0.3 Dimensionamiento y Seleccion de Conductores

UNIDAD III “DIMENSIONAMIENTO Y SELECCIÓN DE CONDUCTORES”

1.

INTRODUCCIÓN

En esta unidad se presenta un procedimiento para el dimensionamiento y selección de los conductores eléctricos utilizados en el transporte de la energía eléctrica. Asimismo, se analizarán las correcciones que deben aplicarse por efecto de temperatura y la cantidad de conductores durante el dimensionamiento. 2.

OBJETIVO

Utilizar los criterios técnicos para dimensionar los conductores eléctricos, eligiendo los parámetros que permitan la optimización. 3.

CONTENIDO 3.1.

Selección de los conductores

Para seleccionar el conductor más adecuado para una determinada instalación eléctrica, es necesario tener en cuenta los lo s siguientes factores: Condiciones del medio ambiente. El tipo de aislamiento que lleve el conductor dependerá de las condiciones del medio ambiente, donde los conductores eléctricos van a instalarse. Según las normas IEC 34 –1 ítem 11, las condiciones usuales de servicio son:

La altitud no superior a 1 000 metros sobre el nivel del mar. La temperatura del medio refrigerante hace que el aire circulante sufra cambios considerables cuando la temperatura ambiente supera los 30°C. Hasta éstos valores de altitud y temperatura ambiente se consideran condiciones normales donde los conductores deben trabajar sin alteración alguna.

Dimensionamiento y Selección de Conductores Eléctricos

67

Corriente máxima de transporte: Elegido el tipo de cable, es necesario precisar la sección de los conductores, para lo cual se debe conocer la corriente máxima que deberá pasar en servicio continuo sin que el conductor sufra deterioro alguno. Caída de tensión máxima admisible: Conocido los aspectos anteriores, se debe precisar el nivel de tensión en la parte final del conductor y/o en las zonas donde existen cargas.

Frecuentemente se presentan casos en que una vez satisfechos los factores anteriores no se asegura que la caída de tensión en el cable tenga un valor aceptable ya que los fenómenos son completamente diferentes e independientes. Tensión de servicio: Es la tensión nominal de trabajo de los equipos y máquinas. Este parámetro puede ser definido como sigue:

En las instalaciones ya existen; en consecuencia, la tensión ya está definida. Es un proyecto que recién se inicia, por lo tanto, se puede elegir el mejor nivel de tensión. 3.1.1. Especificaciones técnicas de los conductores

Se denominan así a todos los factores que intervienen en la selección del conductor y/o aspectos técnicos con los que se va definir una buena selección y por ende un adecuado dimensionamiento. Estos aspectos técnicos son:

68


Cuadro N° 01

Especificaciones técnicas de los conductores. ITEM ESPECIFICACIONES TÉCNICAS 1 2

Corriente alterna

3

Frecuencia

4

Tensión (voltios)

5

Continua Alterna Monofásica. Trifásica Hz Nominal Sobre tensión máxima Nominal Sobrecarga (1 a 1,3) In Corto circuito (2 a 10) In HP, CV, KW Ambiente Trabajo A seleccionar A seleccionar

Tipo de corriente

Corriente (amperios) Potencia

6

Temperaturas

7 8

Tipo de aislamiento Cubierta protectora Régimen de normalizado

9

servicio

10

Tipo de instalación

11

Condiciones de la instalación

12

Necesidad de protección

13

Número de conductores

14 15 16

Condiciones de puesta a tierra Caída de tensión Condiciones del ambiente

S1 a S8 Directamente enterrado En ductos bajo tierra Aéreo Interior, en edificios Otros Factor de carga Resistividad térmica suelo. Humedad del suelo Proximidad entre conductores. Mecánica Química Por ducto Conduit Entre (2 a 5 %) Vnominal

3.1.2 Identificación del conductor

Los conductores eléctricos tienen una conformación de acuerdo al tipo de trabajo para el cual ha sido diseñado, en consecuencia, hay que tener un especial cuidado en elegirlos. Las normas VDE0281 y VDE 0282 son concordantes con las IEC correspondientes. Los conductores con aislamiento PVC VDE 0281.


69

Los conductores con aislamiento de goma VDE 0282. En éstas normas se fijan dos tipos de cables: Para tendido fijo. Para medios de servicio móviles. Además, estas normas contienen indicaciones sobre su constitución, características, pruebas y especificaciones sobre su utilización. A continuación presentamos la siguiente figura en la que se puede notar sus partes: Alma del conductor: Se identifica por su tamaño o calibre (sección transversal, que puede ser expresado en: mm² AWG – MCM o su equivalencia en mm².

Figura N° 1

Cubierta protectora: Reúne las siguientes características: Protege el aislamiento y el alma conductora contra daños mecánicos tales como:

Raspaduras, golpes, etc. Si las protecciones mecánicas son de acero, latón u otro material resistente, a ésta se le denomina armadura . Los conductores también pueden tener una protección del tipo eléctrico formada por cintas conductoras, ya sea de cobre o de aluminio. En el caso que sea de cobre se le denomina pantalla o blindaje. 3.1.3

Código para la denominación de cables

Con la finalidad de unificar criterios en la nominación de los cables eléctricos es que se cuenta con la Tabla 2.

70


Cuadro N° 02

Código para la denominación de los cables CODIGO

N K B S A F R G b A E O A H Y X

DESCRIPCIÓN Conductor normalizado Camiseta de plomo. Si va después de la N se refiere a un conductor de cobre con aislamiento de papel impregnado en aceite. Armadura de cinta de acero. Armadura de cinta de cobre. Capa externa de yute impregnada en alquitrán. Armadura de alambre chato. Armadura de alambre redondo. Espiral en los dos sentidos (solo para F o R). Espiral de flejes de acero en los dos sentidos (después de RG o FG). Después de N = Conductor de aluminio. Después de K = Cable con tres envolturas de plomo. Después de F o R = Armadura de alambre abierta. Al final = Capa adicional de yute alquitranado. Delante de k = Conductores metalizados. Aislamiento termoplástico. En lugar de N = Cables que se apartan de las normas.

Presentamos algunos ejemplos:

Figura N° 2: Ejemplos del código para la denominación de cables.


71

NYY Donde: N Conductor normalizado de cobre. Y Con aislamiento de material termoplástico. Y Con doble aislamiento de material termoplástico. Tripolar y unipolar. N2XSY Donde: N Conductor normalizado de cobre. 2 Con doble cubierta de material termoplástico. X Se apartan de la norma. S Armadura de cinta de cobre. Y Con doble aislamiento de material termoplástico. Unipolar. N2XY Donde: N Conductor normalizado de cobre. 2 Con doble cubierta de material termoplástico. X Se apartan de la norma. Y Con doble aislamiento de material termoplástico. Tripolar. 3.1.4

Código para la denominación de alambres

A continuación presentamos la tabla 3 donde se pueden ubicar los códigos asignados a los alambres. Cuadro N° 03

Código para la denominación de los alambres C DIGO

R RU T C N V A L P A B S

DESCRIPCI N Goma Goma con látex. Termoplástico.Te Termoplástico Algodón. Nylon. Tela barnizada. Asbesto. Plomo. Polietileno. Después de L = Armadura de aluminio. Después de L = Armadura de bronce. Después de V = Armadura de acero.

Presentamos algunos ejemplos:

72


THW Donde:

T H W

Aislamiento termoplástico. Resistente al calor Resistente a la humedad.

W P

Resistente a la humedad. Aislamiento de polietileno.

WP Donde:

Figura N° 3: Ejemplo del código para la denominación de los alambres.

Cuadro N° 04

Código de las propiedades de los materiales aislantes C DIGO W H SB WP F F

PROPIEDADES Resistente a la humedad (60°C) Resistente al calor Retardador de llama Resistente a la intemperie Después de R o T = para uso especial en luminarias Al final = a prueba de flama. Cuadro N° 05

Código de la cantidad de polos. CÓDIGO S D T F

PROPIEDADES Conductor único Conductor doble. 03 conductores. 04 conductores (alambres del tipo V y R).


73

Cuadro N° 06

Código de la armadura. CÓDIGO A B S 3.2

PROPIEDADES Después de L= Armadura de aluminio. Después de L= Armadura de bronce. Después de V= Armadura de acero.

Dimensionamiento de los conductores eléctricos

En nuestro país, es muy frecuente que nuestras instalaciones eléctricas presentan una mala calidad de energía esto se debe a: variaciones de tensión y frecuencia y altos contenidos de impurezas. Para alimentar cargas no lineales (grandes esfuerzos electromecánicos) se debe seleccionar un equipo eléctrico de potencia que debe operar a no más de un 80% de su potencia nominal, según recomienda la norma ANSI/IEEE C57.110 – 1986. Por éste motivo es que los equipos eléctricos de potencia se sobredimensionan a un 125% de su potencia nominal, con la que se llega a satisfacer sin problema alguno. Este concepto también será aplicado en el dimensionamiento de conductores para cargas no lineales. En general, para dimensionar los conductores, se tiene que conocer los siguientes factores, tales como: Régimen de servicio. Tipos de carga lineal y no lineal. Factor de seguridad. Factor de expansión. Por lo antes mencionado, podemos afirmar, que el correcto dimensionamiento de los conductores eléctricos tiene una importancia decisiva en la operación eficiente y segura de los sistemas. 3.2.1 Capacidad de transporte de los conductores

La corriente de carga I (amperios) resulta de la tensión de servicio Un (kV) y de la potencia a transmitir P (kW). Si se ha elegido correctamente la sección, la capacidad de carga es igual o mayor que la corriente de carga. Si se desea evaluar la corriente en una red eléctrica conociendo la tensión Un y su potencia P entonces:

74


Para corriente continua se tiene: I = P / Un Amperios. Para corriente alterna monofásica se tiene: I = P / Un . FP

Amperios.

Para corriente alterna trifásica se tiene: I = P / 3 . Un . FP

Amperios.

Cuando se trata de cuantificar la corriente de carga de las máquinas rotativas o cargas donde se tiene como dato la potencia útil, resulta imprescindible introducir la eficiencia de la máquina, por ese motivo es que a continuación presentamos la siguiente tabla, donde con tan solo conocer algunos parámetros se puede calcular la corriente de la máquina o sistema. Cuadro N° 07

Corriente en Amperios Conociendo HP

Conociendo KW

Corriente Continua HP x 746 Un x EF KW x 746 Un x Ef

Conociendo KVA Conociendo CV

CV x 735 Un x Ef

Corriente alterna Monofásico Trifásica HP x 746 HP x 746 √3 x Un x Ef x FP Un x Ef xFP KW x 1000 KW x 1000 √3 x Un x Ef x FP Un x Ef x FP KVA x 1000 KVA x 746 √3 x 735 Un CV x 746 CV x 735 √3 x Un x Ef x FP Un x Ef x FP

Donde: Un Ef FP HP CV kW kVA

Es la tensión nominal en Voltios. Es la eficiencia expresada en decimales. Es el factor de potencia. Potencia en caballos de fuerza. Potencia en caballos de vapor. Potencia activa o mecánica en Kilovatios. Potencia aparente en Kilovoltio - amperio.


75

Además: 1 kW = 1 000 Vatios. 1 HP = 746 Vatios. 1 CV = 735 Vatios. Por otro lado, las pérdidas ocurridas en los conductores eléctricos como consecuencia del efecto Joule (I² R), producen calentamiento, pero cuando éste logra exceder de los niveles admisibles de temperatura, genera dos efectos negativos en los aislantes: Fuerte disminución de la resistencia de aislamiento. Disminución de la resistencia mecánica. Asimismo, un mal dimensionamiento de los conductores en una instalación eléctrica producen: Sobrecalentamiento de las líneas. Cortocircuitos. Fallas del aislamiento a tierra. Cortes de suministros. Riesgos de incendios (por sub-dimensionamiento). Excesivas pérdidas de energía. A continuación presentamos las tablas de intensidades en amperios de los conductores de cobre en secciones AWG.

76


Cuadro N° 08

Intensidades de corriente admisibles para conductores de cobre (Secciones en AWG) SECCI ON mm² 0,32 0,51 0,82 1,31 2,08 3,31 5,26 8,36 13,30 21,15 26,67 33,62 42,41 53,49 67,42 85,01 107,2 127 152 177,3 202,7 253,4 304 354,7 380 405,4 456 506,7 633,4 886,7 886,7 1013

SECCI ON AWG 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 3 2 1 1/0 2/0 3/0 4/0 250# 300# 350# 400# 500# 600# 700# 750# 800# 900# 1000# 1250# 1500# 1750# 2000#

GRUPO A TEMPERATURA DE SERVICIO 60°C 75°C 90°C 3 3 --5 5 --7,5 7,5 --10 10 --15 15 25 20 20 30 30 30 40 40 45 50 55 65 70 70 85 90 80 100 105 95 115 120 110 130 140 125 150 155 145 175 185 165 200 210 195 230 235 215 255 270 240 285 300 260 310 325 280 355 360 320 380 405 355 420 455 385 460 ---400 475 500 410 490 --435 520 ---455 545 585 495 590 ---520 625 ---545 650 ---560 665 ----

GRUPO B TEMPERATURA DE SERVICIO 60°C 75°C ----------------20 20 25 25 40 40 55 65 80 95 105 125 120 145 140 170 165 195 195 230 225 265 260 310 300 360 340 405 375 445 420 505 455 545 515 620 475 690 630 755 655 785 680 815 730 870 780 925 890 1065 980 1175 1070 1280 1155 1385

DESNUDO 90°C --------30 40 55 70 100 135 155 180 210 245 285 330 385 425 480 530 575 660 740 ---845 ------1000 ---------

--------------90 130 150 200 230 270 310 360 420 490 540 610 670 730 840

Grupo A: Hasta 03 conductores en tubo o directamente enterrado. Grupo B: Conducto simple al aire libre. #: Se trata de MCM.


77

Cuadro N° 09

Intensidades de corriente admisibles para conductores de cobre (Secciones en mm²) SECCION NOMINAL (mm²) 0,75 1 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300 400 500

Temperatura de servicio 70°C. Temperatura ambiente 30°C. GRUPO 1 GRUPO 2 GRUPO 3 --12 15 11 15 19 15 19 23 20 25 32 25 34 42 33 44 54 45 61 73 61 82 98 83 108 129 103 134 158 132 167 197 164 207 244 197 249 291 235 291 343 --327 382 --374 436 --442 516 --510 595 ----708 -----809

GRUPO 1.- Mono conductores tendidos al interior de ductos. GRUPO 2.- Multiconductores con cubierta común, que van en el interior de tubos metálicos, cables planos, cables portátiles o móviles, etc. GRUPO 3.- Mono conductores tendidos sobre aisladores.

3.2.2 Factores de corrección a la capacidad de transporte

Los conductores eléctricos son afectados por su capacidad de disipar la temperatura del medio que los rodea, de no tener en cuenta este detalle, los aislantes de los conductores tendrán un envejecimiento prematuro. La capacidad de transporte de los conductores. Se define por la capacidad de los mismos para disipar la temperatura al medio que

78


los rodea, a efectos que los aislantes no sobrepasen su temperatura de servicio. Las tablas de conductores consignan: . La temperatura ambiente es de 30°C. . El número máximo de conductores es 3. Finalmente podemos expresar que la capacidad de transporte de los conductores obedece a la siguiente expresión: I = It . f n . f t

Amperios (A)

Donde: I Corriente admisible corregida (A). fn Factor de corrección por número de conductores. ft Factor de corrección por temperatura. It Corriente admisible por sección según tablas (A). Cuadro N° 10

Factores de corrección por cantidad de conductores aislados (f n) Cantidad de conductores 4a6 7 a 24 25 a 42 Sobre los 42

Factor 0,8 0,7 0,6 0,5

Cuadro N° 11

Factores de corrección por temperatura ambiente (ft) Secciones AWG Temperatura ambiente °C Más de 30 hasta 40 Más de 40 hasta 45 Más de 45 hasta 50 Más de 50 hasta 55 Más de 55 hasta 60 Más de 60 hasta 70


Factores Temperatura de servicio: 60 °C 70 °C 0,82 0,88 0,71 0,82 0,58 0,75 0,41 0,67 --0,58 --0,35

79

Cuadro N° 12

Factores de corrección por temperatura ambiente (ft)Secciones milimétricas Temperatura ambiente °C

Factor

Más de 30 hasta 35 Más de 35 hasta 40 Más de 40 hasta 45 Más de 45 hasta 50 Más de 50 hasta 55

0,90 0,87 0,80 0,71 0,62

Ejemplo.- Verificar la capacidad de transporte de un conductor, en un sistema trifásico en las siguientes condiciones: S = 6 mm². T ambiente = 39°C Número de conductores por ducto = 5 De las tablas: 3.9 (It), 3.10 (In) y 3.12 (It) podemos obtener: ft = 0,87 fn = 0,8 It = 61 A Aplicando la expresión: I = f n . ft . It Luego: I = (0,8) (0,87) (61) = 42,5 A 3.2.3 Dimensionamiento por caída de tensión Caída de tensión (Up) Al circular una corriente eléctrica a través de los conductores, se produce en ellos una caída de tensión que responde a la siguiente expresión: Up = I . R

Voltios (V)

Donde: Up I R

Caída de tensión (V). Corriente de carga (A). Resistencia de los conductores ( ).

Resistencia del conductor eléctrico (R) La resistencia de un conductor eléctrico, está en función de los parámetros físicos y de la naturaleza del material del conductor, esta dado por la siguiente expresión: R=K.

80

.L/S

.


Donde: K= 1 (Para circuitos trifásicos). K= 2 (Para circuitos monofásicos). = Resistividad específica del conductor ( . mm²/ m) cu = 0,018 . mm²/ m L= Longitud del conductor (m). S= Sección del conductor (mm²). Sección del conducto (S) De las expresiones anteriores se pueden deducir la siguiente expresión: S=K.

. L . I / Up

mm².

La sección de un conductor se denomina por: Capacidad de corriente

Ir a tablas respectivas para capacidades de corrientes It

Verificando con los factores de corrección:

Caída de tensión


81

Ejemplo: un cable multiconductor de cobre alimenta a un motor trifásico con las siguientes características:

Capacidad de corriente: ID =1,25 IN

ID= 1,25 x 43,18= 54 A

Entonces de la tabla 3,9 seleccionados del grupo 2 Conductor multipolar de S = 10 mm2 IT= 61 A Caída de tensión:

3.2.4 Cálculo De Alimentadores

La exigencia establece que la caída de tensión en la línea no debe exceder a un 3% la tensión nominal de fase, siempre que la caída de tensión en el punto más desfavorable de la instalación no exceda un 5% de la tensión nominal. Para determinar la sección de los conductores que alimentan a un conjunto de cargas, se procede como sigue: Alimentadores con carga concentrada. Alimentadores con carga distribuida. 3.2.5 Alimentadores Con Carga Concentrada

En este tipo de alimentadores el centro de carga se sitúa sólo a una distancia del punto del empalme o alimentación del sistema.

82


Figura N° 4: Alimentación con carga concentrada.

3.2.6 Alimentadores Con Carga Distribuida

En el caso que las cargas no se encuentren concentradas en un solo punto, sino distribuidas a lo largo de la línea, en el dimensionamiento de la sección de los conductores, se presentan dos criterios: Criterio de sección constante. Criterio de sección cónica. o

Criterio De Sección Constante

Se caracteriza por utilizar como alimentador un conductor de una sola sección en toda su trayectoria.

Figura N° 5: Alimentación sin carga distribuida.

IN1, IN2, IN3: Corrientes de cada rama o carga asociada al alimentador (A) L1, L2, L3: Longitud de cada tramo del alimentador (m) La sección del conductor es constante en toda su extensión.

La sección del conductor se determina por: Capacidad de corriente


83

IN MAYOR: Corriente nominal mayor de las respectivas cargas. IN OTROS: Otras corrientes nominales Ir a tablas respectivas para capacidades de corriente: IT IT ≥ ID Verificando con los factores de corrección: I > ID Caída de tensión

Ejemplo: Para la Figura N° 5 se tienen los siguientes datos

Capacidad de corriente

ID = 1,25 (30) + 25 + 10 = 72,5 A Del Cuadro N° 08 para conductores de grupo A con temperatura de servicio de 75° C S = 21,15 mm2 ó 4 AWG Caída de tensión

84


Entonces el conductor a elegir es el de selección S= 21,15 mm2 ó 4 AWG o

Criterio De Sección Cónica

Al dimensionar la sección de los conductores, a través de éste criterio, la sección del alimentador disminuye a medida que nos alejamos de la alimentación.

Figura N° 6: Alimentadores de carga distribuida

Capacidad de corriente

Tramo OA: Asumiendo IN1 >IN2 > IN3

Entonces: De tablas respectivas para capacidades de corriente: IT IT ≥ ID Verificando con los factores de corrección: I = IT x factores de corrección I > ID OA Tramo AB

IDEM al anterior tramo


85

Se procede idem al anterior tramo. Tramo BC

Caída de tensión

d: densidad de corriente A/mm2 UP: caída de tensión: 3% UN L: distancia total hasta la última carga en metros. K - √3 x 0, 08 → 3 K – 2 x 0,018 → 1 La sección del conductor por tramo es:

Ejemplo: Para la Fig. 3.6 se tienen los siguientes datos: IN1 = 40 A Cos 1 = 0,82L 1 = 50 m IN2 = 20 A Cos 2 = 0,85L 2 = 60 m IN3 = 10 A Cos 3 = 0,86L 3 = 70 m Tramo OA Capacidad de corriente

_

– 1,25 x 40 + 20 + 10 – 80 A

Si tomamos mono conductores al interior de los ductos. Grupo 1 Cuadro N° 09 IT = 132 A

S = 50 mm2

Si verificamos con factores de corrección: Ft = 0,87 Temperatura ambiente: 36oC Cuadro N° 12

86


fn = 0,8Cantidad de conductores aislados: 6 I = IT x ft x fn = 132 x 0, 87 x 0, 8 = 91, 87 I > ID OA Caída de tensión

Entonces: SOA = 70 mm2 Tramo AB Capacidad de corriente

Caída de tensión

Entonces: SAB = 35 mm2


87

Tramo BC Capacidad de corriente

Caída de tensión

Entonces: SBC = 10 mm2

4. RESUMEN 1.

Para seleccionar los conductores tenemos que conocer: la identificación del conductor, (cable o alambre) y la codificación de los cables o alambres.

2.

En la etapa del planeamiento en las instalaciones de conductores, se elige la tensión nominal del sistema que produzca menos pérdidas. Por ejemplo 440 voltios en BT.

3.

Conocida la tensión podemos calcular la capacidad de carga del sistema.

4.

En la etapa del dimensionamiento de los cables, presentamos una metodología que nos conduce a optimizar las instalaciones eléctricas.

5.

Existen diferentes técnicas para el dimensionamiento de los conductores, pudiendo ser: Alimentadores con carga concentrada. Alimentadores con carga distribuida: Sección constante y cónica.

88


5. PRUEBA DE AUTOCOMPROBACIÓN 1.

Indique los factores que se tienen en cuenta para seleccionar un conductor.

2.

¿Qué características tiene el conductor cuya denominación es NKY?

3.

¿Qué características tiene el conductor cuya denominación es NYY?

4.

Indique tres códigos para la denominación de alambres.

6. RESPUESTAS A LA PRUEBA DE AUTOCOMPROBACIÓN 1.

Condiciones del medio ambiente, corriente máxima de transporte, caída de tensión, tensión de servicio.

2.

Conductor normalizado de cobre con aislamiento de papel impregnado en aceite y termoplástico.

3.

Conductor normalizado con doble aislamiento de material termoplástico.

4.

Los códigos son: W, H, SB.


89

0.3 Dimensionamiento y Seleccion de Conductores

Recommend Documents