CYPELEC Networks

Método de cálculo

Para la obtención de los valores característicos de la instalación (tensiones, intensidades y potencias), el programa establece un análisis matricial del sistema a través de las conexiones entre los elementos que la componen. Las características físicas de cada elemento impedante definirán los valores de la matriz de admitancias del sistema, y las propiedades de consumo en las cargas y de generación en las fuentes de suministro definirán las condiciones de operación del sistema.

El cálculo de las tensiones de los nudos y los flujos de potencia para todos los elementos del sistema eléctrico se realiza mediante el método de Newton-Raphson. Este método obtiene los resultados mediante iteraciones sucesivas de la resolución matricial, deteniendo el proceso cuando las funciones de potencia son menores que el error máximo permitido.

Gracias al análisis matricial del sistema y al método de convergencia utilizado para el cálculo, el programa permite introducir cualquier distribución de elementos interconectados entre sí, ofreciendo velocidades de cómputo totalmente optimizadas, y un nivel de precisión en los resultados configurable por el usuario.

• Título del plano
  Identifica cada plano a través de una referencia de texto.
  
• Descripción
  Permite introducir un pequeño texto descriptivo asociado al contenido del plano.
  
• Formato de papel
  Se puede escoger entre los distintos formatos DIN o ANSI.
  
• Orientación del plano
  Permite cambiar la orientación entre Vertical y Horizontal.
  
• Tamaño de los textos
  A través de esta escala se modificará el tamaño de los textos en relación a las dimensiones del elemento que describen.
  
• Factor de escala
  Afecta a todos los elementos dibujados en el plano (elementos, conexiones y textos), de modo que es posible realizar ajustes en las dimensiones generales del esquema y encuadrarlo para que no exceda los límites del papel.

Opciones generales

El programa ofrece una selección de dispositivos cuyas características se almacenan en diferentes bibliotecas de elementos. Las propiedades de cada elemento se definen a partir de los catálogos de los principales fabricantes del sector, sin embargo, estas bibliotecas son totalmente editables por el usuario, quién podrá modificar parámetros o añadir nuevos elementos si así lo desea. Las bibliotecas de las que dispone el programa son las siguientes:

• Cables
  
• Líneas de transmisión
  
• Cables de tierra
  
• Fusibles
  
• Interruptores
  
• Baterías de condensadores
  
• Configuraciones de las líneas de transmisión (torres eléctricas)

• Opciones de cálculo
  Aquí es posible modificar parámetros como la frecuencia de la red, la potencia base para la conversión al sistema PU, el número máximo de iteraciones y el error máximo permitido para el cálculo iterativo.
  
• Opciones de dibujo
  Con esta opción se puede activar o desactivar los campos que aparecen en las etiquetas de cada elemento del plano, así como el tamaño utilizado para la fuente de todos los textos.
  
• Líneas de usuario
  Esta herramienta permite configurar líneas de varios elementos en bloque para su introducción conjunta sobre el plano. Cada elemento debe estar definido con su referencia a biblioteca correspondiente para incorporar sus características de cálculo. Desde esta función también se controla la visualización de estas líneas predefinidas en la barra de elementos, así como el icono utilizado para su selección.
  
• Comprobaciones en la línea
  El programa realiza una serie de comprobaciones de cálculo selccionables por el usuario. A través de esta opción se podrán definir los límites de aplicación de las comprobaciones globales, y activar o desactivarlas a criterio del usuario.
  
• Unidades

Es posible introducir las siguientes fuentes de alimentación:

•  Suministro
  La fuente de suministro es el punto de inicio de la instalación. En la fuente de suministro se establece la tensión de alimentación de la red, que será a posteriori la tensión base de la instalación, sus características de conexión y sus características a cortocircuito. En todas los proyectos eléctricos es necesario la introducción de al menos una fuente de suministro.
•  Generador
  La fuente de suministro puede ir acompañada de uno o varios generadores instalados a lo largo de la instalación eléctrica. Para el generador se introducen sus características nominales, de conexión y de cortocircuito. Un aspecto reseñable en los generadores es la definición de su modo de funcionamiento. El modo de funcionamiento del generador puede ser manteniendo la tensión fija mediante la regulación de la potencia reactiva, o manteniendo la potencia reactiva fija en cuyo caso se regula la tensión entre dos valores mínimo y máximo.

• Transformadores de dos y tres devanados
  Los transformadores de dos y de tres devanados permiten variar y ajustar la tensión y la conexión en sus respectivos devanados. Una característica reseñable en los transformadores es la posibilidad de configurar el cambiador de tomas con el objetivo de regular la tensión en los buses conectados a los devanados del transformador.
•  Batería y generador fotovoltaico
  Son elementos de dibujo para completar el esquema.

Conductores

Los tipos de conductores disponibles son:

•  Cables
  La selección del modelo de cable escogido se realiza partiendo de las familias definidas en la biblioteca. El programa tomará las características físicas del cable seleccionado, y el usuario deberá definir las condiciones de instalación del mismo. Las condiciones de instalación dependerán de si el cable seleccionado está definido según el estándar IEC o según el estándar ANSI. De este modo, a partir de las tablas definidas en la norma IEC 60364-5-52 o de las tablas definidas en la NEC (National Electrical Code), se obtendrá la intensidad máxima admisible para cada conductor y las impedancias necesarias para los cálculos de tensión e intensidad.
  En cuanto a la configuración de los conductores, el panel ofrece todas las combinaciones posibles para poder seleccionar las características de los cables de alimentación; conductores sencillos, cables multiconductores de diferentes combinaciones (2x, 3x, 4x, 5x…), cables tríplex, tanto para baja tensión como para media tensión. Las características del cable junto con el método de instalación determinan la impedancia serie y la admitancia paralelo del cable, necesarias para el cálculo del flujo de cargas de la instalación, y por consiguiente la intensidad. Esta intensidad comparada con la ampacidad del cable determina si el cable es válido.
•  Líneas de transmisión
  Al igual que con los cables el programa ofrece una gran versatilidad para seleccionar los conductores que forman la línea de transmisión de alta tensión, incluso la posibilidad de situar dichos conductores sobre torres eléctricas típicas.
•  Impedancias
  Además de cables y líneas de transmisión es posible incorporar impedancias en valor PU o en Ohmios.

Los elementos terminales que el programa dispone son:

•  Cargas
  Las cargas se pueden introducir mediante su consumo en potencia (aparente, activa y reactiva) o mediante su consumo en intensidad de forma que cualquier valor introducido modifica al resto de parámetros.
  
  • Carga importada
    Cuando se selecciona esta herramienta, el programa permite seleccionar la carga deseada entre las importadas del modelo BIM para incluirla en el esquema y continuar con la instalación eléctrica. Cada vez que se seleccione esta herramienta, se podrá seleccionar una de las cargas importadas.
    
    En el caso en que la carga importada sea monofásica, se podrá seleccionar a qué fase está conectada.
    
•   Condensadores y batería de condensadores
  El condensador y la batería de condensadores se definen mediante la aportación de energía reactiva capacitiva en el sistema eléctrico con el objeto de la mejora del factor de potencia.
  
•  Motores
  El panel del motor permite definir las características de funcionamiento para obtener resultados de intensidad consumida en función del régimen de funcionamiento escogido y del instante tras el arranque.
  
  De este modo en la descripción del motor se deberá establecer la potencia del mismo, la tensión nominal para la que está diseñado y el tipo de alimentación (monofásica o trifásica).
  
  En las condiciones de operación se permite establecer tres regímenes de funcionamiento (100%, 75% o 50% de la plena carga) y decidir para cuál de ellos trabaja el equipo. En función del modo seleccionado, se tendrá una intensidad demandada, a partir de la cual se dibujará la curva de funcionamiento y arranque.
  
  En “Velocidad angular” se realiza el cálculo de las RPM en función del número de polos y del deslizamiento de la máquina.
  
  Por último, en las “Condiciones de funcionamiento” se establecen los parámetros críticos para el arranque del motor como son la intensidad pico, la intensidad de arranque o el tiempo de arranque. Con todos los datos correctamente definidos, el programa muestra la curva de arranque del motor en una gráfica Intensidad-tiempo en escala logarítmica. Esta gráfica se trasladará a la protección del motor para realizar la selección del dispositivo correctamente y garantizar el no disparo de la protección en los instantes iniciales del arranque.
  
•  Lámparas
  Elementos de dibujo para completar el esquema.
  
•  Tierra
  Elementos de dibujo para completar el esquema.

Con el fin de ofrecer al usuario una introducción de elementos más dinámica, se ha diseñado la herramienta “Línea”. Con ella es posible configurar diferentes bloques de elementos para su introducción conjunta sobre el plano. El selector incluye las líneas definidas previamente en las opciones de configuración, sin embargo es posible añadir más elementos a cada línea, incluso generar una agrupación de elementos partiendo de cero. Las modificaciones realizadas en los bloques de elementos desde este botón no tendrán repercusión en los definidos en la biblioteca de líneas, para almacenar líneas en biblioteca se deberá acudir al apartado correspondiente de las opciones de configuración.

Además del botón general para la introducción de líneas predefinidas, el programa ofrece una serie de accesos rápidos a estas líneas previamente configuradas por el usuario. Su visualización en la barra de herramientas depende de su activación en las opciones de configuración.

Este bloque incluye una serie de elementos de dibujo para completar el esquema sin necesidad de definir sus propiedades eléctricas. Se dispone de:

• Autotransformadores
• Transformadores de corriente
• Transformadores de tensión
• Relés de sobreintensidad
• Relés motor
• Relés de corte diferencial
• Relés térmicos
• Relés magnéticos
• Relés multifunción
• Inversores
• Rectificadores
• Filtros de armónicos
• Multímetros
• Voltímetros
• Amperímetros
• Contadores

Es posible introducir las siguientes leyendas en el esquema de la instalación:

•  Identificador
  Etiqueta configurable que permite marcar el nivel de tensión así como una referencia de tres letras para cada esquema o una parte del esquema.
  
•  Caja de texto

El programa dispone de las siguientes herramientas de edición:

•  Editar
  Se trata del modo de trabajo activado por defecto y permite abrir los paneles de características de cada equipo para modificar sus propiedades.
  
•  Copiar
  Permite copiar los elementos seleccionados a una nueva localización en el plano.
  
•  Mover
  Permite mover un único elemento a una nueva localización en el plano. Utilizando esta herramienta también es posible actuar sobre los elementos de conexión y modificar la longitud de conexiones y buses.
  
•  Mover un grupo de elementos
  Permite mover los elementos seleccionados a una nueva localización en el plano.
  
•  Borrar
  Elimina del plano los elementos seleccionados.
  
•  Girar
  Permite rotar elementos sobre el eje de rotación seleccionado.
  
  
  • Girar grupo
    
    Permite hacer una captura de varios elementos que se desean girar a la vez.
  • Copiar en otro esquema
    
    Permite seleccionar uno o varios elementos de un esquema origen y copiarlos en un esquema destino.
  • Editar serie
    
    
    Con esta herramienta puede editar y visualizar de una manera más rápida las características de los elementos del esquema unifilar por medio de una barra de desplazamiento horizontal. También permite copiar los parámetros de edición del elemento que se está visualizando y pegarlos en otro elemento anterior o posterior.
  • Cambiar servicio
  
  
  
  
•  Igualar
  
  
  Herramienta que permite igualar las propiedades de un elemento al resto de los de su clase. Para ello primero se debe hacer clic sobre el elemento de referencia, y después, sobre aquellos en los que se quiere volcar la información copiada. Los elementos susceptibles de ser modificados se iluminarán con un color que los resalte para facilitar su localización al usuario.

El bloque de cálculo incluye las siguientes herramientas

Actualizar resultados
Lanza el motor de cálculo del programa para la obtención de resultados y la evaluación del cumplimiento de los límites establecidos para cada magnitud.

Mostrar/Ocultar resultados
Activa o desactiva la visualización de avisos y errores sobre el esquema

 Comprobaciones

Lanza una tabla en la que se muestran los elementos que presentan errores de comprobación. Se lista el tipo de elemento, su referencia, la condición de cumplimiento de la que se está avisando, el límite de cumplimiento introducido, el valor de operación de la magnitud evaluada y la diferencia entre el límite y las condiciones de operación.

Resultados
Permite cambiar la visualización de los resultados representados sobre el esquema, pasando del valor PU a la magnitud junto a su unidad.

Resultados de cálculo
Permite lanzar un listado con los resultados de cálculo del flujo de cargas.

Opciones
Permite editar ciertas opciones para el cálculo del flujo de cargas. Además permite introducir un factor de simultaneidad global para toda la instalación, así como seleccionar las hipótesis que se quieren calcular.

Análisis de hipótesis
Abre un panel donde se representan las hipótesis definidas y los resultados de cálculo para cada una de ellas, todo organizado en varias solapas:

Solapa Información
Se reflejan características de cálculo de las hipótesis seleccionadas en la parte izquierda. Además se especifica cuál ha sido el bus de referencia inicial para el cálculo del flujo de cargas y la potencia de generación resultante.

Solapa Buses
Se trasladan los valores resultantes de tensión en PU en cada bus para cada hipótesis y se comparan con los valores permitidos de caída de tensión acumulada definidos en Opciones generales.

Solapa Cables
Se subdivide en 4 apartados: ampacidad, caída de tensión máxima, error máximo entre la tensión nominal y la tensión de operación (%) y máximo desequilibrio entre fases (%).

Solapa Cargas
Se representan, para cada hipótesis, los valores de potencia activa y reactiva de las cargas, afectadas por los criterios de uso y simultaneidad especificados para cada hipótesis.

Solapa Suministros
Se muestran para cada hipótesis los valores resultantes de potencia activa y reactiva que genera cada suministro, de acuerdo al cálculo del flujo de cargas.

Solapa Protecciones
Se representa la comprobación que relaciona la intensidad nominal o de regulación de la protección con la intensidad nominal de cálculo de la línea y la ampacidad del cable que protege.

Corrientes de cortocircuito

CYPELEC Networks realiza el cálculo de las corrientes de cortocircuito según la norma internacional IEC 60909.

El bloque "Cortocircuito" de la barra de herramientas incluye todas las opciones que permiten calcular, configurar y obtener resultados del cálculo de las corrientes de cortocircuito:

•  Actualizar resultados
•  Análisis de las hipótesis
•  Resultados
•  Resultados de cálculo
•  Opciones de cálculo
•  Comprobaciones
•  Mostrar/Ocultar resultados

Actualizar resultados de cálculo de la corriente de cortocircuito

Actualiza el resultado del cálculo de la corriente de cortocircuito simétrica inicial (I"_k) en la instalación eléctrica para los siguientes tipos de cortocircuito:

• Cortocircuito trifásico
  
• Cortocircuito bifásico
  
• Cortocircuito bifásico a tierra
  
• Cortocircuito monofásico a tierra

Análisis de las hipótesis a cortocircuito

Con esta opción se abre un cuadro de diálogo que permite visualizar, para cada hipótesis, dos tablas donde se muestran los resultados de cálculo de las corrientes de cortocircuito (solapa Resultados) y la comprobación a cortocircuito de los interruptores (solapa Protecciones).

• Solapa Resultados
  Muestra una tabla donde se presentan todas las corrientes de cortocircuito calculadas, por fase, máximas y mínimas.
  
  
• Solapa Protecciones
  Muestra una tabla que recoge los interruptores que dispone la instalación y comprueba que el poder de corte del interruptor sea superior a la intensidad de cortocircuito máxima.

Visualización de resultados

Esta opción abre una nueva barra de herramientas que permite configurar la visualización de los resultados en pantalla. El usuario puede optar por:

• Visualizar la corriente de cortocircuito trifásica, bifásica, bifásica a tierra, monofásica a tierra o todas a la vez.
• Seleccionar la fase de las corrientes de cortocircuito que desee.
• Seleccionar las corrientes de cortocircuito máximas o mínimas.

Listado de resultados de cálculo

Muestra una tabla con los resultados de las corrientes de cortocircuito, señalando en "negrita" el valor máximo y mínimo para cada bus. Cabe señalar que el tipo de cortocircuito que conduce a la corriente más alta, depende de los valores de las impedancias de cortocircuito de secuencia directa, inversa y homopolar del sistema.

Opciones de cálculo

Este botón abre un diálogo que dispone de cinco apartados:

• Factor de tensión "c" para el cálculo de las corrientes de cortocircuito máximas y mínimas
  En este apartado se especifican los valores del factor de tensión "c" de la tabla 1 de la norma IEC 60909-0. No obstante, se pueden cambiar y su valor influye en el cálculo de las corrientes de cortocircuito máximas y mínimas.
  
• Impedancia de defecto
  Opcionalmente se puede especificar una impedancia de defecto para aquellos casos en los que se considere que el cortocircuito no es franco (con impedancia nula).
  
• Poder de corte en los interruptores según estándar IEC
  En este apartado es posible elegir el poder de corte (de servicio o último) que se compara con la corriente de cortocircuito máxima, en la comprobación específica del interruptor a cortocircuito.
  
• Selección de las hipótesis de estado a analizar
  Permite seleccionar las hipótesis con las que se desea calcular el cortocircuito.
  
• Selección de los elementos a analizar
  Permite seleccionar en qué buses o posiciones relativas del cable se quiere calcular las corrientes de cortocircuito.

Comprobaciones

Con esta opción se listan en un panel las comprobaciones a cortocircuito que no cumplen. Una de ellas es la validez de los interruptores instalados a cortocircuito.

Mostrar/Ocultar resultados

Permite mostrar u ocultar los resultados de cortocircuito en la pantalla.

Corrientes de cortocircuito en una posición relativa del cable

Un cable, o línea de transmisión, se encuentra situado entre dos buses. CYPELEC Networks calcula las corrientes de cortocircuito en ambos buses, es decir, calcula las corrientes en cada extremo del cable.

El programa dispone de una opción que permite calcular las corrientes de cortocircuito en una posición relativa del cable, además de en sus extremos. Para ello hay que activar la opción "Cortocircuito en una distancia relativa del cable", e indicar la posición relativa (entre 0 y 1) donde se produce el cortocircuito. Posteriormente y tras el cálculo, el programa reflejará los resultados de este cortocircuito al lado de la representación del cable o línea de transmisión.