1-1 EB-07-Dictamen Electrico

CIEPS CONSULTORES, S. A. de C. V.
A1.1 ESTUDIOS BASICOS
PROYECTO EJECUTIVO DE 10 ESTACIONES DE BOMBEO
E INTERCEPTOR EN EL SISTEMA MUNICIPAL DE
ALCANTARILLADO, ZONA OESTE DE MATAMOROS,
TAMS.
REVISION Y DICTAMEN DEL SISTEMA ELECTRICO EN LAS ESTACIONES DE
BOMBEO DE AGUAS RESIDUALES, EN EL. H. MATAMOROS, TAMS.
CIEPS CONSULTORES, S. A. de C. V.
MEXICO, D.F.
REVISION Y DICTAMEN DEL SISTEMA ELECTRICO EN LAS ESTACIONES DE BOMBEO DE
AGUAS RESIDUALES, EN EL. H. MATAMOROS, TAMS.
La revisión de los sistemas eléctricos se realizó en las 9 estaciones de bombeo de
aguas residuales existentes en la H. Ciudad de Matamoros; ésta se llevó a cabo desde
la acometida en media tensión hasta los motores, con los criterios que se describen
más adelante. Dicha revisión consistió también en el cálculo de los parámetros de los
circuitos de las instalaciones y de los equipos, para evaluar su conformidad con la
Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999: Instalaciones Eléctricas (Utilización), por lo
que deberá trabajarse el presente documento con el documento de las memorias de
cálculo del estado actual de la instalación eléctrica, así como con las hojas resumen
del levantamiento en campo y los diagramas unifilares. En las memorias de cálculo
mencionadas se establecen los valores finales que deben observar los parámetros
eléctricos y que cumplen con la referida Norma. Estos valores pueden utilizarse de guía
para llevar a cabo los cambios necesarios a las instalaciones tal y como se encuentran
en la actualidad. Estos cambios tienen carácter de anteproyecto y pueden sufrir
modificaciones una vez contando con el proyecto ejecutivo definitivo.
Acometida en Media Tensión
La revisión de la acometida en media tensión de 13.2 kV, proporcionada por la
Comisión Federal de Electricidad (CFE), consistió en revisar líneas, aisladores de tensión
y estructuras de acuerdo a las normas de la misma CFE.
Sistema de Protección en Media Tensión
El sistema de protección en media tensión propiedad de la Junta de Aguas y
Drenaje (JAD) de la ciudad de Matamoros, consiste de un juego de cortacircuitos
fusible, cuya función es la de proteger al transformador de sobrecorrientes y seccionar
el circuito eléctrico en un momento determinado para dar mantenimiento o
reemplazar algún elemento de la red; un juego de apartarrayos para proteger al
transformador de sobretensiones debidas a descargas atmosféricas o por maniobras en
las líneas de la CFE. Estos elementos se localizan montados en crucetas en poste de
concreto o madera.
La revisión de éstos sistemas se hizo apegándose a las normas oficiales
mexicanas NOM-001-SEDE-1999, y a las especificaciones de la CFE.
Transformador
1
La función del transformador es reducir la tensión proporcionada por la CFE, que
para ésta área es de, 13,200 Volts, a la tensión de utilización de los motores de las
bombas, que, es de 440 ó 220 Volts, según sea el caso, realizándose una revisión visual
para determinar el estado físico del mismo.
Equipo de Medición Propiedad de la Comisión Federal de Electricidad (CFE)
Se revisó el estado general de los medidores (kWH, kVARH); se tomaron lecturas
en campo y se analizaron las lecturas reportadas en los recibos de luz, para así conocer
su estado, ya que con estos medidores se cuantifica la energía eléctrica consumida y
la energía eléctrica perdida en el sistema eléctrico de las bombas.
Sistema Eléctrico en Baja Tensión
El sistema eléctrico en baja tensión, consiste de un interruptor individual para
proteger a cada motor particular contra sobrecorrientes; un controlador para arrancar,
parar y proteger a cada motor contra sobrecargas y controlar su corriente de
arranque, y conductores que interconecten estos equipos. También deberá contar con
un interruptor general para proteger tanto al transformador en su lado secundario,
como al alimentador que energize los circuitos derivados de los motores.
Motores
Los motores son la fuerza mecánica que mueve a las bombas; su revisión
eléctrica consistió en la inspección ocular y medición de la corriente a plena carga y
tensiones de operación, comparándose con los datos de placa (cuando los hubo).
Medición del Sistema de Tierras
La medición de los sistemas de tierra, se efectuó con el probador de resistencia
de tierra digital, marca Kiouritsu, Modelo 4105 con escala de 0 a 1000; en la figura
siguiente se indican las conexiones utilizadas para estas mediciones.
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Eficiencia en el Sistema Eléctrico.
La importancia de conocer la eficiencia en los sistemas eléctricos, es para vigilar
que ésta no sea menor del 90% que es la permitida por la CFE; cuando ésta eficiencia
es menor, CFE penaliza a los usuarios con sanción por bajo factor de potencia en los
recibos mensuales de energía eléctrica. La eficiencia en los sistemas eléctricos de las
plantas se obtuvo de las lecturas de los medidores de kWH y kVARH de la CFE y que
aparecen como factor de potencia en los recibos de energía eléctrica.
Las fórmulas utilizadas para calcular el cargo o bonificación por parte de la CFE
por variaciones en el factor de potencia son las siguientes:
Cargo% 
3  90

 1 x 100
5  fp

Bonificación% 
No más del120%si fp  90%
1
90 
1 x 100
4 
fp 
No más de 2.5% si fp  90%
Cálculo del Banco de Capacitores para Corregir el Factor de Potencia
Para calcular la capacidad del banco de capacitores, se obtienen los valores
promedio de los kW y del factor de potencia medidos por la CFE. y reportados
mensualmente en los recibos de luz; con estos valores se obtienen a través de tablas y
en algunos casos de forma directa los kVAR capacitivos, que es el valor del banco;
éstos resultados fueron comprobados con la fórmula siguiente:
kVARC  kW (Tan 1 - Tan 2)
Donde el factor de potencia medido es igual a Cos  1 y Cos  2 es el factor de
potencia deseado.
Tipo de Subestaciones que Alimentan a los Sitios.
Las subestaciones eléctricas de las plantas de bombeo visitadas son de tipo
rural, con el transformador instalado en postes de concreto o madera, según el sitio,
servicio intemperie, con las características mostradas en la hoja resumen anexa “Datos
Técnicos del Equipo en Media Tensión”.
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A continuación se indican las características más importantes observadas
durante la revisión eléctrica de cada uno de los sitios visitados.
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EB-07: ESPERANZA – DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA ELÉCTRICO
DIAGRAMA UNIFILAR (FIGURA Nº 5)
DESCRIPCIÓN DEL SITIO
La subestación eléctrica es de tipo rural montada en dos postes de madera y el
remate de la acometida llega a crucetas también de madera; se localiza adyacente
a la caseta de tableros, dentro del predio de la planta. La alimentación en baja
tensión al interruptor general, que se localiza en el acceso a la estación, es en tubo
conduit de PVC tipo pesado, en algunos tramos sobrepuesto. Del interruptor general se
conecta al Tablero del arrancador localizado en la caseta de control con conduit de
PVC tipo pesado también. De este tablero se alimenta al motor eléctrico de la bomba
de tipo sumergible, mediante conductores de cobre aislados instalados en conduit de
PVC.
DESCRIPCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA EXISTENTE
El estado físico y operativo que guarda la instalación eléctrica es el siguiente:
1.
Las líneas de la acometida en media tensión proporcionada por la CFE se
observan colgadas.
2.
Los apartarrayos se encuentran en buen estado físico y aterrizados. El valor de la
tensión nominal es adecuado; no se pudo medir el valor de la resistencia de
tierra de la varilla de la CFE. No se localizó varilla de tierra del sistema. Se está
utilizando el neutro del transformador para aterrizar el CCM. Están aterrizados los
motores. No se observa aterrizaje en malla ciclónica.
3.
Los cortacircuitos se observan en buen estado físico. El valor de la tensión
nominal es adecuado.
4.
La capacidad del transformador está sobrada considerando la carga instalada
actualmente. De la inspección visual se desprende que se encuentra en buenas
condiciones físicas exteriores.
5.
El equipo de medición propiedad de la CFE (Nº CFE 2X1W73VL2802J3), está en
buenas condiciones. Las lecturas obtenidas fueron las siguientes:
kWH = 152
kVARH =
6.
113
kWmáx = 0.303
kWacum
=
0.000
Circuito alimentador general: El alimentador general en baja tensión está
formado por conductores de cobre. El calibre es bajo si se considera para
soportar la carga plena del secundario del transformador; su aislamiento es
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adecuado. La tubería conduit es de material permitido (PVC tipo pesado). El
diámetro es bajo considerando el calibre corregido del circuito alimentador.
7.
Interruptor general: El interruptor de protección del secundario del transformador
es de tipo termomagnético de tiempo inverso, instalado en un gabinete
individual adecuado (NEMA 3R); La capacidad es baja (175 A) si se considera
que se utilizará la capacidad total del secundario del transformador; su
funcionamiento es correcto.
9.
El circuito derivado del motor cuentan con su interruptor propio, el cual es
termomagnético de tipo de tiempo inverso. El tamaño nominal es adecuado y
su funcionamiento es correcto.
10.
El motor cuenta con su propio controlador a tensión plena; está instalados en un
gabinete individual de dimensiones mayores a las necesarias; su tipo es
adecuado (NEMA 1); presenta oxidación y falta pintura. La capacidad indicada
es de 50 CP; éste tamaño es mayor que el necesario para la potencia del motor
(36 CP). El tamaño de los elementos térmicos para el motor es alta (48.4 A - 52.6
A) considerando el tamaño y tipo del arrancador, así como la corriente a plena
carga del motor (46 A).
10.
Circuitos derivados de motores: El calibre de los conductores del circuito
derivado es bajo al considerar en su selección el factor de corrección del Art.
430-22, el factor por temperatura y el de agrupamiento, debiendo ser de un
calibre mayor. El tipo de aislamiento es adecuado pero no su temperatura de
operación (90ºC). El circuito se encuentra canalizado en la tubería conduit de
PVC subterránea tipo pesado la cual es visible en algunos tramos de su
recorrido; no utiliza condulets como cajas de conexión; el tamaño del diámetro
nominal es adecuado.
11.
Pruebas de tensión y corriente: La prueba de tensión indica que el motor está
operando dentro de la tolerancia permisible (101.14%). La prueba de corriente
nos indica que el motor no está trabajando a plena carga (al 85.51%); además,
el desbalance máximo existente entre fases está dentro del rango tolerable
(2.5%).
EFICIENCIA EN EL SISTEMA ELÉCTRICO
Para calcular la eficiencia en el sistema eléctrico, se cuenta con copia de los
siguientes recibos de la CFE, en donde se incluye el valor del factor de potencia:
Periodo:
ENE-FEB:
fp = 79.04 %
FEB-MAR:
fp = 79.64 %
MAR-ABR:
fp = 80.87 %
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Tomando el promedio tenemos: fp = 79.85 %
La eficiencia promedio mensual aproximada en este sitio es del 79.85% que
representa un 20.15% de pérdidas mensuales de la energía eléctrica suministrada por la
CFE, teniendo en consecuencia un recargo por bajo factor de potencia del 7.63% del
monto total de la facturación por consumo del recibo de energía eléctrica.
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CONCLUSIONES
En general, el estado del sistema eléctrico es Bueno
Se sugiere tomar las siguientes medidas:
1.
Instalar un sistema de tierra para el sistema, independiente de la varilla de tierra
de la CFE. Revisar el aterrizaje de tableros, motores y estructuras metálicas en
general que pudieran estar en contacto con el personal operativo. Aterrizar la
malla ciclónica.
2.
Considerar la posibilidad de cambiar el transformador por uno de menor
capacidad, de acuerdo a la carga total instalada (por ejemplo de 45 kVA).
3.
Circuito alimentador general. Se deberá seleccionar el nuevo calibre de los
conductores considerando la temperatura ambiente máxima en el sitio, la
temperatura de operación de los conductores (a 75ºC) según su capacidad de
conducción de corriente, el factor de corrección por agrupamiento, así como el
tipo de canalización utilizada. Se debe seleccionar un nuevo diámetro nominal
mayor de la tubería conduit, de acuerdo al nuevo calibre seleccionado.
Convendría utilizar como canalización tubo conduit de fierro galvanizado con
un recubrimiento exterior de PVC resistente a la corrosión existente.
4.
En el caso del circuito derivado del motor se deberá seleccionar el nuevo
calibre de los conductores considerando la temperatura ambiente máxima en el
sitio, la temperatura de operación de los conductores (60ºC) según su
capacidad de conducción de corriente, los factores de corrección del Art. 43022 y el de agrupamiento, así como el tipo de canalización utilizada; una vez
seleccionado, se podrá utilizar conductor con aislamiento para 75ºC. El tipo de
tubería en instalación visible, deberá ser de tipo resistente al ambiente corrosivo
y al aplastamiento, de fierro galvanizado con recubrimiento exterior de PVC e
interior de uretano rojo.
5.
Se deberá cambiar el interruptor general por uno de capacidad adecuada (250
A), si se mantiene el mismo transformador de 150 kVA; en caso contrario, deberá
de seleccionarse nuevamente. Para el circuito derivado del motor se puede
mantener el mismo interruptor.
6.
Si se mantiene el arrancador actual se deberá cambiar el tamaño y rango del
elemento térmico de aleación fusible utilizado (cambiar a CC 64.3 con rango de
40.2 a 42.6 A). Si se cambia por un arrancador acorde a la potencia del motor
(40 CP) hay que verificar fehacientemente que el tamaño del dispositivo de
protección contra sobrecargas sea el adecuado de acuerdo al tipo, tamaño y
corriente a plena carga del motor. Inclusive ver la posibilidad de cambiar el
arrancador por uno a tensión reducida. Hay que aplicar pintura anticorrosiva al
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gabinete del CCM. Si se opta por el cambio definitivo, instalar un arrancador en
gabinete propio.
7.
El motor de la bomba está trabajando al 85.51% de su capacidad a plena, por
lo que deberá considerarse la posibilidad de cambiar la bomba por un equipo
de menor tamaño. Esta condición se debe primordialmente a que la bomba no
está trabajando con la carga para la cual fue seleccionada.
8.
Instalar un banco de capacitores para compensar pérdidas evitando las multas
por bajo factor de potencia.
9.
Proveer al personal operativo de la estación de bombeo de herramienta y
equipo de seguridad adecuado para el desempeño de sus labores
9
15 KV
15 KV
150KVA
13.2/0.46-0.266 KV
3F, 60 HZ
6.56 A
Ipc= ------------188.27 A
CF-07-00
4-2
THWN
53Ø (PVC)
L=27 M
50 CP
SC
CC 81.5
(48.4-52.6)A
CF-07-01
3-6
THWN
53Ø (PVC)
L=20 M
35 CP
(1) 26.11 KW
= S/D
fp= S/D
V = S/D
3 FASES
(2) Ipc= 46 A
FIGURA Nº 5
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