A continuación, se establecen algunos criterios de diseño a tener en cuenta dependiendo del tipo de instalación que se pretenda implementar.
Requisitos para el uso de Dispositivos de Protección contra Sobretensiones – DPS como sistemas de protección (Articulo 3.3.3.1)
Toda subestación (transformador) y toda transición de línea aérea a cable aislado de media, alta o extra alta tensión, deben disponer de DPS. En los demás equipos de media, alta o extra alta tensión o en redes de baja tensión o de uso final, la necesidad de DPS dependerá del resultado de una evaluación técnica objetiva del nivel de riesgo por sobretensiones transitorias a que pueda ser sometido dicho equipo o instalación.
Tal evaluación debe hacerla el responsable del diseño de la instalación, para lo cual debe tener en cuenta entre otros los siguientes factores:
- El uso de la instalación.
- La coordinación de aislamiento.
- La densidad de rayos a tierra.
- Las condiciones topográficas de la zona, incluyendo la resistividad del terreno.
- Las personas que podrían someterse a una sobretensión.
- Los equipos a proteger.
En subestaciones de distribución al interior de edificios, el diseñador evaluará y justificará la posibilidad de instalar sólo los DPS en la transición a la acometida subterránea y no en el transformador.
Cálculo de campos electromagnéticos (Articulo 3.3.3.2)
Todo diseño de línea de transmisión de tensión mayor o igual a 57,5 kV, debe incluir cálculos de campo eléctrico y campo magnético, y verificar que en el límite de la zona de servidumbre no se sobrepasan los valores máximos admisibles de la Tabla 3.11.1.a a un metro sobre el nivel del suelo.
Además, determinar y señalar gráficamente en 2D la zona donde la densidad de flujo magnético supere 200 μT.
Si en la zona aledaña al límite de la servidumbre (menor a 3 metros), existen edificaciones con presencia permanente de personas, se deben calcular los campos eléctrico y magnético en dichos puntos, tales como fachadas, balcones, azoteas, ventanas y pisos más cercanos a la línea, asegurando que los valores no superen los máximos permitidos.
Todo diseño de subestaciones de tensión mayor o igual a 57,5 kV debe incluir cálculos de campo eléctrico y campo magnético, y verificar que no se sobrepasan los valores máximos admisibles de la Tabla 3.11.1.a un metro sobre el nivel del suelo.
Además, se deben determinar y señalar en un plano o esquema 2D, las zonas donde la densidad de flujo magnético supere 200 μT y las zonas donde se debe restringir el acceso por superar los 1.000 μT.
En edificaciones localizadas a menos de 15 m de partes energizadas con tensiones superiores a 100 kV, excepto en líneas de transmisión para las cuales aplica lo enunciado anterior, se deben calcular el campo eléctrico y el campo magnético en las fachadas, balcones, azoteas, ventanas y pisos más cercanos, asegurando que ningún valor supere el máximo permitido.
Para edificaciones aledañas (menor a 3 m) a una zona de servidumbre de líneas de transmisión o a una subestación de tensión superior a 100 kV, el diseño debe incluir memorias de cálculo de campos eléctrico y magnético para cada piso, ventana, balcón y fachada más cercanas a la línea o subestación, donde puedan estar ubicadas las personas (lugar de trabajo o domicilio).
Para este efecto, el propietario u operador de la línea o subestación debe entregar al diseñador o al propietario del proyecto los máximos valores de tensión y corriente.
Todo proyecto cuya corriente nominal del circuito, de la acometida o del ramal sea de 1.000 A o mayor, debe incluir cálculos de campo eléctrico y campo magnético, y verificar que no se sobrepasan los valores máximos admisibles de la Tabla 3.11.1.a un metro sobre el nivel del suelo.
Además, se deben determinar y señalar en un plano o esquema en 2D las zonas donde la densidad de flujo magnético supere 200 μT, especialmente en las zonas de ubicación de bandejas portacables, electroductos o ramales.
Los cálculos de campo eléctrico y magnético se deben hacer para los sitios donde se tenga la posibilidad de permanencia prolongada de personas (hasta 8 h) o en zonas de circulación del público. Para estos casos, aplican los valores límites de exposición al público.
Diseño del sistema de puesta a tierra (Articulo 3.3.3.3)
El diseñador de sistemas de puesta a tierra para centrales de generación, procesos de Autogenerador a pequeña – AGPE y Generación distribuida – GD, subestaciones, redes de distribución y líneas de transmisión de alta y extra alta tensión en zonas urbanas o que estén localizadas a menos de 50 m medidos desde el borde más próximo de la estructura hasta escuelas, industrias, comercios, lugares con alta concentración de personas o viviendas de zonas rurales, debe comprobar mediante el empleo de un procedimiento de cálculo, reconocido por la práctica de la ingeniería actual, que los valores máximos de las tensiones de paso y de contacto a que puedan estar sometidos los seres humanos, no superen los umbrales de soportabilidad.
Dichos cálculos deben tomar como base una resistencia del cuerpo de 1.000 Ω y cada pie como una placa de 200 cm2 aplicando una fuerza de 250 N.
El procedimiento básico requerido es el siguiente:
- Investigar las características del suelo, especialmente la resistividad.
- Determinar la corriente máxima de falla a tierra, que debe ser entregada por el operador de red, en media y alta tensión para cada caso particular.
- Determinar el tiempo máximo de despeje de la falla para efectos de simulación.
- Investigar el tipo de carga.
- Calcular de forma preliminar la resistencia de puesta a tierra.
- Calcular de forma preliminar las tensiones de paso, contacto y transferidas en la instalación.
- Evaluar el valor de las tensiones de paso, contacto y transferidas calculadas con respecto a la soportabilidad del ser humano.
- Investigar las posibles tensiones transferidas al exterior, debidas a tuberías, mallas, conductores de neutro, blindaje de cables, circuitos de señalización, además del estudio de las formas de mitigación.
- Ajustar y corregir el diseño inicial hasta que se cumpla los requerimientos de seguridad.
- Presentar un diseño definitivo.
En instalaciones de uso final con subestación tipo poste, el diseño de la puesta a tierra puede simplificarse, sin embargo, debe tenerse en cuenta los parámetros de resistividad del terreno, corrientes de falla que se puedan presentar y los tipos de cargas a instalar. En todo caso se deben controlar las tensiones de paso y contacto.
Requisitos de diseño para líneas de transmisión (Articulo 3.3.3.4)
Toda línea de transmisión objeto del RETIE debe contar con los diseños eléctricos, mecánicos y de obras civiles, que garanticen los niveles de confiabilidad exigidos por la regulación emitida por la entidad competente para cada tipo de línea.
El diseño integral de las líneas de transmisión requiere un trabajo multidisciplinario, por tal motivo los profesionales que intervengan deben identificarse con su nombre, número de matrícula profesional y suscribir los documentos con su nombre legible y firma.
El diseño debe contener mínimo la siguiente documentación: Análisis de riesgos de origen eléctrico asociados a la construcción y operación de la línea, memorias de cálculos (eléctricos, estructurales, mecánicos y geotécnicos), especificaciones técnicas, requerimientos ambientales, análisis económicos y planos.
Los planos deben mostrar el tipo de obra a ejecutar, fabricación de estructuras, construcción de accesos, montaje de estructuras, tendido de conductor, cantidad de obra a construir, cantidad y tipo de estructuras, cantidad y tipo de conductor.
En las especificaciones técnicas el diseñador debe definir el alcance de los trabajos, las normas generales y particulares aplicables, los equipos utilizados, y los métodos y procedimientos a seguir en la construcción.
El diseño debe contener mínimo los planos de localización, de planta y perfil a lo largo de toda la línea, planos eléctricos donde se identifiquen diagramas de circuito y disposición física de equipos, planos de estructuras.
En la vista de perfil deben dibujarse las variaciones de altura de cota del terreno en la proyección del eje de la línea, localizando detalles, la cota a cada 20 m y las pendientes laterales en ese punto, localización, altura y tipo de estructura y plantilladlo de la curva del conductor más bajo a mayor temperatura.
El diseño también debe contener los planos de las cimentaciones e identificar cada una de las fuerzas que actúan en la estructura y en la cimentación.
En el diseño se deben tener en cuenta las alternativas de menor impacto ambiental, siguiendo los lineamientos de la autoridad ambiental y los usos del suelo establecidos en los planes de ordenamiento territorial de los municipios.
El diseño eléctrico debe contemplar mínimo lo siguiente:
- Comportamiento de la línea tanto en régimen permanente como en régimen transitorio.
- Confiabilidad de la línea (número de salidas por 100 km/año).
- Estudio del comportamiento dinámico del enlace HVDC ante contingencias.
- Coordinación de aislamiento.
- Coordinación de protecciones.
- Distancias de seguridad incluyendo el análisis de movimientos del conductor.
- Establecer los parámetros de la línea.
- Estudio de apantallamiento.
- Estudio de flujo de cargas.
- Estudio de pérdidas de energía.
- Evaluar el efecto corona y gradientes superficiales.
- Evaluar las sobretensiones por ondas tipo rayo y tipo maniobra.
- Evaluar los niveles de campos electromagnéticos según lo establecido en el numeral 3.3.3.2 y el Título 11 del presente libro.
- Evaluación de las tensiones y corrientes inducidas en elementos conductores de infraestructura existente en la franja de servidumbre y en sus límites.
- Evaluar los niveles de radiointerferencia en la servidumbre y sus límites.
- Sistema de puesta a tierra – SPT.
- Nivel de ruido audible en la servidumbre y sus límites.
- Conductor económico.
- Cálculo de pérdidas por efecto corona.
Requisitos de diseño de instituciones de asistencia médica (Articulo 3.3.3.5)
Se debe efectuar una adecuada coordinación de las protecciones eléctricas con la selectividad que garantice al máximo la continuidad del servicio; en el caso del sistema eléctrico esencial se debe cumplir lo establecido en el numeral 517.31 literal (G) de la norma NTC 2050 segunda actualización.
Se debe entregar un estudio de coordinación de aislamiento, coordinación de protecciones y selectividad que contemple el uso de protecciones de sobretensión en cascada en los circuitos más críticos para garantizar la continuidad de servicio ante eventos de sobretensiones transitorias generadas por descargas atmosféricas o por maniobras en la red.
El dimensionamiento de los conductores de un circuito de alimentación para 2 o más circuitos ramales que suministren energía a equipos de rayos X, no debe ser inferior al 50 % del valor nominal momentáneo de la unidad de mayor valor nominal, más el 25 % de la demanda nominal momentánea de la siguiente unidad más grande, más el 10 % de valor nominal momentánea de cada unidad adicional.
Si se utilizan 2 o más equipos de rayos X simultáneamente, el dimensionamiento de los conductores de alimentación y los dispositivos de protección contra sobrecorriente deben tener 100 % de la demanda nominal momentánea de cada unidad de rayos X.
Para el dimensionamiento de los conductores de circuitos ramales y protección de sobrecorriente, debe ser la mayor de las siguientes: no debe ser inferior al 50 % de valor nominal de régimen momentáneo o del 100 % de la capacidad en régimen prolongado.
Requisitos de diseño para la instalación de Canalizaciones eléctricas prefabricadas o electroductos (Articulo 3.3.3.6)
En sistemas en donde la distorsión armónica total – THD en corriente, sea superior o igual al 15%, se deben dimensionar todos los conductores o barras de acuerdo con el factor de corrección exigido en la IEC 60364-5-52 Anexo E y mostrado en la Figura 3.3.3.6 a., o en la IEEE519.
