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PROYECTO AMPLIACIÓN 17
SUBESTACIÓN FRIASPATA 220 kV - GIS
INSTALACIONES ELÉCTRICAS E ILUMINACIÓN EXTERIOR MEMORIA DE CÁLCULO
DOCUMENTO PE-AM17-GP030-HUA-GIS-D008
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2015-09-29
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0
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MEC
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JRV
Aprobado por:
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TABLA DE CONTENIDO
1.
2.
3.
4.
4.1
4.2
4.3
4.3.1
4.3.2
5.
6.
6.1
6.2
7.
7.1
7.2
8.
9.
9.1
9.2
OBJETIVO .................................................................................................................. 4
ALCANCE ................................................................................................................... 4
DEFINICIONES ........................................................................................................... 4
ILUMINACIÓN ............................................................................................................. 4
NECESIDADES DEL ÁREA A ILUMINAR ................................................................... 4
NIVEL DE ILUMINANCIA ............................................................................................ 4
CALIDAD DE ILUMINACIÓN....................................................................................... 5
CONDICIONES DE MANTENIMIENTO....................................................................... 5
SELECCIÓN DEL TIPO DE LUMINARIA .................................................................... 5
CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN POR COMPUTADORA.............................................. 6
REDES DE CIRCUITO DE ILUMINACIÓN .................................................................. 6
REDES DE ILUMINACIÓN .......................................................................................... 6
SELECCIÓN DEL CALIBRE DEL CONDUCTOR DE CIRCUITOS DERIVADOS ........ 8
RESULTADOS ............................................................................................................ 9
CÁLCULOS PARA LA SELECCIÓN DEL CONDUCTOR ............................................ 9
CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN ................................................................................... 9
CONCLUSIONES ...................................................................................................... 13
REFERENCIAS ......................................................................................................... 13
DOCUMENTOS EXTERNOS .................................................................................... 13
DOCUMENTOS INTERNOS ..................................................................................... 14
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Niveles de iluminacia para diseño de exteriores. ...................................................... 5
Tabla 2: Características de las luminarias. ............................................................................. 5
Tabla 3: Color de conductores. .............................................................................................. 7
Tabla 4: Ocupación del conductor.......................................................................................... 7
Tabla 5: Circuitos de iluminación para patio de llaves - Celdas de compensación ................. 9
Tabla 6. Resumen de resultados obtenidos. ........................................................................ 13
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1. OBJETIVO
Plantear los criterios, describir la metodología y presentar el procedimiento de cálculo
empleado en el diseño de la iluminación exterior a realizarse para la alternativa GIS de la
ampliación de la subestación Friaspata (Huancavelica) 220 kV.
2. ALCANCE
Presentar el cálculo empleado en el diseño de las instalaciones eléctricas exteriores, con
base en el documento de referencia [4], en concordancia con lo estipulado en las normas
de referencia [1] y [2].
3. DEFINICIONES

Iluminancia, E: La iluminancia indica cuanto flujo luminoso recibe una superficie
concreta. Su unidad es el lux (lx).
La iluminancia es de 1 lx si el flujo luminoso de 1 lm se distribuye uniformemente
sobre una superficie de 1 m². (1 lux = 1 lumen / 1 m²).

Intensidad luminosa, I: Flujo luminoso emitido en el ángulo sólido que contiene
dicha dirección. La unidad de medida es Candela (cd).
Una fuente de luz proyecta en general su flujo luminoso en varias direcciones con
diferente potencia. La intensidad luminosa I, con la que se proyecta la luz en una
dirección determinada. (1 Candela = 1 lumen / 1 estereorradián).
4. ILUMINACIÓN
4.1 NECESIDADES DEL ÁREA A ILUMINAR
En general, para la iluminación de las áreas exteriores de la subestación se pueden
considerar tres propósitos básicos:
 Seguridad en la operación del equipo.
 Tránsito vehicular y peatonal sin peligro.
 Inspección general del equipo.
4.2 NIVEL DE ILUMINANCIA
En la Tabla 1, se presentan los niveles medios de iluminancia para las áreas exteriores
de la subestación implicadas en el proyecto, en concordancia con lo estipulado en la
norma de referencia [1].
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Tabla 1: Niveles de iluminacia para diseño de exteriores.
LOCALIZACIÓN
NIVEL MÍNIMO DE ILUMINACIÓN
(Lx)
Vías de acceso y circulación.
11
Patio de conexiones.
22
4.3 CALIDAD DE ILUMINACIÓN
Dado el requerimiento de iluminación indicado en el numeral anterior, se busca asegurar
un nivel medio de iluminancia en las áreas especificadas dentro de la subestación.
4.3.1 Condiciones de mantenimiento
Para asegurar que se mantengan los niveles de iluminancia necesaria, se debe
considerar las características del sitio. Para el proyecto se ha considerado que las áreas
exteriores tienen un nivel de contaminación alto, con variaciones de la temperatura
ambiente.
4.3.2 Selección del tipo de luminaria
Después de la identificación de las necesidades de iluminación para cada área, se
procede con la selección del tipo de luminaria.
Tabla 2: Características de las luminarias.
DESCRIPCIÓN
CARACTERÍSTICAS
Tipo de servicio
Intemperie.
Tipo de diseño
Unidades herméticas al polvo y agua.
Tipo de montaje
Unidades tipo reflector para montaje en
columnas de pórticos.
Altura de montaje
12,5 m, unidades tipo reflector en las celdas
del patio de conexiones de 220 kV.
Tipo de lámpara
Luminaria tipo reflector, HPS, 250 W, 60 Hz.
Tensión de operación
220 Vca.
Curva de distribución
Simétrica.
Mantenimiento requerido
Regular, Categoría V (Según documento de
referencia [3]).
Considerando los aspectos anteriores, se seleccionaron las siguientes luminarias para
implementar el sistema de iluminación de la subestación:
 Luminaria tipo reflector, con lámpara de HPS de 250 W, cerrada con refractor de
vidrio templado, tipo simétrica. Carcasa de fundición de aluminio, acabado con gris
metalizado, balasto del tipo autorregulado (CWA), con flujo inicial de 28 000 lúmenes
como mínimo.
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Los reflectores tendrán como propósito iluminar las celdas en el patio de conexiones
de 220 kV, como se indica en el documento de referencia [4].
El control de las luminarias se realizará desde un nuevo tablero de control de alumbrado
exterior a ubicar en la nueva caseta de control de los módulos GIS. El tablero contará con
un selector (manija estándar) de tres posiciones para la selección de operación manualautomática-desconectada de las luminarias y selector individual cerrado-abierto, para el
control manual. La operación automática se realizará a través de un interruptor horario,
para ello el selector individual del circuito deberá estar cerrado.
El tablero de control de alumbrado exterior de los equipos de patio, ubicado en la nueva
caseta de control de los módulos GIS, es alimentado desde el gabinete de servicios
auxiliares =NF01+NF2.
5. CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN POR COMPUTADORA
Los cálculos se realizaron con base en los planos de referencia [5] y [6] y con los niveles
de iluminancia exigidos, indicados en el ítem 4.2.
El programa utilizado para este cálculo es DIALux de DIAL GmbH Versión 4.12 con el
que se realiza la simulación y ajuste de los ángulos de las luminarias con el fin de obtener
la iluminancia definida en los criterios de diseño.
Al programa de cálculo “punto a punto” se ingresan los datos del tipo de luminaria, los
datos del área, las reflectancias y la separación entre luminarias.
El programa utiliza el método del “punto a punto” para la determinación del nivel de
iluminancia obtenido de acuerdo con la disposición, interdistancia y tipo de luminaria
seleccionada. El procedimiento empleado por el programa es iterativo ya que determina
la contribución de cada una de las luminarias consideradas en el diseño sobre un punto
específico del área a iluminar.
El cálculo por el método “punto por punto”, parte de las matrices de los datos fotométricos
de las luminarias (curvas isocandelas). En primer lugar se hallan las coordenadas
angulares de un punto de medición con respecto a una luminaria y su punto de enfoque,
con estos datos, se encuentra la intensidad en candelas en la dirección del punto a
estudiar.
Los resultados obtenidos se presentan el numeral 7 de este documento.
6. REDES DE CIRCUITO DE ILUMINACIÓN
A continuación se presentan los criterios empleados para el diseño de la red de
iluminación exterior y los tomacorrientes de patio de la subestación.
6.1 REDES DE ILUMINACIÓN
Las características y tipo de luminaria son presentados en el numeral 4.3.2.
La carga asociada a dicha iluminación se calculó con base en la potencia total de la
luminaria y su balasto.
Para las redes de iluminación se consideran los siguientes criterios:
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



El cableado para la alimentación eléctrica de las luminarias de patio y tomacorrientes
se realizará a través de cárcamos. Se instalarán cajas de derivación en las paredes
de los cárcamos en donde se realicen derivaciones de los circuitos de alimentación.
La alimentación eléctrica para las luminarias del alumbrado de patio se realizará
desde el nuevo gabinete de servicios auxiliares a través del tablero de control de
alumbrado a ubicarse en el edificio GIS mediante 2 circuitos.
La alimentación eléctrica para el tablero de alumbrado exterior y los tomacorrientes
del patio se realizará desde el nuevo gabinete de servicios auxiliares =NF01+NF2, a
ubicarse en el edificio GIS.
El color del revestimiento de los conductores debe estar de acuerdo con la sub-regla
030-036 Color de los Conductores de la norma de referencia [2], los cuales se
presentan en la siguiente tabla.
Tabla 3: Color de conductores.
CONDUCTOR
COLOR
Fase R.
Rojo.
Fase S.
Negro.
Fase T.
Azul.
Neutro.
Blanco o gris natural.
Aislamiento a Tierra o para enlaces
equipotenciales a tierra.
Sea verde o verde con una o más franjas
amarillas.
De no cumplir el suministro de cables con los colores indicados en la Tabla 3, estos
deberán llevar en los extremos (cintas de los colores correspondientes) para la
identificación de fases.
La tubería para las redes de iluminación y tomacorrientes que se instalarán en exteriores
será:


Para tramos expuestos a la intemperie, tubería metálica galvanizada tipo IMC
(semipesado), al igual que sus accesorios y tubería flexible.
Para tramos enterrados, tubería de PVC - SAP.
A continuación se presenta la verificación del porcentaje de ocupación de tuberías para
los casos más críticos.
Tabla 4: Ocupación del conductor.
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CABLE
CANTIDAD
(AWG)
ÁREA DEL
CABLE
2
(mm )
ÁREA
TOTAL
2
(mm )
TUBERÍA
(Pulg.)
ÁREA
TUBERÍA
2
(mm )
PORCENTAJE
OCUPACIÓN
(%)
Circuitos de iluminación de patio “C1”
3x12
1
83,32
83,32
8
1
35,57
35,57
Total
2
1½
1479,34
8,03
1479,34
8,03
118,89
Circuito de iluminación de patio “C2”
3x12
1
100,29
100,29
8
1
35,57
35,57
Total
2
1½
118,89
Circuito de tomacorrientes de patio “C3”
4x12
1
100,29
100,29
8
1
35,57
35,57
Total
2
1½
1479,34
9,18
135,86
Circuito de tomacorrientes de patio “C4”
4x12
1
100,29
100,29
8
1
35,57
35,57
Total
2
1½
1479,34
9,18
135,86
De la Tabla 4 se concluye que las áreas efectivas de las tuberías son mayores que las
áreas totales ocupadas por los cables.
Todos los empalmes y ramificaciones deben hacerse mediante bornes que aseguren la
unión eléctrica y mecánica perfecta.
No se permitirán empalmes en ramales a no ser que se hagan en cajas de conexión o
accesorios que sean permanentemente accesibles.
Todo cable empalmado o ramificado debe mantener el color o la numeración del cable
existente.
6.2 SELECCIÓN DEL CALIBRE DEL CONDUCTOR DE CIRCUITOS DERIVADOS
Los criterios básicos que se toman en cuenta para seleccionar el calibre del conductor de
circuitos derivados son los siguientes; de acuerdo con el orden en que se mencionan:
Capacidad de conducción de corriente, incluyendo factores decrementales. Las
capacidades nominales de los conductores y factores decrementales empleados para
diseño fueron los valores dados en la norma de referencia [2].
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En los diseños se aplicaron factores de corrección de la capacidad de conducción de
corriente, según las condiciones de la instalación tales como: forma de agrupamiento,
temperatura ambiente, temperatura máxima del conductor y tipo de instalación.
Los factores de temperatura se consideran como sigue: temperatura ambiente máxima
promedio 16º C, temperatura máxima del conductor de 75º C, conductor con aislamiento
tipo THW; los factores de agrupamiento para los conductores que son seleccionados se
basan en el número de conductores instalados por una misma canalización.
El porcentaje de caída de tensión total, considerando la caída en los circuitos
alimentadores principales y en los circuitos derivados, hasta la salida o punto de
utilización más alejado, no exceda el 4% de acuerdo con la regla 050-102 del CNE [2].
Las condiciones básicas utilizadas para seleccionar el calibre de los conductores son:

El calibre mínimo usado en los sistemas de alumbrado es No.12 AWG (4 mm2).

El factor de carga es considerado en alumbrado al 100%.
7. RESULTADOS,.
7.1 CÁLCULOS PARA LA SELECCIÓN DEL CONDUCTOR
En la siguiente tabla se resumen los cálculos efectuados para determinar el conductor a
ser empleado:
Tabla 5: Circuitos de iluminación y tomacorrientes para patio de llaves - Celdas de
transformación
Ubicación
Patio
de
conexiones
Calibre
No.
Corriente
Potencia
Longitud conductor
%
Protección
Circuito Luminarias /
Nominal
(W)
(m)
seleccionado Regulación
(A)
Tomacorriente
(A)
(AWG)
C1
5
1475
2,98
97,3
12
0,61
10
C2
8
2360
4,47
134
12
0,84
10
C3
1
4400
7,43
69,3
12
1,08
C4
1
4400
7,43
63,3
12
0,99
10
7.2 CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN
En los resultados obtenidos para la iluminación exterior de la subestación Friaspata 220
kV se observa que se cumplen con los niveles de iluminancia requeridos en la zona de
operación de los equipos.
Para el caso del alumbrado del patio de conexiones de 220 kV, el nivel promedio
obtenido según la distribución de luminarias propuesta fue de 23 luxes para el patio;
siendo para todos los casos el nivel mínimo requerido de 22 luxes de acuerdo con
documento de referencia [1].
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Para el caso del alumbrado de vías internas, el nivel promedio obtenido según la
distribución de luminarias propuesta fue de 15 luxes, siendo el nivel mínimo requerido de
11 luxes de acuerdo con documento de referencia[1].
Los valores mínimos de iluminancia presentados en los resultados no deben ser
considerados como críticos ya que corresponden a puntos extremos del área en
evaluación, en donde los niveles requeridos son mínimos. El mejorar estos niveles
demanda la instalación de luminarias cuyo beneficio para la actividad es mínimo.
Figura 1. Resultados – Niveles de iluminancia.
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Patio de 220 kV
Figura 2. Resultados – Curvas de iluminancia (lx) – Patio de conexiones.
Figura 3. Resultados – Curvas de iluminancia (lx) – Vías internas.
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Figura 4. Resultados – Vista en colores falsos.
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Figura 5. Resultados patio 220 kV – Vista en 3D
8.
CONCLUSIONES
Según los cálculos realizados, en la siguiente tabla se muestra el resumen de los
resultados obtenidos:
Tabla 6. Resumen de resultados obtenidos.
Ubicación
Tipo /
Potencia
luminaria
Patio 220 kV
Reflector /
250 W
Número de
luminarias
13 (nuevas)
4 (existentes)
Nivel
promedio
de luxes
(lux)
Conductor
seleccionado
Protección
23
4x12 AWG
10
9.
REFERENCIAS
9.1
DOCUMENTOS EXTERNOS
[1]
Código Nacional de Electricidad – Suministro 2011.
[2]
Código Nacional de Electricidad – Utilización 2006.
[3]
IESNA Lighting handbook, 10th edición.
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9.2
DOCUMENTOS INTERNOS
[4]
PE-AM17-GP030-GEN-D001, Criterios de diseño - Electromecánica.
[5]
PE-AM17-GP030-HUA-GIS-K013, Subestación Friaspata 220 kV – GIS - Planta
general de cimentaciones, canaletas, ductos y obras complementarias.
[6]
PE-AM17-GP030-HUA-GIS-K005, Subestación Friaspata 220 kV –
Instalaciones eléctricas e iluminación exterior - Planta y detalles.
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GIS -
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