09 Capitulo 9 - Plantas de Emergencia

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INDICE DE CONTENIDO
9 PLANTAS DE ENERGIA Y SISTEMAS DE EMERGENCIA................................. 3
9.1 Generalidades .................................................................................................. 3
9.1.1 Obligatoriedad de la planta de emergencia. .............................................. 3
9.1.2 Cargas en una planta de emergencia........................................................ 3
9.1.3 Transferencias de carga. ........................................................................... 4
9.1.4 Entrada de cargas en una planta de emergencia. ..................................... 4
9.1.5 Otras disposiciones ................................................................................... 4
9.1.6 Instalación. ................................................................................................ 5
9.1.7 Conexión al sistema de puesta a tierra...................................................... 6
9.2 Selección de la planta de emergencia. ............................................................. 6
9.3 Selección del conductor de la planta de emergencia........................................ 8
9.4 Selección del equipo de maniobra y protección................................................ 9
INDICE DE TABLAS
Tabla 9.1. Características típicas de motores trifásicos. (Diseños B,C D) (*)........... 10
Tabla 9.2. Códigos NEMA para arranque kVA/hp de motores trifásicos................... 11
Tabla 9.3. Características típicas de motores monofásicos (excepto los motores de
repulsión)............................................................................................................ 11
Tabla 9.4. Motores de repulsión monofásicos........................................................... 11
Tabla 9.5. Factores de potencia de cargas comunes................................................ 12
Tabla 9.6. Tipos de arranque de motores ................................................................. 12
INDICE DE FIGURAS
Figura 9.1. Selección de planta de emergencia con base en la relación (HP) de
motores vs. KW planta (curva típica)................................................................. 12
Figura 9.2. Selección de planta de emergencia con base en la potencia de arranque
(SkVA) ................................................................................................................ 14
Figura 9.3. Selección de la potencia aparente con base en la potencia aparente de
arranque (kVA) ................................................................................................... 14
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Figura 9.4. Conexión de planta de emergencia. ....................................................... 15
Figura 9.5. Conexión de planta de emergencia para múltiples usuarios. ................. 15
Figura 9.6. Conexión de al sistema de puesta a tierra de la planta de emergencia.. 15
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9 PLANTAS DE ENERGIA Y SISTEMAS DE EMERGENCIA.
9.1 Generalidades
Las plantas de generación para sistemas de energía de emergencia, son utilizadas
para producir la energía eléctrica cuando ésta falla o se suspende el suministro
normal entregado a través del sistema de distribución de EMCALI, al usuario.
Los sistemas de emergencia están constituidos adicionalmente por el conjunto de
circuitos y demás equipos destinados a alimentar, distribuir y controlar la electricidad
para iluminación y/o fuerza cuando es interrumpido el suministro normal del sistema
de electricidad. Los sistemas de emergencia complementarios (por ejemplo, luces
de emergencia, bancos de baterías, etc.) deben cumplir con los requerimientos
indicados en el RETIE y en el Código Eléctrico Colombiano, norma NTC 2050.
9.1.1 Obligatoriedad de la planta de emergencia.
Los sistemas de emergencia deben ser instalados en lugares donde la iluminación
artificial es necesaria para vías de escape seguras o para controlar el pánico en
instalaciones sujetas a gran concentración de personas (NTC 2050, sección 700).
Requerirá planta de emergencia, en general, cualquier edificación de las
mencionadas en el numeral 1.12.4 de estas normas y cualquier servicio de energía
que posea, al menos, uno de los siguientes tipos de carga eléctrica:
• Bombas de desague.
• Ascensores.
• Comunicación y alarmas de seguridad pública.
• Equipos de hospitales o clínicas.
• Sistemas de detección y bombas de incendios.
• Iluminación de zonas de evacuación en edificaciones.
• Sistemas de ventilación y extracción de humo.
• Aquellas cuya interrupción puede producir serios riesgos de salud y seguridad
personal o pueden ocasionar peligro o dificultar operaciones de extinción de
incendios y de rescate.
9.1.2 Cargas en una planta de emergencia.
Todas las cargas incluidas en el numeral 9.1.1 (cargas obligatorias), deben
alimentarse desde una planta de emergencia. Adicionalmente, y a elección del
interesado, podrán incluirse otros tipos de carga (carga no obligatoria): calefacción,
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refrigeración, procesamiento de datos, comunicación, procesos industriales,
alumbrados, etc.
A elección del interesado se puede también proyectar una planta de emergencia, no
obstante no exista ninguna de las cargas mencionadas en el numeral 9.1.1, en cuyo
caso toda la carga de la planta de emergencia será no obligatoria.
9.1.3 Transferencias de carga.
Si al menos existe una carga obligatoria, el sistema de emergencia debe disponer de
un conmutador de transferencia automática, con enclavamiento eléctrico y mecánico,
cuyo tiempo de transferencia máximo debe ser de 10 segundos (Sección 700-12).
Solo se aceptará conmutador de transferencia manual, si toda la carga eléctrica que
alimentará la planta de emergencia es no obligatoria. En este caso debe existir de
todas formas enclavamiento eléctrico y mecánico.
El usuario en el caso de que toda la carga sea no obligatoria, puede instalar
conmutador de transferencia automática. En este caso el tiempo de transferencia es
definido por el usuario.
El equipo de transferencia debe ser diseñado para prevenir la interconexión
accidental de la alimentación normal y de la fuente de emergencia en cualquier
operación del equipo de transferencia (NTC 2050, secc. 700-6, 701-7)
9.1.4 Entrada de cargas en una planta de emergencia.
Todas las cargas mencionadas en el numeral 9.1.1 deben entrar en servicio
simultáneamente (Sección 701-6) con un tiempo de retardo máximo de 10 segundos.
A elección del interesado se podrán incluir en el arranque otras cargas diferentes.
Podrán existir, en general, cargas (diferentes a las mencionadas en el numeral 9.1.1),
que entren en servicio en un tiempo posterior, no menor a 10 segundos, desde el
instante de arranque de la planta de emergencia. En este caso, el respectivo diseño
deberá indicar los dispositivos correspondientes que ejecuten esta función y el
tiempo mínimo de retardo entre la entrada de la carga inicial (reglamentaria) y la
carga adicional.
Si en algún diseño no existe la información sobre cargas diferidas o con retardo, se
considerará que toda la carga entra en el arranque de la planta de emergencia.9.1.5 Otras disposiciones
Cualquiera sea el sistema que se instale, éste será suministrado, instalado,
mantenido y operado por el usuario, quien deberá informar a EMCALI sobre su
instalación para su respectiva revisión y aprobación.
Todo sistema de generación de energía eléctrica de emergencia debe garantizar una
operación segura tanto para el sistema de distribución de EMCALI, como para las
instalaciones propias del Usuario; por lo tanto, los equipos de transferencia deben
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ser diseñados e instalados para prevenir la interconexión accidental simultánea de la
alimentación normal y de la fuente de energía de emergencia en cualquier operación.
El usuario será responsable ante EMCALI y la Ley Colombiana, de cualquier
problema que afecte sus redes de distribución y la integridad física de su personal.
EMCALI, en ningún caso, reintegrará o descontará la energía generada por el
usuario y registrada en los medidores, originada por conexiones que no cumplan las
especificaciones exigidas. Se debe disponer de doble barraje cada uno alimentado
desde la fuente normal o emergente según corresponda, de tal manera que los
medidores de energía no registren la energía generada por la planta de emergencia.
Todas las plantas de generación eléctrica deben cumplir con los requerimientos de
bajo ruido y contaminación, exigidos por la Secretaría de Salud.
9.1.6 Instalación.
Las plantas de energía de emergencia se pueden instalar al lado de media o baja
tensión, según necesidad del usuario. Cualquiera que sea el caso, la transferencia
debe estar ubicada después del punto de conexión y el equipo de medida del
usuario.
La acometida al sistema de emergencia es independiente de las acometidas de la
instalación, por esta razón se deriva desde el totalizador de la fuente de alimentación
y no del barraje principal. La Figura 9.4 ilustra la instalación típica de una planta de
emergencia que alimenta un grupo de cargas obligatorias.
En las instalaciones donde la planta de emergencia atiende múltiples usuarios (por
ejemplo, centros comerciales, edificios, unidades residenciales), las cargas
obligatorias siempre deben ser atendidas por una transferencia automática. Para
cada usuario se debe instalar una transferencia automática o manual con su
mecanismo de enclavamiento para prever la alimentación de uno de los sistemas
cuando el otro está en operación. El conexionado de las transferencias siempre
debe estar después del medidor de energía del usuario, para lo cual se debe instalar
un barraje de conexión de transferencias independiente del barraje principal. La
Figura 9.5 ilustra la instalación típica de una planta de emergencia que alimenta
múltiples acometidas independientes.
Las celdas asociadas a los equipos de EMCALI (celda de medida, celda totalizador,
barraje de EMCALI, medidores de energía, totalizadores de usuarios) deben permitir
la instalación de sellos de seguridad (precintables).
En ningún caso se pueden utilizar los transformadores de EMCALI para elevar la
tensión nominal del usuario, ni éste podrá energizar transformadores, líneas o redes
de propiedad de EMCALI sin haber cumplido con los requerimientos de ley
(resolución 070 de 1998 de la CREG).
Las plantas eléctricas a instalar en sitios diferentes al nivel de la tierra, en losas y/o
entrepisos, se deberá garantizar mediante certificación de un ingeniero civil con
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matrícula profesional que la estructura soporta el peso, vibración e impacto de todos
los equipos eléctricos, inclusive la planta de emergencia. El sitio de instalación de la
planta debe contar con un acceso lo suficientemente amplio para el retiro del equipo,
en caso de emergencia y debe cumplir con los requerimientos de seguridad que
indiquen las entidades correspondientes.
Los gases de combustión deben ser evacuados de tal manera que no cause malestar
a los transeúntes, clientes, edificaciones vecinas, etc.
El nivel de ruido debe estar dentro de los niveles admisibles por las entidades
ambientales del Municipio (por ejemplo, el DAGMA en Cali), por lo cual se deberán
efectuar las adecuaciones de aislamiento acústico necesarias para ajustarse a las
recomendaciones que se efectúen en este sentido.
9.1.7 Conexión al sistema de puesta a tierra.
La carcaza y las partes metálicas expuestas asociadas al sistema de emergencia y a
la planta de emergencia deben conectarse al sistema de puesta a tierra de la
instalación, para garantizar una referencia única para los elementos que hacen parte
del sistema eléctrico. No pueden construirse sistemas independientes para la puesta
a tierra de estos equipos. Se debe prever una cola en el sistema de puesta a tierra
para la conexión de la puesta a tierra de la planta de emergencia.
El punto neutro del generador debe conectarse al barraje de neutro del sistema y no
a la carcaza ni al sistema de puesta a tierra. La Figura 9.6 indica el modo correcto
de conexión al sistema de puesta a tierra de la planta de emergencia.
9.2 Selección de la planta de emergencia.
Las plantas de generación de energía eléctrica son equipos compuestos de un motor
y un generador, generalmente acoplados a sus ejes.
Para seleccionar un grupo generador, se deben analizar los diferentes tipos de
cargas que se van a alimentar:
• Motores (HP, cantidad, tensión, # de fases, RPM, método de arranque, etc.).
• Otras cargas (Tensión, kW, factor de potencia, monofásica o trifásica, etc.)
En el momento del arranque de un motor se produce una caída de tensión en el
generador, que luego se regula a su valor nominal; por lo tanto el generador es más
exigido durante el arranque de los motores, que cuando éstos están funcionando
normalmente.
La selección correcta de la planta de generación será la requerida para limitar la
caída de tensión a niveles aceptables y no la potencia requerida para las cargas
continuas. Es importante, en la selección óptima, tener en cuenta la previsión de
cargas futuras.
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En motores de corriente alterna, la máxima caída de tensión aceptable, está entre el
15 y el 30%.
El procedimiento para la selección de un generador o planta de emergencia es el
siguiente:
a) Seleccione las cargas que alimentará la planta de emergencia, separando, si
fuera el caso, la carga que entrará en el arranque, de la carga adicional
diferida o retardada.
Las cargas consideradas en el capítulo 7 de la norma NTC 2050 o todas
aquellas que la sustituyan o modifiquen, no serán excluyentes, esto es, cada
una de ellas se considera simultáneamente para el cálculo de la carga, tanto
para seleccionar el conductor como para seleccionar la planta de emergencia.
b) Sume las cargas, en kW, que serán atendidas por la planta de emergencia,
(kWtot = ΣΣΣΣ(kWcargas). Para cargas de motores y dependiendo del tipo de
motor, utilice los datos que se indican en la Tabla 9.1, la Tabla 9.3 o la Tabla
9.4. Si algún motor no se encuentra en estas tablas asuma kW=HPx0.9. Si lo
considera necesario utilice, para cargas monofásicas, la Tabla 9.5.
c) Separe la carga de los motores trifásicos que entrarán a funcionar
simultáneamente, una vez empiece a trabajar la planta de emergencia.
Cerciórese de que la carga del sistema de emergencia obligatorio este incluida
(numeral 9.1.1).
d) Verifique que la capacidad de la planta de emergencia garantice que la caída
de tensión en el generadorsea igual o inferior al 30% para la potencia de
arranque calculada. Para ello, efectúe el siguiente procedimiento:
• Obtenga la carga de arranque de los motores (kVAArranque), con base en
los valores indicados en Tabla 9.1o Tabla 9.2.
• Calcule la potencia aparente de arranque de los motores, con base en la
potencia nominal y el tipo de arranque utilizando la expresión:
SkVAArranque = kVAArranque* F1,
Donde:
• SkVAArranque : Potencia aparente de arranque.
• kVAArranque: Potencia de arranque del motor con base en su potencia
nominal, tomado de la Tabla 9.1 o Tabla 9.2.
• F1 : Factor que depende del el tipo de arranque del motor que se
indica en la Tabla 9.6.
• Calcule la potencia aparente de arranque total como la suma de las
potencias aparentes individuales, SkVATot = ΣΣΣΣ(SkVAArranque).
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Existen dos alternativas para estimar la caída de tensión en el momento de
arranque, que dependen del tipo de curvas empleadas para la obtención de
este valor. Cualquiera que sea el caso, el porcentaje de regulación debe ser
igual o inferior al 30%. Si no cumple este criterio, se debe repetir el
procedimiento con una planta de capacidad nominal mayor, hasta que cumpla
este criterio. Las alternativas son:
• Con el valor de la potencia total de arranque calculada, SkVATot,
seleccione la capacidad del generador (kWgen) que garantice el criterio
anterior, mediante los gráficos de Figura 9.2 o Figura 9.3.
• Si se dispone de una curva del fabricante como se indica en la Figura 9.1,
divida la potencia total de arranque entre la carga total estimada de la
planta, de acuerdo con el literal (b). Calcule la relación SkVATot/kWtot e
identifique la caída de tensión correspondiente al valor obtenido (Figura 
9.1).
e) Sume las cargas nominales no esenciales, en kW, que serán atendidas por la
planta de emergencia, (kWno esenc = ΣΣΣΣ(kWcargas). Utilice el mismo
procedimiento descrito en el numeral (b). Adicione el valor resultante al
obtenido para la planta estimada.
f) Si existen cargas diferidas o retardadas de motores trifásicos y la suma de
éstas llega a ser superior a la carga inicial de arranque, repita el proceso del
literal d) utilizando la carga diferida de los motores trifásicos. Seleccione la
mayor capacidad del generador obtenida entre los procedimientos indicados
en el literal d).
Nota: Dado que las curvas que se representan son típicas, el diseñador es libre de
escoger, para los procedimientos indicados en las literales c) o d) una curva, para la
caída de tensión, diferente a las de las Normas, en cuyo caso, en la memoria de
cálculos del proyecto específico, deberá presentarla, sin incluir el nombre del
fabricante.
En la etapa de construcción del proyecto la Interventoría de EMCALI comprobará que
la curva del generador real se ajuste a la del diseño.
9.3 Selección del conductor de la planta de emergencia.
El conductor de la planta de emergencia se selecciona con base en la capacidad
nominal de la planta de emergencia y aplicando los criterios indicados en el capítulo
2 de esta norma.
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9.4 Selección del equipo de maniobra y protección.
El equipo de maniobra y protección está constituido por los interruptores
termomagnéticos, que brindan protección contra corto circuitos; un relé térmico para
protección de sobrecargas y la transferencia propiamente dicha.
La capacidad interruptiva de los totalizadores debe ser igual o superior al nivel de
corto circuito calculado para el punto de instalación de la planta.
Los elementos de la transferencia deben soportar el nivel de corriente nominal en el
punto de instalación, sin detrimento del equipo de maniobra y deben soportar niveles
de corriente de corta duración igual al nivel de corto en el punto de instalación, sin
que sus contactos se suelden.
La transferencia debe proveer los mecanismos de enclavamiento para evitar la
retroalimentación de uno de los sistemas cuando el otro esté en operación.
Los demás elementos y cargas no esenciales a ser atendidos por la planta, pueden
disponer de elementos temporizadores que permitan su conexión al barraje de
transferencia una vez que las cargas esenciales hayan sido atendidas.
El barraje de las cargas esenciales debe estar diferenciado del barraje de cargas no
esenciales.
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Tabla 9.1. Características típicas de motores trifásicos. (Diseños B,C D) (*).
HP RPM kW deoperación
kVA de
operación
kVA de
arranque
3600 1.05 1.3 13
1800 1.06 1.4 121
1200 1.02 1.5 12
3600 1.9 2.2 19
1800 1.9 2.3 132
1200 2 2.7 18
3600 2.9 3.2 25
1800 2.8 3.4 243
1200 2.8 3.7 24
3600 4.6 5.2 35
1800 4.6 5.4 34
1200 4.5 5.8 345
900 4.5 6.3 33
3600 6.7 7.5 48
1800 6.9 7.9 46
1200 6.8 8.2 457.5
900 7 9.3 44
3600 8.8 9.8 62
1800 8.8 10.1 60
1200 8.7 10.5 5810
900 9.4 12.3 56
3600 13.2 14.7 88
1800 13 14.7 84
1200 12.9 15.2 8215
900 13.7 17.4 81
3600 16.7 18.6 112
1800 17.2 19.4 112
1200 17.4 20.3 11220
900 17.4 21.6 110
3600 20.5 22.8 139
1800 21.6 24.3 138
1200 22 25.5 13825
900 22 26.2 136
3600 25.2 28 166
1800 25.5 28.6 165
1200 25 28.6 16530
900 25.5 31.1 161
HP RPM kW deoperación
kVA de
operación
kVA de
arranque
3600 33.3 37 221
1800 35.2 39 220
1200 34.5 39.2 22040
900 34.6 41.3 216
3600 43.5 48 276
1800 43.5 48 275
1200 43.2 48 27450
900 42 49.9 272
3600 49.5 55 336
1800 51.5 57 331
1200 51.1 58 33060
900 51.3 61.2 328
3600 64 71 419
1800 63 70 416
1200 63 71.5 41775
900 66 77 414
3600 85 94 552
1800 84 93 556
1200 84.5 96 555100
900 86 99 552
3600 108 119 698
1800 106 117 696
1200 109 123 695125
900 113 127 690
3600 127 139 836
1800 125 136 830
1200 131 148 828150
900 136 153 820
3600 167 183 1110
1800 164 180 1105
1200 168 195 1100200
900 178 201 1060
3600 204 224 1380
1800 200 220 1370
1200 205 232 1360250
900 213 239 1345
(*) Motores diseño A pueden tener valores de SkVA a lo sumo 50% mayores que los anteriores.
Algunos motores de 3600 rpm son diseño A
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Tabla 9.2. Códigos NEMA para arranque kVA/hp de motores trifásicos
Código KVA/hp Valores típicos
A 0 - 3.15
B 3.15 - 3.55
C 3.55 - 4.0
D 4.0 - 4.5
E 4.5 - 5.0
F 5.0 - 5.6 15 hp y > 10 hp
G 5.6 - 6.3
H 6.3 - 7.1 7.5 y 5 hp
J 7.1 - 8.0 3 hp
K 8.0 - 9.0 2 y 1 1/2 hp
L 9.0 - 10.0 1 hp
M 10.0 - 11.2 < 1 hp
N 11.2 - 12.5
P 12.5 - 14.0
R 14.0 - 16.0
S 16.0 - 18.0
T 18.0 - 20.0
U 20.0 - 22.4
V >22.4
Tabla 9.3. Características típicas de motores monofásicos (excepto los motores de repulsión)
kVA de arranque
HP kW kVA Fase partida
Capacidad de
arranque(carrera
Inductiva)
Capacidad de
arranque(carrera
Capacitiva)
1/6 0.30 0.45 3.70 2.50 3.00
1/4 0.40 0.60 5.00 3.40 4.00
1/3 0.50 0.70 6.00 4.00 4.70
1/2 0.65 0.90 7.00 5.20 6.00
3/4 0.95 1.25 7.20 8.30
1 1.20 1.60 9.20 10.50
Tabla 9.4. Motores de repulsión monofásicos
HP kW kVA kVA de arranque
0.5 0.53 0.75 3.00
0.75 0.80 1.10 4.30
1 1.00 1.40 5.50
1.5 1.50 2.00 7.80
2 1.95 2.60 10.00
3 2.70 3.60 13.50
5 4.40 5.80 22.00
7.5 6.10 7.90 29.00
10 8.00 10.30 37.00
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Tabla 9.5. Factores de potencia de cargas comunes
Tipo de carga Factor de potencia
Lámparas incandescentes 1.00
Elementos de calor 1.00
Controles 0.80-0.90
Lámparas fluorescentes 0.95
Hornos de inducción 0.60-0.70
Hornos de arco 0.80-0.90
Equipos de soldadura de transformador 0.60
Equipos de soldadura de motor-generador 0.80-0.90
Transformadores 0.80-0.95
Tabla 9.6. Tipos de arranque de motores
Tipo de Arranque kVA al arranque (%) Torque al arranque(%) Tipo
Directo 100 100 A
Auto transformador
- 50% tap 30 25 B1
-65% tap 46 42 B2
-80% tap 68 64 B3
Resistencia o Reactancia 80% tap 80 64 C
Estrella-Delta 33 33 D
Devanado partido 70 45 E
Figura 9.1. Selección de planta de emergencia con base en la relación (HP) de
motores vs. KW planta (curva típica).
UNIDAD ESTRATÉGICA DE
NEGOCIO DE ENERGÍA
DIRECCIÓN DISTRIBUCIÓN
 NORMAS TECNICAS DE ENERGÍA
 NORMAS DE DISEÑO
CODIGO: ND - 009
Revisión: 00
Fecha: diciembre de 2006
Aprobó: Resolución 0407
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NEGOCIO DE ENERGÍA
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Fecha: diciembre de 2006
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Figura 9.2. Selección de planta de emergencia con base en la potencia de arranque
(SkVA)
Figura 9.3. Selección de la potencia aparente con base en la potencia aparente de
arranque (kVA)
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Figura 9.4. Conexión de planta de emergencia.
Figura 9.5. Conexión de planta de emergencia para múltiples usuarios.
Figura 9.6. Conexión de al sistema de puesta a tierra de la planta de emergencia.