DIMENSIONAMIENTO DE ALIMENTADORES e INTERRUPTORES Ing. Arturo Pacheco Vera
PARÁMETROS NORMALIZADOS Potencia instalada • Máxima demanda • Factor de demanda • Factor de simultaneidad •
PARÁMETROS NORMALIZADOS Potencia instalada • Máxima demanda • Factor de demanda • Factor de simultaneidad •
POTENC POT ENCIA IA INS INST TALA ALADA DA a.- P.I.(Fuerza motriz) = motriz) =
n
KWi
i =1
Suma de todas las cargas conectadas en un centro de consumo.
b.- P.I.(Almb y tomc) = tomc) = A.t.* C.u. C.u. =25 W/m2( A.t) C.u. =5 W/m2(A.n.t)
P.I.(total) = P.I.(F.m.) + P.I.(A y T)
Ejemplo 1 Se tiene un terreno de 300 m2 de área total, con un área techada de 100 m2. El terreno será destinado d estinado para unidad de vivienda. Determine la potencia instalada A.t. A.n.t.
P . I .( A Ay yt ) 100 m P . I .( A.n.t )
2
200 m
2
25
5
W m
2
W m
2
2500W
1000W
P . I .(total ) P . I .( Ay Ayt ) P . I .( A.n.t )
2500 1000 3500W
Ejemplo 2 Se tiene 120 motores trifásicos trifásic os de 10HP, 10HP, 440V, 440V, 60 Hz, f.d.p.=0,8 , eficiencia = 85%. Determine la potencia instalada. P . I .( F . M )
120 10 0.746k W / 0,85
1053,2k W
MÁXIMA DEMANDA Es la mayor carga utilizada en un periodo determinado P(kW)
P.I. M.D
6
12
18
24 t(h)
FACTOR DE DEMANDA Es el cociente entre la máxima demanda y la potencia instalada f .d .
M . D.
P . I
Del C.N.E. TIPO DE LOCAL UNIDADES DE VIVIENDA
PARTES DE LA CARGA F.DEMANDA Primeros 2000W o menos
100%
Siguientes 118 000W
35%
Sobre 120 000
25%
Ejemplo ) Si : P . I .( Ayt
2500W
M . D.( Ayt ) 2000 1 500 0.35 2175W
) 125000W Si : P . I .( Ayt
M . D.( Ayt ) 2000 1 118000 0.35 5000 0.25 44550W
44,55kW
FACTOR DE SIMULTANEIDAD Es la relación de la máxima demanda de un conjunto de instalaciones o aparatos y la suma de las máximas demandas individuales durante un cierto periodo f . s.
M . D. sistema n
M . D.i (individual es ) i 1
Para instalaciones eléctricas interiores f.s.= 0,6
CÁLCULO DE CONDUCTORES ALIMENTADORES Los conductores alimentadores se diseñan por:
1. CAPACIDAD DE CORRIENTE 2. CAÍDA DE TENSIÓN
Capacidad de transporte de los conductores Principales efectos de un mal uso o un mal dimensionamiento de los conductores, en una instalación eléctrica: Sobrecalentamiento de las líneas. Caídas de tensión. Cortocircuitos. Fallas de aislamiento a tierra. Cortes de suministro. Riesgos de incendios. Pérdidas de energía.
CAPACIDAD DE CORRIENTE I N
I N
de corriente nominal
k 1 Sistema 1
M . D.total
Intensidad
k
k .V .Cos
3 Sistema 3
M . D.total watts V
Tensión nominal (V )
Cos 0,9
I D
1,25I N
I D
Corriente de diseño
CAIDA DE TENSIÓN k 2 Sistema 1
V
k . . I D . LCos s
k I D
3
Sistema 3
amperios(A )
s mm 2 Cu L m
0 ,0175
.mm
m
2
CAIDA DE TENSIÓN V 1,5%V N
Tramo A
V
T.G.
2,5%V N
Tramo B
kWh
L
Tramo A: Alimentador principal Tramo B: Alimentador para circuitos derivados
Ejemplo Una casa tiene las siguientes cargas: *6 lámparas de 100W c/u *1 cocina trifásica de 5 kW *1 therma de 3 kW *V=220V, f.s.=0,6; Cos=0,9 20 m kWh
Seleccionar el conductor alimentador
Ejemplo P . I .( Ayt ) 6 100 600W
M . D.( Ayt ) 600 1 600W
P . I .(C . E .) 1 5000 5000W M . D.(C . E .) 5000 0,8 4000W P . I .(TH .) 1 3000 3000W
M . D.(TH .) 3000 1 3000W
M . D 7600W M . D.(total ) 7600 0,6 4560W I N
I D
4560 3 220 0,9
13,3 A
1,25 13,3 16,62 A
Tablas
Intensidad de corriente admisible para conductores de cobre (secciones AWG) TEMPERATURA AMBIENTE = 30° C TEMPERATURA DE SERVICIO
SECCIÓN NOMINAL
GRUPO A
•
•
•
•
•
•
GRUPO B
(mm2 ) 0,82
AWG
60°C
18
7,5
7,5
-
-
1,31 2,08 3,31 5,26
16 14 12 10
10 15 20 30
10 15 20 30
20 25 40
20 25 40
8,36
8
40
45
55
65
75°C
60°C
75°C
13,30 6 55 65 80 95 21,15 4 70 85 105 125 Grupo A: hasta 3 conductores en tubo, en cable o directamente enterrados. Grupo B: conductor simple al aire libre. •
•
Intensidad de corriente admisible para conductores de cobre (secc. milimétricas) TEMPERATURA AMBIENTE = 30° C
SECCIÓN NOMINAL
(mm2) •
•
•
•
•
•
TEMPERATURA DE SERVICIO = 70°C GRUPO I
GRUPO II
GRUPO III
1,5
15
19
23
2,5
20
25
32
4
25
34
42
6
33
44
54
10
45
61
73
16
61
82
98
GRUPO 1: monoconductores tendidos al interior de ductos. GRUPO 2: multiconductores con cubierta común, que van al interior de tubos metálicos cables planos, cables portatiles o móviles, etc. GRUPO 3: monoconductores tendidos sobre aisladores.
Ejemplo Seleccionamos: Conductor TW N°12AWG
S =3,31mm2
Verificación por caída de tensión:
V
3 0,0175 16,62 20 3,31
3,04V 1,5% de 220V 3,3V
Alimentador principal: 3-12AWG TW
Ejemplo El diámetro de la tubería, también se puede seleccionar en la tabla V(Ceper Pirelli) De acuerdo a la tabla correspondería 1/2” , pero de acuerdo
a normas el diámetro mínimo para un alimentador principal es 3/4”
Finalmente la designación del alimentador principal será: 3-12AWG TW 3/4” PVC SAP
Dimensionamiento del Interruptor y tablero general Supongamos que tenemos los siguientes datos: Tipo de local: unidad de vivienda Area techada: 100 m2 Area total: 150 m2 Cargas especiales: *1 therma: 3kW *1 cocina eléctrica 3:5kW *1 sistema de aire acond.:3kW, f.d.=1 *1 bomba de 1/2 HP, =80%,Cos=0,9;f.d.=1
Interruptor tablero general Asumir: - Longitud del alimentador principal: 20m - Instalación en tubería con aislamiento: TW - 1 circuito de alumbrado por c/100m2 de A.T. - 1 circuito de tomacorrientes por c/100m2 de A.T. - 2 circuitos de reserva 1 - Suministro 3, 220V, Cos=0,9; f.s.=0,6 Determinar: A) El dimensionamiento y selección del interruptor general B) El dimensionamiento y selección del tablero general, tipo empotrado
Interruptor general P . I .( Ayt ) 100m
2
25
P . I .( Ant ) 50m 2 5
W
m W
2
2500W M . D.( Ayt ) 2000 1 500 0,35 2175W
250W
m P . I .(TH ) 1 3000 3000W
M . D.( Ant ) 250 1 250W
P . I .(CE ) 1 5000 5000W
M . D.(CE ) 5000 0,8 4000W
P . I .( AC ) 1 3000 3000W
M . D.( AC ) 3000 1 3000W
P . I .( B ) 0,5 746 / 0,8 466,25W
M . D.( B ) 466,25 1 466,25W
P . I (total ) 14216,25W
M . D. 12891,25W
2
M . D.(TH ) 3000 1 3000W
M . D.(total ) 12891,25 0,6 7734,75W
Interruptor general I N
I I .G .
7734,75 3 220 0,9 1,15 I N
22,55 A
25,93 A
De acuerdo a la tabla de interruptores, seleccionamos:
Interruptor termomagnético GE3030THQL Rpta A
Tablero general Interruptores trifásicos: 1+1=2 Interruptores monofásicos: 1+1+1+1+1+2 = 7 De acuerdo al catálogo de tableros empotrados, seleccionamos: Tablero de 24 polos TG 24/3EE Rpta B
Alimentadores con carga concentrada En los alimentadores con carga concentrada, el centro de carga se sitúa sólo a una distancia del punto de empalme o alimentación del sistema: alimentación L
carga
Alimentadores con carga distribuida En el caso que las cargas se encuentren distribuidas a lo largo de la línea, se presentan dos criterios para el dimensionamiento de conductores:
I1
I2
I3
I4
I5
· Criterio de sección constante. · Criterio de sección cónica.
Criterio de sección constante La sección del alimentador es constante en toda su extensión.
I2
I1
I3
L1 L2 L3 I1 , I2 , I3 : Corriente de cada rama asociada al alimentador (A). L1 , L2 , L3 : Longitud de cada tramo del alimentador (m).
Criterio de sección constante La expresión de cálculo resulta ser: S =
k * V
k=2 k= 3
* (L1* I1 + L2 * I2 + L3 * I3) mm2
(Alimentadores monofásicos) (Alimentadores trifásicos)
EJEMPLO Se tiene un alimentador monofásico con carga distribuida, que presenta las siguientes características:
10A
20A
50A
30m 80m 180m = 0,018 Ohm * mm2 / m
U = 6,6 V
S = (2 * / Up ) * (L1* I1 + L2 * I2 + L3 * I3) S = (2*0,018/6,6 ) * ( 30*10 + 80*20 + 180*50 ) = 59,45 mm2
Criterio de sección cónica La sección del conductor disminuye a lo largo del alimentador.
I1
I2 i1
L1
I3 i3
i2 L2
L3
I 1 = i1 + i2 + i3 (A) I 2 = i2 + i3 (A) I 3 = i3 (A)
Criterio de sección cónica La sección del alimentador se determina a través de la densidad de corriente ( J ) constante. J =
V k * * LT
( A / mm2 )
LT = L 1 + L 2 + L 3
(m)
k = 2 (Alimentadores monofásicos) k = 3 (Alimentadores trifásicos)
Criterio de sección cónica
S1 =
S2 =
S3 =
I1 J I2 J I3 J
( mm2 )
( mm2 )
( mm2 )
EJEMPLO Se tiene un alimentador monofásico con carga distribuida que presenta las siguientes características: 80 A 70 A 50 A 10 A
20 A
180m = 0,018 (Ohm * mm 2 / m )
J =
V 2 * * LT
=
6,6 2 * 0,018 *180
50 A
V = 6,6 V
= 1,02 ( A / mm2 )
Criterio de Sección Cónica I1
S1 =
J
80 =
I2
S2 =
J
70 =
I3
S3 =
J
1,02
= 78,43 mm2
1,02
= 68,63 mm2
50 =
1,02
= 49,02 mm2
Carga concentrada en circuitos de fuerza Ejemplo 1 165 m 380V
TW en tubería PVC
M 3
15kW Cos
0,85
0,89
Ejemplo 1 A) Cálculo de la corriente nominal I N
P
3V .Cos .
I N
15000
3 (380)(0,85)(0,89)
30 A
B) Cálculo de la sección del conductor por capacidad de corriente I D
1,25I N
I D
1,25(30)
37,5 A
En la tabla de conductores(Ceper): 3 N°8 AWG - TW (40A, 8,37mm2)
Ejemplo 1 C) Cálculo del conductor por caída de tensión s
s
k . . I D . LCos V
0,0309 L. I D .Cos 3%.V
0,0309(165)(37,5)(0,85)
0,03(380)
14,256mm2
En la tabla: 3 N°4 AWG - TW ( 70A; 21,15 mm2 ) Luego el conductor que se debe elegir es:
3 N°4 AWG - TW
Ejemplo 2 100 m 380V NYY en aire
TW en ducto
M
M
3
3
7,5kW
22kW
15,6 A
43 A
Cos
0,85
Cos
0,85
Ejemplo 2 A) Cálculo de los conductores para los circuitos derivados: a) Motor 1 I DM 1
1,25 I NM 1
1,25(15,6) 19,5 A
3 N°12 AWG - TW(20A) b) Motor 2 I DM 2
1,25 I NM 2
1,25(43)
53,75 A
3 N°6 AWG - TW(55A)
Ejemplo 2 B) Cálculo del conductor alimentador: a) Por capacidad de corriente I D
1,25 I N MOTOR DE MAYOR POTENCIA
I D
I N OTROS MOTORES
1,25(43) 15,6 69,35 A
a) 3 16 mm2 NYY(76A) b) 3 1 10 mm2 NYY (74A)
Ejemplo 2 b) Por caída de tensión s
I
Di
0,0309 L I Di .Cos i %.V
.Cos i 19,5(0,85) 53,75(0,85) 62,263 A s
0,0309(100)(62,263)
0,03(380)
16,877mm2
a) 3 1 16 mm2 NYY(100A) b) 3 16 mm2 NYY (76A)
Carga distribuida en circuitos de fuerza Ejemplo 70 m L3 50 m L2 25 m 220V
L1 NYY en aire A
B
C
A) Criterio de sección constante M
M
3
M
3
3
12 HP
9 HP
30 HP
33 A
25 A
77 A
Cos
0,84
Cos
0,83
Cos
0,86
Ejemplo a) Por capacidad de corriente I D
1,25(77) 33 25 154,25 A
3 1 35 mm2 NYY(161A) Cable NYY Triple b) Por caída de tensión s
L I i
Di
0,0309 Li I Di .Cos i %.V
.Cos i 25(41,25)(0,84) 50(31,25)(0,83) 70(96,25)(0,86) 7957,375
Ejemplo s
0,0309(7957,375)
0,03(220)
37,255mm2
3 1 35 mm2 NYY(161A)
Carga distribuida en circuitos de fuerza B) Criterio de sección cónica 25 m
25 m
20 m
L1
L2
L3
220V O
B
A
NYY en aire
C
Ejemplo M
M
3
M
3
3
12 HP
9 HP
30 HP
33 A
25 A
77 A
Cos
0,84
Cos
0,83
Cos
0,86
Ejemplo a) Por capacidad de corriente * Tramo OA I DOA
1,25(77) 33 25 154,25 A
SOA = 3 1 35 mm2 NYY(161A) * Tramo AB I DAB
1,25(77) 25 121,25 A
SAB = 3 1 25 mm2 NYY(131A) * Tramo BC I DBC
1,25(77)
96,25 A
SBC = 3 1 16 mm2 NYY(100A)
Ejemplo b) Por caída de tensión Donde : J
J : Densidad de corriente ( A / mm 2 )
%V .V
% : Porcentaje de caida de tensión
k . L
V : Tensión de la red L : Distancia total ( hasta la última c arg a ) k : 0,0309
Luego:
3 J
(220)
100 0,0309(70)
3,051 A / mm2
Ejemplo La sección del conductor de un tramo, se calcula por: si
I .Cos Di
i
J
* Tramo BC
I
Di
.Cos i 96,25(0,86) 82,775 A
BC
s BC
82,775 A
2
3,051 A / mm
27,13mm
3 1 25 mm2 NYY(131A)
2
Ejemplo * Tramo AB
I
Di
.Cos i 31,25(0,83) 82,775 108,713 A
AB
s AB
108,713 A
3,051 A / mm
2
35,632mm
2
3 1 35 mm2 NYY(161A)