Figura A.4 - Baliza de extremo y umbral de pista y barra de ala. Figura extraída de [21].
Las balizas están diseñadas para que funcionen con cuaquier transformador que cumpla con las normas IEC o FAA de hasta 150 W sin afectar el rendimiento ni la vida útil del transformador. Sin embargo si se utiliza un transformador diferente, puede reducir su rendimiento. La baliza es de tipo elevada y bidireccional. Sus características son: Carga de la baliza Transformador de aislamiento Carga del transformador de aislamiento
Carga del CCR Diámetro y altura 34.7 VA bidireccional 30/45 W ó 45 W 8.1 VA 40.1 VA 166 x 233 mm. 27.5 VA unidireccional 30/45 W ó 45 W 8.1 VA 40.1 VA 166 x 233 mm.
Tabla A.7 - Características de las balizas de extremo y de umbral de pista. Tabla extraída de [21].
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12 Anexos
Figura A.5 - Datos fotométricos de las luces rojas y verdes de las balizas de extremo y umbral de pista. Figura extraída de [21].
A.4 Transformadores de aislamiento
El modelo de transformador de aislamiento seleccionado para las conexiones en los circuitos series es el modelo RST de la marca ADB.
Figura A.6 - Transformador de aislamiento. Figura extraída de [21].
En la figura se diferencian los distintos componentes del transformador: 1. Encapsulado.
2. Cable primario. 3. Cable secundario. 4. Enchufe hembra bipolar. 5. Enchufe unipolar.
6. Enchufe hembra unipolar.
7. Cable de puesta a tierra -opcional-.
El RST se ha desarrollado para el uso en circuitos serie de iluminación instalados en todo el campo de vuelo de un aeropuerto. Gracias al empleo de un transformador de aislamiento, se remedia el inconveniente mayor de un sistema serie simple. Es por ello que, en el caso de que una lámpara falle, el embobinado primario del transformador asegura la continuidad del circuito y permite que todas las otras lámparas permanezcan encendidas. Además, también aísla completamente las luces del alto voltaje del circuito serie.
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13 Anexos
orientadas de baja pérdida, aisladas por una cubierta termoplástica.
Los bobinados primarios y secundarios están hechos de alambre de cobre esmaltado y están completamente separados el uno del otro. Esto resulta particularmente importante para la seguridad del personal operador: no existe contacto directo ni camino entreel alto voltaje del bobinado primario y el bobinado secundario.
El encapsulado del transformador está realizado con elastómero termoplástico -TPE-, presentando una excepcional resistencia a golpes y a manejos bruscos. Presenta una resistencia particularmente buena contra el ácido, sales alcalinas y aceite, además de ser resistente al ozono y a radiación UV.
En la siguiente tabla se recogen los diferentes datos técnicos del transformador de aislamiento dependiendo del valor nominal de la potencia.
Valores Nominales Rendimiento a 20 oC
Potencia nominal secundaria (W) Corriente primaria/secundaria (A) Rango de potencias (W) Rango de cargas (Ω) Eficiencia a carga nominal (%) Factor de potencia a carga nominal Corriente de cortocircuito (A) Voltaje con circuito abierto (V) 10/15 6.6/6.6 12.5-20 0.29-0.47 70 0.97 6.73 6 20/25 6.6/6.6 18-30 0.41-0.70 74 0.97 6.73 8 30/45 6.6/6.6 35-60 0.80-1.38 86 0.98 6.73 17 65 6.6/6.6 40-100 1.03-2.29 87 0.98 6.71 30 100 6.6/6.6 35-125 0.80-2.87 89.5 0.98 6.69 37 150 6.6/6.6 50-185 1.10-4.25 91.5 0.98 6.70 52 200 6.6/6.6 40-230 0.92-5.28 92.5 0.98 6.68 62 300 6.6/6.6 25-360 0.57-8.25 94 0.98 6.67 99
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14 Anexos
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ANEXO B:
CÁLCULOS ELÉCTRICOS
B.1 Cálculos
Como se vio en la sección de Sistemas de balizamiento, los circuitos de balizamiento se componen principalmente de un regulador de corriente constante, situado en la cabecera del circuito, un transformador de aislamiento conectado mediante un cableado primario al regulador y balizas conectadas mediante un cableado secundario al transformador de aislamiento. De estos componentes, conocemos naturalmente las balizas, cuyas características de consumo y suministro vienen facilitadas por el fabricante, y el cableado tanto primario como secundario. Únicamente falta por obtener las características del transformador de aislamiento y del regulador de corriente, las cuales las podemos obtener gracias a la Normativa, que dicta los cálculos y las directrices necesarias para su correcto funcionamiento. A continuación, se facilitan los cálculos recogidos en la Normativa que se emplearán para lograr obtener el adecuado dimensionamiento de uno y otro equipo.
Los cálculos que se van a detallar difieren ligeramente a los contemplados en la Normativa, debido a que las condiciones de la instalación de los circuitos de balizamiento son diferentes. Esta diferencia radica en el número de balizas que se conectan a un transformador, una por cada transformador en los cálculos reglamentarios y una, dos o tres en los cálculos del presente trabajo. Es por ello que la nomenclatura de los coeficientes que aparecen en las fórmulas cambian de una a otra versión. Se aclarará cada coeficiente cuando proceda. En cualquier caso, la veracidad de los cálculos que se expondrán es absoluta, pues únicamente se realiza un cambio del número de balizas, que a grandes rasgos es como conectar una baliza de potencia unitaria igual a la suma de las potencias unitarias de las balizas conectadas en serie.
Para dimensionar el transformador de aislamiento, debemos conocer la potencia consumida aguas abajo del mismo. Para ello es necesario recordar el esquema de un circuito serie de balizamiento:
Figura B.1 - Esquema de un circuito de balizamiento con 2 balizas conectadas en serie a un mismo transformador de aislamiento. Modificación de figura extraída de [3].
16 Anexos
La potencia aguas abajo será la suma de dos componentes:
Potencia demandada por la baliza o balizas, dependiendo del circuito que se calcule. Potencia que es consumida por el cable por efecto Joule.
Esta potencia se puede expresar a través de la siguiente ecuación: 𝑃𝑐= 𝑁 · 𝑃 + 𝐿𝑠𝑒𝑐· 𝑝𝑠𝑒𝑐 Los coeficientes que aparecen son:
𝑁: Número de balizas conectadas al mismo transformador. La Norma refleja este coeficiente como el número de lámparas de cada baliza, ya que contempla la posibilidad de la conexión de una sola baliza al transformador. En este caso, se considera el número de balizas, ya que el consumo de las lámparas que componen la baliza lo resumimos en un consumo unitario de baliza, sin realizar distinción entre el consumo de las lámparas que la componen.
𝑃: Potencia unitaria de cada baliza. Esta potencia es la suma algebraica de la potencia de cada una de las lámparas que componen cada baliza. La Norma asigna a esta potencia la que tiene cada una de las lámparas que componen una baliza. Se mide en W.
𝐿𝑠𝑒𝑐: Longitud del cableado secundario, que une en serie las balizas con el transformador. Se mide en m.
𝑃𝑠𝑒𝑐: Pérdidas por unidad de longitud delcableado secundario. Se mide en W/km ó W/m.
Del Anexo 1 se obtiene el modelo del cableado secundario que se instalará, el cual es Cu DV 1x2.5 mm2 0.6/1 kV. Para un cable de sección de 2.5 mm2, se considera un valor de resistencia por unidad de longitud de 7.45 Ω/km.
Para obtener las pérdidas de potencia por unidad de longitud en el cableado secundario, se emplea la expresión que formuló Joule, la cual es:
𝑃 = 𝑅 · 𝐼2 𝑃: Pérdidas por efecto Joule en un elemento.
𝑅: Resistencia del elemento. Se puede considerar la resistencia por unidad de longitud en caso de un conductor.
𝐼: Intensidad que atraviesa al elemento. En este caso, al considerar un conductor, será la intensidad qe atraviesa el cable.
En este caso, se conoce la resistencia por unidad de longitud y la intensidad que atraviesa el conductor, que es 6.6 A, correspondiente a la máxima intensidad de brillo, el nivel 5. Entonces se obtiene el valor de las pérdidas por unidad de longitud en el cableado secundario, el cual es:
𝑃𝑠𝑒𝑐 = 𝑅𝑠𝑒𝑐· 𝐼2 = 7.45 Ω 𝑘𝑚· 6.6 2 𝐴2 = 324.52 𝑊 𝑘𝑚= 0.324 𝑊 𝑚
Una vez que se ha obtenido la potencia aguas abajo del transformador, se está en disposición de realizar la elección del transformador adecuado a la instalación. La elección del transformador está limitada a los valores comerciales aportados por los fabricantes. En la siguiente tabla se puede observar los rangos admisibles de potencias, intensidad en las conexiones del primario y secundario, que en todos los casos es de 6.6 A debido a que es la intensidad que se debe de considerar en los cálculos de circuitos de balizamiento, y el valor del rendimiento mínimo recomendado por el fabricante para que este trabaje en unas condiciones óptimas. Esta tabla se ha obtenido gracias a la información del fabricante de transformadores de aislamiento, en este caso
ADB.
Según la Norma, se puede admitir un valor de potencia demandada por el conjunto baliza-cableado secundario aproximadamente un 20% superior al valor nominal de potencia del transformador. Es por ello que el criterio adoptado para la elección del transformador es:
17 Anexos 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜 ≥ 𝑃𝑐 1.2 Potencia nominal del transformador (W)
Intensidad (A) Rango de potencias (W) Rendimiento mínimo (%) Primario Secundario 30/40 6.6 6.6 25-60 80 65 6.6 6.6 40-90 80 100 6.6 6.6 50-125 85 150 6.6 6.6 45-185 90 200 6.6 6.6 25-230 90 300 6.6 6.6 25-360 90
Tabla B.1 - Características de los transformadores de aislamiento a considerar en los cálculos.
Tras la obtención del tipo de transformador adecuado para la alimentación de las balizas, procedemos a obtener la potencia consumida por el conjunto transformador-secundario-baliza, necesaria para el cálculo de la potencia total demandada por el circuito de balizamiento. Esta potencia está compuesta por la potencia consumida por la baliza y el cableado secundario, que se ha obtenido con anterioridad, la potencia del transformador y las pérdidas en los conectores del mismo. La expresión es la siguiente:
𝑃𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜−𝑠𝑒𝑐−𝑏𝑎𝑙 =𝑃𝑐+ 𝑝𝑐𝑜𝑛 𝜂𝑡 𝑃𝑐: Potencia consumida aguas abajo del transformador
𝑝𝑐𝑜𝑛: Pérdidas en conectores Se supone un valor de un 2% de la potencia nominal del transformador.
𝜂𝑡: Rendimiento del transformador.
Para obtener el rendimiento del transformador, la Norma contempla los siguientes casos:
Si 𝑃𝑐 es aproximadamente la potencia nominal del transformador, 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜, entonces se considera un rendimiento del 87%.
Si 𝑃𝑐 es el 60% de 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜, entonces se considera un rendimiento del 75%.
En los demás casos se supone una variación lineal de rendimiento, cuyo valor se obtendría de la siguiente expresión:
𝜂𝑡 = 0.75 + 0.3 · ( 𝑃𝑐
𝑃𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜− 0.6)
Para obtener la potencia del regulador asociado al circuito, se necesita previamente obtener la potencia total consumida por el circuito de balizamiento al cual se va a conectar. La condición que debe tenerse en cuenta en la correcta elección del regulador es que la potencia total demandada por el circuito serie al que está conectado, 𝑃𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜, debe ser inferior a la potencia nominal del regulador en cuestión.
𝑃𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 > 𝑃𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜
Es adecuado considerar que los reguladores trabajen en un régimen de carga en torno al 70-90% para poder absorber las puntas de conexión, pérdidas en conexiones…, existiendo además un margen de potencia
18 Anexos
disponible para futuras ampliaciones del circuito, con una correspondiente inclusión de nuevos equipos eléctricos que demanden energía.
La potencia total demanda por un circuito se compone de los siguientes factores: Potencia consumida por todos los conjuntos transformador-secundario-baliza. Pérdidas que se producen en el cableado primario.
Esta potencia total adquiere entonces la siguiente expresión:
𝑃𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 = ∑ 𝐵𝑖· 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜−𝑠𝑒𝑐−𝑏𝑎𝑙,𝑖+ 𝐿𝑝𝑟𝑖𝑚· 𝑝𝑝𝑟𝑖𝑚
𝑖
Siendo:
𝐵𝑖: Número de conjuntos transformador-secundario-baliza de tipo i del circuito.
𝑃𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜−𝑠𝑒𝑐−𝑏𝑎𝑙,𝑖: Potencia consumida por el conjunto transformador-secundario-baliza tipo i. Se mide
en W.
𝐿𝑝𝑟𝑖𝑚: Longitud del cableado primario. Se mide en m.
𝑝𝑝𝑟𝑖𝑚: Pérdidas por unidad de longitud del cableado primario. Se mide en W/km ó en W/m. Para esta expresión se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:
Existen dentro de un mismo circuito varios tipos de conjuntos trnasformador-secundario-baliza, de ahí el subíndice i. Estas diferencias radican principalmente en la longitud del cableado secundario, el transformador que se instale o del número de balizas que se conecten en serie.
La longitud del cableado primario se obtiene a partir de las mediciones efectuadas diectamente en los planos, los cuales se encuentran en el Anexo 4. A la medida obtenida se le añade un 10%, pues se deben considerar posibles desvíos en la obra no contemplados en los planos que aumenten la longitud del mismo.
Como se ha mencionado en el Anexo 1, el cableado primario seleccionado es el de tipo Cu UNE RHZ1 6/10 kV 1x6 mm2. Para evaluar las pérdidas en este cableado, se procede de manera similar a lo expuesto para el cálculo de las pérdidas en el cableado secundario, es decir, a través de la expresión de Joule. En este caaso, se considera un valor de resistencia por unidad de longitu de 3.3 Ω /km y una intensidad de 6.6 A considerada para el máximo nivel de brillo, el nivel 5.
𝑝𝑝𝑟𝑖𝑚= 𝑅𝑝𝑟𝑖𝑚· 𝐼2 = 3.3 Ω 𝑘𝑚· 6.6 2 𝐴2 = 143.75 𝑊 𝑘𝑚= 0.144 𝑊 𝑚 Para finalizar, la potencia del regulador la obtenemos de la siguiente ecuación:
𝑃𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 = 𝑃𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 𝜂𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 Donde:
𝜂𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟: Rendimiento del regulador. Se considera un valor conservador de 0.95.
Tras realizar la descripción de los cálculos eléctricos que se deben llevar a cabo para el correcto dimensionamiento de los equipos eléctricos asociados a los circuitos, se detallará a continuación los valores obtenidos en la aplicación a los distintos circuitos que se van a ejecutar. Con el fin de resumir los cálculos efectuados y obtener las soluciones, se expondrán los resultados obtenidos de forma tabulada. Cada tabla cuenta con 6 columnas diferentes.
La primera de ellas, 𝑃, es la potencia unitaria de cada baliza.
La segunda, 𝐿𝑠𝑒𝑐, es la longitud del cableado secundario, esto es la distancia entre el transformador de aislamiento y la baliza.
La tercera es el número de conjuntos transformador-cableado secundario-baliza que cuentan con las mismas características, es decir, misma potencia de transformador, misma longitud de cableado
19 Anexos
secundario y misma potencia unitaria de baliza.
La cuarta es la potencia con la que cuenta el transformador de aislamiento.
La quinta es lo que se ha denominado anteriormente como la potencia consumida por el conjunto transformador-cableado secundario-baliza.
La sexta es el rendimiento con el que cuenta el transformador.
B.2 Eje de pista C.
Se considera un factor de potencia de 0.8 para obtener la potencia aparente de cada baliza.
𝑃 (W) 𝐿𝑠𝑒𝑐 (m) Nº Conjuntos 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜 (W) 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜−𝑠𝑒𝑐−𝑏𝑎𝑙 (W) 𝜂𝑡 96 145 5 200 443 0.79 96 96 8 100 241 0.95 96 78 52 100 240 0.93 96 75 4 100 239 0.93 96 72 27 100 239 0.93 96 52 15 100 237 0.91
Tabla B.2 - Características circuito Eje de pista C.
𝐿𝑝𝑟𝑖𝑚 7.360 m ∑ 𝐵𝑖· 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜−𝑠𝑒𝑐−𝑏𝑎𝑙,𝑖 𝑖 27.508 W 𝐿𝑝𝑟𝑖𝑚· 𝑝𝑝𝑟𝑖𝑚 (· 1.1) 1.060 W (1.166 W) 𝑃𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 28.568 W (28.674 W) 𝑃𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 30.072 W (30.183 W) Tabla B.3- Potencia del circuito Eje de pista C y del regulador asociado.
El regulador debe ser de 30.2 kW de potencia o superior. Los términos entre paréntesis son los resultados obtenidos añadiendo un 10% a la longitud del cableado primario.