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ADAPTABILIDAD

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Page 1: Guia Calidad 4-5-1 Adaptabilidad - Alimentacion Adaptable

Guía de Calidad de la Energía Eléctrica

AdaptabilidadFuente de Alimentación Adaptable

en un Moderno Edificio de Oficinas

Ad

aptabilid

ad

4.5.1

Page 2: Guia Calidad 4-5-1 Adaptabilidad - Alimentacion Adaptable

AdaptabilidadFuente de Alimentación Adaptable en un Moderno Edificio de Oficinas

Hans De Keulenaer, European Copper InstituteProf Angelo Baggini, Università di Bergamo

Junio 2003

Esta Guía ha sido publicada como parte de la Iniciativa Leonardo para la Calidad de laEnergía Eléctrica (LPQI), un programa europeo de formación y educación respaldado por

la Comisión Europea (dentro del Programa Leonardo da Vinci) y la International Copper Association. Paramás información sobre LPQI visite www.lpqi.org.

Centro Español de Información del Cobre (CEDIC)CEDIC es una asociación privada sin fines de lucro que integra la práctica totalidadde las empresas fundidoras-refinadoras y semitransformadoras de cobre y de sus

aleaciones en España. Su objetivo es promover el uso correcto y eficaz del cobre y sus aleaciones en los dis-tintos subsectores de aplicación, mediante la compilación, producción y difusión de información.

European Copper Institute (ECI)El European Copper Institute (ECI) es un proyecto conjunto formado por ICA(International Copper Association) y los miembros del IWCC (InternationalWrought Copper Council). Por medio de sus socios, ECI actúa en nombre de los

principales productores mundiales de cobre y fabricantes europeos promoviendo la utilización del cobreen Europa. Fundado en Enero de 1996, ECI está respaldado por una red de diez Centros de Promoción delCobre en Alemania, Benelux, Escandinavia, España, Francia, Grecia, Hungría, Italia, Polonia y Reino Unido.ECI continúa los esfuerzos inicialmente emprendidos por la Copper Products Development Association,fundada en 1959, e INCRA (International Copper Research Association) fundada en 1961.

Limitación de ResponsabilidadEl contenido de este proyecto no refleja necesariamente la posición de la Comunidad Europea, y tampocoimplica ninguna responsabilidad por parte de la Comunidad Europea.

El European Copper Institute, la Università di Bergamo, la Copper Development Association UK y el CentroEspañol de Información del Cobre (CEDIC) rechazan cualquier responsabilidad por cualquier daño direc-to, indirecto, consecuencial o incidental que pueda resultar del uso de la información, o de la incapacidadde usar la información o los datos contenidos en esta publicación.

Copyright© European Copper Institute, Università di Bergamo y Copper Development Association UK.

Su reproducción está autorizada siempre que el material sea íntegro y se reconozca la fuente.

La LPQI es promovida en España por los miembros nacionales asociados al programa:

ETSII-UPM Fluke Ibérica, S.L. MGE UPS SYSTEMSESPAÑA, S.A.

Pirelli Cables y Sistemas Roberts & Partners

Page 3: Guia Calidad 4-5-1 Adaptabilidad - Alimentacion Adaptable

Adaptabilidad

1

Fuente de Alimentación Adaptable en un Moderno Edificio deOficinas

IntroducciónEn esta aplicación se presenta el diseño de una solución que pueda garantizar una fuente de alimentaciónfiable y adaptable en un moderno edificio de oficinas dotado con muchos equipos electrónicos. Se descri-be el estudio del caso de un edificio de oficinas de 10 plantas en Milán, Italia (al que a partir de ahora, porrazones de discreción, se denominará “el edificio”). Este edificio, Oficina Central de una importante insti-tución financiera, está ocupado por 500 empleados, que utilizan con profusión equipos informáticos.

Tras una valoración del estado inicial de la instalación eléctrica del edificio, acompañada por los resultadosde una serie de mediciones para evaluar la calidad de la energía utilizada, se han presentado dos propues-tas de diseño, que garantizan un suministro de energía fiable y adaptable a distintas situaciones. Un análi-sis de costes completa este informe.

Descripción de la situacióninicial

Esquema de distribución

El edificio está conectado a una red de 23kV. La principal fuente de alimentaciónde media tensión está constituida por dostransformadores de 800 kVA, 23/0,4 kV, a50 Hz. En el lado de la instalación de bajatensión se utiliza el sistema TN-S.

La carga se subdivide en tres categorías:cargas normales, preferentes y privile-giadas, de acuerdo con las exigencias decontinuidad del suministro (más adelan-te esto se trata con más detalle). Existe unsegundo punto de acoplamiento común(PCC) para alimentar una pequeña partede la carga normal. Los dos PCC’s se ali-mentan desde el mismo punto de la red ypor ello no son independientes.

Para garantizar la continuidad de lafuente de alimentación, se instalan dosUPS’s (de 80 y 200 kVA) y un grupo mo-tor-generador (de 250 kVA), de acuerdocon el esquema de la Figura 1. Recuér-dese que en un esquema de este tipo esimperativo que el conductor neutro estéconectado a tierra solamente una vez,en el terminal de puesta a tierra principal, y no en cada transformador. En caso contrario, se pierden lasventajas de la configuración de cableado TN-S —mejores EMC y calidad de la energía.

1 Esquema en derivación: una bus-barra montante o línea de potencia recorre todos los pisos; en cada planta se establece

una conexión con el cuadro de BT de ese piso. Esquema radial: cada cuadro de BT de cada piso tiene una conexión espe-

cífica, con su conmutador correspondiente en el cuadro de distribución principal de BT en el sótano.

Figura 1 - Esquema de la distribución inicial

Generador

Motor

UPS

Fuente de suministro normal

Cargas normales

Fuente de suministro normal

Cargas normales

Cargas privilegiadas

Cargas privilegiadas

TR2800 kVA

TR1800 kVA

250kVA

400 V LV LV 400 V

200kVA 80kVA

MV 23kV LV 400V

Page 4: Guia Calidad 4-5-1 Adaptabilidad - Alimentacion Adaptable

La distribución primaria es un compro-miso entre esquemas radiales y de deri-vación1. La instalación ha ido creciendode forma aleatoria, sin una estructuraconsistente. Esto ha sido consecuenciadirecta de los muchos cambios en lasnecesidades de potencia, que se han ex-perimentado durante la vida útil del edi-ficio. Dos cuadros de distribución ali-mentan cada piso. Cada cuadro tienedos secciones (normal y privilegiada),correspondientes a las secciones nor-mal y privilegiada del cuadro de po-tencia principal de BT (Figura 2). Ladistribución final utiliza un único esque-ma radial.

Líneas

La distribución trifásica se efectúa con cables de cobre múlticonductores. Cuando las secciones de los con-ductores de fase eran superiores a 35 mm2, se han utilizado conductores neutros con la sección mitad de lade los conductores de fase.

Carga

La carga establecida para el edificio de oficinas esla típica y está constituida por:

� Ascensores (aprox. 80 kVA).

� Servicios (aprox. 100 kVA).

� Aire acondicionado (aprox. 600 kVA).

� Distribución horizontal para iluminacióny potencia en el espacio abierto de oficina(aprox. 35 kVA por planta).

Calidad de la energía

Para evaluar la calidad de la energía suministrada,se ha medido el contenido de armónicos de co-rriente en las líneas eléctricas principales que ali-mentan cada piso, y en los cuadros de distribu-ción para los servicios del edificio.

Las figuras 3 a 6 ofrecen ejemplos de formas deonda de corriente y tensión medidas y su conte-nido armónico. Deben destacarse los siguientespuntos:

Algunos conductores de fase, en particular los delos circuitos de iluminación, tienen más de un 75%de distorsión armónica total de corriente (armóni-cos 3º, 5º y 7º) —véase la Figura 6. Existe una im-portante distorsión de corriente en el 3er armónico,

Fuente de Alimentación Adaptable en un Moderno Edificio de Oficinas

Figura 2 - Diagrama de flujo de la distribución actual

Las líneas oscuras indican la distribución normalLas líneas claras indican la distribución privilegiada

Figura 3 – Forma de onda y contenido dearmónicos de la corriente de fase (fase L1) en el

cuadro de potencia de BT, en la línea quealimenta los ascensores 1 y 2

Cor

rient

e (A

)

100%

80%

60%

40%

20%

0%

27,5

%

50,4

%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

H

2

Page 5: Guia Calidad 4-5-1 Adaptabilidad - Alimentacion Adaptable

en los circuitos que alimentan los equipos infor-máticos y de iluminación —véanse las Figuras 4, 5(conductor neutro), y 6. En algunos conductoresneutros, las corrientes armónicas son más del do-ble de la corriente de fase.

Las dos UPSs presentan una distorsión de la co-rriente en los conductores de fase y neutros —véan-se las Figuras 4 y 5.

Los armónicos pares aparecen en más de una me-dición (aprox. el 30% en la Figura 5). Esto significaque la forma de onda de corriente no tiene la si-metría usual.

En algunos casos, la forma de onda produce másde dos ceros por ciclo de onda senoidal (Figura 5).

En el conductor de tierra se detectan corrientes permanentes bastante elevadas. Esto es un síntoma habi-tual de que la configuración TN-S no se ha preservado, es decir, que existen múltiples conexiones entre elconductor neutro y tierra. Debe asegurarse que sólo existe un punto de puesta a tierra principal, con unaconexión entre el neutro y la tierra y debe informarse al personal de mantenimiento de la instalación, de lanecesidad de evitar que se establezcan conexiones entre neutro y tierra en otros puntos de la distribuciónde BT.

El instrumento utilizado para hacer estas mediciones fue un analizador de la calidad de la energía Fluke 43monofásico, de 0 - 600 V, CT 600 A/1 mV/A.

Fuente de Alimentación Adaptable en un Moderno Edificio de Oficinas

3

Figura 4 – Forma de onda y contenido dearmónicos de la corriente de fase (fase L1) de la línea que alimenta la UPS de 80 kVA

(espacio de oficina abierto)

Figura 5 – Forma de onda y contenido de armónicosde la corriente del neutro de la línea que alimenta la

UPS de 80 kVA (espacio de oficina abierto)

Figura 6 – Contenido de armónicos de corriente de lafase L2 del cuadro de distribución de BT, en la línea que

alimenta el cuadro de distribución de la planta baja(principalmente circuitos de alumbrado)

100%

80%

60%

40%

20%

0%1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

66,3

%

42,0

%

19,9

%

H

100%

80%

60%

40%

20%

0%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12H

100%

80%

60%

40%

20%

0%1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

H

27,6

%

15,1

%24,4

%

13,9

%

Cor

rient

e (A

)

Cor

rient

e (A

)

Page 6: Guia Calidad 4-5-1 Adaptabilidad - Alimentacion Adaptable

Incidencias

Los ocupantes del edificio han experimentado un número elevado y creciente de incidentes y fallos, prin-cipalmente relacionados con el sobrecalentamiento de las líneas y disparos intempestivos en los dispositi-vos de protección.

Análisis – situación inicialLa instalación inicial carece de organización y racionalidad en su diseño. No es compatible con el diseñoadaptable que la compañía adoptó al principio (alimentar una distribución de baja tensión a través de va-rios transformadores, UPS y generador).

Algunos elementos no cumplen la normativa vigente. Incluso el pleno cumplimiento de las normas no ga-rantiza un rendimiento adecuado, desde el punto de vista de la calidad de la energía y EMC, para un edifi-cio con aspectos críticos en su función.

Esquema de distribución

El esquema de distribución no es ni sistemático ni racional, probablemente debido a las numerosas modi-ficaciones que ha sufrido desde la instalación original. Existen importantes limitaciones con relación a lacapacidad e independencia del suministro de reserva. Se presentan algunos cuellos de botella, p.ej., en elnivel de la barra de bus principal de BT (Figura 1). Los dos transformadores no son independientes.

Sobrecalentamiento de la línea

La elevada densidad de equipos informáticos, tales como PCs, servidores, etc., y la iluminación con balas-tos electrónicos produce altos niveles de corrientes armónicas en muchas líneas.

Estos fenómenos producen un calentamiento excesivo en el neutro (corrientes elevadas en un neutro infra-dimensionado —véanse las Secciones 3.1 y 3.5.1), así como disparos intempestivos de los dispositivos deprotección.

Coordinación entre los dispositivos de protección y las líneas

La capacidad de corriente de algunas líneas no está coordinada con sus dispositivos de protección contrasobreintensidades. El elevado número de líneas que discurren por la misma canalización hacen el proble-ma más crítico, ya que la temperatura ambiente es más elevada de lo normal.

El análisis de una línea averiada ha mostrado que la causa del fallo ha sido un calentamiento excesivo pro-longado, debido a la mayor temperatura de la canalización. Deben observarse los factores de correcciónpor agrupamiento indicados en los anexos informativos de las normas de cableado nacionales e interna-cionales.

Estado del neutro

En el caso de una alimentación múltiple de este tipo con configuración TN-S, es necesario llevar la co-rriente del neutro de vuelta hasta el terminal principal de puesta a tierra. Deben utilizarse procedimientosde conexión que eviten toda unión adicional entre el neutro y la tierra. Estas uniones crean rutas alternati-vas para las corrientes del neutro, eliminando así todas las ventajas de poseer un sistema TN-S.

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Fuente de Alimentación Adaptable en un Moderno Edificio de Oficinas

Page 7: Guia Calidad 4-5-1 Adaptabilidad - Alimentacion Adaptable

Diseño de la solución

Los ocupantes del edificio, que trabajan en el sector financiero, necesitan modernizar la instalación, ya queuna calidad de energía fiable se considera esencial para su función. Los problemas evidenciados por el aná-lisis de la situación inicial y las mediciones PQ (calidad de la energía), sugieren considerar una actualiza-ción del sistema eléctrico a diferentes niveles:

� racionalización de la distribución de red, y

� renovación de la instalación eléctrica en cada planta.

Clasificación de cargas

Para optimizar la racionalización de la distribución principal, el primer paso es la clasificación de las car-gas. Todas las cargas se clasifican en 3 categorías:

� normales

� preferentes

� privilegiadas

Las cargas normales se usan para el trabajo diario, pero su falta no supone un riesgo de lesiones al perso-nal, daños en los equipos o interrupción de los procesos comerciales. Un sencillo circuito radial es sufi-ciente para el suministro, y pueden tolerarse tiempos de intervención relativamente largos (Tabla 1).

Fuente de Alimentación Adaptable en un Moderno Edificio de Oficinas

Tabla 2 - Descripción, criterios, y requisitos de diseño e intervención para cargas preferentes

Descripción de la carga normal Tipo de fuente de alimentación necesaria Tiempo estipulado para la intervención

Permite el funcionamiento regular deledificio, pero su carencia no supone unriesgo para el personal y los equipos:

Servicios generales, p.ej. aireacondicionado (pero no en la sala deservidores)

Iluminación normal

Calefacción

Tomas de corriente

Circuitos radiales normales

La reanudación del servicio puedeesperar un tiempo sin causar daños

Las cargas pueden desconectarse

Ninguno

Puede tolerarse la falta de serviciodurante periodos de tiemporelativamente largos

Descripción de la carga preferente Tipo de fuente de alimentación necesaria Tiempo estipulado para la intervención

Se requiere un funcionamiento regular dela carga para la comodidad y seguirdad delpersonal y clientes, así como paragarantizar un trabajo comercial sinproblemas. Por ejemplo:

La iluminación de escaleras, pasillos yalgunas salas

Condiciones minimas de iluminaciónpara evitar el pánico

Calefacción o aire acondicionado dealgunas salas

Ascensores.UPS

Reserva de alimentación primariaradial doble, garantizando laindependencia funcional y física delos conductores verticales.

Pueden emplearse dos conductoresverticales separados, accionados porun generador o alimentados por dospuntos de la red independientes

No es aceptable la desconexión dela carga

Según las normas, es aceptable untiempo de intervención de 20 spara el grupo generador parainterrupciones largas. Valoresnormales para un grupo Diesel:

Primer intento: en 5 segundos

Segundo intento en 10segundos

Tercer intento en 15 segundos

Tabla 1 - Descripción, criterios, y requisitos de diseño e intervención para cargas normales

5

Page 8: Guia Calidad 4-5-1 Adaptabilidad - Alimentacion Adaptable

Las cargas preferentes necesitan una fuente de ali-mentación redundante, por ejemplo la proporciona-da por un circuito radial doble, que se inicie desde losconductores verticales o en el nivel de conexiones in-termedias (Tabla 2).

Las cargas privilegiadas son las esenciales para la fun-ción que se realiza. La pérdida del servicio podría su-poner un grave riesgo para el personal o daños gravespara los procesos comerciales de la organización.Debe determinarse el nivel de independencia de cada carga. Como mínimo, estas cargas deben alimentar-se desde dos fuentes independientes con conmutación automática (Tabla 3).

Esquemas de distribución principal

Para evitar el actual cuello de botella en el bus-barra principal de BT, será necesario modificar la distribu-ción primaria a una distribución radial doble (Figura 7 izquierda).

Los valores nominales de los transformadores TR1 y TR2 deben garantizar que cada uno de ellos puede so-portar toda la carga. Considerando que, a causa de la naturaleza de las cargas, la forma de onda de la co-rriente de carga estará muy distorsionada, los transformadores deben dimensionarse para que tengan encuenta el contenido en armónicos. La potencia de régimen de los transformadores para hacer frente a lascorrientes armónicas se trata en la Sección 3.5.2 de esta Guía de Calidad de la Energía.

Para reducir las corrientes de cortocircuito, el sistema se hace funcionar normalmente con el disyuntorprincipal del bus-barra abierto, pero durante un corto tiempo es posible el funcionamiento en paralelo en-tre los dos transformadores principales.

Para alimentar los servicios térmicos y HVAC, el parque de transformadores debe modificarse según se mues-tra en la Figura 7, con la adición de un nuevo transformador de 800 kVA, TR3, además de los dos ya existentes.

Las cargas normales se alimentan desde un único punto de la red. El mismo cable vertical de potencia dela red, y la distribución radial también alimenta las cargas preferentes y las privilegiadas.

Dos grupos de generadores alimentan las cargas preferentes y las privilegiadas. Las cargas normales se des-conectan mediante disyuntores situados en el extremo de la bus-barra principal.

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Fuente de Alimentación Adaptable en un Moderno Edificio de Oficinas

Tipo de carga Porcentaje

Estándard 49%

Preferente 13%

Privilegiado 38%

Tabla 4 - Clasificación del tipo de cargas enporcentaje de la potencia requerida

Tabla 3 - Descripción, criterios, y requisitos de diseño e intervención para cargas privilegiadas

Descripción de la carga privilegiada Tipo de fuente de alimentación necesaria Tiempo estipulado para la intervención

Servicios esenciales:

Luces de emergencia

Servidores

Sistemas de telecomunicaciones

Localización de personas

Sistemas de alarma y seguridad

Sistemas de detección y extinción deincendios

Circuitos cerrados de TV

Ciertos servicios auxiliares

Segura

Doble circuito radial, conconductores verticalesindependientes.

Al menos un conductor verticaldebe garantizar una elevadafiabilidad de la red

Uso de UPS

Para ciertas cargas, puedeconsiderarse un UPS específico

Cargas con intervención en 15 s.

Cargas de interrupción corta, en0,15 segundos

Algunas cargas necesitanalimentación continua

Page 9: Guia Calidad 4-5-1 Adaptabilidad - Alimentacion Adaptable

Dos UPS's alimentan las cargas privile-giadas en el caso de un fallo de la fuentede alimentación normal y de reserva.

La alimentación primaria y la de reservapresentan un cableado que responde alsistema TN-S. Los UPS pueden cablearseen TN-S o IT (que significa aquí, aisladode tierra). Los sistemas aislados de tierrason excelentes para la continuidad delsuministro de energía, pero no puedengarantizar la protección del personal. Endonde se instale un sistema IT, deberánadoptarse unas medidas de seguridadadecuadas para garantizar que sólo elpersonal autorizado tiene acceso a loscircuitos IT.

El segundo PCC (punto de acoplamientocomún) de BT se ha eliminado en laFigura 7.

Cada planta sigue alimentándose a través de dos cuadros de distribución, cada uno con tres secciones (nor-mal, privilegiada y preferente), que se corresponden con las mismas secciones del cuadro de potencia prin-cipal de BT.

La distribución final puede hacerse usando un único esquema radial (Figura 8) o una derivación (Figura 9).

Fuente de Alimentación Adaptable en un Moderno Edificio de Oficinas

7

Figura 7 - Nuevo esquema de la distribución principal

Generador

Motor

UPS

Cargas normales

Cargas normales

Cargas privilegiadas

Cargas privilegiadas

Cargas preferentes

Cargas preferentes

HVAC

Suministro de lared pública

Figura 8 – Solución con esquema radial (10 pisos con tres tiposde carga = 30 líneas verticales específicas)

La línea oscura indica la distribución normalLa línea gris indica una distribución preferenteLa línea clara indica una distribución privilegiada

K 3/8 A150 kVA

UPSK 1/2 A200 kVA

K 1/8 A50 kVA

K 1/8 A50 kVA

UPSK 1/2 A200 kVA

K 3/8 A150 kVA 800 kVA

400 V

MV 23kV

TR3800 kVA

MV 23kV

2K(1/2+1/8)A

500 kA2K(1/2+1/8)A500 kA

2(A K)TR1800 kVA

2(A K)TR2800 kVA

400 VLVLV

Page 10: Guia Calidad 4-5-1 Adaptabilidad - Alimentacion Adaptable

El esquema de derivación (línea compar-tida que alimenta todos los pisos para ca-da tipo de carga) es más barato y flexibleen el caso de crecer la carga. Por desgra-cia, está limitado a causa de su excesivadependencia a fallos en la línea principaly en los conductores verticales.

El esquema único radial (una línea para ca-da piso, para cada tipo de carga) garantiza:

� una mínima interferencia y caídade tensión provocadas por la carga

� en caso de fallo, sólo quedan fue-ra de servicio las cargas alimenta-das por la línea defectuosa

� pocos problemas de manteni-miento

Por estas razones, el esquema radial es elesquema preferido.

Dimensionado de las líneas

La Tabla 5 muestra el dimensionado, considerando la carga, de todas las secciones principales del sistema.

La carga total instalada (Columnas 1 y 2) se multiplica por los factores de simultaneidad (Columnas 3 y 4),para determinar la potencia requerida por las cargas (Columnas 5 y 6). Como margen para un futuro au-mento de la carga, las líneas se dimensionan (Columnas 7 y 8) teniendo en cuenta unos factores adiciona-les iguales al 130% y al 115%, respectivamente, para los circuitos de potencia y de alumbrado.

Fuente de Alimentación Adaptable en un Moderno Edificio de Oficinas

CargaCarga instalada (kVA)

Factores de utilización yde simultaneidad

Potencia requerida (kVA) Potencia instalada (kVA)

Potencia(1)

Luz(2)

Potencia(3)

Luz(4)

Potencia(5)

Luz(6)

Potencia(7)

Luz(8)

Segundo sótano 7 10 0,7 1 5 10 6.5 11,5

Primer sótano 114 15 0,7 1 80 15 104 17,25

43 15 0,7 1 30 15 39 17,25

Primer piso 50 17 0,7 1 35 17 45,5 19,55

Segundo piso 50 17 0,7 1 35 17 45,5 19,55

Tercer piso 50 17 0,7 1 35 17 45,5 19,55

Cuarto piso 50 17 0,7 1 35 17 45,5 19,55

Quinto piso 50 17 0,7 1 35 17 45,5 19,55

Sexto piso 50 17 0,7 1 35 17 45,5 19,55

Séptimo piso 50 17 0,7 1 35 17 45,5 19,55

Octavo piso 29 12 0,7 1 20 12 26 13,8

Noveno piso 3 2 0,7 1 2 2 2,6 2,3

Central Térmica 29 0 0,7 -- 20 0 26 0

Estación principal HVAC 843 0 0,7 -- 590 0 767 0

Cajetines 14 5 0,7 1 10 5 13 5,75

Ascensores 114 0 0,7 1 80 0 104 0

TOTAL 1546 178 -- -- 1082 178 1407 204,7

Tabla 5 - Dimensionado para valores punta y reales del sistema primario de distribución

Planta baja y servicios generales

Figura 9 – Solución con líneas verticales exclusivas (tres tiposde carga = tres líneas bus-barra verticales, compartidas

por todos los pisos)

La línea oscura indica la distribución estándarLa línea gris indica una distribución preferentesLa línea clara indica una distribución privilegiada

8

Page 11: Guia Calidad 4-5-1 Adaptabilidad - Alimentacion Adaptable

Considerando la forma de onda de la corriente observada, todas las líneas nuevas se han dimensionado te-niendo en cuenta el perfil de los armónicos y las exigencias de adaptabilidad de la instalación:

� sección del conductor neutro igual a la de las fases (Sección 3.5.1)

� cables de sección adecuadas (Secciones 3.1 y 3.5.1).

Debe prestarse especial atención al dimensionado tanto de los conductores neutros como de los de fase,para evitar sobrecalentamientos y disparos intempestivos de los dispositivos de protección. La adopción deun UPS o motor-generador no es útil si se produce tras el mismo una avería en la línea.

Análisis de costesEl coste de la instalación actual se compara con dos posibles soluciones alternativas en la Tabla 6.Estas alternativas difieren solamente en los conductores verticales, y por ello en el coste del cuadroprincipal de BT.

La solución 1 es el esquema de derivación, y la Solución 2 es el esquema radial sencillo, que se prefiere pa-ra edificios nuevos, pero que es difícil de poner en práctica como mejora de instalación.

Coste en fase inicial de diseño

Con relación a esta situación, deben destacarse las siguientes observaciones:

� los porcentajes se refieren al coste de la instalación actual

� el coste adicional de las mejores soluciones es bajo, si se tiene en cuenta en la fase inicial de diseño

� el coste de la mejor solución técnica (es decir, la solución 2 —esquema radial único en distribuciónfinal) difiere solamente en un 3% de la Solución 1 si se considera en la fase inicial del diseño, perola diferencia es mucho mayor si se considera en una fase de reacondicionamiento

� coste basado en 2001

� el coste de las UPS’s sólo tiene en cuenta la compra y la instalación. Deberán tenerse en cuenta loscostes adicionales de mantenimiento.

Aunque ya la evaluación de los costes medios relacionados con un sistema diseñado de acuerdo con unabuena práctica PQ es difícil, debe añadirse que:

Fuente de Alimentación Adaptable en un Moderno Edificio de Oficinas

Elemento Actual(€)

Solución 1(€)

Solución 2(€)

Coste en fase de diseño

Cuadro principal BT 32.000 35.000 45.000

Conductores verticales 30.000 35.000 60.000

Distribución horizontal 107.000 135.000 135.000

Grupos de generadores 87.000 107.000 107.000

UPS 55.000 105.000 105.000

Potencia motriz 355.000 375.000 375.000

Iluminación 500.000 525.000 525.000

Total 1.166.000 1.317.000 1.352.000

Diferencia de coste 151k (+13%) 186k (+16%)

Coste de la mejora de la instalación

Coste adicional 422k (+36%) 543k (+46%)

Tabla 6 - Comparación de costes

9

Page 12: Guia Calidad 4-5-1 Adaptabilidad - Alimentacion Adaptable

� las estimaciones de coste deben tener en cuenta las dificultades prácticas de instalación y rehabili-tación de un edificio en el centro de una gran ciudad

� la modificación del esquema de distribución principal es la acción más importante y útil a emprender

� la solución con líneas únicas de conductores verticales es muy difícil de realizar con el edificio enfuncionamiento

ConclusiónUn coste inicial reducido no significa necesariamente una buena inversión. Un sistema que cumpla las exi-gencias de PQ (calidad de la energía), inicialmente más caro, puede ahorrar mucho dinero durante su vidaútil. El estudio del caso analizado en este documento muestra que una instalación eléctrica, diseñada sinprestar atención a los temas PQ, ocasiona una cantidad considerable de gastos innecesarios. Debe tomar-se la decisión sobre si se resuelven estos problemas o simplemente se vive con los inconvenientes y retra-sos que provocan.

El análisis de costes/beneficios muestra que la adaptabilidad debe analizarse detenidamente en fase de di-seño. Un pequeño aumento del 16% en el coste de instalación (el 1% del coste del edificio) proporciona:

� tres líneas de defensa contra cortes de energía para cargas esenciales para la función a realizar (cua-dros dobles en cada piso, generador, UPS)

� un sistema muy adaptable, alimentándose cada piso con dos cuadros de distribución. Cada cuadroes independiente del otro, y de todos los paneles en los demás pisos

� un sistema eléctrico muy adaptable frente a un futuro aumento de la carga.

Con todo lo cara que pueda parecer, una solución adaptable sólo supone un 1% adicional al coste del edi-ficio. Para edificios comerciales, donde los costes de funcionamiento igualan los costes de construcción tras7-8 años; esta inversión inicial se recuperará mediante un aumento de productividad de 10 minutos a la se-mana. El resto son todo beneficios.

Un diseño exclusivamente de acuerdo con la normativa actual, no garantiza un rendimiento óptimo desdelos puntos de vista de calidad de energía y EMC, por lo que deberán tenerse en cuenta otras soluciones me-joradas. Actualmente se encuentran en preparación, a nivel europeo, una serie de normas más estudiadas.

Referencias

1. P Chizzolini, P L Noferi: Ottimizzazione degli interventi sulla rete di distribuzione mirati al miglioramento dellacontinuita’ del servizio elettrico. LXXXVII Riunione AEI, Firenze 1986.

2. T M Gruzs: ‘A survey of neutral currents in three-phase computer power systems’, IEEE Transaction on industryapplications, vol. 26, nº 4 July/August 1990.

3. IEC 364-5-523 - (UNE 20460-5-523) “Instalaciones Eléctricas de Edificios - Parte 5-52: Selección e Instalación deMateriales Eléctricos – Canalizaciones. Sección 523: Corrientes admisibles”.

4. A Baggini, A Bossi, ‘Componenti e carichi suscettibili ai disturbi’, Corso ‘Interazioni elettromagnetiche tra componentie sistemi in ambito industriale: compatibilità elettromagnetica in bassa frequenza’ Dipartimento di Elettrotecnica delPolitecnico di Milano, 21-25 febbraio 1994.

5. A Silvestri, F Tommazzolli, ‘Schemi per gli impianti di energia: semplicità, affidabilità, risparmio, ridondanza dove ecome’, Corso ‘Il progetto degli impianti elettrici di energia. Le norme e la regola dell’arte’, Dipartimento di IngegneriaElettrica dell’Università degli Studi di Pavia, AEI, CNR, Pavia, 10-13 giugno 1991.

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Fuente de Alimentación Adaptable en un Moderno Edificio de Oficinas

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Notas

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Notas

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Socios Fundadores y de Referencia

Consejo Editorial

European Copper Institute(ECI)Web: www.eurocopper.org

Engineering Consulting & Design(ECD)Web: www.ecd.it

Polish Copper Promotion Centre(PCPC)Web: www.miedz.org.pl

Akademia Gorniczo-Hutnicza(AGH)Web: www.agh.edu.pl

Hochschule für Technik und Wirtschaft(HTW)Web: www.htw-saarland.de

Provinciale Industriele Hogeschool(PIH)Web: www.pih.be

Centre d'Innovació Tecnològica enConvertidors Estàtics i Accionaments(CITCEA)Web: www-citcea.upc.es

Istituto Italiano del Rame(IIR)Web: www.iir.it

Università di Bergamo

Web: www.unibg.it

Comitato Elettrotecnico Italiano(CEI)Web: www.ceiuni.it

International Union of Electrotechnology(UIE)Web: www.uie.org

University of BathWeb: www.bath.ac.uk

Copper BeneluxWeb: www.copperbenelux.org

ISR - Universidade de CoimbraWeb: www.uc.pt

University of Manchester Institute of Scienceand Technology (UMIST)Web: www.umist.ac.uk

Copper Development Association(CDA UK)Web: www.cda.org.uk

Katholieke Universiteit Leuven(KU Leuven)Web: www.kuleuven.ac.be

Wroclaw University of TechnologyWeb: www.pwr.wroc.pl

Deutsches Kupferinstitut(DKI)Web: www.kupferinstitut.de

La Escuela Técnica Superior de IngenierosIndustriales (ETSII)Web: www.etsii.upm.es

David Chapman (Chief Editor) CDA UK [email protected]

Prof Angelo Baggini Università di Bergamo [email protected]

Dr Araceli Hernández Bayo ETSII - Universidad Politécnica de Madrid [email protected]

Prof Ronnie Belmans UIE [email protected]

Franco Bua ECD [email protected]

Prof Anibal de Almeida ISR - Universidade de Coimbra [email protected]

Hans De Keulenaer ECI [email protected]

Gregory Delaere Lemcko [email protected]

Prof Jan Desmet Hogeschool West-Vlaanderen [email protected]

Dipl-Ing Marcel Didden KU Leuven [email protected]

Dr Johan Driesen KU Leuven [email protected]

Stefan Fassbinder DKI [email protected]

Prof Zbigniew Hanzelka Akademia Gorniczo-Hutnicza [email protected]

Dr Antoni Klajn Wroclaw University of Technology [email protected]

Reiner Kreutzer HTW [email protected]

Prof Wolfgang Langguth HTW [email protected]

Jonathan Manson Gorham & Partners Ltd [email protected]

Prof Henryk Markiewicz Wroclaw University of Technology [email protected]

Carlo Masetti CEI [email protected]

Dr Jovica Milanovic UMIST [email protected]

Dr Miles Redfern University of Bath [email protected]

Andreas Sumper CITCEA [email protected]

Roman Targosz PCPC [email protected]

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European Copper Institute168 Avenue de TervuerenB-1150 BrusselsBelgium

Tel: 00 32 2 777 70 70Fax: 00 32 2 777 70 79Email: [email protected]: www.eurocopper.org

Prof Angelo Baggini

European Copper Institute168 Avenue de TervuerenB-1150 BrusselsBelgium

Tel: 00 32 2 777 70 70Fax: 00 32 2 777 70 79Email: [email protected]: www.eurocopper.org

Hans De Keulenaer

Università di Bergamov.le Marconi 5 Dalmine 24044Italy

Tel: 00 39 035 2052353Fax: 00 39 035 2052377Email: [email protected]: www.unibg.it

Princesa, 7928008 MadridTel: 91 544 84 51Fax: 91 544 88 84