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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ
INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES
UNIDAD I
PLANEACIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS INDUSTRIALES
DR. MIGUEL ANGEL QUIROZ GARCIA
MAESTRO TITULAR DE LA MATERIA
1.1 Clasificación de tensiones industriales: de servicio, de
distribución y de utilización en motores y cargas industriales
generales.
Tensiones industriales
La Red de Distribución de la Energía Eléctrica o Sistema
de Distribución de Energía Eléctricas es la parte
del sistema de suministro eléctrico cuya función es el
suministro de energía desde la subestación de distribución
hasta los usuarios finales (medidor del cliente). Se lleva a
cabo por los Operadores del Sistema de Distribución.
Los elementos que conforman la red o sistema de
distribución son los siguientes:
Subestación de Distribución: conjunto de elementos
(transformadores, interruptores, seccionadores, etc.) cuya
función es reducir los niveles de alta tensión de las líneas de
transmisión (o sub-transmisión) hasta niveles de media
tensión para su ramificación en múltiples salidas.
Circuito primario.
La segunda etapa la constituye la red de distribución
propiamente dicha, con tensiones de funcionamiento de 3
a 30 Kv. y con una característica muy radial. Esta red cubre
la superficie de los grandes centros de consumo
(población, gran industria, etc.), uniendo las estaciones
transformadoras de distribución con los centros de
transformación, que son la última etapa del suministro en
media tensión, ya que las tensiones a la salida de estos
centros es de baja tensión (125/220 ó 220/380 V ).
La líneas que forman la red de distribución se operan de
forma radial, sin que formen mallas, al contrario que las
redes de transporte y de reparto. Cuando existe una
avería, un dispositivo de protección situado al principio de
cada red lo detecta y abre el interruptor que alimenta esta
red.
La localización de averías se hace por el método de
"prueba y error", dividiendo la red que tiene la avería en
dos mitades y energizando una de ellas; a medida que se
acota la zona con avería, se devuelve el suministro al resto
de la red. Esto ocasiona que en el transcurso de
localización se pueden producir varias interrupciones a un
mismo usuario de la red
Motores de inducción de jaula de ardilla clase A
El motor clase A es un motor de jaula de ardilla normal o
estándar fabricado para uso a velocidad constante. Tiene
grandes áreas de ranuras para una muy buena disipación
de calor, y barras con ranuras ondas en el motor
Durante el periodo de arranque, la densidad de corriente es
alta cerca de la superficie del rotor;
durante el periodo de la marcha,
la densidad se distribuye
con uniformidad.
Motores de inducción de jaula de ardilla clase B
A los motores de clase B a veces se les llama motores de
propósito general; es muy parecido al de la clase A debido
al comportamiento de su deslizamiento-par. Las ranuras de
su motor están embebidas algo más profundamente que el
los motores de clase A y esta mayor profundidad tiende a
aumentar la reactancia de arranque y la marcha del rotor
Este aumento reduce un poco el par y la corriente de
arranque. Las corrientes de arranque varían entre 4 y 5
veces la corriente nominal en los tamaños mayores de 5
HP se sigue usando arranque a voltaje reducido
Motores de inducción de jaula de ardilla clase C
Estos motores tienen un rotor de doble jaula de ardilla, el
cual desarrolla un alto par de arranque y una menor
corriente de arranque. Debido a su alto par de arranque,
acelera rápidamente, sin embargo cuando se emplea en
grandes cargas, se limita la disipación térmica del motor
por que la mayor parte de la corriente se concentra en el
devanado superior. En condiciones de arranque frecuente,
el rotor tiene tendencia a sobre calentarse se adecua mejor
a grandes cargas repentinas pero de tipo de baja inercia.
Las aplicaciones de los motores de clase C se limitan a
condiciones en las que es difícil el arranque como en
bombas y compresores de pistón
Motores de inducción de jaula de ardilla clase D
Los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla
clase D se conocen también como de alto par y alta
resistencia. Las barras del rotor se fabrican en aleación de
alta resistencia y se colocan en ranuras cercanas a la
superficie o están embebidas en ranuras de pequeño
diámetro. La relación de resistencia a reactancia del rotor
de arranque es mayor que en lo motores de las clases
anteriores. El motor está diseñado para servicio pesado de
arranque, encuentra su mayor aplicación con cargas como
cizallas o troqueles, que necesitan el alto par con
aplicación a carga repentina la regulación de velocidad en
esta clase de motores es la peor.
Motores de inducción de jaula de ardilla de clase
F
También conocidos como motores de doble jaula y
bajo par. Están diseñados principalmente como
motores de baja corriente, porque necesita la
menor corriente de arranque de todas las clases.
Tiene una alta resistencia del rotor tanto en su
devanado de arranque como en el de marcha y
tiende a aumentar la impedancia de arranque y de
marcha, y a reducir la corriente de marcha y de
arranque.
El rotor de clase F se diseño para remplazar al motor de
clase B. El motor de clase F produce pares de arranque
aproximadamente 1.25 veces el par nominal y bajas
corrientes de arranque de 2 a 4 veces la nominal. Los
motores de esta clase se fabrican de la capacidad de 25 hp
para servicio directo de la línea. Debido a la resistencia del
rotor relativamente alta de arranque y de marcha, estos
motores tienen menos regulación de voltaje de los de clase
B, bajan capacidad de sobrecarga y en general de
baja eficiencia de funcionamiento.
Clasificación de cargas
Los tipos de cargas eléctricas caen dentro de cuatro
categorías: resistivas, capacitivas, inductivas o una
combinación de las anteriores. Algunas cargas son
puramente resistivas, capacitivas o inductivas. La
naturaleza imperfecta de cómo son construidos los
dispositivos eléctricos o electrónicos causa inductancia,
capacitancia y resistencia para ser una parte inherente de
muchos dispositivos.
Cargas resistivas
Un resistor es un mecanismo que resiste el flujo de la
electricidad. Al hacerlo, parte de la energía eléctrica es
disipada como calor. Dos cargas comunes resistivas son
los bulbos de luz incandescente y los calentadores
eléctricos
La resistencia (R) es medida en ohms.
Un bulbo de luz incandescente produce luz,
al pasar corriente eléctrica a través de
un filamento en un vacío.
 La resistencia del filamento causa que se
caliente y la energía eléctrica es convertida en
energía luminosa.
Los calentadores eléctricos trabajan de la misma manera,
excepto que ellos producen una poca, si acaso, de luz.
La corriente eléctrica y el voltaje en una carga resistiva se
dicen estar "en fase" uno con otro. Como el voltaje se
eleva o cae, la corriente también se eleva y cae con éste.
Cargas capacitoras
Un capacitor almacena energía eléctrica. Las dos
superficies conductivas están separadas por un aislante no
conductivo. Cuando una corriente eléctrica es aplicada a
un capacitor, los electrones de la corriente se acumulan en
la placa adjuntada a la terminal a la cual es aplicada la
corriente eléctrica.
Cuando la corriente es retirada, los
electrones fluirán de regreso a
través del circuito para alcanzar la
otra terminal del capacitor.
Los capacitores son utilizados en motores eléctricos, radio
circuitos, fuentes de poder y muchos otros circuitos. La
capacidad de un capacitor para almacenar energía
eléctrica es llamada capacitancia (C). La unidad principal
de medida es el faradio, pero la mayoría de los capacitores
están medidos en microfaradios.
Cargas inductivas
Un inductor puede ser cualquier material conductor. Cuando
un cambio de corriente pasa a través de un inductor, éste
induce un campo magnético alrededor de este mismo.
Girando el inductor en una bobina incrementa el campo
magnético. Un principio similar ocurre cuando un conductor
es colocado en un campo magnético cambiante.
El campo magnético induce
una corriente eléctrica en el
conductor.
Ejemplos de cargas inductivas:
incluyen transformadores, motores eléctricos y bobinas.
1.2 Cargas industriales: clasificación y capacidades de
motores y cargas térmicas en alta, media y baja tensión.
Se tiene la impresión de que cuando se habla de
motores eléctricos, se esta haciendo referencia a grandes
motores empleados principalmente en la industria,
entonces, de acuerdo al
conocimiento que se tiene de
ellos por el tipo de corriente
con la que operan,
se piensa que la mayoría
consume corriente alterna.
Si se consideran múltiples aplicaciones que tienen los motores
eléctricos, tanto en el hogar, como en la oficina y en distintas
aéreas de la industria, se encontrará que:
Los motores de corriente directa se
utilizan, con pequeñas potencias,
en gran variedad de casos, en el hogar,
equipos de oficina y cómputo
Esto hace que el concepto de grandes motores, este
cambiando debido al continuo crecimiento en la producción
de pequeños motores.
En general, se puede establecer que en nuestra vida diaria
usamos motores eléctricos grandes y pequeños; en
particular, motores pequeños, los cuales se deben fabricar
en gran cantidad.
Los motores están constituidos por dos partes
principales:
El estator (parte estacionaria).
El rotor (parte rotatoria).
El diseño y fabricación
de estas componentes depende de la clasificación y esta
relacionado con las características del motor. Los motores
eléctricos operan bajo el principio de que un conductor
colocado dentro de un campo magnético experimenta una
fuerza cuando una corriente circula por el mismo
La instalación eléctrica de motores
Las instalaciones industriales son básicamente de dos tipos:
Instalación eléctrica para alumbrado.
Instalación eléctrica para fuerza.
Métodos de arranque de motores de corriente alterna
En las distintas aplicaciones industriales que se tienen para
los motores de corriente alterna, pueden aparecer motores
trifásicos (del tipo jaula de ardilla o rotor devanado) o bien
motores monofásicos dependiendo de esto varía el método
de arranque, también existen variantes para cada tipo de
alimentación monofásica o trifásica, dependiendo de la
potencia del motor por alimentar y de la función específica
a desarrollar
motores eléctricos en las instalaciones industriales
A continuación tenemos diferentes tipos de motores:
Motores universales que,
como su nombre lo indica,
pueden trabajar tanto en
circuitos alternos como en
corriente continua, teniéndolos
en máquinas como taladros, esmeriles, pulidores, esmeriles
portátiles y maquinas diversas en que se requieren altas
velocidades.
Motores asincrónicos, que son
todos los motores de corriente
alterna de diferentes velocidades.
Motores de anillos rozantes.
Motores de velocidades variables.
Motores a prueba de goteo.
Motores blindados.
Motores a prueba de explosión
Motores monofásicos de inducción con o sin capacitor.
Motores monofásicos de inducción-repulsión.
Motores monofásicos de conmutador para maquinas
especiales.
Respecto al uso de los motores universales, deberán
escogerse con voltajes que no excedan de 125 volts y para
seguridad de los operarios, aconsejarles siempre que
procuren verificar sus trabajos en lugares secos para evitar
que, al surgir un defecto en el motor, reciban un choque
eléctrico de consecuencias.
1.3 comportamiento de las cargas. conceptos de demanda,
perfiles y factores de demanda, de diversidad y de carga. c
Definición
La demanda eléctrica es una medida de la tasa promedio
del consumo eléctrico de sus instalaciones en intervalos de
15 minutos.
En general, mientras más aparatos eléctricos se
encuentren funcionando al mismo tiempo, mayor es la
demanda.
En la mayoría de los casos, los cargos por demanda se
incluyen como un componente de la factura de servicio
eléctrico para empresas y para clientes comerciales e
industriales.
La Relevancia de la Demanda
Su empresa proveedora de servicios de transmisión y
distribución (TDSP) debe preparar su equipo para tener la
capacidad de suministrar la cantidad de electricidad
máxima que se espera que provea.
Se coordina el tamaño de las líneas eléctricas, de los
transformadores, de las subestaciones y de otros equipos
para proporcionar la electricidad que usted necesite en un
momento determinado, independientemente de que usted
necesite esa cantidad durante un periodo único de 15
minutos o durante períodos más extensos de varios
meses.
La demanda determina la inversión que la empresa
proveedora de servicios de transmisión y distribución debe
realizar para suministrar electricidad a diferentes
instalaciones de manera efectiva. Tal inversión se recupera
asignando cargos por demanda de acuerdo al consumo de
cada cliente.
La diferencia entre demanda y consumo
Demanda hace referencia a la cantidad de energía
que se necesita en un momento determinado y se
mide en kilovatios (Kw).
Consumo es la cantidad de energía que se utiliza
durante un período de tiempo determinado y se
mide en kilovatio-hora (KWh).
cargos por demanda
La demanda de una empresa puede ser mucho mayor que
la demanda de otra y se necesitan líneas eléctricas más
extensas, transformadores más grandes, etc. para
suministrar la energía que se necesita. Para recuperar el
costo de este equipo de mayores dimensiones, las
empresas proveedoras de servicios de transmisión y
distribución evalúan los cargos por demanda individuales
para cada empresa proveedora de servicio eléctrico (REP).
En la mayoría de los casos, las empresas proveedoras de
servicio eléctrico transfieren estos cargos a los clientes
particulares.
medición de la demanda
La demanda varía de acuerdo al cliente y al mes. Para
registrar la demanda, un medidor especial controla el flujo
de la electricidad que se suministra a las instalaciones
particulares durante un periodo de tiempo determinado,
generalmente en intervalos de 15 minutos.
En el transcurso de un mes, el intervalo de 15 minutos con
la mayor demanda se registra y se vuelca a la factura
mensual.
1.4 Tarifas de suministro para servicios industriales.
clasificación, características y aplicaciones.
Tarifas generales: baja tensión
TARIFA 2
Esta tarifa se aplicará a todos los servicios que destinen la
energía en baja tensión a cualquier uso, con demanda hasta de
25 kilowatts, excepto a los servicios para los cuales se fija
específicamente su tarifa.
TARIFA 3
Esta tarifa se aplicará a todos los servicios que destinen la
energía en baja tensión a cualquier uso, con demanda de más
de 25 kilowatts, excepto a los servicios para los cuales se fija
específicamente su tarifa
Tarifas generales: media tensión
TARIFA O-M
Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la
energía a cualquier uso, suministrados en media tensión,
con una demanda menor a 100 kW
Tarifa H-M
Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la
energía a cualquier uso, suministrados en media tensión,
con una demanda de 100 kilowatts o más.
TARIFA H-MC
Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la
energía a cualquier uso, suministrados en media tensión
en la región Baja California, con una demanda de 100
kilowatts o más, y que por las características de utilización
de su demanda soliciten inscribirse en este servicio, el cual
tendrá vigencia mínima de un año.
Tarifas generales: alta tensión
TARIFA HS (tarifa horaria para servicio general en alta
tensión, nivel sub-transmisión)
Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la
energía a cualquier uso, suministrados en alta tensión,
nivel sub transmisión, y que por las características de
utilización de su demanda soliciten inscribirse en este
servicio, el cual tendrá vigencia mínima de un año.
TARIFA HS-L (tarifa horaria para servicio general en alta
tensión, nivel sub transmisión, para larga utilización)
Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la
energía a cualquier uso, suministrados en alta tensión,
nivel sub transmisión, y que por las características de
utilización de su demanda soliciten inscribirse en este
servicio, el cual tendrá vigencia mínima de un año.
TARIFA HT (tarifa horaria para servicio general en alta
tensión, nivel transmisión)
Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la energía
a cualquier uso, suministrados en alta tensión, nivel
transmisión, y que por las características de utilización de su
demanda soliciten inscribirse en este servicio, el cual Tendrá
vigencia mínima de un año.
TARIFA HT-L (tarifa horaria para servicio general en alta
tensión, nivel transmisión para larga utilización)
Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la energía
a cualquier uso, suministrados en alta tensión, nivel
transmisión, y que por las características de utilización de su
demanda soliciten inscribirse en este servicio, el cual tendrá
vigencia mínima de un año.
servicio de respaldo
TARIFA HM-R (tarifa horaria para servicio de respaldo
para falla y mantenimiento en media tensión)
Esta tarifa se aplicará para el servicio de respaldo para
falla y mantenimiento a productores externos, suministrado
en media tensión, con una demanda de 500 kilowatts o
más, y que por las características de utilización de su
demanda soliciten inscribirse en este servicio.
TARIFA HM-RF (tarifa horaria para servicio de respaldo
para falla en media tensión)
Esta tarifa se aplicará para el servicio de respaldo
para falla a productores externos, suministrado en
media tensión, con una demanda de 500 kilowatts o
más, y que por las características de utilización de su
demanda soliciten inscribirse en este servicio.
TARIFA HM-RF (tarifa horaria para servicio de respaldo
para falla en media tensión)
Esta tarifa se aplicará para el servicio de respaldo para
falla a productores externos, suministrado en media
tensión, con una demanda de 500 kilowatts o más, y que
por las características de utilización de su demanda
soliciten inscribirse en este servicio.
TARIFA HS-R (tarifa horaria para servicio de respaldo
para falla y mantenimiento en alta tensión, nivel sub
transmisión)
Esta tarifa se aplicará para el servicio de respaldo para
falla y mantenimiento a productores externos, suministrado
en alta tensión, nivel sub transmisión, y que por las
características de utilización de su demanda soliciten
inscribirse en este servicio.
TARIFA HS-RF (tarifa horaria para servicio de respaldo
para falla en alta tensión, nivel sub transmisión)
Esta tarifa se aplicará para el servicio de respaldo para
falla a productores externos, suministrado en alta tensión,
nivel sub transmisión, y que por las características de
utilización de su demanda soliciten inscribirse en este
servicio.
TARIFA HS-RM (tarifa horaria para servicio de respaldo
para mantenimiento programado en alta tensión, nivel
sub transmisión).
Esta tarifa se aplicará para el servicio de respaldo para
mantenimiento programado, dentro del periodo establecido
en este Acuerdo, a productores externos, suministrado en
alta tensión, nivel sub transmisión, y que por las
características de utilización de su demanda soliciten
inscribirse en este servicio.
Servicio interrumpible
TARIFA I-15
Esta tarifa será aplicable a los usuarios de las tarifas H-S,
H-T, H-SL y H-TL que soliciten inscribirse adicionalmente
en este servicio y que tengan una demanda máxima
medida en período de punta, semi-punta, intermedio o
base, mayor o igual a 10,000 (diez mil) kilowatts durante
los tres meses previos a la solicitud de inscripción. La
inscripción a este servicio tendrá vigencia mínima de un
año.
TARIFA I-30
Esta tarifa será aplicable a los usuarios de las tarifas
H-S, H-T, H-SL y H-TL que soliciten inscribirse
adicionalmente en este servicio y que tengan una
demanda máxima medida en período de punta,
semipunta, intermedio o base, mayor o igual a
20,000 (veinte mil) kilowatts durante los tres meses
previos a la solicitud de inscripción. La inscripción a
este servicio tendrá vigencia mínima de un año.
1.5 Sistemas de medición para servicio industrial.
características y arreglos de instalación de transformadores de
corriente y potencial en media y baja tensión
Introducción
La medición de datos es utilizada, por ejemplo, para tomar la
decisión a ajustar o no un proceso de manufactura. La
medición de datos, o alguna estadística derivada de ellos, se
compara con los límites de control estadísticos del proceso, y
si la comparación indica que el proceso está fuera de control,
entonces se realiza algún tipo de ajuste
Transformador de corriente
Los transformadores de corriente se utilizan para tomar
muestras de corriente de la línea y reducirla a un nivel
seguro y medible, para las gamas normalizadas de
instrumentos, aparatos de medida, u otros dispositivos
de medida y control. Ciertos tipos de transformadores
de corriente protegen a los instrumentos al ocurrir
cortocircuitos.
Los valores de los transformadores de corriente son:
Carga nominal:
2.5 a 200 VA, dependiendo su función.
Corriente nominal:
5 y 1A en su lado secundario. Se definen como
relaciones de corriente primaria a corriente
secundaria. Unas relaciones típicas de un
transformador de corriente podrían ser: 600/5,
800/5, 1000/5.
Transformador de distribución
Se denomina transformadores de distribución, generalmente
los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500
kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto
monofásicos como trifásicos. Aunque la mayoría de tales
unidades están proyectadas para montaje sobre postes,
algunos de los tamaños de potencia superiores, por
encima de las clases de 18 kV, se construyen para montaje
en estaciones o en plataformas.
Las aplicaciones típicas son:
para alimentar a granjas,
residencias, edificios o almacenes
públicos, talleres y centros comerciales.
Descripción:
Se utilizan en intemperie o interior para distribución de
energía eléctrica en media tensión. Son de aplicación
en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones
petroleras, grandes centros comerciales y toda
actividad que requiera la utilización intensiva de
energía eléctrica.
1.6 Redes de distribución industriales de media y baja
tensión. radiales, primarios y secundarios selectivos,
primarios con alimentador único, con alimentadores
múltiples y anillos primarios.
Es un escalón del sistema de suministro eléctrico que es
responsabilidad de las compañías distribuidoras de
electricidad. La distribución de la energía eléctrica desde
las subestaciones de transformación de la red de
transporte se realiza en dos etapas
La primera está constituida por la red de reparto que,
partiendo de las subestaciones de transformación, reparte
la energía, normalmente mediante anillos que rodean los
grandes centros de consumo, hasta llegar a las estaciones
transformadoras de distribución. Las tensiones utilizadas
están comprendidas entre 25 y 132 kV.
Intercaladas en estos anillos están las estaciones
transformadoras de distribución, encargadas de reducir la
tensión desde el nivel de reparto al de distribución en
media tensión.
La segunda etapa la constituye la red de distribución
propiamente dicha, con tensiones de funcionamiento de 3
a 30 kV y con una característica muy mallada. Esta red
cubre la superficie de los grandes centros de consumo
(población, gran industria, etc.) uniendo las estaciones
transformadoras de distribución con los centros de
transformación, que son la última etapa del suministro en
media tensión, ya que las tensiones a la salida de estos
centros es de baja tensión (125/220 ó 220/380 V).
1.7 Alimentadores primarios aéreos y de cable de energía.
criterios de selección de canalizaciones, ruteos y calculo
de conductores.
calculo de conductores
Es fundamental la elección del conductor eléctrico
adecuado, que depende:
• Tipo de conductor según condiciones ambientales.
• Sección adecuada según intensidad a transportar
Para las distintas condiciones de servicio y clases de
instalación, existe variedad en cuando a tipo de
conductores a utilizar e intensidad máxima a transportar
para una sección determinada.
Un cálculo aproximado de la sección de los conductores,
caídas de tensión y pérdidas de potencia se efectúa
utilizando las siguientes relaciones:
1.8 Centros de fuerza, concepto general, características,
capacidades, tamaño económico y criterios de selección
Concepto general
Un centro de carga es un tablero metálico que contiene
una cantidad determinada de interruptores
termomagnéticos , generalmente empleados para la
protección y desconexión de pequeñas cargas eléctricas y
alumbrado. En el caso de que en el tablero se concentre
exclusivamente interruptores para alumbrado, se conoce
como "tablero de alumbrado"; si concentra otros tipos de
cargas, se conoce como "tablero de fuerza"; en caso de
que contenga interruptores tanto para fuerza como
alumbrado se conocerá como "tablero de fuerza y
alumbrado" o "tablero mixto".
Los centros de carga pueden ser monofásicos o trifásicos ,
razón por la cual pueden soportar interruptores
termomagnéticos mono polares, bipolares o tri-polares. De
acuerdo con el número de circuitos, pueden contener 1, 2,
4, 6, 8, 12, 20, 30, 40, 42 y hasta 80 unidades.
Características
Corriente nominal de 100 a 225 Amperes
Voltaje hasta 250 Volts
Para montaje en pared, tipo empotrar o sobreponer
Acometida a zapatas o a interruptor principal
Utiliza interruptores enchufables de 1, 2 o 3 polos (10-70 A)
Para sistemas trifásicos a 4 hilos
Barra de neutro incluida.
Gabinete Nema 1, de 20 pulgadas de ancho
Capacidades
La capacidad de los interruptores de los centros de
carga va de 10 a 200 amperes en las siguientes
capacidades: 10 , 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70,
80, 90, 100, 110, 125, 150,175 y 200 amperes. Los
centros de carga pueden tener desde 1 hasta 42
interruptores sencillos (1 polo (también los hay de 2 y
de 3polos)).
.
criterios de selección
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  • 1. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES UNIDAD I PLANEACIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS INDUSTRIALES DR. MIGUEL ANGEL QUIROZ GARCIA MAESTRO TITULAR DE LA MATERIA
  • 2. 1.1 Clasificación de tensiones industriales: de servicio, de distribución y de utilización en motores y cargas industriales generales. Tensiones industriales La Red de Distribución de la Energía Eléctrica o Sistema de Distribución de Energía Eléctricas es la parte del sistema de suministro eléctrico cuya función es el suministro de energía desde la subestación de distribución hasta los usuarios finales (medidor del cliente). Se lleva a cabo por los Operadores del Sistema de Distribución.
  • 3.
  • 4. Los elementos que conforman la red o sistema de distribución son los siguientes: Subestación de Distribución: conjunto de elementos (transformadores, interruptores, seccionadores, etc.) cuya función es reducir los niveles de alta tensión de las líneas de transmisión (o sub-transmisión) hasta niveles de media tensión para su ramificación en múltiples salidas.
  • 5.
  • 6. Circuito primario. La segunda etapa la constituye la red de distribución propiamente dicha, con tensiones de funcionamiento de 3 a 30 Kv. y con una característica muy radial. Esta red cubre la superficie de los grandes centros de consumo (población, gran industria, etc.), uniendo las estaciones transformadoras de distribución con los centros de transformación, que son la última etapa del suministro en media tensión, ya que las tensiones a la salida de estos centros es de baja tensión (125/220 ó 220/380 V ).
  • 7. La líneas que forman la red de distribución se operan de forma radial, sin que formen mallas, al contrario que las redes de transporte y de reparto. Cuando existe una avería, un dispositivo de protección situado al principio de cada red lo detecta y abre el interruptor que alimenta esta red.
  • 8. La localización de averías se hace por el método de "prueba y error", dividiendo la red que tiene la avería en dos mitades y energizando una de ellas; a medida que se acota la zona con avería, se devuelve el suministro al resto de la red. Esto ocasiona que en el transcurso de localización se pueden producir varias interrupciones a un mismo usuario de la red
  • 9. Motores de inducción de jaula de ardilla clase A El motor clase A es un motor de jaula de ardilla normal o estándar fabricado para uso a velocidad constante. Tiene grandes áreas de ranuras para una muy buena disipación de calor, y barras con ranuras ondas en el motor Durante el periodo de arranque, la densidad de corriente es alta cerca de la superficie del rotor; durante el periodo de la marcha, la densidad se distribuye con uniformidad.
  • 10. Motores de inducción de jaula de ardilla clase B A los motores de clase B a veces se les llama motores de propósito general; es muy parecido al de la clase A debido al comportamiento de su deslizamiento-par. Las ranuras de su motor están embebidas algo más profundamente que el los motores de clase A y esta mayor profundidad tiende a aumentar la reactancia de arranque y la marcha del rotor Este aumento reduce un poco el par y la corriente de arranque. Las corrientes de arranque varían entre 4 y 5 veces la corriente nominal en los tamaños mayores de 5 HP se sigue usando arranque a voltaje reducido
  • 11. Motores de inducción de jaula de ardilla clase C Estos motores tienen un rotor de doble jaula de ardilla, el cual desarrolla un alto par de arranque y una menor corriente de arranque. Debido a su alto par de arranque, acelera rápidamente, sin embargo cuando se emplea en grandes cargas, se limita la disipación térmica del motor por que la mayor parte de la corriente se concentra en el devanado superior. En condiciones de arranque frecuente, el rotor tiene tendencia a sobre calentarse se adecua mejor a grandes cargas repentinas pero de tipo de baja inercia. Las aplicaciones de los motores de clase C se limitan a condiciones en las que es difícil el arranque como en bombas y compresores de pistón
  • 12. Motores de inducción de jaula de ardilla clase D Los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla clase D se conocen también como de alto par y alta resistencia. Las barras del rotor se fabrican en aleación de alta resistencia y se colocan en ranuras cercanas a la superficie o están embebidas en ranuras de pequeño diámetro. La relación de resistencia a reactancia del rotor de arranque es mayor que en lo motores de las clases anteriores. El motor está diseñado para servicio pesado de arranque, encuentra su mayor aplicación con cargas como cizallas o troqueles, que necesitan el alto par con aplicación a carga repentina la regulación de velocidad en esta clase de motores es la peor.
  • 13. Motores de inducción de jaula de ardilla de clase F También conocidos como motores de doble jaula y bajo par. Están diseñados principalmente como motores de baja corriente, porque necesita la menor corriente de arranque de todas las clases. Tiene una alta resistencia del rotor tanto en su devanado de arranque como en el de marcha y tiende a aumentar la impedancia de arranque y de marcha, y a reducir la corriente de marcha y de arranque.
  • 14. El rotor de clase F se diseño para remplazar al motor de clase B. El motor de clase F produce pares de arranque aproximadamente 1.25 veces el par nominal y bajas corrientes de arranque de 2 a 4 veces la nominal. Los motores de esta clase se fabrican de la capacidad de 25 hp para servicio directo de la línea. Debido a la resistencia del rotor relativamente alta de arranque y de marcha, estos motores tienen menos regulación de voltaje de los de clase B, bajan capacidad de sobrecarga y en general de baja eficiencia de funcionamiento.
  • 15. Clasificación de cargas Los tipos de cargas eléctricas caen dentro de cuatro categorías: resistivas, capacitivas, inductivas o una combinación de las anteriores. Algunas cargas son puramente resistivas, capacitivas o inductivas. La naturaleza imperfecta de cómo son construidos los dispositivos eléctricos o electrónicos causa inductancia, capacitancia y resistencia para ser una parte inherente de muchos dispositivos.
  • 16. Cargas resistivas Un resistor es un mecanismo que resiste el flujo de la electricidad. Al hacerlo, parte de la energía eléctrica es disipada como calor. Dos cargas comunes resistivas son los bulbos de luz incandescente y los calentadores eléctricos La resistencia (R) es medida en ohms. Un bulbo de luz incandescente produce luz, al pasar corriente eléctrica a través de un filamento en un vacío.
  • 17.  La resistencia del filamento causa que se caliente y la energía eléctrica es convertida en energía luminosa. Los calentadores eléctricos trabajan de la misma manera, excepto que ellos producen una poca, si acaso, de luz. La corriente eléctrica y el voltaje en una carga resistiva se dicen estar "en fase" uno con otro. Como el voltaje se eleva o cae, la corriente también se eleva y cae con éste.
  • 18. Cargas capacitoras Un capacitor almacena energía eléctrica. Las dos superficies conductivas están separadas por un aislante no conductivo. Cuando una corriente eléctrica es aplicada a un capacitor, los electrones de la corriente se acumulan en la placa adjuntada a la terminal a la cual es aplicada la corriente eléctrica. Cuando la corriente es retirada, los electrones fluirán de regreso a través del circuito para alcanzar la otra terminal del capacitor.
  • 19. Los capacitores son utilizados en motores eléctricos, radio circuitos, fuentes de poder y muchos otros circuitos. La capacidad de un capacitor para almacenar energía eléctrica es llamada capacitancia (C). La unidad principal de medida es el faradio, pero la mayoría de los capacitores están medidos en microfaradios.
  • 20. Cargas inductivas Un inductor puede ser cualquier material conductor. Cuando un cambio de corriente pasa a través de un inductor, éste induce un campo magnético alrededor de este mismo. Girando el inductor en una bobina incrementa el campo magnético. Un principio similar ocurre cuando un conductor es colocado en un campo magnético cambiante. El campo magnético induce una corriente eléctrica en el conductor. Ejemplos de cargas inductivas: incluyen transformadores, motores eléctricos y bobinas.
  • 21. 1.2 Cargas industriales: clasificación y capacidades de motores y cargas térmicas en alta, media y baja tensión. Se tiene la impresión de que cuando se habla de motores eléctricos, se esta haciendo referencia a grandes motores empleados principalmente en la industria, entonces, de acuerdo al conocimiento que se tiene de ellos por el tipo de corriente con la que operan, se piensa que la mayoría consume corriente alterna.
  • 22. Si se consideran múltiples aplicaciones que tienen los motores eléctricos, tanto en el hogar, como en la oficina y en distintas aéreas de la industria, se encontrará que: Los motores de corriente directa se utilizan, con pequeñas potencias, en gran variedad de casos, en el hogar, equipos de oficina y cómputo
  • 23. Esto hace que el concepto de grandes motores, este cambiando debido al continuo crecimiento en la producción de pequeños motores. En general, se puede establecer que en nuestra vida diaria usamos motores eléctricos grandes y pequeños; en particular, motores pequeños, los cuales se deben fabricar en gran cantidad.
  • 24. Los motores están constituidos por dos partes principales: El estator (parte estacionaria). El rotor (parte rotatoria). El diseño y fabricación
  • 25. de estas componentes depende de la clasificación y esta relacionado con las características del motor. Los motores eléctricos operan bajo el principio de que un conductor colocado dentro de un campo magnético experimenta una fuerza cuando una corriente circula por el mismo
  • 26. La instalación eléctrica de motores Las instalaciones industriales son básicamente de dos tipos: Instalación eléctrica para alumbrado. Instalación eléctrica para fuerza.
  • 27. Métodos de arranque de motores de corriente alterna En las distintas aplicaciones industriales que se tienen para los motores de corriente alterna, pueden aparecer motores trifásicos (del tipo jaula de ardilla o rotor devanado) o bien motores monofásicos dependiendo de esto varía el método de arranque, también existen variantes para cada tipo de alimentación monofásica o trifásica, dependiendo de la potencia del motor por alimentar y de la función específica a desarrollar
  • 28. motores eléctricos en las instalaciones industriales A continuación tenemos diferentes tipos de motores: Motores universales que, como su nombre lo indica, pueden trabajar tanto en circuitos alternos como en corriente continua, teniéndolos en máquinas como taladros, esmeriles, pulidores, esmeriles portátiles y maquinas diversas en que se requieren altas velocidades.
  • 29. Motores asincrónicos, que son todos los motores de corriente alterna de diferentes velocidades. Motores de anillos rozantes. Motores de velocidades variables. Motores a prueba de goteo. Motores blindados. Motores a prueba de explosión
  • 30. Motores monofásicos de inducción con o sin capacitor. Motores monofásicos de inducción-repulsión. Motores monofásicos de conmutador para maquinas especiales.
  • 31. Respecto al uso de los motores universales, deberán escogerse con voltajes que no excedan de 125 volts y para seguridad de los operarios, aconsejarles siempre que procuren verificar sus trabajos en lugares secos para evitar que, al surgir un defecto en el motor, reciban un choque eléctrico de consecuencias.
  • 32. 1.3 comportamiento de las cargas. conceptos de demanda, perfiles y factores de demanda, de diversidad y de carga. c Definición La demanda eléctrica es una medida de la tasa promedio del consumo eléctrico de sus instalaciones en intervalos de 15 minutos. En general, mientras más aparatos eléctricos se encuentren funcionando al mismo tiempo, mayor es la demanda. En la mayoría de los casos, los cargos por demanda se incluyen como un componente de la factura de servicio eléctrico para empresas y para clientes comerciales e industriales.
  • 33. La Relevancia de la Demanda Su empresa proveedora de servicios de transmisión y distribución (TDSP) debe preparar su equipo para tener la capacidad de suministrar la cantidad de electricidad máxima que se espera que provea. Se coordina el tamaño de las líneas eléctricas, de los transformadores, de las subestaciones y de otros equipos para proporcionar la electricidad que usted necesite en un momento determinado, independientemente de que usted necesite esa cantidad durante un periodo único de 15 minutos o durante períodos más extensos de varios meses.
  • 34. La demanda determina la inversión que la empresa proveedora de servicios de transmisión y distribución debe realizar para suministrar electricidad a diferentes instalaciones de manera efectiva. Tal inversión se recupera asignando cargos por demanda de acuerdo al consumo de cada cliente.
  • 35. La diferencia entre demanda y consumo Demanda hace referencia a la cantidad de energía que se necesita en un momento determinado y se mide en kilovatios (Kw). Consumo es la cantidad de energía que se utiliza durante un período de tiempo determinado y se mide en kilovatio-hora (KWh).
  • 36. cargos por demanda La demanda de una empresa puede ser mucho mayor que la demanda de otra y se necesitan líneas eléctricas más extensas, transformadores más grandes, etc. para suministrar la energía que se necesita. Para recuperar el costo de este equipo de mayores dimensiones, las empresas proveedoras de servicios de transmisión y distribución evalúan los cargos por demanda individuales para cada empresa proveedora de servicio eléctrico (REP). En la mayoría de los casos, las empresas proveedoras de servicio eléctrico transfieren estos cargos a los clientes particulares.
  • 37. medición de la demanda La demanda varía de acuerdo al cliente y al mes. Para registrar la demanda, un medidor especial controla el flujo de la electricidad que se suministra a las instalaciones particulares durante un periodo de tiempo determinado, generalmente en intervalos de 15 minutos. En el transcurso de un mes, el intervalo de 15 minutos con la mayor demanda se registra y se vuelca a la factura mensual.
  • 38. 1.4 Tarifas de suministro para servicios industriales. clasificación, características y aplicaciones. Tarifas generales: baja tensión TARIFA 2 Esta tarifa se aplicará a todos los servicios que destinen la energía en baja tensión a cualquier uso, con demanda hasta de 25 kilowatts, excepto a los servicios para los cuales se fija específicamente su tarifa. TARIFA 3 Esta tarifa se aplicará a todos los servicios que destinen la energía en baja tensión a cualquier uso, con demanda de más de 25 kilowatts, excepto a los servicios para los cuales se fija específicamente su tarifa
  • 39. Tarifas generales: media tensión TARIFA O-M Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la energía a cualquier uso, suministrados en media tensión, con una demanda menor a 100 kW Tarifa H-M Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la energía a cualquier uso, suministrados en media tensión, con una demanda de 100 kilowatts o más. TARIFA H-MC Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la energía a cualquier uso, suministrados en media tensión en la región Baja California, con una demanda de 100 kilowatts o más, y que por las características de utilización de su demanda soliciten inscribirse en este servicio, el cual tendrá vigencia mínima de un año.
  • 40. Tarifas generales: alta tensión TARIFA HS (tarifa horaria para servicio general en alta tensión, nivel sub-transmisión) Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la energía a cualquier uso, suministrados en alta tensión, nivel sub transmisión, y que por las características de utilización de su demanda soliciten inscribirse en este servicio, el cual tendrá vigencia mínima de un año.
  • 41. TARIFA HS-L (tarifa horaria para servicio general en alta tensión, nivel sub transmisión, para larga utilización) Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la energía a cualquier uso, suministrados en alta tensión, nivel sub transmisión, y que por las características de utilización de su demanda soliciten inscribirse en este servicio, el cual tendrá vigencia mínima de un año.
  • 42. TARIFA HT (tarifa horaria para servicio general en alta tensión, nivel transmisión) Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la energía a cualquier uso, suministrados en alta tensión, nivel transmisión, y que por las características de utilización de su demanda soliciten inscribirse en este servicio, el cual Tendrá vigencia mínima de un año. TARIFA HT-L (tarifa horaria para servicio general en alta tensión, nivel transmisión para larga utilización) Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la energía a cualquier uso, suministrados en alta tensión, nivel transmisión, y que por las características de utilización de su demanda soliciten inscribirse en este servicio, el cual tendrá vigencia mínima de un año.
  • 43. servicio de respaldo TARIFA HM-R (tarifa horaria para servicio de respaldo para falla y mantenimiento en media tensión) Esta tarifa se aplicará para el servicio de respaldo para falla y mantenimiento a productores externos, suministrado en media tensión, con una demanda de 500 kilowatts o más, y que por las características de utilización de su demanda soliciten inscribirse en este servicio. TARIFA HM-RF (tarifa horaria para servicio de respaldo para falla en media tensión) Esta tarifa se aplicará para el servicio de respaldo para falla a productores externos, suministrado en media tensión, con una demanda de 500 kilowatts o más, y que por las características de utilización de su demanda soliciten inscribirse en este servicio.
  • 44. TARIFA HM-RF (tarifa horaria para servicio de respaldo para falla en media tensión) Esta tarifa se aplicará para el servicio de respaldo para falla a productores externos, suministrado en media tensión, con una demanda de 500 kilowatts o más, y que por las características de utilización de su demanda soliciten inscribirse en este servicio. TARIFA HS-R (tarifa horaria para servicio de respaldo para falla y mantenimiento en alta tensión, nivel sub transmisión) Esta tarifa se aplicará para el servicio de respaldo para falla y mantenimiento a productores externos, suministrado en alta tensión, nivel sub transmisión, y que por las características de utilización de su demanda soliciten inscribirse en este servicio.
  • 45. TARIFA HS-RF (tarifa horaria para servicio de respaldo para falla en alta tensión, nivel sub transmisión) Esta tarifa se aplicará para el servicio de respaldo para falla a productores externos, suministrado en alta tensión, nivel sub transmisión, y que por las características de utilización de su demanda soliciten inscribirse en este servicio. TARIFA HS-RM (tarifa horaria para servicio de respaldo para mantenimiento programado en alta tensión, nivel sub transmisión). Esta tarifa se aplicará para el servicio de respaldo para mantenimiento programado, dentro del periodo establecido en este Acuerdo, a productores externos, suministrado en alta tensión, nivel sub transmisión, y que por las características de utilización de su demanda soliciten inscribirse en este servicio.
  • 46. Servicio interrumpible TARIFA I-15 Esta tarifa será aplicable a los usuarios de las tarifas H-S, H-T, H-SL y H-TL que soliciten inscribirse adicionalmente en este servicio y que tengan una demanda máxima medida en período de punta, semi-punta, intermedio o base, mayor o igual a 10,000 (diez mil) kilowatts durante los tres meses previos a la solicitud de inscripción. La inscripción a este servicio tendrá vigencia mínima de un año.
  • 47. TARIFA I-30 Esta tarifa será aplicable a los usuarios de las tarifas H-S, H-T, H-SL y H-TL que soliciten inscribirse adicionalmente en este servicio y que tengan una demanda máxima medida en período de punta, semipunta, intermedio o base, mayor o igual a 20,000 (veinte mil) kilowatts durante los tres meses previos a la solicitud de inscripción. La inscripción a este servicio tendrá vigencia mínima de un año.
  • 48. 1.5 Sistemas de medición para servicio industrial. características y arreglos de instalación de transformadores de corriente y potencial en media y baja tensión Introducción La medición de datos es utilizada, por ejemplo, para tomar la decisión a ajustar o no un proceso de manufactura. La medición de datos, o alguna estadística derivada de ellos, se compara con los límites de control estadísticos del proceso, y si la comparación indica que el proceso está fuera de control, entonces se realiza algún tipo de ajuste
  • 49. Transformador de corriente Los transformadores de corriente se utilizan para tomar muestras de corriente de la línea y reducirla a un nivel seguro y medible, para las gamas normalizadas de instrumentos, aparatos de medida, u otros dispositivos de medida y control. Ciertos tipos de transformadores de corriente protegen a los instrumentos al ocurrir cortocircuitos. Los valores de los transformadores de corriente son: Carga nominal: 2.5 a 200 VA, dependiendo su función.
  • 50. Corriente nominal: 5 y 1A en su lado secundario. Se definen como relaciones de corriente primaria a corriente secundaria. Unas relaciones típicas de un transformador de corriente podrían ser: 600/5, 800/5, 1000/5.
  • 51. Transformador de distribución Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Las aplicaciones típicas son: para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales.
  • 52. Descripción: Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.
  • 53. 1.6 Redes de distribución industriales de media y baja tensión. radiales, primarios y secundarios selectivos, primarios con alimentador único, con alimentadores múltiples y anillos primarios. Es un escalón del sistema de suministro eléctrico que es responsabilidad de las compañías distribuidoras de electricidad. La distribución de la energía eléctrica desde las subestaciones de transformación de la red de transporte se realiza en dos etapas La primera está constituida por la red de reparto que, partiendo de las subestaciones de transformación, reparte la energía, normalmente mediante anillos que rodean los grandes centros de consumo, hasta llegar a las estaciones transformadoras de distribución. Las tensiones utilizadas están comprendidas entre 25 y 132 kV.
  • 54. Intercaladas en estos anillos están las estaciones transformadoras de distribución, encargadas de reducir la tensión desde el nivel de reparto al de distribución en media tensión. La segunda etapa la constituye la red de distribución propiamente dicha, con tensiones de funcionamiento de 3 a 30 kV y con una característica muy mallada. Esta red cubre la superficie de los grandes centros de consumo (población, gran industria, etc.) uniendo las estaciones transformadoras de distribución con los centros de transformación, que son la última etapa del suministro en media tensión, ya que las tensiones a la salida de estos centros es de baja tensión (125/220 ó 220/380 V).
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  • 56. 1.7 Alimentadores primarios aéreos y de cable de energía. criterios de selección de canalizaciones, ruteos y calculo de conductores. calculo de conductores Es fundamental la elección del conductor eléctrico adecuado, que depende: • Tipo de conductor según condiciones ambientales. • Sección adecuada según intensidad a transportar Para las distintas condiciones de servicio y clases de instalación, existe variedad en cuando a tipo de conductores a utilizar e intensidad máxima a transportar para una sección determinada. Un cálculo aproximado de la sección de los conductores, caídas de tensión y pérdidas de potencia se efectúa utilizando las siguientes relaciones:
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  • 59. 1.8 Centros de fuerza, concepto general, características, capacidades, tamaño económico y criterios de selección Concepto general Un centro de carga es un tablero metálico que contiene una cantidad determinada de interruptores termomagnéticos , generalmente empleados para la protección y desconexión de pequeñas cargas eléctricas y alumbrado. En el caso de que en el tablero se concentre exclusivamente interruptores para alumbrado, se conoce como "tablero de alumbrado"; si concentra otros tipos de cargas, se conoce como "tablero de fuerza"; en caso de que contenga interruptores tanto para fuerza como alumbrado se conocerá como "tablero de fuerza y alumbrado" o "tablero mixto".
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  • 61. Los centros de carga pueden ser monofásicos o trifásicos , razón por la cual pueden soportar interruptores termomagnéticos mono polares, bipolares o tri-polares. De acuerdo con el número de circuitos, pueden contener 1, 2, 4, 6, 8, 12, 20, 30, 40, 42 y hasta 80 unidades.
  • 62. Características Corriente nominal de 100 a 225 Amperes Voltaje hasta 250 Volts Para montaje en pared, tipo empotrar o sobreponer Acometida a zapatas o a interruptor principal Utiliza interruptores enchufables de 1, 2 o 3 polos (10-70 A) Para sistemas trifásicos a 4 hilos Barra de neutro incluida. Gabinete Nema 1, de 20 pulgadas de ancho
  • 63. Capacidades La capacidad de los interruptores de los centros de carga va de 10 a 200 amperes en las siguientes capacidades: 10 , 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 150,175 y 200 amperes. Los centros de carga pueden tener desde 1 hasta 42 interruptores sencillos (1 polo (también los hay de 2 y de 3polos)). .