ENTRENADOR EN INSTALACIONES ELECTRICAS DOMICILIARIAS SESIONES DE APRENDIZAJE
TABLA DE CONTENIDOS CAPITULO UNO CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES ELECTRICAS. INTRODUCCION SESION 1. DEFINICION DE SISTEMA ELECTRICO DE POTENCIA 3 1.1. Generalidades de sistemas de distribución 1.2.1. Sistema de Distribución Primario 1.2.2. Sistema de Distribución Secundario SESION 2. DEFINICION DE INSTALACION ELECTRICA 2.1. Definición de instalación eléctrica 2.2. Clasificación de las Instalaciones Eléctricas según el Tipo de Consumidor 2.3. Clasificación de las Instalaciones Eléctricas, según el Nivel de Tensión 2.4. Tipos de cargas alimentados por una instalación eléctrica 2.5. Normalización de Proyectos de Instalaciones Eléctricas 2.6. Propiedades que debe cumplir una Instalación Eléctrica SESION 3. ELEMENTOS TÍPICOS DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS DOMICILIARIAS 3.1. Canalizaciones eléctricas 3.2. Introducción a los conductores 3.3. Numero de conductores por tuberías o ductos CAPITULO DOS CONEXIÓNES DE LOS ELEMENTOS COMUNES EN INSTALACIONES ELECTRICAS DOMICILIARIAS. SESION 4. ESQUEMAS ELECTRICOS Y SIMBOLOGIA
4.1. Esquemas y planos eléctricos 4.2. Símbolos y convenciones más usados.
CAPITULO TRES PASOS EN EL DISEÑO DE LA INSTALACION ELECTRICA SESION 5. ACOMETIDA Y PUESTA A TIERRA 5.1. Definición de potencia eléctrica - factor de demanda y regulación. 5.2. Definición de acometida 5.3. Tipos de acometida 5.4. Calculo de conductores para los distintos tipos de acometidas 5.5. Ejemplos de cálculo para instalaciones domiciliarias usando norma NTC-2050 5.6. Puesta a tierra SESION 6. SISTEMAS DE MEDICION 6.1. Instalación del contador 6.2. Medición de energía con el contador de disco. SESION 7. TABLERO PRINCIPAL Y PROTECCIÓN 7.1. Interruptores 7.2. Tableros.
SISTEMAS DE
SESION 8. CIRCUITOS RAMALES 8.1. Clasificación de los Circuitos Ramales SESION 9. CONEXIONES DE ELEMENTOS EN CIRCUITOS RAMALES DE TOMACORRIENTES GENERALES Y DE FUERZA 9.1. Circuitos de los tomacorrientes. 9.2. Normas de ubicación de los tomacorrientes: 9.3. Conexión de dispositivos SESION 10. CONEXIÓN DE ELEMENTOS EN CIRCUITOS RAMALES DE ALUMBRADO 10.1. Conexiones de un interruptor sencillo 10.2. Control de dos lámparas con un interruptor sencillo 10.3. Conexión de interruptores conmutables de tres vías
10.4. Conexión de un interruptor conmutable de 4 vías Anexo 1. Ejercicios prácticos para la elección de conductores. Ntc-2050
INTRODUCCION A partir del descubrimiento de la energía eléctrica y su posible utilización comercial por parte del hombre, esta ha jugado un papel importante en la evolución de la humanidad hasta llegar a constituir las sociedades industrializadas modernas. El desarrollo de la electricidad, que escasamente sobrepasa los cien años ha proporcionado una ayuda a la solución de la más básica de las motivaciones humanas, la necesidad de seguridad y confort. De hecho, los adelantos de la tecnología actual se han orientado a brindar al hombre nuevos servicios haciéndolo cada vez más dependiente de su principal fuente energética, la electricidad. Desde el comienzo de la historia de la electricidad, el hombre ha explotado todas las bondades que esta puede brindar, siendo
sin duda el mayor de los artífices del desarrollo comercial de la energía eléctrica el científico norteamericano Thomas Alva Edison (1847-1931), quien luego de la invención de la lámpara incandescente (en octubre de 1869) y la posterior utilización para la iluminación de Pearl Street en New York, EE.UU., marco el comienzo de la explotación comercial de la electricidad para dar lugar a una carrera por la mejora del nivel de vida del hombre.
Es tal la dependencia humana de la electricidad que es casi imposible imaginar un día de la época actual sin la existencia de la electricidad, seria un completo caos, en la cual se evidenciaría la terrible cantidad de equipos que operan gracias a la electricidad, pasando
De las primitivas funciones de iluminación y calefacción, hasta el actual papel preponderante de recreación, entretenimiento, comunicación, comodidad y lujo, etc. El objetivo principal de esta guía, es desarrollar habilidades y competencias laborales en el estudiante mediante 10 sesiones de aprendizaje, que paso a paso permitirán obtener los conocimientos científicos y técnicos requeridos para constituir sistemas eléctricos a escala residencial, lo que se conoce con el nombre de instalaciones eléctricas domiciliarias. Esta guía hace parte del modulo de entrenamiento en instalaciones eléctricas domiciliarias desarrollado por la empresa IMPOINTER LTDA y el fundamento teórico tiene como núcleo el Manual de instalaciones eléctricas Domiciliarias de la empresa Schneider Electric, el documento Generalidades de instalaciones eléctricas del autor Francisco M. González, el Reglamento Técnico de instalaciones RETIE y la norma técnica NTC2050.
CAPITULO UNO FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS
SESION 1. DEFINICION DE SISTEMA ELECTRICO DE POTENCIA En forma muy sencilla un sistema de potencia, puede ser visto como una red eléctrica de potencia que se encarga de generar, transmitir y distribuir la energía eléctrica, hasta los consumidores. Los grandes sistemas eléctricos, que proveen de electricidad a las ciudades, estados y países, son los denominados sistemas eléctricos de potencia, que se caracterizan por su envergadura y complejidad por lo que son motivo de estudios exhaustivos fuera del alcance de este trabajo. Los sistemas de potencia son estructuras complejas y extensas, y que múltiples factores
(estratégicos, económicos, etc.) no operan de manera aislada, sino que por el contrario se encuentran interconectados entre sí, constituyendo lo que se denomina un Sistema Interconectado con la finalidad de cooperación ínter empresas que permitan al consumidor un servicio confiable, económico y de calidad. Un sistema de potencia, de acuerdo con las actividades que realiza, básicamente consta de tres partes especificas y diferenciadas que realizan las labores de: generación, transmisión, y distribución, siendo muy común dentro de los sistemas de potencia distinguir cuatro niveles funcionales:
generación, transmisión, subtransmisión distribución.
y
que se encarga de transportar los grandes bloques energéticos hasta el sistema de distribución, el cual dividirá y disminuirá los niveles energéticos hasta los centros de consumo y las necesidades del consumidor. En la estructura compleja de un sistema de potencia, en el último de los elementos son los consumidores, los cuales suplen las necesidades de potencia requeridas por sus cargas eléctricas. 1.1. Generalidades de sistemas de distribución
El sistema de generación, se basa en tomar una fuente de energía primaria y transformar esta en energía eléctrica, por ejemplos los generadores hidroeléctricos, eolicos, térmicos, etc.
La energía eléctrica es transmitida frecuentemente en bloques de magnitud considerable desde el punto de generación hasta el área donde se pretende distribuirla, de ahí que sea necesario ejecutar uno o más pasos de transformación para llevarla a los niveles de utilización.
El sistema de transmisión por su parte es la estructura constituida por torres, conductores y aislantes
El sistema de distribución es el último elemento del sistema de potencia antes de llegar a los
FIG 1.1. Estructura Típica de un Sistema de Potencia
consumidores. Esta parte del sistema de potencia esta compuesto de líneas y dispositivos para distribuir la energía eléctrica hasta los usuarios. Estos pasos de transformación dan lugar a las diferentes etapas del sistema de distribución. Dentro del sistema de distribución se distinguen dos grandes niveles bien diferenciados: Sistema de Distribución Primaria. Sistema de Distribución Secundario. 1.2.1. Sistema de Distribución Primario El sistema de distribución primario comienza a la salida de las subestaciones de distribución, de este punto los circuitos de subtransmisión alimentan a los transformadores de distribución. Las subestaciones de distribución transforman este voltaje al de los denominados alimentadores primarios, el voltaje de los circuitos generalmente se
encuentra entre 2.4 y 13.8 KVoltios. Los circuitos de distribución primario se caracterizan porque están conectados a un solo punto o subestación de distribución, (Sistemas Radiales), y es muy poco visto solo en casos especiales la conexión a más de una subestación (Sistema en Anillo Múltiple). Los niveles de potencia manejados en este sistema son modestos (así por ejemplo, para 13.8 KV la capacidad de transporte no supera los 5MVA) 1.2.2.
Sistema de Distribución Secundario Los transformadores de distribución reducen el voltaje primario al voltaje secundario o de utilización, la energía se distribuye, por último a través de los circuitos secundarios de distribución hasta las acometidas individuales. Esta parte del sistema corresponde a los menores niveles de potencia y tensión, estando más cerca del
consumidor promedio que comúnmente requiere suministro en cuatro niveles de tensión básicos y sus combinaciones: 120/240V (1φ,2φ), 208V (2φ,3φ), 480V y 600V (3φ). De acuerdo configuración
a
sistemas de distribución pueden ser: Radial : Muy económico y utilizado en sitios rurales y de baja carga. Lazo o Anillo: Se usa en cargas medias, con mediana confiabilidad.
su los
SESION 2. DEFINICION DE INSTALACION ELECTRICA 2.1.
Definición instalación eléctrica
de
Una definición muy sencilla de instalación eléctrica es: “conjunto de elementos y equipos que tienen como finalidad llevar la energía eléctrica desde un punto fuente hasta una carga”. Carga, es todo equipo o dispositivo, que toma energía eléctrica y la transforma en otro tipo de energía. Es el antónimo literal de generador. Las cargas se dice en lenguaje coloquial “son los aparatos que consumen energía eléctrica”, pero se conoce que la energía no se crea ni se destruye, solo se
transforma, por lo que las cargas solo la transforman de energía eléctrica en otro tipo. Por ejemplo: una luminaria (bombillo) transforma la energía eléctrica en luz y calor, un motor eléctrico transforma la energía eléctrica en energía mecánica, etc.
Fig 2.1. Ejemplos de cargas domiciliarias
2.2. Clasificación de las Instalaciones Eléctricas según el Tipo de Consumidor Las instalaciones eléctricas pueden ser clasificadas de acuerdo a la carga a la cual alimentan en tres grandes grupos: Instalaciones Residenciales. Instalaciones Industriales. Instalaciones Especiales. Las instalaciones eléctricas residenciales corresponden son las más sencillas de las instalaciones debido a los bajos valores de carga que tienen que servir, son los casos más comunes y abarcan todos los equipos necesarios para el suministro de electricidad a las instalaciones residenciales, unifamiliares o multifamiliares, hasta concretar las áreas comunes de edificios. Por otra parte, las instalaciones industriales, son sumamente importantes, porque se
tratan de cargas de valores altos y además en su mayoría constituida por motores, y en el último de los casos se tienen las instalaciones eléctricas que no pertenecen ni a la categoría residencial ni industrial que son las especiales, tal es el caso de las instalaciones eléctricas de hospitales, plantas de comunicación y cualquier caso atípico.
Alambrado: Montaje, distribución y conexión de conductores, de modo que por ellos pueda transmitirse energía eléctricas desde una fuente hasta una carga dada. Carga continua: Carga cuya corriente máxima se prevé que se mantiene durante tres horas o mas. Demanda: Cantidad de potencia requerida por un usuario o suscriptor en un periodo de tiempo dado, se expresa en Kilovatios o Kilovoltio amperios.
2.3. Clasificación de las Instalaciones Eléctricas, según el Nivel de Tensión De acuerdo al nivel de tensión de operación de la instalación eléctrica se suelen distinguir
los siguientes tipos de instalación: Baja Tensión: Tensión de operación menor o igual a 600 Voltios. Media Tensión: Tensión de operación nominal mayor a 1000 voltios y menor a 13800 Voltios. Alta Tensión: Tensión entre 13800 Voltios y 115Kvoltios. Extra Alta Tensión: Niveles de tensión hasta los 230 KVoltios. Ultra Alta Tensión: Niveles de tensión entre 230 y 800 KVoltios. El nivel de baja y media tensión son los más comunes y pertenecen a los sistemas de distribución primarios y secundarios. Los niveles de Alta, Extra Alta y Ultra Alta Tensión, son mucho más complejos y requieren de estudios teóricos muy minuciosos que van mucho más allá de los alcances que se propone este trabajo.
2.4. Tipos de cargas alimentados por una instalación eléctrica Las cargas por su parte en el caso de las instalaciones eléctricas se clasifican en tres grandes categorías: Cargas Generales: Aquellas cargas que pueden tener una utilización muy variada, tal es el caso de los tomacorrientes de uso general dentro de las instalaciones domiciliarias. Cargas de alumbrado, corresponden a todos los elementos eléctricos utilizados en la iluminación. Cargas de Fuerza: corresponden a cargas cuyo consumo energético es considerable, o aquellas que poseen requerimientos especiales de diseño. Un ejemplo lo
constituye la utilización de unidades de aire acondicionado central, sistemas de bombeo de agua, etc.
2.5.
Normalización de Proyectos de Instalaciones Eléctricas
Como ya se ha mencionado los proyectos de instalaciones eléctricas son sumamente importantes ya que involucran los elementos que hacen llegar la electricidad desde la fuente hasta la carga. Con el objetivo que las instalaciones eléctricas que se proyecten y construyan poseen un criterio único, se han diseñado una serie de protocolos o normativas que rigen la esencia del diseño de instalaciones eléctricas. En el ámbito internacional son muy conocidas las normativas : IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineer. ANSI: American National Standard Institute VDE: Verband Deustsher Elektrotechniker, etc. En muchos países se han adaptado algunas
normativas norteamericanas e internacionalmente aceptadas, constituyendo lo que se conoce como CODIGO ELÉCTRICO NACIONAL (CEN) que rige los lineamientos a seguir en toda obra eléctrica. Es sumamente importante dejar claro, que el CEN no es propiamente un manual de diseño, sino que es un manual de seguridad, los valores que se establecen en el son los mínimos aceptados para garantizar la seguridad deseada en las instalaciones eléctricas, vidas y bienes materiales. Son aceptados valores por encima de los valores establecidos en el CEN. En lo sucesivo en este trabajo, debido a la obligatoriedad de la utilización del Código Eléctrico Nacional, se hará severa cantidad de veces referencia y hasta citas textuales de este, para sustentar todas y cada una de las decisiones en el diseño de instalaciones eléctricas.
El CEN en su contenido tan amplio, establece lo siguiente: Las reglas para el diseño de las instalaciones eléctricas. Las reglas para las especificaciones de construcción de las instalaciones eléctricas en general, y todo lo concerniente al montaje de maquinarias y equipos eléctricos. Las reglas elaboradas específicamente para los fabricantes de materiales, equipos y maquinarias eléctricas se refieren a dimensiones, proceso de fabricación y controles de calidad que deben tener.
El primero de mayo de 2005 entró a regir en Colombia el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas – RETIE, cuyo objeto es establecer las medidas que garanticen la seguridad de las personas, la vida animal y vegetal, y la preservación del medio ambiente, previniendo, minimizando o eliminando los riesgos de origen eléctrico.
2.6. Propiedades que debe cumplir una Instalación Eléctrica Existen una serie de propiedades que debe poseer una instalación eléctrica cualquiera, estas son: Seguridad. Economía. Previsión a futuro.
Simplicidad. Flexibilidad. Confiabilidad. Factibilidad de Mantenimiento. Seguridad: Una instalación eléctrica, debe proporcionar seguridad, y una salvaguarda real a las personas y propiedades de los peligros que implica el uso de la electricidad. Economía: Se refiere a realizar un balance técnico y de seguridad que permita realizar una inversión que posea el menor costo inicial. Previsión a futuro: Se refiere a que las instalaciones eléctricas deben tener un diseño que permita absorber las ampliaciones a futuro de la carga. Simplicidad: Esto se refiere a que la instalación debe poseer un diseño lo más simple y fácil, que permita concretar el proyecto al menor costo pero con la mayor cantidad de ventajas que se pueda.
Flexibilidad: esto implica que la instalación puede sin mayor dificultad aceptar modificaciones o alteraciones súbitas que tengan lugar, tales como reubicación de cargas, etc. Confiabilidad: La confiabilidad es un término sumamente delicado de emplear, pero se puede interpretar de forma muy sencilla como el hecho de que se interrumpa en la menor cantidad de veces posible el servicio eléctrico. Facilidad de mantenimiento: Esto implica que la instalación eléctrica en todo momento sea fácilmente accesible, para realizar tareas de mantenimiento.
SESION 3. ELEMENTOS TÍPICOS DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS DOMICILIARIAS En cualquier instalación eléctrica, los dispositivos que transmiten la corriente eléctrica reciben el nombre de conductores, por múltiples razones que después se esbozaran, estos se encuentran protegidos y aislados por una serie de elementos que reciben el nombre de canalizaciones eléctricas. Los elementos que constituyen una canalización eléctrica, son muy variados y dependen de la naturaleza de utilización de la misma. 3.1. CANALIZACIONES ELÉCTRICAS Las canalizaciones eléctricas, son los dispositivos o elementos que se utilizan en las instalaciones eléctricas, para contener los conductores de manera
que estos queden protegidos (contra el deterioro mecánico, químico y eléctrico), además de proteger las restantes partes de la instalación eléctrica en contra de arcos eléctricos y cortocircuito. Los medios más comunes utilizados como canalizaciones son: Tuberías. Ductos y canales. Cajetines y caja de paso. Tanques. Casetas.
Cajas Tapas
de
Paso
y
Las cajas de paso son unas pequeñas cajas metálicas (acero galvanizado) o plásticas (PVC o polietileno), de variadas formas (rectangulares, cuadradas,
octogonales, redondas, etc.), las cuales poseen en forma troqueladas orificios, con fácil remoción, para la fijación de tuberías a través de conectores. Los cajetines se utilizan con el fin de ser intercalados a lo largo de un circuito y al final del mismo, de manera que se puedan realizar derivaciones, empalmes entre circuitos, o bien para contener dispositivos de iluminación, tomacorrientes, o de protección y maniobra. Las cajas más comunes son: Rectangular : 2”x4”x 1.5” Octogonal : 4”x4”x1.5” Cuadrada : 5”x5”x2”
Por otra parte, las tapas, son simplemente una cubierta utilizada para sellar o cubrir las cajas y cajetines, estas se encuentran diseñadas en conformidad al dispositivo que se propone tapar. Su forma y material depende estrechamente su utilización. Se debe emplear una caja siempre que se instale un nuevo aparato, cuando se cambie el diámetro de la tubería o al cambiar el calibre del conductor. Siempre se deben conectar sólidamente a tierra las cajas metálicas. Al empotrar las cajas, estas deben quedar niveladas y a una profanidad aproximada de 5 mm por debajo del pañete para que al colocar el tomacorriente, la roseta o el interruptor este quede exactamente sobre la superficie.
Dibujo de instalación de caja en pared..pag 108 schneider. Tuberías
Las tuberías son un punto importante entre las canalizaciones eléctricas, ya que estas alojan directamente los conductores.
Las tuberías de acuerdo a su forma de instalación pueden ser de dos tipos, empotradas cuando se encuentran embutidas en las paredes, techos o pisos y las instaladas a la vista que son instaladas por medio de dispositivos especiales en las superficies de paredes, techos o pisos. El tubo Conduit es un tipo de tubo (de metal o plástico) que es usado para contener y proteger los conductores eléctricos en las instalaciones eléctricas, pudiendo ser estos de aluminio,
aleaciones especiales, y de acero. Por otra parte los conduit pueden ser rígidos (esmaltados) y EMT (Electric Metal Tube).
Ductos y Bandejas En las instalaciones eléctricas de tipo industrial es común utilizar las denominadas bandejas, ya sean abiertas o cerradas. Cuando la bandeja es cerrada recibe el nombre de ducto.
tuberías, siendo también más fáciles de cablear, permiten un mejor intercambio de calor en los conductores, aunque estos pueden estar más expuestos a los agentes ambientales.
Canales En obras civiles de instalaciones de gran capacidad, subestaciones o industrias, se suelen construir canales en el piso con paredes y fondo de concreto, con una tapa metálica, donde se colocan los conductores, estas son las denominadas canales.
Fig 3.3. Bandeja
Tipos
de
Este tipo de canalización, es de tipo a la vista, y posee la característica que pueden incluir mayor cantidad de conductores que las
Fig 3.4. Canales
Tipos
de
Los conductores son los encargados de transportar la corriente y su sección transversal depende de la energía que se transporte. Si la tensión de operación del es elevada se hacen presente una serie de fenómenos que se deben considerar para la selección de el tipo y calibre del conductor, o la posibilidad de utilizar varios conductores por fase. Tipos Conductores
3.2. INTRODUCCIÓN A LOS CONDUCTORES Uno de los elementos más comunes en las instalaciones eléctricas, son los conductores, durante el diseño eléctrico se suelen tomar en cuenta cuatro parámetros eléctricos básicos: resistencia, inductancia, capacitancia y conductancia (estos dos últimos parámetros son de poco estudio en las instalaciones domiciliarias).
de
* Según el numero de hilos: Un conductor puede estar conformado por uno o varios hilos (alambres), siendo unifilar o multifilar, cableado o trenzado. * Según flexibilidad: flexible o extraflexible, lográndose esto en función del número y el espesor de los hilos que lo conforman. * Según la forma de fabricación: El cableado de los conductores puede hacerse en formas concéntricas, circular, compactado, comprimido sectorial p anular.
* Según la presencia de aislamiento: Si tienen aislamiento se denomina aislado. Conductores desnudos: Son aquellos constituidos por uno o varios alambres los cuales son utilizados directamente en el aire soportado por elementos aislantes como vidrio o porcelana, para la transmisión de energía eléctrica. Los conductores desnudos son especialmente utilizados para el caso de líneas de transmisión de potencia, y también en los sistemas de distribución primaria y secundaria. Conductores aislados o cables: Se define cable como el conjunto formado de uno o varios conductores trenzados, debidamente aislados, provistos de uno o más recubrimientos protectores requeridos para que el conductor sea afectado por la
corrosión, deterioro mecánico, etc. Son los más usados en instalaciones eléctricas domiciliarias. Los conductores aislados surgen del hecho, de que cuando por una canalización son instalados varios conductores que transportan energía eléctrica estos deben ser aislados, entre si, para mantenerlos fuere de contacto entre si o con tierra y las estructuras, evitando un cortocircuito. Existe una cantidad de conductores aislados que son agrupados básicamente dos clases: Monopolar: Cuando posee un solo conductor o un solo cableado. Multipolar: Cuando posee dos o más conductores o cableados. Consideraciones instalación de Conductores
de los
En la instalación de los conductores se deben tener en cuenta que
agentes mecánicos, químicos y eléctricos pueden deteriorarlos, y deben tomarse las medidas según el caso. Agentes Mecánicos: Son básicamente la Presión Mecánica, Abrasión, Elongación, Doblez a 180º. La presión mecánica se puede presentar en el manejo de los conductores por el paso o colocación de objetos de peso sobre los conductores, provocando una modificación del aislamiento, ya sea en su deformación, fisuras, que pueden provocar fallas futuras. La abrasión, se presenta cuando el conductor se introduce dentro de las canalizaciones, cuando estas se encuentran mal preparadas, o mal calculadas pro ello hay que tener especial cuidado en el cálculo de las canalizaciones y luego en la instalación del conductor. La elongación, se produce cuando se tiene un número muy grande de curvas en las tuberías, el conductor
puede tratar de quedarse atrapado, y si es aplicado tracción, se puede modificar el conductor por elongación. Por último, el problema del doblez a 180º, se presenta principalmente por mal manejo de material, de tal forma que el aislamiento que se encuentran en la parte exterior del dobles experimentan una tensión y el de la parte interna una compresión, creando lo que se conoce como “cocas” o arrugas del conductor. Agentes químicos: El conductor en ciertas ocasiones es víctima de elementos químicos y contaminantes que se encuentran en el ambiente de la instalación. Entre estos agentes químicos se encuentran: el agua o la humedad, los hidrocarburos, ácidos y álcalis. Las fallas en los conductores por agentes químicos deben ser prevenidas por el proyectista, al establecer correctamente el ambiente de trabajo de los conductores, para
de esta manera evitar la disminución del espesor del aislante, grietas, sulfatación, o desprendimientos como escamas en el conductor. Agente Eléctrico: Desde el punto de vista eléctrico, la característica principal de los conductores de baja tensión se mide por la rigidez dieléctrica del aislamiento. En las instalaciones eléctricas de baja tensión, los aislamientos de los conductores se diseñan para un máximo de 600 Voltios, que es la máxima tensión para la cual están especificados, por esta razón los conductores empleados en instalaciones eléctricas raramente fallan por agentes eléctricos atribuibles al aislamiento. El CEN en la sección 310, conductores para instalaciones de uso general, establece las disposiciones generales que deben cumplir los conductores eléctricos, especialmente la tabla 31013, indica el tipo de aislante y su uso.
En el ámbito de las instalaciones eléctricas
de baja tensión, se emplea el conductor con un aislamiento para 600 Voltios, garantizando una operación segura y confiable. Por otra parte los tipos de aislamiento de uso más diversificado son: TW: Termoplástico resistente a la humedad para uso general. THW: Termoplástico resistente a la humedad, retardante a la llama, especial para motores. TTU polietileno PCV: se emplea para acometidas residenciales y redes subterráneas, temperatura por debajo de los 75ºC. Calibre de Conductores
los
Tamaño
Sección
Kg./Km
Kg./Km
mm2
Diámetr o mm
AWG
Cobre
Alumini o
36 30 24 16 14 12 10 8 2 1 1/0 4/0
0.0127 0.0507 0.205 1.31 2.08 3.31 5.261 8.367 33.62 42.41 53.49 107.2
0.127 0.254 0.511 1.29 1.63 2.05 2.588 3.264 6.543 7.7.348 8.252 11.68
0.1126 0.4505 1.820 11.63 18.51 29.41 46.77 74.38 298.9 377 475.5 953.2
3.53 5.63 4.94 14.22 22.62 90.89 114.6 144.6 289.8
TABLA 3.1. Especificaciones Físicas de Conductores
Para especificar un conductor trenzado multifilar, se suele utilizar su calibre como punto de partida, se entiende por calibre, el área de la sección transversal, o cualquier parámetro que la defina (radio o diámetro). Existen dos sistemas internacionalmente aceptados, para definir el calibre de los conductores, estos son: Sistema AWG. Sistema MCM El sistema AWG, proviene de las iniciales inglesas de American Wire Gauge, en este sistema los calibres de los conductores son
definidos por una escala numérica, que cumple con que la relación entre los números sucesivos de calibres es constante, entonces obedece a una progresión geométrica (cuya razón es 1.2610). En el sistema AWG, mientras mayor es el número del conductor, menor es su diámetro, en este sistema existen definidos cuarenta (40) calibres diferentes, partiendo del número 36 (diámetro de 0.005 pulgadas) hasta llegar al calibre 0, 2/0, 3/0 y 4/0 (diámetro de 0.46 pulgadas).
FIGURA 3.5. Diferentes Calibres AWG en conductores
La clasificación de los conductores AWG, resulta bastante acertada para los conductores de aplicación general,
residencial e industrial, pero en la transmisión de grandes bloques de energía, en los sistemas de potencia, el calibre de los conductores superó los valores establecidos por la AWG, siendo necesario implementar un sistema que admitiera calibres mayores, y es donde nace el concepto de MILS. 3.3. Numero de conductores por tuberías o ductos El número de conductores que se pueden incluir dentro de una tubería, depende del diámetro del conductor, para el caso de los EMT, en el Capitulo 9 del CEN se muestra el número de conductores, en función de su calibre y el diámetro de la tubería. Es importante mencionar que las tuberías deberán ser dobladas con herramientas especiales para tal fin o plantillas, de manera de no afectar la sección transversal de la tubería o daños en la misma.
Por otra parte, es común utilizar tuberías de tipo flexible, metálicas o plásticas, en instalaciones industriales, para la conexión de motores. Los cálculos se aprenderán en la sesión de aprendizaje 5. Ver en CD del entrenador las tablas de conductores suministradas por la entidad CENTELSA.
CAPITULO DOS CONEXIÓNES DE LOS ELEMENTOS COMUNES EN INSTALACIONES ELECTRICAS DOMICILIARIAS.
SESION 4. ESQUEMAS ELECTRICOS Y SIMBOLOGIA 4.1. ESQUEMAS Y PLANOS ELECTRICOS Un esquema eléctrico es la representación grafica de un circuito eléctrico, con el cual se busca explicar en forma simple y clara los elementos que se emplean en el montaje de circuitos. Un esquema esta compuesto por símbolos (elementos y dispositivos), trazos (conductores, ductos y dependencia eléctrica) e índices (letras y números que identifican un símbolo). Un plano eléctrico, es el esquema eléctrico sobre un plano arquitectónico, debe representar, la cantidad, tipo, distribución de todos los componentes usados y su control. Punto: Sitio donde se toma la corriente para alimentar un aparato o equipo
4.2. SIMBOLOS Y CONVENCIONES MÁS USADOS. TRAZOS
SIMBOLOS
L1-L2-L3 fases N Neutro
Para
las
PLANO ELECTRICO DE LA INSTALACION Es el plano que debe realizar el electricista y el que se le entrega a la empresa de energía para su correspondiente aprobación. En primera instancia se debe tener el plano arquitectónico, el cual muestra la distribución de espacios, muros, ventanas, baños y otros detalles de la obra civil.
MARCAS R-S-T Para las fases
Luego de tener el plano arquitectónico, se define el plano de situación o emplazamiento, que es
el plano arquitectónico con la ubicación de los elementos a instalar (cajas de salida, interruptores, tomacorrientes, etc.).
Fig.4.2. Plano de emplazamiento
Por ultimo se definen el número de conductores, su calibre y los ductos requeridos para conectar e instalar lo necesario para hacer funcionar los dispositivos de alumbrado y tomacorrientes. Esta información se presenta usando un diagrama unifilar sobre el plano de emplazamiento o localización similar al que se muestra a continuación.
Ducto de ½” con dos conductores calibre No. 12 y 1 No. 14. Cuando los datos de información de ductos se repiten en casi todo el plano, se puede hacer una nota en las convenciones o al pie del esquema, así: Nota: Los ductos no especificados son ½” y los conductores AWG No 14.
Fig.4.3. Plano eléctrico
En el diagrama unifilar todos los componentes ocupan su ubicación real, es normal dar información complementaria frente al trazo por ejemplo: ө ½” 2x12 1x14
El plano eléctrico incluye también un esquema del cuadro de protecciones, el cual es un esquema unifilar que nos da una idea general de toda la instalación eléctrica, desde la acometida hasta los circuitos ramales, dimensionando la carga total instalada, los valores de las protecciones y el uso de cada circuito ramal.
En la sesión 9 se explicarán las diferentes configuraciones de conexión de alumbrado y tomacorrientes y sus representaciones en los planos eléctricos.
CAPITULO TRES PASOS EN EL DISEÑO DE LA INSTALACIÓN ELÉCTRICA
SESION 5. ACOMETIDA Y PUESTA A TIERRA Canalizaciones eléctricas. La instalación eléctrica esta constituida por la agrupación de una serie de elementos que ínter actúan para llevar a cabo el transporte de la energía eléctrica desde el punto de suministro hasta las cargas. Las instalaciones eléctricas, como ya se menciono, poseen una amplia clasificación, y evidentemente cada una de ellas ha de poseer elementos específicos a su tipo, pero por otra parte existe una gran cantidad de elementos que son comunes a las instalaciones de tipo residencial, comercial e industrial. Los elementos básicos de una instalación eléctrica son: Acometida Equipos de medición. Interruptor principal. Tablero principal. Subtableros. Alimentadores Circuitos ramales.
Cada una de estos elementos será punto especial de estudio a lo largo de este curso.
FIG 5.1. Esquema Típico de una Instalación Eléctrica Residencial
5.1. DEFINICION DE POTENCIA ELECTRICA FACTOR DE DEMANDA Y REGULACION. Para el calculo de los componentes de acometida es requerido conocer de antemano, cual será el consumo de potencia de la unidad habitacional, esto se logra, estimando la potencia que consumen cada uno de las cargas que los usuarios tendrán, el tiempo aproximado de uso y la capacidad de expansión que requiere el usuario para futuras cargas a instalar. Es el trabajo requerido para realizar un trabajo en un tiempo determinado. La potencia eléctrica esta definida por la siguiente ecuación: P= V x I x FP
V: Voltaje o tensión de alimentación. I: Corriente a través del elemento consumidor de potencia. FP: Factor de potencia. Solo toma valores de 0 a 1.
Para aplicaciones de instalaciones eléctricas domiciliarias, el factor de potencia es 1. Esta afirmación deja de ser cierta en la medida en que se conecten cargas inductivas a la
instalación. El factor de potencia es considerado en instalaciones industriales, donde la gran cantidad de motores eléctricos y cargas especiales afectan considerablemente el factor de potencia y por tanto la potencia. En instalaciones residenciales la mayor parte de la carga es resistiva, elementos calefactores como las planchas, las estufas y los calentadores consumen potencia netamente resistiva.
Los motores como las lavadoras, licuadoras, y compresores de nevera, son de baja potencia y afectan muy poco el factor de potencia de la instalación.
5.2. DEFINICIÓN DE ACOMETIDA Parte de la instalación eléctrica que va desde la red local de distribución hasta el contador eléctrico, ubicado en el predio del usuario. También puede definirse como los conductores y el equipo para dar energía desde un sistema de suministro eléctrico, al sistema de alambrado de la propiedad servida, es el comienzo de responsabilidad del ingeniero de instalaciones eléctricas. El calibre de los conductores de la acometida se calcula de acuerdo a la carga instalada en el predio, usando un cuadro de cargas, con el correspondiente factor de demanda pero en ningún caso debe ser inferior a No. 8 AWG. 5.3. TIPOS ACOMETIDA
DE
Un mismo predio puede tener una o varias acometidas, estas pueden ser aéreas o subterráneas.
ACOMETIDA AEREA Los conductores aéreos de acometida van desde el último poste o soporte aéreo, incluidos los conectores de derivación, si los hay, hasta los conductores de entrada de acometida de la edificación.
Algunos operadores de red exigen que los conductores usados para las acometidas estén trenzados y/o que tengan un aislamiento común, como los cables encauchetados. El punto de fijación de la acometida no debe
ser inferior a 3,5 m sobre la acera y 5,5 m sobre las calzadas y carreteras. La fijación de los conductores debe hacerse mediante herrajes o accesorios para este fin. Los conductores de acometida aérea deben canalizarse, entre el soporte y el contador, a través de tubos metálicos o PVC tipo pesado, adecuados para el calibre y numero de conductores. El ducto debe estar provisto de un capacete que evita filtraciones de agua al tubo y por tanto al contador. La caída de tensión debe quedar entre el 3% y el 5%, de lo contrario debe usarse un conductor de mayor calibre. Los conductores deben quedar mínimo a 1,5 m de ventanas, puertas y balcones.
ACOMETIDA SUBTERRÁNEA Los conductores subterráneos de acometida van desde la red de la calle, poste, caja de inspección o transformador hasta el contador. La longitud máxima de acometida es de 25 a 30 metros. Los conductores deben estar a una profundidad no menor a 45 cm y deben estar protegidos contra daños mecánicos por tuberías de acero, asbesto cemento o hacer galvanizado. En este tipo de acometidas, las cajas de inspección deben quedar fuera del predio del usuario.
Si la acometida debe alimentar varios contadores, los conductores deben estar capacitados para soportar las corrientes
resultantes de la suma de las corrientes nominales de todos los contadores. Para mayor información de las acometidas consulte la norma o reglamento de instalaciones respectivos de su país.
En ningún caso los conductores de acometida aérea o subterránea tendrán algun tipo de empalmes, deben ser cables enterizos desde los cables de distribución hasta el contador del usuario.
Se verifica la caída de tensión en la acometida. Se define el conductor adecuado.
5.4. CALCULO DE CONDUCTORES PARA LOS DISTINTOS TIPOS DE ACOMETIDAS ACOMETIDA MONOFASICA BIFILAR.
1) Cuadro de carga: Cuadro de carga Carga
Una acometida es monofásica bifilar, cuando esta conformada únicamente por dos conductores: un conductor activo (fase) y el neutro.
Estufa Horno Televisor Bombillo
Can W t unitari o
1 1 2 7
6000 3000 300 100
W Total
6000 3000 600 700
Plancha 1 1000 1000 Calentad 1 1500 1500 La tensión en este tipo or de sistemas es 120 Total carga instalada 12800 W VAC, y se permite este tipo de conexión si la Como no toda la carga carga instalada no esta funcionando supera los 9 KW. continua ni simultáneamente, se El calibre de la fase y el aplican los factores de neutro debe ser el demanda según las mismo, y se calcula de tablas respectivas de la acuerdo a la carga norma, para calcular la instalada y los factores carga en de demanda en un funcionamiento: cuadro de cargas así: Se realiza un cuadro de cargas del predio, con sus factores de demanda. Se calcula la corriente que circulara por la acometida.
Carga W
Factor de Demand a
Carga en funcionamiento . W
Primero s 3000 W Estufa Horno Resto de carga.
100%
3000
80% 80% 35%
4800 2400 280
TOTAL
10480 W Corriente acometida
por
la
I= P . = 10480 . = 87.33 A. V x cos ϕ 120 x 1
Esta corriente es soportada por un conductor No. 4 THW sobre el límite, pero por criterio del proyectista se trabajara con calibre No. 3 THW previniendo futuras cargas y expansión del predio. 3) La resistencia que tienen los conductores de la acometida, se encuentra en las tablas , y la caída de
tensión se calcula por la formula: ∆V= r * I * L * N / 1000 r: Resistencia unitaria por kilómetro del conductor. I: Corriente de acometida. L: Longitud de acometida (metros) N: Numero de conductores de acometida. ∆V= 0,83 * 87,33 * 10 * 2 / 1000 = 1.45 No debe superar el 3% de 120 V = 3,6 4) Por lo tanto el calibre No.4 es el adecuado para la instalación.
5.5. EJEMPLOS DE CÁLCULO PARA INSTALACIONES DOMICILIARIAS Los siguientes ejemplos refieren los cálculos a las tablas correspondientes a la norma NTC-2050, realice la práctica adecuadamente para reconocimiento y correcta interpretación de tablas de esta importante norma.
Ejemplo nº 1.a) Vivienda unifamiliar Una vivienda unifamiliar tiene una superficie en planta de 140 m² sin contar un sótano vacío, el ático sin terminar y los porches. Tiene instalada una estufa de 12 kW y una secadora de 5,5 kW a 240 V. Se supone que la potencia nominal de la estufa y la secadora equivalen a la potencia en kVA de acuerdo con los Artículos 220-18 y 220-19.
Carga calculada (véase El Artículo 220-10..a)): Carga de alumbrado general: 140 m² x 32 VA/m² = 4.480 VA Número mínimo de ramales necesarios (véase El Artículo 220-4.b)): Y Carga para alumbrado general: 4.480 VA/120 V = 37 A. Esto exige 3 circuitos bifilares de 15 A o 2 de 20 A. Carga para pequeños electrodomésticos: 2 circuitos bifilares de 20 A (ver El Artículo 220-3.b)). Carga por la lavadora: 1 circuito bifilar de 20 A (véase El Artículo 220-4.c)). Sección transversal mínima de los cables del alimentador (ver El Artículo 220-10.a)): Alumbrado general 4.480 VA Carga para pequeños electrodomésticos 3.000 VA Lavadora 1.500 VA -------------Carga total para alumbrado y pequeños electrodomésticos : 8.980 VA 3.000 VA al 100 % 3.000 VA 8.980 - 3.000 = 5.980 VA al 35 % 2.093 VA -------------Carga neta por electrodomésticos 5.093 VA
alumbrado
general
Carga por la estufa (ver Tabla 220-19) 8.000 VA Carga por la secadora (ver Tabla 220-18) 5.500 VA --------------
y
pequeños
Carga total 18.593 VA Para una acometida o alimentador monofásico trifilar a 120/240 V: 18.593 VA/240 V = 77 A Véase El Artículo 230-42.b) para determinar la sección transversal del(los) conductor(es) no puesto(s) a tierra. Neutro del alimentador y de la acometida Carga por alumbrado y pequeños electrodomésticos 5.093 VA Carga por la estufa, 8.000 VA al 70 % 5.600 VA Carga por la secadora, 5.500 VA al 70 % 3.850 VA -------------Total 14.543 VA 14.543 VA/240 V = 61 A
Ejemplo nº 1.b). Vivienda unifamiliar Las mismas condiciones que en el ejemplo nº 1.a), pero añadiendo un aparato de aire acondicionado de 6 A - 230 V, otro de 12 A - 115 V*, un triturador de basuras de 8 A nominales a 115 V y un lavavajillas de 10 A nominales a 120 V*. Para los motores en general, véase la Sección 430; para los equipos de aire acondicionado, véase la Sección 440 Parte G. Los motores tienen placas de características que indican 115 V y 230 V, para utilizarlos en instalaciones de tensión nominal 120 V y 240 V, respectivamente. Del anterior ejemplo nº 1.a), la corriente del alimentador (trifilar a 240 V) es de 77 A. Fase A Neutro
Fase B
Corriente del ejemplo nº 1.a) 61 77 Aire acondicionado a 230 V 6 Aire acondicionado a 115 V y lavavajillas a 120 V 12 10 Triturador de basuras a 115 V 8 8 25% de motor más grande (véase El Artículo 430-24) 3 2
77 6 12 3 -----
---------------------------------Corriente en A por fase 84 103
98
Por tanto, se permite que la acometida de esta casa sea de 110 A nominales. *Para el neutro del alimentador se utiliza el mayor de los dos aparatos.
Ver anexo 1 de este documento con otros ejemplos y/o ejercicios
5.6. TIERRA
PUESTA
A
El estudio de puesta a tierra en instalaciones eléctricas es un área delicada, y que requiere de cuidadosos y minuciosos cálculos.
Símbolo: La resistividad del suelo disminuye a medida que aumenta la humedad del mismo, entre menor resistividad, mejor conducción de corriente y efectividad para ser dispersada por la tierra por medio de procesos electrolíticos. La puesta a tierra es el sistema que proporciona una trayectoria efectiva para las corrientes de falla permitiendo proteger las personas contra posibles contactos con elementos energizados. La puesta a tierra se transforma en el camino de menor impedancia para las corrientes de falla, de igual forma evita la acumulación de cargas electrostáticas, producidas por inducción en las partes metálicas de la instalación.
Para instalaciones domiciliarias generalmente el código eléctrico Nacional, da las recomendaciones de seguridad para la implementación un electrodo que consiste de una varilla de cobre, conocida comúnmente como Copperwell.
Esta varilla debe garantizar la baja resistencia eléctrica y resistencia a la corrosión por un tiempo mínimo de 15 años. El electrodo debe tener por lo menos 2,4 m de longitud y 12,7 mm de diámetro, y estar identificado con el nombre del fabricante dentro de los 30 cm
desde la parte superior. Deben estar enterrados en su totalidad para tener humedad permanente. La parte superior del electrodo enterrado debe quedar a mínimo 15 cm de la superficie.
amarillas o identificadas con marcas verdes en los puntos de inspección y en los extremos. Si la humedad natural del suelo no es suficiente, esta puede aumentarse artificialmente. Si se encuentra fondo rocoso a menos se 1,2 metros del suelo, el electrodo debe enterrarse en una zanja horizontal, mínimo a 75 cm. de profundidad.
Los conductores del sistema de puesta a tierra deben ser continuos, sin interruptores ni medios de desconexión, y el punto de unión entre el electrodo y el conductor debe estar hecho de soldadura exotérmica. El valor máximo de resistencia de puesta a tierra en baja tensión debe ser de 25 ohmnios. El aislamiento de los conductores de los cableados de puesta a tierra debe ser de color verde, verde con rayas
SESION 6. SISTEMAS DE MEDICION Las instalaciones eléctricas deben contar con mecanismos para medir la cantidad de energía que es comprada al proveedor de energía, y con elementos que protejan contra la exposición de las personas a la electricidad, de daños a los equipos alimentados por la instalación y evitar mayores perjuicios de los elementos de la instalación en caso de cortocircuitos. Comúnmente conocido como contador, hay un instrumento que mide la cantidad potencia suministrada en el tiempo por el proveedor, es decir el consumo de energía de la instalación durante un tiempo determinado. Energía = Potencia x Tiempo Al interior del contador se realizan mediciones de tensión y corriente para medición de
potencia de cada fase y se determina el tiempo para medición de la energía. Potencia en circuito monofásico = V x I x cos φ
En instalaciones eléctricas el cos φ es denominado factor de potencia, en domiciliarias el factor de potencia tiene valor de 1, mientras el consumo de energía reactiva por parte de motores no sobrepase los limites máximos de la norma, le factor de potencia es relevante en instalaciones eléctricas industriales. En las instalaciones eléctricas de tipo residencial, el equipo de medición de energía es único, siendo pudiendo ser el caso de un medidor mecánico constituido por un de disco (Watt-horimetro) o en el caso más modernos constituido por componentes de estado sólido digitales.
El contador eléctrico o comúnmente denominado medidor, es propiedad de la empresa eléctrica, por lo cual cualquier alteración o desperfecto, puede provocar inconvenientes legales. La unidad de energía es comúnmente el Joule, que es la cantidad de energía empleada por un Vatio durante un segundo. Como esta unidad es muy pequeña, en la práctica se usa KILOVATIOHORA (KWh), que es la energía que se gasta un KW en una hora. 6.1. INSTALACIÓN DEL CONTADOR Los conductores de acometida deben llegar directamente al contador, sin que se presenten empalmes o derivaciones. La instalación de los contadores corresponde exclusivamente a los operadores de red locales de la región.
Los tipos de medidores a utilizar dependen del sistema de la red a la cual se va a conectar la carga y de la tarifa que le corresponde, la responsabilidad de de conexión y las condiciones de conexión son particulares para cada empresa de energía local. La conexión o el cableado de los medidores se hará siempre de izquierda a derecha; su alimentación o acometida deberá llegar por la parte izquierda y la salida a la carga por el costado derecho de la caja. Existen muchos tipos de medidores de acuerdo al sistema de distribución secundaria, los mas comunes en instalaciones residenciales son:
-Medidor monofásico bifilar. Se utiliza para el registro del consumo en instalaciones con una carga instalada de hasta 7 kVA donde sólo se requiera un conductor no puesto a tierra (fase) y uno puesto a tierra (neutro). 6.2. MEDICIÓN DE ENERGÍA CON EL CONTADOR DE DISCO.
-Medidor monofásico trifilar. Se utiliza para registrar el consumo en instalaciones con una carga instalada hasta 15 kVA donde se requieran dos conductores no puestos a tierra (fases) y uno puesto a tierra (neutro) artificial, derivados únicamente de un transformador monofásico.
El Numero de vueltas que da el disco corresponde a un numero de kilovatios hora (kWh), y la relación entre el numero de revoluciones del disco y los kWh corresponde a la constante k en la placa del contador, que la establece el fabricante del mismo. K = No. de revoluciones KWh KWh=
3600 x n . KxT
n= numero de vueltas que da el disco. K= Constante de placa del contador T= Tiempo en segundos para las n revoluciones.
SESION 7. TABLERO PRINCIPAL Y SISTEMAS DE PROTECCIÓN Las instalaciones eléctricas, aunque sean diseñadas de manera perfecta son susceptibles a fallas (condiciones anormales de operación), que pueden provocar daños a los equipos y personas que se sirven de la instalación. Las funciones más simples que realizan los sistemas de protección son:
frente a una condición anormal. Para que el sistema de protección cumpla con estos objetivos, ha de poseer una serie de características como: Sensibilidad: Debe tener la suficiente sensibilidad para detectar solo las fallas que afecten al sistema.
* Retirar rápidamente del servicio la parte del sistema necesaria que presenta falla con el objeto de mejorar la disponibilidad del servicio al resto de la instalación.
Selectividad: Debe poder determinar la localización de la falla para despejarla, retirando únicamente la parte afectada por el sistema.
* Impedir maniobras de operación incorrectas que por error puedan cometer el personal del sistema y que atente al sistema.
Rapidez: Debe determinar con que velocidad es necesario despejar la falla, y poseer la rapidez adecuada para hacerlo.
* Seccionar el sistema en los puntos más aconsejables para que la repartición de carga
Confiabilidad: Las fallas que afectan el sistema son de poca frecuencia de
ocurrencia, por lo que se debe diseñar para que solo opere en condiciones de falla, y que su operación sea correcta.
7.1.
Estabilidad: Es necesario que el sistema de protección sea estable, de manera que frente a una fallado se retiren innecesariamente equipos sanos del sistema.
Se define interruptor como el aparato que se utiliza para abrir o cerrar un circuito , estas operaciones pueden ser realizados en condiciones de operación normal o de falla, y mediante mecanismos automáticos o manuales. Comúnmente son denominados tacos o breakers y van exclusivamente ubicados en las líneas vivas o fases de los tableros de distribución.
Es importante acotar, que el sistema de protección debe ser capaz de diferenciar una condición anormal de operación, y como estos elementos no son con inteligencia propia, estos deben ser instruidos (calibrados) para este fin, y es tarea del ingeniero de protecciones tal labor; de ahí lo difícil del área de protecciones aunque es las instalaciones de baja tensión es común encontrar básicamente elementos simples como interruptores y fusibles, que deben ser cuidadosamente seleccionados.
INTERRUPTOR ES Símbolo:
Los interruptores no deben ser confundidos con los seccionadores y cuchillas.
Termo magnético aire
Interruptor Automático Operan cuando se presenten las fallas y el despeje del circuito operado por el interruptor, depende del valor determinado de corriente diseñado, el ajuste.
en
Son usados en circuitos con rango mayor de al de sus homólogos, los de caja moldeada, se usa en ambientes industriales y tienen la bondad de que pueden ser accesados en forma sencilla, es decir poseen unidades que son cambiables. Son calibrados mediante las curvas características, que según el fabricante y el valor nominal del interruptor, pueden variar.
Los interruptores automáticos en baja tensión, son clasificados en dos grandes grupos de acuerdo a su construcción: Termo magnéticos en aire Termo magnéticos en Caja moldeada (Molded Case Circuit Braker)
Termo magnético en Caja moldeada Los interruptores de caja moldeada son de uso común en uso residencial o
industrial liviano. Y reciben su nombre por la doble acción: térmica y magnética a la vez. La acción térmica es proveída por una unión de dos elementos metálicos de diferente coeficiente de dilatación, con lo que al paso de la corriente se dilata en forma irregular, aprovechando esto para accionar la apertura del interruptor. La característica de operación desde el punto de vista térmico depende de la curva de tiempo corriente de los materiales asociados. Esta forma de operación es comúnmente denominada, tiempo inverso, ya que a mayor corriente menor es el tiempo de operación.
lo corto del tiempo de su operación. Son construidos, por lo general en forma hermética a partir de una caja de resina de alta presión, resistente al fuego, y de alta resistencia mecánica, (por lo general úrea o poliester de vidrio).
El CEN dedica su sección 380, para las especificaciones de suiches e interruptores automáticos.
La acción magnética proviene de una bobina cuyo núcleo es movible, y realiza la apertura del interruptor. La característica magnética es de tipo instantánea, debido a FIGURA Partes de
7.3. un
interruptor termo magnético de caja moldeada
FIGURA 7.4. Vista frontal de interruptores de caja moldeada
Fusibles Los fusibles, fueron los elementos pioneros de las protecciones eléctricas, por su simplicidad. El CEN en su sección 100, define un fusible como un dispositivo de protección contra sobrecorriente con una parte fusible, que abre el circuito cuando se calienta y corta el paso de la sobrecorriente a través de la misma.
Los fusibles están diseñados con partes conductoras de metal, que con el paso de cierta corriente, para la cual han sido diseñados, se funden por exceso de temperatura. El alambre del fusible, se selecciona en función de la corriente nominal del circuito a proteger, colocándose este en serie. Los fusibles por lo general poseen una cámara de extensión del arco, para enfriar el arco producido por el recalentamiento del conductor al ser atravesado por la corriente de falla. En el mercado comercial son muy variadas las características de los fusibles, pero siempre bajo el mismo esquema de operación.
De acuerdo a la forma de operación, los fusibles son distinguidos en dos clases: limitadores y convencionales. Los limitadores como su nombre lo indica limita el efecto del arco que se produce al fundirse el elemento metálico, pero en un tiempo menor que el correspondiente a la corriente máxima de falla extinguiéndose dentro de su cámara, mientras que los convencionales no tienen estas características.
La característica de corriente y tiempo de operación, va a depender del material conductor empleado para la construcción el fusible.
7.2.
TABLEROS. Símbolo:
En toda instalación eléctrica han de existir, uno o varios tableros principales, punto central de la instalación, el cual tiene tres funciones: * Distribuir la energía eléctrica a
varios circuitos ramales. * Proteger cada circuito ramal de fallas (cortocircuitos o sobrecorrientes). * Proveer la posibilidad desconectar de la instalación cada uno de los circuitos. El tablero principal contiene una serie de elementos que garantizan el cumplimiento de las tres funciones antes mencionadas tales como: interruptores automáticos o manuales, fusibles y barrajes. Un barraje (bus), se define como un elemento metálico, donde se realiza la conexión de varios elementos eléctricos. El CEN en su sección 100 establece que un tablero es “…un panel o grupo de paneles individuales diseñados para constituir un solo panel: incluye barras, dispositivos de protección, y puede tener o no swiches para controlar los circuitos…”
Los tableros son estructuras constituidos por un grupo de paneles, diseñados para que sean alojados en ellos equipos eléctricos. El tablero puede ser formado por un gabinete auto-
soportable, o bien de tipo empotrado (generalmente utilizado en instalaciones residenciales). Los equipos depositados en los tableros son barras1, interruptores en el caso más simple (residencial), pudiendo llegar a alojar medidores de tensión, corriente, potencia, energía, frecuencia, etc. en función de las exigencias del caso.
FIGURA 1. Tipos de Tableros
Las características de fabricación de estos elementos están regidas por el CEN, en general son: * Deben ser de material incombustible. * Los tableros metálicos para empotrar deben ser de acero galvanizado (número 16) y si es de para sujetar de acero (No. 14), sin salida para tubos. * Debe poseer acceso frontal, con una puerta de lámina de 1/8” con 1
bisagras y cerradura, además de la identificación normada. El tablero debe estar pintado con fondo antioxidante. * Las barras, para las fases serán de cobre electrolítico cadmiado, con una densidad de corriente de 150 Amp/cm2.y una capacidad de interrupción superior a la del interruptor principal, fijas en chasis con aisladores y una separación mínima entre fases de 2 cm, con capacidad de corriente hasta 4000 Amperes. * Barras de neutro, esta será de cobre electrolítico cadmiado, plateada o similar, de igual capacidad que las fases, fijas con chasis aislado con bakelitas, y separación con las barras de fase de 5 cm. * Los breakers de los circuitos ramales, serán de tipo termomagnético, de 1,2 o 3 polos, según las especificaciones de diseño, desde 15 Amperes en adelante, con conectores a presión para los conductores y
conectados a las barras por platinas de cobre. * El interruptor principal, será de tipo termo magnético, bipolares o tripolares desde 15 Amperes, conectados a las barras de fase por platinas; para desconectar el alimentador. La capacidad de este interruptor debe ser menor o igual a la capacidad de las barras de las fases.
Subtableros y Alimentadores En aquellas instalaciones eléctricas de una extensión considerable, es común utilizar varios tableros como apoyo al principal, cumpliendo las mismas funciones de distribución, maniobra y protección de los circuitos. Estos subtableros se suelen ubicar a una distancia equilibrada de cada una a las cargas que sirven (centro de
cargas o área de distribución), los conductores con lo cual son alimentados estos subtableros desde el tablero principal recibe el nombre de alimentadores (feeder). El CEN dedica la sección 240 a los requisitos completos de los alimentadores en una instalación eléctrica.
SESION 8. CIRCUITOS RAMALES Los circuitos ramales están constituidos conductores que parten de los tableros de distribución y transportan la energía hasta los puntos de alimentación. Los circuitos ramales pueden ser compartidos o individuales, es decir, exclusivos para una carga. Un ejemplo de un circuito ramal, lo constituyen los conductores que
alimentan los tomacorrientes en una instalación residencial, siendo de tipo compartido, y un circuito ramal exclusivo, lo puede constituir la alimentación de un motor de gran potencia en sistemas industriales. El CEN en su sección 100, define un circuito ramal como “… los conductores del circuito entre el último dispositivo contra sobrecorriente que
protege el circuito y las salidas…”
8.1. Clasificación de los Circuitos Ramales
Por su parte la sección 225 del CEN se dedica a los requisitos para los circuitos ramales y circuitos de instalación exterior.
Los circuitos ramales, han sido clasificados inicialmente en dos grandes tipos: alumbrado y tomacorrientes, y estos últimos en generales, de fuerza motriz y de calefacción. Por otra parte de acuerdo al uso más común que se le suele dar a los ramales se suelen distinguir:
FIGURA 8.1. Tipos de Circuitos Ramales
Circuitos alumbrado:
de
Son los circuitos utilizados para alimentar las luces de uso general y algunos artefactos de poca potencia, conectados directamente o por medio de tomacorrientes o enchufes Circuitos Tomacorrientes:
Por otra arte, el CEN (sección 100) define un enchufe como el dispositivo que, por su inserción en un tomacorriente, establece la conexión entre los conductores de un cordón flexible.
de
Son utilizados para alimentar a los artefactos portátiles de poco o mediana potencia. Los artefactos se conectan por medio de tomacorrientes y enchufes. Según su uso los tomacorrientes pueden ser de fuerza (para conexión de motores y grandes cargas motrices), de calefacción (para conexión de de elementos tales como estufas, calentadores y electrodomésticos mayores) El CEN en su sección 100, establece que un tomacorriente es un dispositivo de contacto instalado en una salida para la conexión de un solo enchufe.
Otra clasificación común de los circuitos ramales, es por su capacidad de corriente o según el valor de ajuste del dispositivo de protección de sobrecorriente. Para aplicación residencial, es común encontrar valores de 15, 20, 30, 40 y 50 Amperios. La tensión de un circuito ramal en unidades de vivienda no debe superar 120 V en circuitos de alumbrado o en circuitos de tomacorrientes con cargas de menos de ¼ HP.
Otras tensiones nominales en circuitos ramales son 120, 120/240, 208Y/120.
Los conductores de los circuitos ramales deben soportar al menos la corriente de
La sección del código encargada de regular los circuitos ramales es: Sección 210. Circuitos Ramales
la carga que van a alimentar. El limite de tensión es 120 V para cargas hasta de 1440 VA. Todo circuito de 15 y 20 Amperios deben tener conductor de puesta a tierra. El conductor de puesta a tierra debe ser gris o blanco. En los equipos elconductor de puesta a tierra es color verde - amarillo. En la cocina ningún conductor debe ser menor a No. 14 AWG. artefacto d
8.2. Algunas condiciones básicas que deben cumplir los circuitos ramales.
Los conductores de los circuitos ramales y los equipos deben estar protegidos mediante dispositivos de protección seleccionados según el articulo 210-21. de la norma.
SESION 9. CONEXIONES DE ELEMENTOS EN CIRCUITOS 9.1. Circuitos de los tomacorrientes. Los tomacorrientes alojan las clavijas de un enchufe, con el fin de establecer contacto eléctrico entre los cables de la instalación y los del dispositivo eléctrico. Los tomacorrientes deben estar fabricados de tal manera que garanticen la permanencia de las características mecánica, térmica y dieléctricas de todos sus componentes sin alterar la seguridad y el desempeño de la instalación a través del tiempo. Deben identificarse claramente los polos de las fases, los terminales de neutro y tierra, y la corriente y tensión nominal.
RAMALES DE TOMACORRIE NTES GENERALES Y DE FUERZA 9.2. Normas de ubicación de los tomacorrientes: Deben colocarse en posición horizontal a una distancia mínima de 20 cm del piso. La distancia mínima entre dos tomas es de 3 m, deben colocarse también en el extremo de las paredes para no quedar ocultas por los muebles. Los tomas especiales se colocan al lado o atrás de los aparatos que alimentan. En los baños es conveniente ubicar un toma junto al espejo a 1.2 metros del suelo En las cocinas las tomas comunes se instalan a una altura
mínima de 20 cm sobre los mesones, con una separación mínima de 50 cm entre tomas. Los tomas a la intemperie se deben colocar a 45 cms del piso, a ser posible controlados por un interruptor al interior de la edificación cercano al toma. Todos los ambientes deben tener mínimo un tomacorriente. El calibre mínimo de los conductores de tomacorrientes es No. 12 AWG. Cuando se usan cajas de salida, esta debe ir solidamente conectadas a tierra.
deben tener también las patas diferentes.
9.3. Conexión de dispositivos A continuación se muestran los esquemas básicos de conexión de los tomacorrientes más comunes en instalaciones domiciliarias, recuerde que el calibre de los conductores y el diámetro de las tuberías son definidos al conocer la carga a conectar, así que las especificaciones dadas en estos esquemas son a manera de ejemplo.
* Conexión de un tomacorriente monofásico universal con puesta a tierra. Estas tomas, además de los dos orificios de fase y neutro, tienen un tercer tornillo de forma diferente (generalmente cilíndrica) para la puesta a tierra.
* Conexión de un tomacorriente monofasico universal sin puesta a tierra. En estos tomacorrientes, el orificio menor es para conectar la fase, y el orificio mayor para el neutro. Los enchufes para estas tomas
* Conexión de un tomacorriente de bifásico patatrabada y clavija. Sirven para dispositivos
conectar que
necesitan dos fases (208V) para su funcionamiento, también son conocidos como toma en t. Se fabrican para corrientes de 20A.
* Conexión de una toma telefónica. En cada uno de los orificios circulares se conectan los conductores de la red telefónica. Cuando se usa conductor de * Conexión de un tomacorriente trifásico
4 hilos, se debe utilizar el cable con el conector adecuado.
* Conexión de una toma coaxial de televisión.
SESION 10. CONEXIÓN DE ELEMENTOS EN CIRCUITOS RAMALES DE ALUMBRADO Control alumbrado interruptores
de con
Los interruptores son aparatos de maniobra manual que permiten o interrumpen el paso de corriente, para el control de una fuente luminosa. Están compuestos por dos bornes fijos y una pieza metálica móvil que establece el contacto entre bornes. Los bornes se conectan a la fase en serie con el aparato a controlar, teniendo en cuenta que la corriente de la carga a controlar no sobrepase la soportada por el interruptor, que normalmente esta entre 6 y 10 A, para tensiones a 120 V. Las posiciones de encendido y apagado deben estar indicadas en el cuerpo del interruptor. Si el
interruptor es de posición vertical, debe quedar puesto de tal manera que se oprime en la parte superior para encender y en la parte inferior para apagar. En el caso de un interruptor de posición horizontal la caja debe quedar de tal manera que se oprima en la derecha para encender y a la izquierda para apagar. La ubicación de los interruptores debe considerar la fácil accesibilidad, teniendo en cuenta los siguientes aspectos. En alcobas, salas, cocinas y ambientes generales, se deben ubicar en el interior, cerca de la puerta de entrada, aproximadamente a 10 o 20 cm del marco de la puerta y a 1.20 m del piso, de manera que pueda abrirse la puerta
sin que el interruptor quede oculto. 10.1. CONEXIONES DE UN INTERRUPTOR SENCILLO En los ejemplos de la figura 10.1., los conductores para conectar el interruptor llegan por la salida de alumbrado, por esta razón el conductor de neutro llega al plafón sin pasar por la caja de su interruptor. La fase pasa por la caja del plafón sin ser interrumpido hasta ser conectado en el interruptor.
Fig. 10.1. Interruptor sencillo
Fig 10.2. Esquema pictórico de componentes.
Ahora, en el caso en que la alimentación del circuito entre por una caja de interruptor, como en el ejemplo de la figura 10.3. El conductor de neutro pasa por la caja sin ser interrumpido hasta que llega al plafón y la fase llega directamente al interruptor y una vez conectada a este, es llevado al bombillo como fase controlada. El conductor adicional es una fase sin controlar, llevada para las demás salidas de alumbrado del cuarto.
Fig 10.4. Esquema pictórico de componentes.
10.2. CONTROL DE DOS LAMPARAS CON UN INTERRUPTOR SENCILLO En los ejemplos de la figura 10.5., los conductores para conectar llegan por el interruptor, el conductor de neutro llega a los plafónes pasando por la caja de su interruptor y la fase se interrumpe en el interruptor y sale controlada hacia los plafones.
Fig 10.6. Esquema pictórico de componentes.
Ahora, si los cables de conexión llegan por el plafón:
Fig 10.7. Esquema pictórico de componentes. Fig 10.5. Esquema pictórico de componentes.
La fase pasa por las cajas de los plafones hasta llegar sin ser interrumpida hasta la caja del interruptor,
del cual sale una fase controlada de nuevo hacia los plafones. El interruptor de neutro sale del tablero y llega hasta los plafones.
Fig 10.8. Esquema pictórico de componentes.
10.3. CONEXIÓN DE INTERRUPTORES CONMUTABLES DE TRES VIAS Esta conexión permite el control de la iluminación desde dos interruptores distantes. Un interruptor conmutable de 3 vías, tiene 3 bornes, entre ellos se interconectan dos líneas de control y solo a uno de ellos llega la fase viva, y a otro se le conecta la lámpara. Observe en la secuencia de la figura 10.9, como se le da camino a la corriente de la fase con diferentes posiciones del interruptor encendiendo la lámpara.
Fig 10.9. Esquema pictórico de componentes.
Fig 10.10. Esquema pictórico de componentes.
Fig 10.11. Esquema pictórico de componentes.
En el ejemplo de la figura, se ilumina el ambiente del comedor. Obsérvese en la figura 10.12, que la alimentación entra por plafón, la fase pasa de largo hasta el interruptor cercano a la terraza, y se interconectan al otro interruptor con dos líneas de control. Del interruptor cercano a las escaleras sale la línea que se conecta a la lámpara.
Fig 10.13. Esquema pictórico de componentes.
En la figura 10.14, se realiza la iluminación del ambiente sala, utilizando dos interruptores conmutables para encender simultáneamente dos lámparas; obsérvese que se utiliza la tubería del comedor para canalizar los cables de iluminación de la sala, así reducimos costos de tubería y tiempo de instalación.
Fig 10.12. Ambiente comedor.
Si se requiere controlar mas de una lámpara con la misma configuración, conecte en paralelo la/s lámpara/s adicionales a la lámpara actual, como se muestra en la figura 10.13.
Fig 10.14. Ambiente sala.
Los conductores (1) en la figura 10.15, son las fases controladas entre los interruptores
conmutables que controlan la iluminación de la sala, y el conductor de neutro que llega hasta las lámparas de la sala. Los conductores (2) son las fases controladas entre los interruptores conmutables que controlan la iluminación de la sala. Identificados con notas (3) y (4) estan los conductores de neutro y la fase de control de las lámparas. En el esquema pictórico, se muestra la conexión real de esta instalación.
Fig 10.15. Esquema pictórico de componentes.
10.4. CONEXIÓN DE UN INTERRUPTOR CONMUTABLE DE 4 VIAS Los interruptores conmutables de 4 vías, sirven en instalaciones donde se requiere controlar la iluminación
desde mas de 2 puntos diferentes.
Fig 10.16. Interruptor conmutable de 4 vías.
Se usan los interruptores conmutables de 4 vías en medio de interruptores conmutables de 3 vías, como se indica en la figura 10.16. El interruptor conmutable B es de 4 vías para controlar la luz desde un tercer punto. Para control desde 4 puntos, se colocan dos conmutables de 4 vías entre dos conmutables sencillos, de tal manera que la fase llega al punto medio de uno de ellos y el punto medio del otro conmutable de 3 vías va a la fuente luminosa.
Fig 10.17. Esquema pictórico de componentes.
El plano eléctrico de esta sección de la instalación se muestra a continuación. Fig 10.17. Esquema eléctrico de componentes.
Anexo1. EJERCICIOS PRACTICOS PARA LA ELECCIÓN DE CONDUCTORES. NTC-2050
Ejemplos Selección de los conductores. En los siguientes ejemplos los resultados se expresan generalmente en amperios (A). Para elegir la sección transversal (calibre AWG) de los conductores, ver las Tablas de Capacidad Corriente de 0 a 2.000 V, Sección 310, con sus notas correspondientes. Tensión. Para la aplicación coherente de las Secciones 210, 215 y 220, al calcular la capacidad de corriente de los conductores se considera una tensión nominal de 120, 120/240, 240 y 208Y/120 V. Fracciones de amperio y de kilovatio. Se permite desechar las fracciones de amperio y de kilovatio inferiores a 0,5 que resulten de los cálculos. Factor de potencia. Por comodidad, los cálculos de los ejemplos se basan en la hipótesis de que todas las cargas tienen el mismo factor de potencia. Estufas. Para los cálculos de las cargas de estufas en estos ejemplos, se toman los datos de la columna A de la Tabla 22019. Para otros métodos opcionales véanse las columnas B y C de la Tabla 220-19.
Ejemplo nº 2.a). Cálculo opcional para vivienda unifamiliar con calefacción de mayor potencia que el aire acondicionado (véanse el Artículo 220-30.a) y la Tabla 220-30) La vivienda tiene una superficie en planta de 140 m² sin contar el sótano vacío, el ático sin terminar y los porches. Tiene una estufa de 12 kW, un calentador de agua de 2,5 kW, un lavavajillas de 1,2 kW, un sistema de calefacción central de ambiente instalado en 5 habitaciones que tiene 9 kW, una secadora de 5 kW y un aparato de aire acondicionado, en una habitación, de 6 A - 230 V. Suponemos que la potencia en kW de la estufa, el calentador, el lavavajillas, la calefacción central y la secadora equivale a kVA. Carga del aire acondicionado: (6A x 230 V)/1000 = 1,38 kVA 1,38 kVA es menos que los 9 kVA de la calefacción central. Por tanto, la carga del aire acondicionado no se incluye en los cálculos de la acometida (véase el Artículo 220-21). 140 m² x 32 VA/m² 4.480 VA 2 circuitos de 20 A con tomas de corriente para aparatos x 1.500 VA 3.000 VA Circuito de la lavadora 1.500 VA Circuito de la estufa (según la placa de características) 12.000 VA Calentador de agua 2.500 VA Lavavajillas 1.200 VA Secadora 5.000 VA _________ Total 29.680 VA Los primeros 10 kVA de las restantes cargas al 100% = 10.000 VA
Las restantes cargas : 29,680-10=19,68 kVA al 40% 7.872 VA _________ Total otras cargas 17.872 VA Calefacción: 9 kVA al 40% 3.600 VA ________ Carga total 21.472 VA Carga calculada para la acometida: 21.472 VA/240 V = 89 A Por tanto, se permite que la acometida de esta casa sea de 100 A nominales.
Carga del neutro del alimentador, según el Artículo 22022: 140 m² x 32 VA/m² 4.480 VA 3 circuitos de 20 A - 1.500 VA 4.500 VA ---------------Total 8.980 VA 3.000 VA al 100% 3.000 VA (8.980 - 3.000) = 5980 VA al 35% 2.093 VA ________ 5.093 VA
Estufa: 8 kVA al 70% 5.600 VA Secadora de ropa: 5 kVA al 70% 3.500 VA Lavavajillas 1.200 VA _________ Total 15.393 VA 15.393 VA/240 V = 64 A
Ejemplo nº 2.b). Cálculo opcional para vivienda unifamiliar con aire acondicionado de mayor potencia que la calefacción (véanse el Artículo 220-30.a) y la Tabla 220-30) La vivienda tiene una superficie en planta de 140 m² sin contar el sótano vacío, el ático sin terminar y los porches. Tiene 2 circuitos de 20 A para pequeños electrodomésticos, un circuito de 20 A para lavadora, 2 hornos de pared de 4 kW, 1 estufa de 5,1 kW, 1 calentador de agua de 4,5 kW, 1 lavavajillas de 1,2 kW, 1 lavadora/secadora de 5 kW, 6 equipos de aire acondicionado de 7 A - 230 V y un radiador instalado permanentemente en el cuarto de baño de 1,5 kW. Suponemos que la potencia en kW de los hornos, la estufa, el calentador de agua, el lavavajillas y la lavadora/secadora equivale a kVA. Cálculo de los kVA del aire acondicionado: Total amperios 6 x 7 = 42 A (42 x 240)/1.000 = 10,08 kVA de carga por los acondicionadores de aire. Suponemos que el factor de potencia es 1,0. Cargas al 100%: Aire acondicionado (ver más adelante) Radiador del cuarto de baño: se prescinde (véase el Artículo 220-21). Otras cargas: 140 m² x 32 VA/m² 4.480 VA 2 circuitos de 20 A con tomacorrientes para aparatos x 1.500 VA 3.000 VA Circuito de la lavadora 1.500 VA 2 hornos 4 kW cada uno 8.000 VA Estufa 5.100 VA Calentador de agua 4.500 VA
Lavavajillas 1.200 VA Lavadora/secadora 5.000 VA _________ Total otras cargas 32.780 VA Primeros 10 kVA al 100% 10.000 VA Resto al 40% (32.780 - 10.000) = 22.780 x 0,4 = 9.112 VA _________ Total otras cargas 19.112 VA Aire acondicionado 10.080 VA _________ Total 29.192 VA 29.192 VA/240 V = 122 A (corriente nominal de la acometida). Carga del neutro del alimentador, según el Artículo 22022: (Se supone que los dos hornos de pared de 4 kVA están conectados al mismo ramal y que la estufa de 5,1 kVA está conectada a otro ramal independiente). 140 m² x 32 VA / m² 4.480 VA 3 circuitos de 20 A - 1.500 VA 4.500 VA _________ Total 8.980 VA 3.000 VA al 100% 3.000 VA (8.980 - 3.000) = 5.980 VA al 35% 2.093 VA
________ 5.093 VA 2 hornos de 4 kVA + 1 estufa de 5,1 kVA = 13,1 kVA Según la Tabla 220-19, el factor de demanda es un 55% 13,1 kVA x 0,55 = 7,2 kVA del alimentador 7.200 VA x 0,7 (70% de carga del neutro) = 5.040 VA Lavadora/Secadora: 5 kVA al 70% 3.500 VA Lavavajillas 1.200 VA ________ Total 14.833 VA 14.833 VA/240 V = 62 A.
Ejemplo nº 2.c). Cálculo opcional para vivienda unifamiliar con bomba de calor monofásica para acometida a 240/120 V (véase el Artículo 220-30) La vivienda tiene una superficie en planta de 187.5 m² sin contar el sótano vacío, el ático sin terminar y los porches. Tiene una estufa de 12 kW, un calentador de agua de 4,5 kW, un lavavajillas de 1,2 kW, una secadora de 5 kW y una bomba de calor de 2,5 toneladas (24 A) con acumulador de 15 kW. La bomba de calor tiene (24 A x 240 V)/1.000 = 5,76 kVA, inferior a los 15 kVA del acumulador. Por tanto, la carga de la bomba de calor no se incluye para el cálculo de la acometida (véase la Tabla 220-30). 187.5 m² x 32 VA / m² 6.000 VA 2 circuitos de 20 A para pequeños electrodomésticos a 1.500 VA cada uno 3.000 VA Circuito de la lavadora 1.500 VA Estufa (según la placa de características) 12.000 VA Calentador de agua 4.500 VA Lavavajillas 1.200 VA Secadora 5.000 VA Total 33.200 VA Los primeros 10 kVA de las demás cargas al 100% 10.000 VA Resto de las demás cargas al 40% (33.200 - 10.000) = 23.200 x 0,4 = 9.280 VA _________ Total otras cargas 19.280 VA
Bomba de calor y calefacción suplementaria* 240 V x 24 A = 5.760 VA Calefacción eléctrica de 15 kW: 5.760 VA + 15.000 VA = 20.760 VA al 65% = 13.490 VA *Si la calefacción suplementaria no se enciende al mismo tiempo que la bomba de calor, no hay que sumar los kVA de la bomba de calor al total. Cálculo de la carga: Otras cargas 19.280 VA Bomba de calor y calefacción suplementaria 13.490 VA _________ Total 32.770 VA 32,77 kVA/240 V = 137 A Por tanto, se permite que la acometida de esta vivienda sea de 150 A.
Ejemplo nº 3. Edificio comercial Una tienda de 281 m² tiene 9.2 m de vitrinas. En total tiene instalados 80 tomacorrientes dobles. La acometida es monofásica trifilar a 120/240 V. La carga de alumbrado es de 8.500 VA. Cálculo de la carga (Artículo 220-10): Cargas no continuas Carga de los tomacorrientes (Artículo 220-13): 80 tomacorrientes x 180 VA = 14.400 VA Primeros 10.000 VA al 100% 10.000 VA Resto (14.400 - 10.000) = 4.400 VA al 50% 2.200 VA ________ Total 12.200 VA
Cargas continuas Carga de alumbrado general* : 281 m² x 32 VA/m² = 9.000 VA Carga de las vitrinas: 9.2 m x 650 VA/m 6.000 VA Circuito de un anuncio luminoso de 1.200 VA 1.200 VA (Artículo 600-5.b).3)) _________ Total 16.200 VA Total cargas continuas (12.200+16.200)VA 28.400 VA
+
cargas
no
continuas
Número mínimo de ramales necesarios: Alumbrado general: número de ramales que se deben instalar para las cargas conectadas (Artículo 220-4.d)): 8.500 VA x 1,25 = 10.625 VA 10.625 VA/240 V = 44 A para una instalación trifilar a 120/240 V Se permite que la carga de alumbrado esté conectada a circuitos bifilares o trifilares de 15 o 20 A con una capacidad combinada iguala a 44 A o más para circuitos trifilares o de 88 A o más para circuitos bifilares. La capacidad nominal del alimentador, así como el número de posiciones disponibles para circuitos ramales de alumbrado en el panel de distribución, debe corresponder a la carga total calculada de 9.000 VA x 1,25 = 11.250 VA. Vitrina : 6.000 VA x 1,25 = 7.500 VA 7.500 VA/240 V = 31 A para una instalación trifilar a 120/240 V Se permite que el alumbrado de la vitrina sea alimentado por circuitos bifilares o trifilares con una capacidad igual a 31 A o más para circuitos trifilares o de 62 A o más para circuitos bifilares.
Se supone que los tomacorrientes exigidos por el Artículo 21062 están incluidos en las cargas anteriores, siempre que no sirvan para conectar la carga para alumbrado de los escaparates. Tomacorrientes: Carga de tomacorrientes: 14.400 VA/240 V = 60 A para una instalación trifilar a 120/240 V. Se permite que los tomacorrientes estén conectados a circuitos bifilares o trifilares, con una capacidad igual a 60 A o más para circuitos trifilares o de 120 A o más para circuitos bifilares. Capacidad del dispositivo de protección contra sobrecorriente del alimentador (o de la acometida) (según el Artículo 220-10.b) o 230-90.a)): Total cargas no continuas 12.200 VA Total cargas continuas al 125%: 16.200 VA x 1,25 = 20.250 VA ----------------Carga total 32.450 VA 32.450 VA/240 V = 135 A El valor nominal inmediato superior según el Artículo 240-6 es 150 A. Sección transversal (calibre) mínima de los conductores del alimentador (o de la acometida) (según el Artículo 215-3, 220-10.b) o 230-42.a)): Para instalaciones trifilares a 120/240 V: 32.450 VA/240 V = 135 A Según el Artículo 220-10.b) y la Tabla 310-16 (para terminaciones a 75°C), los conductores del alimentador o de la acometida deben ser de cobre y de 53,5 mm2 de sección transversal (1/0 AWG). En este ejemplo, el 125% de la carga total real conectada de alumbrado (8.500 VA x 1,25 = 10.625 VA) es menor que el 125% de la carga determinada de la Tabla 220-3.b), por tanto,
para el cálculo se aplica la carga mínima según la Tabla 2203.b). Si la carga real de alumbrado hubiera sido mayor que el valor que da la Tabla 220-3.b), se hubiera tomado el 125% de dicha carga.
