Estudio de cargas

INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN S.A.

“SERVICIOS INTEGRALES DE CONSTRUCCIÓN DE PLATAFORMA Y VIA DE ACCESO Y DE CONEXIÓN DE POZOS PARA UNA (1) MACOLLA PARA LA PRODUCCIÓN TEMPRANA DE PETROJUNÍN”

ESTUDIO DE CARGAS (PEC-04)

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Ene.14

Emisión Original Aprobada

R. LIRA

C. PEÑA

A. MEJÍAS

O. ASCANIO

B

Dic.13

Incorporación de Comentarios

R. LIRA

C. PEÑA

A. MEJÍAS

O. ASCANIO

A

Dic.13

Emisión Inicial

R. LIRA

C. PEÑA

A. MEJÍAS

O. ASCANIO

PETROJUNÍN, S.A.

HU0011303-EB2D3-ED02000

DIVISIÓN JUNÍN

P002J05PB-900-EE-EC-000-0

PDVSA INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN

KA0011315-EB2D3-ED02000


ESTUDIO DE CARGAS

ÍNDICE PAG 1

OBJETIVO

3

2

ALCANCE

3

3

NORMAS Y ESTÁNDARES APLICABLES

3

4

DOCUMENTOS Y PLANOS DE REFERENCIA

4

5

DEFINICIONES

5

6

PREMISAS PARA EL ESTIMADO DE CARGA

7

7

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO

8

8

ANÁLISIS DE RESULTADOS

9

8.1 Transformador “TP-2-6-PORT” (34,5/4,16) kV

9

8.2 Centro de Distribución de Potencia “CDP-1-3-TP2 @ 4,16 kV”

9

8.2.1 Transformador Seco “TR-1-3-CDP1” (4,16/0,48) kV

9

8.2.2 Variador de Frecuencia “VSD-1-3-CDP1” (4,16) kV

9

9

9

CONCLUSIONES

10 ANEXOS

PETROJUNÍN, S.A. DIVISIÓN JUNÍN PDVSA INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN

10

HU0011303-EB2D3-ED02000 P002J05PB-900-EE-EC-000-0

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ESTUDIO DE CARGAS 1

OBJETIVO

Presentar el estudio de cargas de los equipos eléctricos asociados a las facilidades eléctricas de la PEC-04, para operar la bomba multifásica del proyecto: “Ingeniería, Procura y Construcción de Obras Civiles, electromecánicas e Instrumentales (OCEMI) para Conexión de Pozos de una (1) Macolla para la Producción Temprana de PETROJUNÍN”. 2

ALCANCE

El alcance del presente documento comprende el estudio de cargas de los equipos a ser instalados en cada una de las siguientes áreas:

3



Estimación de las capacidades de los transformadores de potencia, cuya relación de transformación será de (34,5/4,16) kV y (4,16/0,48) kV.



Estimación de la capacidad del centro de distribución de potencia (CDP) de media tensión, que energizará el variador de velocidad de la bomba multifásica y los transformadores de servicios generales.



Estimación de la capacidad del centro de distribución (CDP) de baja tensión, que energizará equipos asociados a la bomba multifásica, tablero de servicios generales, tablero de aire acondicionado y cargas esenciales.

NORMAS Y ESTÁNDARES APLICABLES

Se utilizarán las ediciones más recientes de las siguientes prácticas, códigos industriales, normas y especificaciones nacionales e internacionales que resulten aplicables, al momento de la elaboración del proyecto. De haber conflicto entre dos o más normas, se considerará el criterio más exigente y que brinde mayor beneficio al proyecto. Ninguno de los requerimientos especificados relevará de la responsabilidad de diseñar de acuerdo a requerimientos cónsonos con las mejores prácticas de la ingeniería.



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ESTUDIO DE CARGAS PDVSA: Petróleos de Venezuela, S.A. N-201 (2013):

Obras Eléctricas.

N-203 (2011):

Diseño de Sistemas de Potencia.

90619.1.050 (1993):

Análisis de Carga.

90619.1.051 (1993):

Transformadores para Subestaciones Unitarias.

90619.1.053 (1993):

Subestaciones Unitarias.

90619.1.054 (1993):

Control de Motores.

COVENIN: Comisión Venezolana de Normas Industriales 200 (1999):

Código Eléctrico Nacional

IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineers 141 (1993):

399 (1997):

4

Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants. Recommended Practice for Industrial and Commercial Power Systems Analysis.

DOCUMENTOS Y PLANOS DE REFERENCIA

Serán utilizados como referencia, los documentos que forman parte de esta Ingeniería Básica, los cuales se muestran a continuación:

HU0011303-XI2D3-GD34000

Bases y Criterios de Diseño.

HU0011303-EB2D3-ED02000

Diagrama Unifilar General (PEC-04).



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DEFINICIONES

Los términos utilizados en el presente estudio de carga tienen como base las definiciones establecidas en la guía de ingeniería PDVSA Nº 90619.1.050, Especificación de Ingeniería PDVSA Nº N-201 y en la sección 2.4.1.3 del Standard IEEE 141, estos son los siguientes: Carga Conectada: Es el valor nominal o suma de los valores nominales de cada equipo, excluyendo las reservas. Para cargas estáticas corresponde a la carga nominal en kVA, para motores a la potencia nominal en hp. Cargas Continuas: Son aquellas cargas que operan por un tiempo igual o mayor a ocho (08) horas consecutivas, expresadas en potencia al freno de diseño, que constituye la potencia que el equipo accionado requiere en el eje del motor. Para cargas continuas, el factor de operación del equipo se considera igual a "1". Cargas Intermitentes: Son cargas de operación discontinua estimadas en potencia al freno de diseño. Para las cargas intermitentes, el factor de operación se calcula dividiendo el período de operación real, entre el tiempo total correspondiente a ese período. El tiempo total base para el cálculo, se considera igual a ocho (8) horas. Cargas de Reserva: Se consideran aquellas cargas que operan solamente para sustituir una carga del tipo continua o intermitente, en caso de falla o mantenimiento. En el caso de que operen momentáneamente con las cargas de operación normal deben ser consideradas en el cálculo de la demanda máxima en quince (15) min. Cargas Esenciales: Son cargas que en caso de estar sin energía pueden parar el proceso. Ejemplo: Las cargas de las bombas principales. Cargas Vitales: Son cargas que en caso de estar sin energía pueden ocasionar una situación crítica en la planta, puede estar en peligro la vida de personas o las instalaciones. Ejemplo: Las cargas del Sistema Contra Incendios, Protección Catódica. Cargas No Esenciales: Son las cargas que en caso de estar sin energía no producen situación de peligro en las instalaciones o paralización del proceso. Ejemplo: Las cargas de tomacorrientes e iluminación. Factor de Operación (FO): Se define como la relación entre el tiempo de operación del equipo y el periodo de tiempo total considerado, usualmente ocho (08) horas tendrá un factor de operación igual a 1.0; es decir, si un equipo funciona solamente cuatro (04) horas durante un periodo de ocho (08) horas, tendrá un factor de operación de 0.5; mientras que las cargas de reservas se consideran en 0,1.



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ESTUDIO DE CARGAS Para el cálculo de factores de operación, se considerará un período de tiempo de 8 horas y sólo aplica para cargas de motores, por lo que no será necesario indicar tiempo de operación para cargas diferentes de motores. En áreas de proceso, las cargas de tomacorrientes para soldaduras no deben incluirse en la determinación de la demanda. Factor de Carga: Es la relación entre la carga promedio para un período determinado de tiempo y la carga pico correspondiente a dicho período. Factor de Demanda (FD): Es la relación entre la demanda máxima de un sistema o parte de un sistema y la carga total conectada al sistema, o parte del sistema considerado. Entendiéndose por carga conectada a la capacidad de régimen en placa de los aparatos receptores de corriente. Demanda máxima en un intervalo de ocho (08) horas: La demanda media en un intervalo de tiempo de ocho (08) horas se utiliza para dimensionar la capacidad de los transformadores. Para el cálculo de esta demanda se utiliza la suma de las cargas continuas más la suma de las cargas intermitentes multiplicadas por sus factores de operación respectivos, según la siguiente ecuación: Demanda Media 8 hr = Continuas + Intermitentes x FO8hr

[Ec.1]

Es el promedio de la sumatoria de las cargas continuas e intermitentes, consideradas en un período de ocho (8) horas. (Manual de instrucciones SCIP-IG-E-02-I) La demanda máxima de 8 horas es el mayor valor de la raíz cuadrada de los valores promedio que la carga pueda tomar durante cualquier período de 8 horas. Este valor es la carga térmica equivalente de envejecimiento. (Especificación de Ingeniería PDVSA N-201) Demanda Máxima en un Intervalo de Quince (15) Minutos: La demanda máxima en un intervalo de tiempo de 15 minutos se utiliza para dimensionar la capacidad de los centros de distribución de potencia (CDP), los centros de control de motores (CCM), tableros y alimentadores. Para el cálculo de esta demanda se utiliza la suma de las cargas continuas más la suma de las cargas intermitentes multiplicadas por el factor de coincidencia (FOi) más la suma de las cargas de reserva multiplicadas por el factor de operación que aplica para este tipo de cargas (FOr). Finalmente para los cálculos se utilizará la siguiente ecuación: Demanda Máx. 15 min.= Continuas + Intermitentes x FOi + Reservas x Fcor [Ec.2] Demanda Máxima Ajustada: Cuando está basada en datos de carga firme, es igual a 1,0 veces la demanda máxima. Cuando los datos de carga son no firmes, es igual a 1,2 veces la demanda máxima estimada. PETROJUNÍN, S.A. DIVISIÓN JUNÍN PDVSA INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN


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ESTUDIO DE CARGAS kVA de Operación Normal: Aplica a cargas continuas de motores en operación normal. La información a colocar en la columna correspondiente, es el valor de kVA al freno de diseño el cual se considera igual a la potencia al freno de diseño. Valores correspondientes a motores de operación no continua y cargas que no son motores, no se colocan en esta columna. La potencia al freno de diseño, es la potencia que el equipo accionado requiere en el eje del motor. kVA de Operación Intermitente: Aplica a cargas discontinuas de motores en operación normal y para cargas que no son motores tales como: iluminación, aire acondicionado, térmico eléctrico, instrumentación, válvulas motorizadas y otras similares. El valor de kVA para las cargas de motores (intermitentes) será determinado calculando los kVA al freno de diseño, correspondientes a la condición normal de operación y luego multiplicándolo por el factor de operación. kVA de Reserva: Aplica a cargas de motores que son respaldo de motores principales, que operan sólo en caso de que alguno de los principales quede fuera de servicio por falla o mantenimiento, la información a colocar en la columna correspondiente es el valor de kVA al freno de diseño. Cuando un motor de reserva esté conectado al mismo CCM o barra del CCM en donde se conecta el motor principal, la potencia no se incluye en el cálculo del valor de los kVA de demanda máxima de operación del CCM o tablero. Sin embargo, cuando el motor principal no esté conectado al mismo CCM o barra del CCM, los kVA al freno de diseño se colocarán en esta columna y se incluirá en el valor de los kVA de demanda máxima de operación del CCM o barra del CCM. Esto se hace con el objeto de evitar que erróneamente se sumen ambas potencias cuando los motores (principal y reserva) sean alimentados desde la misma barra del CCM. 6

PREMISAS PARA EL ESTIMADO DE CARGA 

El estudio está enfocado hacia la normalización de las instalaciones y equipos dentro de los esquemas típicos para instalaciones industriales:



La capacidad del transformador o banco de transformadores deberá ser mayor o igual a la demanda máxima para 8 horas, de acuerdo con la Especificación de Ingeniería PDVSA N-203 Diseño de Sistemas de Potencia, sección 9.1.1.



Los transformadores o banco de transformadores se dimensionarán de manera tal que su clasificación 65 °C enfriado por ventilador, sea igual o mayor que la demanda máxima de la subestación (kVA), multiplicada por un factor de 1,20, según norma PDVSA 90619.1.051, sección A. Este método provee una contingencia de 20 %.



La capacidad de las barras y del interruptor principal de los tableros de distribución será mayor o igual a la demanda máxima para 15 minutos. PETROJUNÍN, S.A. DIVISIÓN JUNÍN PDVSA INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN


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ESTUDIO DE CARGAS

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

La capacidad de corriente de las barras se calculará en función de la capacidad nominal de las unidades de transformación seleccionadas.



Para cargas debidas a iluminación e instrumentación, el valor de los kVA para operación intermitente será la carga conectada y no la capacidad del transformador. Se usará un factor de demanda igual a 1,0.



Las cargas del panel de tomacorrientes deberán multiplicarse por un factor de 0,5 para determinar el valor de kVA de operación, intermitente. Nuevamente, se utilizará la carga del tablero y no la capacidad del transformador, de acuerdo a la Guía de Ingeniería PDVSA Nº 90619.1.050.



Para las cargas de iluminación y tomacorrientes se asume un factor de potencia de 0,9 en atraso y el factor de demanda será del 100 %.



En áreas de proceso, las cargas de tomacorrientes para soldadura no deberán incluirse en la determinación de las cargas, siguiendo lo establecido en la Guía de Ingeniería PDVSA Nº 90619.1.050 “Análisis de Cargas”.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO

La Macolla MPJ-05 de PETROJUNÍN, S.A., está constituida por un pórtico donde llegan dos líneas de 34,5 kV proveniente del Centro Operativo de PETROJUNÍN, S.A., ambas líneas son resguardadas por sus respectivos equipos de protección y maniobras ubicados en el pórtico. La conexión entre el pórtico de llegada y el transformador de potencia TP-2-6-PORT se realizara por medio de tres cables monopolares calibre # 1/0 AWG; los cuales serán interconectados a través de copas terminales al pórtico. La Caseta eléctrica prefabricada (PEC-04) será energizada por medio de un transformador de potencia (TP-2-6-PORT) cuya capacidad es de 2.000/2.300 kVA (ONAN/ONAF) con relación de transformación de (34,5/4,16) kV; la salida de dicho transformador será a través de cables armados directamente enterrados hasta la celda de entrada del Centro de Distribución de Potencia (CDP-1-3-TP2) ubicado dentro de la misma. El Centro de Distribución de Potencia, tiene una capacidad en barras de 1200 Amperios a un nivel de tensión de 4160 Voltios. Desde este equipo se energizaran el variador de frecuencia de 1500 Hp asociado a la bomba multifásica y un transformador seco de servicios generales de 300kVA con una relación de transformación de (4,16/0,48kV), este se encargara de alimentar el centro de distribución de potencia en baja tensión (480V) para abastecer energéticamente cargas tales como: dos (2) rectificadores de 5kVA, dos (2) UPS's uno de 5 kVA y otro de 10 kVA (para las cargas esenciales de Electricidad e Instrumentación respectivamente), un (1) tablero de alumbrado interior, un tablero para servicios de Aire Acondicionado, Un (1) tablero para los servicios generales del VSD y todos los equipos asociados a la bomba multifásica. PETROJUNÍN, S.A. DIVISIÓN JUNÍN PDVSA INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN


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ANÁLISIS DE RESULTADOS

A continuación se describe el análisis de carga: 8.1

Transformador “TP-2-6-PORT” (34,5/4,16) kV

Las demandas máximas son las siguientes:

8.2

Demanda máxima 8 hrs:

1.506 kVA.

Demanda máxima 15 min:

1.506 kVA.

Centro de Distribución de Potencia “CDP-1-3-TP2 @ 4,16 kV”

Las demandas máximas son las siguientes: Demanda máxima 8 hrs:

1.506 kVA.


1.506 kVA.

A continuación se describen las cargas derivadas del CDP-1-3-TP2: 8.2.1 Transformador Seco “TR-1-3-CDP1” (4,16/0,48) kV Demanda máxima 8 hrs:

230 kVA.


230 kVA.

8.2.2 Variador de Frecuencia “VSD-1-3-CDP1” (4,16) kV

9

Demanda máxima 8 hrs:

1250 hp.


1500 hp.

CONCLUSIONES 

Las cargas asociadas a la PEC-04 conectadas en 4,16 kV, tendrán una capacidad de corriente total diseño de 319 A. De acuerdo con la Guía de Ingeniería PDVSA Nº 90619.1.053 Subestaciones Unitarias, la capacidad nominal mínima de las barras en el (CDP) será de 1.200 A. PETROJUNÍN, S.A. DIVISIÓN JUNÍN PDVSA INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN


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ESTUDIO DE CARGAS 

Para el nivel de tensión en 34,5 kV, la capacidad obtenida en la tabla de análisis de cargas para el transformador de potencia TP-2-6-PORT, es de 1.506 kVA, por lo que la capacidad del transformador (34,5/0,48 kV) será de 2.000/2300 kVA, capacidad de enfriamiento (ONAN/ONAF).



Para el nivel de tensión en 4,16 kV, la capacidad obtenida en la tabla de análisis de cargas para el transformador seco TR-1-3-CDP1, es de 230 kVA, por lo que la capacidad del transformador (4,16/0,48 kV) será de 300 kVA, considerando el 20% de reserva establecido en la norma.



El tablero CDP-1-2-TR1, de acuerdo con el análisis de carga debe tener una capacidad mínima de 230 kVA; mientras que la capacidad de corriente debe ser de 361 A. Pero por condiciones de diseño, esta deberá tener una capacidad nominal de barras de 600 A.

10 ANEXOS Anexo Nº 1. PEC–04 – Transformador TP-2-6-PORT. Anexo Nº 2. PEC–04 – Centro de Distribución de Potencia CDP-1-3-TP1. Anexo Nº 3. PEC–04 – Transformador TR-1-3-CDP1. Anexo Nº 4. PEC–04 – Centro de Control de CDP-1-2-TR1.



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Anexo Nº 1. PEC–04 – Transformador TP-2-6-PORT.



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Anexo Nº 2. PEC–04 – Centro de Distribución de Potencia CDP-1-3-TP2.



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Anexo Nº 3. PEC–04 – Transformador TR-1-3-CDP1.



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Anexo Nº 4. PEC–04 – Centro de Distribución de Potencia CDP-1-2-TP1.



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