años, en el objetivo de elevar el coeficiente de electrificación se ha dado un énfasis significativo al desarrollo de los proyectos de electrificación rural.
Con la puesta en vigencia del Nuevo Código Nacional Eléctrico Suministro 2001, se ha introducido exigencias adicionales en los requerimientos técnicos de las instalaciones eléctricas, particularmente en lo referente a las redes de Media y Baja Tensión. Lo que ha conllevado a que muchas de las redes eléctricas de las grandes ciudades tengan que renovarse y adecuarse a los requerimientos del nuevo CNE.
Los diseños de cualquiera de estos proyectos son un trabajo de ingeniería que requiere de herramientas tecnológicas acordes a los requerimientos y exigencias de nuestros tiempos.
Como una respuesta a estas necesidades de la Ingeniería, en el año 2004 el mismo autor desarrolló las primeras versiones de un software independiente para el desarrollo exclusivo de diseños de redes aéreas de baja tensión.
En el año 2009 fue publicada una versión mejorada de esta herramienta con alcances similares que la publicación inicial pero con opciones de usuario más versátiles y amigables.
La publicación actual es una versión mucho más amplia que integra todas las opciones de las versiones anteriores y expande su
2
capacidad al desarrollo de redes de baja tensión y redes de media tensión aéreas y subterráneas.
3 CALCULOS DE REDES DE DISTRIBUCIÓN
3.1 CALCULOS ELECTRICOS En el diseño de una red de baja tensión, tipicamente se desarrollan los calculos de perfiles de tensión y las pérdidas de potencia por efecto resistivo de los conductores.
RESISTENCIA DEL CONDUCTOR
La resistencia del conductor a la temperatura de operacion del diseño se calcula de la siguiente forma:
)).(1.( ifif TTRR
fR : Resistencia final a la temperatura de
diseño
.iR : Resistencia inicial a la temperatura
de referencia : Coeficiente de variación de temperatura por efecto térmico.
fT : Temperatura de diseño
iT : Temperatura de referencia
Cuadro de α Tipicos (T=20°C):
Cobre % IACS Coeficiente α
101.00 0.00397 100.00 0.00393 98.40 0.00387 97.80 0.00384 96.66 0.00380 93.15 0.00366
Aluminio 1350 %IAC Coeficiente α
64.0 0.00423 63.0 0.00416 62.0 0.00410 61.0 0.00403
REACTANCIA INDUCTIVA ( LX ):
Considerando un conductor por fase, la reactancia Indutiva para conductores de Cobre, Aluminio o aleaciones de Aluminio.
)/..(........... kmOhmsLWX kL
fW ..2
)/........(..........10)Re
(.6,42
1 4 kmHrxDe
LogLK
f : Fecuencia de la red en (Hz)
KL : Inductancia unitaria (Hr/km)
De : Diametro Medio Geométrico DMG, de la configuración de las fases. Re : Radio equivalente por fase De y Re, se calculan de acuerdo a la configuración geométrica de los conductores en los circuitos.
SISTEMA CONVENCIONAL (CPI)
RTSTRSe DDDD ..)3(
NAPe DD )1(
RTSTRSe DDDD ;;)1( 2/1
SRe
S : Sección del conductor sin cubierta.
Fig. 01
3
SISTEMA CON CONDUCTORES AUTOPORTANTES.
RTSTRSe DDDD ..)3(
RAPe DD )1(
RTSTRSe DDDD ;;)1(
RcKR re .
Rc: Radio del conductor cableado sin cubierta.
La constante “Kr” esta definido segun la tabla siguiente:
N° Hilos del Conductor
Factor “Kr”
7 0.726 19 0.758 37 0.768 61 0.772 91 0.774 127 0.776
CÁLCULO DE CAIDA DE TENSIÓN:
310... tKLIV
SenXCosRK lt ...3)3(
SenXCosRK lt ...2)1(
Pérdidas por Fase (W):
fW RLIP ..2
I : Corriente de Linea (Amp)
L : Longitud de circuito (m)
tK : Factor de Caida de tensión
Cos : Factor de Potencia
Determinacion de Numero de Puntos de Iluminacion. Para este caso se toma en cuenta el consumo mensual de alumbrado Publico. Y en base a ello se determina el numero de Puntos de iluminacion tomando en cuenta la potencia promedio de la lamparas de iluminaciona ser utilizadas.
NuKALPCMAP .
)/()100( NHMAPxPPLCMAPxPI CMAP : Consume mensula de AP en kWh KALP : Factor de AP en kWh/Usuario-mes Nu : Numero de usuarios de la localidad PI : Numero de Puntos de iluminación NHMAP : Numerop de horas mensuales de AP (horas/mes). PPL : Potencia Promedio de las lamparas de AP en Watts.
Fig. 02
4
X
p
Wc
3.2 CALCULOS MECANICOS DEL CONDUCTOR
MODELO GENERAL DE LA CATENARIA
)(* CXCoshCY (Ecuación de la
Catenaria)
Wc
TC 0 ; (PARÁMETRO DE CATENARIA)
)(. CXCoshToT (TIRO DEL
CONDUCTOR EN CUALQUIER PUNTO DE LA
CATENARIA)
CÁLCULOS EN UN VANO TÍPICO
Tomando el diagrama siguiente como un
ejemplo genérico.
F
(Xm,Ym)
(XB,YB)
(XA,YA)
X
Y
(Xo,Yo)
h
XBXA
a/2 a/2
a
TB
TA
C
aSenh
C
h
ArcSenhCXm
2
2.
2/aXX mA ; 2/aXX mB
Longitud de Catenaria:
C
XSenhCL A
A . ;
C
XSenhCL B
B .
Tiros en los extremos:
22
ACA LCWT ; 22
BCB LCWT
Cálculo de la Flecha:
1
2.
C
aCosh
C
XCoshCF m
C
XCoshCY A
A . ;
C
XCoshCY B
B .
Donde:
To : Tiro horizontal.
C : Parámetro de catenaria.
Wc : Peso unitario del conductor.
h : Desnivel
a : Vano Horizontal
Xm : Valor X del punto medio de la
catenaria.
ECUACIÓN DE CAMBIO DE ESTADO
1
0102
11212 ).( LAE
TTLLL
Haciendo: A
T
A
T 02
02
01
01 ;
Se obtiene la ecuación:
Y
To
T
dx
c
Fig. 03
Fig. 04
5
2
1
22
1
2
02
22
2
2
2
02
)2
(4
)2
(4
hC
aSenhC
hA
awSenh
w
AE r
r
020112 ).(1 E
Siendo la única variable desconocida 02 ,
se resuelve esta ecuación mediante
métodos numéricos obteniendo el valor de
02 y finalmente calcula:
2
02
2
rW
AC
Una vez calculado el parámetro C2, para la
condición 2, la catenaria queda definida y
se calcula las demas variables aplicando
las formulaciones descritas.
4 CARATERISTICAS Y ALCANCES GENERALES DEL DIRED-CAD 2012
El DIRED-CAD es un software de diseño
de redes de distribución eléctrica en Baja y
Media Tensión. Es la herramienta más
moderna de su género en nuestro medio
totalmente independiente de cualquier otra
plataforma. Trabaja en entorno Windows
XP, Windows Vista, Windows 7.
Cuenta con una interface gráfica de diseño
en vista de planta muy amigable, donde el
ingeniero desarrolla su diseño haciendo
uso del ratón y el software va recalculando
en todo momento las condiciones eléctricas
del proyecto en todos los nodos.
Requiere como dato de entrada el archivo
del catastro urbano (Lotización en formato
DXF). El DIRED-CAD recupera estos
archivos y lo convierte a su propio entorno
de trabajo, manteniendo las escalas de
diseño.
4.1 DATOS QUE INCORPORA Cuenta con Bases de datos propias para
los elementos principales requeridos para
el diseño tales como:
Base de datos de estructuras (Baja y
Media Tensión)
Base de datos de soportes (madera,
concreto, metal).
Base de datos de conductores (Baja y
Media Tensión).
Base de datos de de Luminarias
Tabla de tipos de PAT.
Tabla de tipos de subestaciones
Todas las Bases de datos son accesibles y
editables por el usuario lo que le permite
agregar nuevos elementos o editar los
existentes de acuerdo a sus propios
requerimientos.
4.2 PRINCIPALES OPCIONES DE DISEÑO
Todas las opciones de diseño se pueden
desarrollar en forma grafica haciendo uso
del ratón.
Ubicación de la Subestación en la
posición más conveniente.
Trazo del recorrido de los circuitos
Ubicación de los soportes y armados
Agregar o eliminar acometidas.
Agregar o eliminar luminarias en vista
de planta.
Agregar retenidas en vista de planta.
Modificación del recorrido de circuitos.
Opciones de edición de soportes
6
Opciones de edición de cargas por tipo
y por demanda.
Numeración automática de soportes,
en forma correlativa por estructuras o
por nodos
Cambio de conductores por tramos y
en forma global.
Opciones de corte de circuitos y
traslado de cargas a otros circuitos, en
forma grafica.
Permite derivaciones aéreas para
circuitos y nuevas cargas.
Etc.
4.3 CÁLCULOS QUE DESARROLLA
El DIRED-CAD, desarrolla
automáticamente y en tiempo de diseño:
Cálculo de caída de tensión en todos
los nodos y colas
Pérdidas por circuito y por subestación
Balance de cargas por Subestación
Cálculo mecánico de conductores
Evaluación de corrientes por devanado
Previo a la fase de diseño, el usuario tiene
la opción de recalcular y actualizar los
parámetros eléctricos según la temperatura
de diseño (Por configuración geométrica de
estructuras o por configuración de
conductores, según sea el caso).
Con estas opciones, el Ingeniero de diseño
podrá apreciar en todo momento las
condiciones de su diseño y corregir los
posibles errores, de acuerdo a las alarmas
gráficas que va presentando el programa.
Todos los cálculos se actualizan en forma
automática cada vez que se agrega o
modifica una carga o algún elemento
relacionado al diseño.
De esta forma el usuario podrá verificar en
todo momento las condiciones de caída de
tensión en colas y tomar las acciones
correctivas que requiera.
4.4 PRINCIPALES REPORTES Cuadros de caída de tensión por
circuito y subestación (Fig. 04)
Planillas de estructuras por circuito y
subestación (Fig. 05)
Tablas de cálculo mecánico de
conductores
Cuadro resumen de materiales
Todos los reportes tienen la opción de ser
exportados directamente a Excel.
Fig. 05
7
4.5 PLANOS DE DISEÑO Los planos de los diseños desarrollados,
son exportados a formato DXF
(Compatible con Autocad) para su
impresión, con todos los detalles del diseño
desarrollado.
Planos de Red Baja Tensión
Planos de Red de Media Tensión
Diagramas de carga para baja
tensión (Por Subestación)
Diagramas unifilares para media
tensión (Por punto de alimentación)
Cada tipo de plano es exportando en
diferentes capas, para facilitar el
manejo posterior de los elementos de
impresión.
5 CONCLUSIONES
El DIRED-CAD 2012 incorpora en un solo
entorno de diseño las herramientas
necesarias para analizar las redes de baja
tension y las redes de Media tensión,
pudiendo ser utilizado tanto en la fase de
diseño de proyectos nuevos como para los
proyectos de remodelacion de redes
existentes.
La versatilidad de esta aplicacion, permitirá
a los usuarios que desarrollan de proyectos
de esta naturaleza optimizar
significativamente los tiempos, reducir los
margenes de error de los calculos y en
suma mejorar ampliamente la calidad y
resultados de los diseños de Ingeniería.
De esta manera el DIRED-CAD se
convierte en nuna herrameinta tecnológica
fundamental para el desarrollo de
proyectos de Distribucion Electrica (Baja
tension, Media Tension), lo que significa un
aporte muy importante a la Ingenieria
principalmente en el sector
Electromecánico.
6 BIBLIOGRAFIA Cálculo de Lineas y Redes Eléctricas :
Ramon M. Mujal.
Proyectos de Electrificación : Ing.
Miguel Angel Sarzo
Código Nacional Eléctrico Suministro
2001 : DGE/MEM – Peru
Norma DGE - 018 : DGE/MEM – Peru
Overhead Conductor Manual 2nd
Edition : Southwire Company
Lima, Junio del 2011
Ing. Walter Sanchez Moyna
CIP: 57852
Email: [email protected]
Telf: 221-7957
8
ANEXOS:
Fig, 02: Vista general del entorno de diseño del DIRED-CAD
Fig, 03: Entorno de diseño, se epude apreciar los % de caida de tensión en colas y una
ventana de edición del tipo de carga.
9
Fig. 04: Ventana de presentación del reporte de perfiles de caída de tensión por nodos.
Fig. 05: Ventana de presentación del reporte de planilla de estructuras.