UNIDAD 2: CONDUCTORES ELECTRICOS Y SUS PROTECCIONES 2.1 CONDUCTORES ¿QUE ES UN CONDUCTOR ELECTRICO? Se aplica este concepto a los cuerpos capaces de conducir o transmitir la electricidad. Los materiales más utilizados en la fabricación de conductores eléctricos son el cobre y el aluminio. Tipos de cobre para conductores eléctricos Cobre de temple duro: Conductividad del 97% respecto a la del cobre puro. Se utiliza en la fabricación de conductores desnudos, para líneas aéreas de transporte de energía eléctrica, donde se exige una buena resistencia mecánica. Cobre recocido o de temple blando: Conductividad del 100%. Como es dúctil y flexible se utiliza en la fabricación de conductores aislados. Partes que componen los conductores eléctricos: Estas son tres muy diferenciadas: El alma o elemento conductor. El aislamiento. Las cubiertas protectoras. 2.1.1 NIVELES DE VOLTAJE El voltaje estándar es de 120 V y una frecuencia de 60 Hz para esas características eléctricas están diseñados los aparatos eléctricos. Niveles de Voltaje:
Alta tensión: Se considera instalación de Alta tensión eléctrica aquella que genere, transporte, transforme, distribuya o utilice energía eléctrica con tensiones superiores a los siguientes límites: Corriente alterna: Superior a 1000 voltios. Corriente continua: Superior a 1500 voltios. Clasificación de líneas de Alta tensión: Líneas de 3ª categoría Líneas de 2ª categoría
Líneas de 1ª categoría Líneas de categoría especial Media tensión: Este tipo de estructura se utiliza para el transporte de la energía eléctrica desde las estaciones de distribución hasta las unidades de transformación de media-baja tensión, cubriendo distancias de 5 hasta 25 km. El tendido del cableado puede ser aéreo o subterráneo. Baja tensión: Se considera instalación de baja tensión eléctrica aquella que distribuya o genere energía eléctrica para consumo público de las calles de las ciudades y que además provee del servicio de energía eléctrica a las viviendas. Puede cubrir distancias entre 100 a 500 m. 2.1.2 CLASIFICACION DE LOS CONDUCTORES Y SUS AISLAMIENTOS Según su constitución: Dependiendo cómo esté constituido el alma o elemento conductor se clasifica en: Alambre: El alma conductora está formado por un solo elemento o hilo conductor. Cable: El alma conductora está formada por una serie de hilos conductores o alambres de baja sección, esto le hace ser muy flexibles. Según el número de conductores: Monoconductor: Es el conductor eléctrico que tiene una sola alma conductora con aislamiento y con o sin cubierta protectora. Multiconductor: Es el conductor eléctrico que tiene dos o más almas conductoras entre sí, envueltas cada una por su respectiva capa de aislamiento y con una o más cubiertas protectoras comunes. Según su utilización: La elección del tipo de conductor y su aislamiento está en función de las características del medio en que la instalación prestará sus servicios. LETRAS DE DESIGNACIÓN DEL AISLAMIENTO:
2.1.3 Calculo de calibres y su aplicación Para casas habitación de interés social o pequeñas residencias (Monofásicas 127V de 1F y 1N) por lo general:
Se utilizan calibres #10, #12 y #14. (AWG) Para alimentadores generales el mínimo calibre a utilizarse es # 12 Para contactos el mínimo calibre a utilizarse es # 12 Para retornos y puentes en apagadores de 3 y de 4 vías generalmente se utiliza calibre # 14 Ocasionalmente en instalaciones visibles se utiliza alambre o cable duplex (dos conductores unidos y aislados). En este tipo de instalaciones la acometida tiene conductores calibre # 8
Tablas para el cálculo del calibre de conductores eléctricos de acuerdo a la NOM001-SEDE. Salvo mínimas diferencias las tablas para diferentes tipos de conductores por ejemplo VIAKON y PROCABLES coinciden con los datos mostrados en la Norma Oficial 001-SEDE. En todos los casos los conductores están construidos con aislamiento de PoliVinilo de Cloruro (PVC) y de cobre de consistencia suave y con pureza casi del 100%. Al calcular el calibre de un conductor para alimentar una instalación eléctrica, el resultado rara vez coincide exactamente con los amperes que puede conducir un conductor específico, en estos casos siempre se debe elegir “hacia arriba”. Por ejemplo. Si en un cálculo resultó una Corriente Corregida de 21.5 Amperes, debido a que no hay un conductor que conduzca exactamente esa cantidad entonces se elige el que conduce 25 Amperes -o 30 según el caso-, dependiendo desde luego si la instalación es oculta o visible y si se quiere a 60ºC, 75ºC o 90ºC como temperatura máxima de operación. La regla es elegir “hacia arriba” incluso si el cálculo coincidiera exactamente con los 25 Amperes, ya que siempre debe existir un margen de seguridad por mucho que se quiera seguir un criterio de economía.
Tablas de Viakon
Tablas de Procables
2.1.3.1 Calculo por corriente Procedimiento del método de corrientes para calcular el calibre de los alimentadores principales. 1. Se determina la carga total de la residencia o casa-habitación de la cual se calculará el calibre de los alimentadores principales. 2. Se aplica la fórmula: I= P/(V*0.9) En donde: I : Es la corriente que pasará por los conductores (amperes); P : La carga total (Watts); V : El voltaje que llega a la residencia por medio de la acometida (127 Volts-ca para el caso de una instalación que no rebasa los 5,000 Watts); y 0.9 es el denominado factor de potencia el cual regularmente es del 90% por la combinación de cargas resistivas e inductivas existentes en la instalación eléctrica. 3. Con la I, se determina una Ic (corriente corregida) multiplicándola por un factor de demanda o factor de utilización (f.d.) el cual tiene un valor que varía de la siguiente manera. En virtud de que el factor de demanda o utilización especificado en la Norma Oficial, varía mucho antes y después de los 3000 Watts, puede utilizarse de 0.6 o 0.7 correspondiente al 60% y 70% respectivamente dependiendo el uso de los aparatos en el hogar. Para calcular la Corriente Corregida simplemente se multiplica la I por el f.d. o sea: Ic=(I)(f.d.) 4. Con la Ic se busca el calibre del conductor en las tablas correspondientes, dependiendo de la marca del fabricante y de si estará al aire libre (instalación visible) o en tubo (instalación oculta).
2.2 CÁLCULO Y SELECCIÓN DE INSTALACIONES Y PROTECCIONES. 2.2.1 Conocimiento y selección accesorios de equipos de baja tensión. Interruptores. Dispositivo que sirve para interrumpir o restablecer una corriente eléctrica a través de un circuito eléctrico. En el mercado existen diferentes tipos de interruptores.
Interruptor no automático. Es aquel cuya única función es la de conectar y desconectar cargas sin brindar ninguna clase de protección. Interruptor automático. Es aquel que además de conectar y desconectar cargas en circuitos eléctricos, brinda cierta protección a los conductores alimentadores o a los equipos conectados contra fallas eléctricas, provocando la desconexión automática de ellos de la línea. o Interruptor de cuchillas o navajas. En este tipo de interruptor se utiliza la propiedad de algunos metales de fundirse a temperaturas relativamente bajas, basándose en esto, la fabricación de elementos fusibles, los cuales forman parte del interruptor de cuchillas. Estos interruptores protegen principalmente contra fallas de cortocircuito. o Interruptor Magnético. Para la construcción de este tipo de interruptores se aprovecha el campo magnético que se presenta alrededor de un elemento conductor cuando por éste circula una corriente. La magnitud del campo que se presenta es directamente proporcional a la cantidad de corriente circulante. o Interruptor Termomagnètico. El funcionamiento de estos interruptores se basa en el principio magnético visto anteriormente y en un principio térmico que se describe a continuación: es propiedad
de todos los metales dilatarse (aumentar sus dimensiones) al incrementarse su temperatura, pero el porcentaje en que se dilatan depende del metal de que se trate. o Interruptor Electrónico. En este tipo de interruptores, el dispositivo encargado de sensar las corrientes falla es un círculo electrónico con características muy precisas. Fusibles. Un fusible se puede definir como un dispositivo que se emplea para proteger los sistemas eléctricos contra fallas de sobrecarga y cortocircuito; esto se efectúa intercalando en un circuito eléctrico, de tal manera que cuando pase una corriente a través de éste (cuya intensidad excede un valor prefijado), interrumpe el circuito al que está conectado. Esto se logra al fundirse el elemento fusible del dispositivo de protección. Este elemento puede tener forma de alambre, cinta, etc. En las instalaciones residenciales se emplean básicamente dos tipos de fusibles:
Fusibles de tapón. Son aquellos que se atornillan en el portafusible respectivo, por medio de una rosca que tiene en su interior. Fusibles no renovables. Son aquellos a los cuales no se les puede cambiar el eslabón fusible y quedan inservibles al fundirse éste. Fusibles de cartucho. Son aquellos que tienen el eslabón fusible dentro de un tubo aislante, con contactos en los extremos en forma de casquillos o navajas.
Lámparas. Como sabemos, la luz artificial juega un papel muy importante en la actualidad, debido a que sin ella no podríamos realizar nuestras actividades nocturnas ni muchas de las que realizamos en el día; esto es, que la luz artificial no sólo debe asociarse a la comodidad que nos proporciona, sino
también a la seguridad que nos brinda al contar con vías de comunicación bien iluminadas, señalizaciones, aparatos y demás cosas en las que utilizamos algo de iluminación. En la actualidad se dispone de una gran variedad de tipos de lámpara, en los que se derivan principalmente los siguientes: Lámparas incandescentes. Producen en su mayor parte calor, aproximadamente un 90% de la energía que consumen, y un 10% en luz. Lámparas fluorescentes. En las lámparas fluorescentes, la luz se genera por el fenómeno de la fluorescencia, debido a una descarga eléctrica en una atmósfera de vapor de mercurio a baja presión que se lleva a cabo en el interior del tubo
Apagadores. Es un interruptor pequeño de acción rápida, operación manual y baja capacidad que se usa por lo general para el control de aparatos pequeños domésticos y comerciales, así como unidades de alumbrado pequeñas. Debido a que la operación de los apagadores es manual, los voltajes nominales no deben exceder a 600 V. Existen diferentes tipos de apagadores. El más simple es el de una vía o monopolar, con dos terminales que se usan para “prender” o “apagar” una lámpara u otro objeto desde un punto sencillo de localización. Una variante del apagador del polo es el llamado tipo silencioso y el de contacto. Los apagadores sencillos para instalaciones residenciales se fabrican para 127 V y corrientes de 15A. Contactos. Los contactos se usan para enchufar (conectar) por medio de clavijas dispositivos portátiles. Estos contactos deben ser para una capacidad nominal no menor de 15 amperes para 125 volts y no menor de 10 amperes para 250 volts. Los contactos deben ser de tal tipo que no se puedan usar como portalámparas. Pueden colocarse en diferentes partes. Contactos de piso. Los contactos que se instalen en pisos, deben estar contenidos en cajas, especialmente construidas para cumplir con el propósito.
Contactos en lugares húmedos o mojados. Estos contactos se denominan a prueba de intemperie.
2.2.1.1. Canalizaciones, tuberías. Las canalizaciones eléctricas sirven para proporcionar protección mecánica a los conductores, ya que los aísla físicamente y confina cualquier problema de calor o chispas producidas por falla de aislamiento. Existe una gran variedad de medios para contener a los conductores eléctricos conocidos como canalizaciones eléctricas; algunas son de uso común y otras se usan en aplicaciones específicas. Algunos de estos medios son los tubos (conduit), con sus variedades constructivas y de material), ductos, charolas y electroductos. Tubo (conduit) metálico. Se pueden instalar en exteriores e interiores, en áreas secas o húmedas. Tubo (conduit) metálico rígido (pared gruesa). Algunas recomendaciones generales para la aplicación son: Para evitar problemas de corrosión galvánica, deben instalarse tubos y accesorios del mismo tipo de metal. Los tubos deben soportarse cada 3 m y cada 90 cm entre cada salida. Tubo metálico de pared delgada (rígido ligero). Se pueden usar en instalaciones visibles u ocultas, embebido en concreto pero en lugares secos no expuestos a humedad o ambientes corrosivos. Tubo (conduit) metálico flexible. Este es un tubo hecho de cinta metálica engargolada (en forma helicoidal), sin ningún recubrimiento. Tubo (conduit) no metálico. En el mercado podemos encontrar muchos tipos de tubos (conduit) no metálicos que tienen una gran variedad de aplicaciones y están construidos de distintos materiales como el policloruro de vinilo (PVC), la fibra de vidrio, el polietileno, etc. El más usado en las instalaciones residenciales es el PVC, el cual es un metal autoextinguible, resistente al colapso, a la humedad y a agentes químicos específicos. Tubo de polietileno. El tubo (conduit) de polietileno debe ser resistente a la humedad y a ciertos agentes químicos específicos.
2.2.1.2. Dispositivos de sujeción para cables y electroductos. Los dispositivos de sujeción nos permiten mantener tanto el cableado como los tubos en cierta posición, estos dispositivos pueden ser adheridos a la pared o cualquier otra superficie para que los tubos o cables estén sujetos a dicha superficie y así sea segura la instalación eléctrica tanto para las personas como para los aparatos del circuito. Podemos encontrar algunos dispositivos como: o o o
Grapas o Abrazaderas metálicas. Grapillones. Clips de fijación para cables.
2.2.1.3. Tableros de distribución y centros de carga. El origen de los tableros y centros de carga se desarrollaron como consecuencia de las siguientes necesidades: o Dividir grandes sistemas eléctricos en varios circuitos reduciendo calibres de conductores. o Tener medios de conexión y de protección para cada circuito eléctrico de un sistema. o Localizar en un solo lugar los dispositivos mencionados en el punto anterior.
Funciones del tablero: Dividir un circuito eléctrico en varios circuitos derivados. Proveer de un medio de conexión y desconexión manual a cada uno de los circuitos derivados. Proteger a cada uno de los circuitos contra sobrecorrientes. Concentrar en un solo punto todos los interruptores
2.3 2.3.1
Consideraciones Sistemas
de de
Planeación Distribución
Es la parte del sistema de suministro eléctrico cuya función es el suministro de energía desde la subestaciónn de distribución hasta los usuarios finales. Los elementos que conforman la red o sistema de distribución son los siguientes: • Subestación de Distribución: conjunto de elementos (transformadores, interruptores, seccionadores, etc.) cuya función es reducir los niveles de alta tensión de las líneas de transmisión hasta niveles de media tensión para su ramificación en múltiples salidas. • Circuito Primario. • Circuito Secundario. Equipos utilizados en redes de distribución Equipos de transformación Conductores Torres eléctricas Equipos de Protección, incluyendo toda la aparmenta de protección, la puesta a tierra de los distintos equipos y los sistemas de aisladores entre torres y conductores. La distribución de la energía eléctrica desde las subestaciones de transformación de la red de transporte se realiza en dos etapas: 1.- Está constituida por la red de reparto, que, partiendo de las subestaciones de transformación, reparte la energía, normalmente mediante anillos que rodean los grandes centros de consumo, hasta llegar a las estaciones transformadoras de distribución. Las tensiones utilizadas están comprendidas entre 25 y 132 kV. Intercaladas en estos anillos están las estaciones transformadoras de distribución, encargadas de reducir la tensión desde el nivel de reparto al de distribución en media tensión. 2.- La constituye la red de distribución propiamente dicha, con tensiones de funcionamiento de 3 a 30 kV y con una característica muy radial. Esta red cubre la superficie de los grandes centros de consumo (población, gran industria, etc.), uniendo las estaciones transformadoras de distribución con los centros de transformación, que son la última etapa del suministro en media tensión, ya que las tensiones a la salida de estos centros es de baja tensión (125/220 ó 220/380 V). Las líneas que forman la red de distribución se operan de forma radial, sin que formen mallas, al contrario que las redes de transporte y de reparto. Cuando existe
una avería, un dispositivo de protección situado al principio de cada red lo detecta y abre el interruptor que alimenta esta red.
2.3.3 Acometidas Se llama acometida en las instalaciones eléctricas a la derivación desde la red de distribución de la empresa suministradora (también llamada de servicio eléctrico) hacia la edificación o propiedad donde se hará uso de la energía eléctrica. Se representan con el símbolo:
Las acometidas en baja tensión (de 0 a 600/1000 V) finalizan en la denominada caja general de protección mientras que las acometidas en alta tensión (a tensión mayor de 600/1000 V) finalizan en un centro de transformación del usuario, donde se define como el comienzo de las instalaciones internas o del usuario. La acometida normal para una vivienda unifamiliar es monofásica, a tres hilos, uno para la fase o activo, otro para el neutro y el tercero para la tierra, a 230 V. 2.4 Distancias mínimas en espacios de trabajo según normas Cuando estamos trabajando cerca de equipo energizado es primordial mantener una distancia tal que no vayamos a provocar un arco o contacto accidental. La norma NOM-001-2005-SEDE en su tabla 110-34 (a) nos define las distancias mínimas de trabajo. Espacio de trabajo. El espacio de trabajo libre mínimo en dirección del acceso a las partes vivas de una instalación eléctrica tales como tableros de distribución, paneles de control, medios de desconexión, interruptores automáticos, controladores de motores, relevadores y equipo similar, debe ser como mínimo el especificado en la tabla, 110 – 34 (a) a no ser que se especifique otra cosa en esta norma. Las distancias deben medirse desde las partes vivas, si están expuestas o desde el frente o abertura de la envolvente si están cerradas.
* Tabla 110-34 (a) Distancia mínima del espacio de trabajo en una instalación eléctrica. • Condición 1: Partes vivas expuestas en un lado y no activas o conectadas a tierra en el otro lado del espacio de trabajo, o partes vivas expuestas a ambos
lados protegidas eficazmente por madera u otros materiales aislantes adecuados. No se consideran partes vivas los cables o barras aislados que funcionen a no más de 300 Volts. • Condición 2: Partes vivas expuestas a un lado y conectadas a tierra al otro lado. Las paredes de concreto, tabique o azulejo se consideran superficies conectadas a tierra. • Condición 3: Partes vivas expuestas en ambos lados del espacio de trabajo (no protegidas como está previsto en la Condición 1), con el operador entre ambas. CALCULO DE ALIMENTADORES Y PROTECCIONES PARA UN MOTOR Y PARA UN GRUPO DE MOTORES Para el cálculo del dispositivo de protección, con referencia SECCION 430.52 del CEN (Capacidad nominal o ajuste para circuitos de un solo motor), el dispositivo de protección contra cortocircuito y falla a tierra del circuito ramal del motor, será capaz de soportar la corriente de arranque del motor y será seleccionado de acuerdo a los factores indicado en Tabla 430-152 del CEN, según el tipo de motor el tipo de dispositivo de protección. Instalación de baja tensión Según el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión de España, se considera instalación de baja tensión eléctrica a aquella que distribuya o genere energía eléctrica para consumo propio y a las receptoras en los siguientes límites de tensiones nominales: Corriente alterna: igual o inferior a 1000 voltios. Corriente continua: igual o inferior a 1500 voltios.
