Unidad 2 instalaciones electricas

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA COSTA GRANDE

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Unidad 2 “Conductores eléctricos y sus Protecciones”

UNIDAD 2

CONDUCTORES ELÉCTRICOS Y SUS PROTECCIONES

2.1 Conductores Conductores.. 2.1.1 Clasificacione Clasificacioness de los conductores y sus aislamiento aislamientoss . 2.1.2 Cálculo de calibre de conductores . 2.1.2.1 Factores a considerar para el cálculo de conductores . 2.1.2.2 Procedimiento general de cálculo de conductores. 2.1.2.3 Cálculo de conductores para circuitos de alumbrado y contactos. 2.1.2.4 Cálculo de conductores para circuitos de fuerza. 2.2 Cálculo de tuberías. 2.3 Cálculo y selección de centros de carga. 2.4 Conocimiento y selección de accesorios de baja tensión. 2.4.1 Selección de canalizaciones 2.4.2 Protección contra sobrecorriente. 2.4.3 Selección de interruptores. interruptores . 2.4.4 Selección de Arrancadores para motores .

Héctor García Melchor


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2.1 Conductores. Un aspecto importante en el proyecto de una instalación eléctrica es la selección adecuada de los conductores eléctricos, en esta unidad se identificarán los tipos de conductores conductores mas utilizados en baja tensión, así como sus aislamientos aislamientos respectivos, posteriormente se realizarán cálculos de conductores que alimenten a circuitos tanto de alumbrado y contactos como de motores. Por último se realizará la selección de los centros de carga. 2.1. 2.1.1 1 Clasificacio nes de los conduc tores y sus aisl aislamientos. amientos. La clasificación de conductores y sus aislamientos se presenta según lo indica la NOM-001-SEDE-1999 en su tabla 310-13, sin embargo es recomendable que para ampliar mas esta información se consulte directamente los catálogos de fabricantes de conductores eléctricos.



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2.1 Conductores. Un aspecto importante en el proyecto de una instalación eléctrica es la selección adecuada de los conductores eléctricos, en esta unidad se identificarán los tipos de conductores conductores mas utilizados en baja tensión, así como sus aislamientos aislamientos respectivos, posteriormente se realizarán cálculos de conductores que alimenten a circuitos tanto de alumbrado y contactos como de motores. Por último se realizará la selección de los centros de carga. 2.1. 2.1.1 1 Clasificacio nes de los conduc tores y sus aisl aislamientos. amientos. La clasificación de conductores y sus aislamientos se presenta según lo indica la NOM-001-SEDE-1999 en su tabla 310-13, sin embargo es recomendable que para ampliar mas esta información se consulte directamente los catálogos de fabricantes de conductores eléctricos.



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Tabla 310 – 13 Conductores – Aislamientos y usos Nombre genérico

Tipo FEP

Temp. máxima de operación °C 90

Usos permitidos

Lugares secos o húmedos

Etileno Propileno Fluorado

o Etileno Propileno Fluorado

Termoplástico resistente a la humedad, al calor, al aceite y a la propagación de la flama

Polímero sintético o de cadena cruzada resistente al calor

Polímero sintético o de cadena cruzada resistente al calor

FEPB

200

60

Lugares secos Ap Aplica licacion iones especiales

Etileno Propileno Fluorado

Ala Alam mbrad rado de máquinas herramienta en lugares mojados (véase Art. 670)

MTW

90

RHH

RHW

90

75

Ala Alam mbrad rado de máquinas herramienta en lugares secos (véase el Artículo 670)

Lugares secos o húmedos

Lugares secos o mojados

Tipo de aislamiento

Termoplástico resistente a la humedad, al calor, calor, al aceite y a la propagación propagación de la la flama

Polímero sintético o de cadena cruzada resistente al calor y a la flama

Polímero sintético o de cadena cruzada resistente al calor a la humedad y a la flama

mm2

AWG-kcmil

Espesor nominal de aislamiento mm

2,082 -5,260

(14 - 10)

0,51

8,367-33,620

(8 - 2)

0,76

2,082-8,367

(14 - 8)

0,36

Malla de fibra de vidrio

13,300-33,620 13,300-33,620

(6 – 2)

0,36

Malla de material adecuado

0,32 - 3,307

(22 -12)

(A) 0,76

(B) 0,38

5,26

(10)

0,76

0,51

8,367

(8)

1,14

0,76

13,30

(6)

1,52

0,76

21,15-33,62

(4 -2)

1,52

1,02

42,41-107,2

(1 - 4/0)

2,03

(B) Cubierta de nylon o equiva-lente 1,27

126,7-253,4

(250 -500)

2,41

1,52

304,0 -506,7

(600 -1000)

2,79

1,78

2,082 -5,26

(14 -10)

1,14

8,367 -33,62

(8 -2)

1,52

42,41 -107,2

(1 - 4/0)

2,03

126,7 -253,4

(250 -500)

2,41

304,0 -506,7

(600 -1000)

2,79

633,3-1013,6

(1250-2000)

3,18

2,082 -5,26

(14 -10)

1,14

8,367 -33,62

(8 -2)

42,41 -107,2

(1 - 4/0)

126,7 -253,4

(250 -500)

304,0 -506,7

(600 -1000)

633,3-1013,6

(1250-2000)

Tamaño nominal

Cubierta exterior

Ninguna


1,52 2,03 2,41 2,79 3,18

(A) Ninguna

Cubierta no metálica resistente a la humedad y a la propagación de la flama

Cubierta no metálica resistente a la humedad y a la propagación de la flama


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Tabla 310 – 13 Conductores – Aislamientos y usos (continuación 1) Nombre genérico

Tipo


Silicón – FV

Polímero sintético resistente al calor

Termoplástico para tableros.

Termoplástico resistente a la humedad y a la propagación de incendio Cable plano termoplástico resistente a la humedad, al calor y a la propagación de incendio.

SF

SIS

TT

TW

TWD

200

90

75

60

60

75 90 Termoplástico resistente a la humedad, al calor y a la propagación de incendio

THW

Tamaño nominal Tipo de aislamiento

Usos permitidos

mm2

Lugares secos y húmedos

0,8235 –3,307

En aplicaciones dondeexistan condiciones de alta temperatura Alambrado de tableros de distribución

Alambrado de tableros de distribución

Lugares secos y mojados


Hule Silicón

18 -12

0,762

8 -2

1,524

1 - 4/0

2,032

2,082 –5,260

14 -10

0,76

8,367

8

1,14

20 -12

0,76

14 -10

0,76

8

1,14

6 -2

1,52

0,519 -1,307

20 -16

0,64

2,082 -5,260

14 -10

0,9

2,082 -5,26

14 -10

0,76

8,367

8

1,14

13,30 -33,62

6 -2

1,52

42,41 -107,2

1 - 4/0

2,03

126,7 -253,4

250- 00

2,41

304,0 -506,7

600 -1000

2,79

8,367 –33,62 42,41 –107,2

Polímero sintético de cadena cruzada resistente al calor

Termoplástico resistente a la humedad, al calor, a la propagación de 0,5191 –3,307 incendio y de emisión reducida de humos y gas ácido Termoplástico 2,082-5,260 resistente a la humedad y a la 13,30 –33,62 propagación de incendio 8,367 Termoplástico resistente a la humedad y a la propagación de incendio

Lugares secos y mojados Aplicaciones especialesdentrode equipode Termoplástico alumbradopor resistente a la descargaeléctrica. humedad, al calor y a Restringidoa 1000V la propagación de o menos en circuito incendio abiertoy atamaños nominales de 2,082 a 8,367 mm2 (14-8 AWG)

AWG-kcmil


Cubierta exterior

Malla de fibra de vidrio o material equivalente

Ninguna

Ninguna

Ninguna

Ninguna


Ninguna


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Tabla 310 – 13 Conductores – Aislamientos y usos (conti nuación 2)

Nombre genérico

Tipo THW – LS

Termoplástico resistente a la humedad, al calor y a la propagación de incendios, y de emisión reducida de humos y gas ácido

Termoplástico resistente a la humedad, al calor y a la propagación de incendios, y de emisión reducida de humos y gas ácido Termoplástico con cubierta de nylon, resistente a la humedad, al calor y a la propagación de la flama

THHW

THHW -LS


Lugares secos y mojados. Aplicaciones especiales dentro de equipo de alumbrado por descarga eléctrica. Restringido a 1000V ó menos en circuito y áreas de las secciones transversales de 2082 a 8367 mm2 (14-08)

75

Lugares secos y mojados.

90

Lugares secos

75

90

THWN

Usos permitidos

75

Lugares mojados.

Lugares secos


mm2 2,082-5,260

AWG (14 -10)

Espesor nominal de aislamiento mm 0,76

8,367

(8)

1,14

13,30-33,62

(6 -2)

1,52

42,41-107,2

(1 - 4/0)

2,03

126,7-253,4

(250 -500)

2,41

304,0-506,7

(600 -1000)

2,79

2,082-5,260

(14 -10)

0,76

8,367

(8)

1,14

13,30 -33,62

(6 -2)

1,52

42,41-107,2

(1 - 4/0)

2,03

126,7-253,4

(250 -500)

2,41

304,0-506,7

(600 -1000)

2,79

2,082 -5,260

(14 -10)

0,76

8,367

(8)

1,14

13,30 -33,62

(6 -2)

1,52

42,41 -107,2

(1 - 4/0)

2,03

126,7 -253,4

(250 -500)

2,41

304,0 -506,7

(600 -1000)

2,79

2,082 -3,307

(14 -12)

0,38

5,26

(10)

0,51

8,367 -13,30

(8 - 6)

0,76

21,15 -33,62

(4 -2)

1,02

42,41 -107,2

(1 - 4/0)

1,27

126,7 -253,4

(250 –500)

1,52

304,0 -506,7

(600 –1000)

1,78

Tamaño nominal

Tipo de aislamiento Termoplástico resistente a la humedad, al calor, a la propagación de incendios, y de emisión reducida de humos y gas ácido.

Termoplástico resistente a la humedad, al calor y a la propagación de incendios. Termoplástico resistente a la humedad, al calor y a la propagación de incendios, y de emisión reducida de humos y gas ácido

Termoplástico con cubierta de nylon, resistente a la humedad, al calor y a la propagación de la flama


Cubierta exterior

Ninguna

Ninguna

Cubierta de nylon o equivalente


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abla 310 – 13 Conductores – Aislamientos y usos (cont inuación 3)

Nombre genérico

Termoplástico con cubierta de nylon, resistente al calor y a la propagación de la flama

Tipo

THHN

TWD– UV

Temp. máxima de operación °C

90

60

Cableplano para acometida aérea y sistemas fotovoltaicos

Cable monoconductor para acometida subterránea

BTC

90

DRS

90

Cable monoconductor y multiconductor para acometida subterránea

Lugares secos

Termoplástico con cubierta de nylon, resistente al calor y a la propagación de la flama.

Lugaressecosy mojados.

Entrada de acometida aérea. Véaseel Artículo 338.Sistemas fotovoltaicos. Véaseel Artículo 690. Lugares secos y mojados Acometida subterránea ‘Véase el Artículo 338

Lugares secos y mojados Entrada de acometida subterránea Véase Art. 338.

CCE Cable para acometida aérea

Usos permitidos

AWGkcmil (14 -12)

5,26

(10)

0,51

8,367 -13,30

(8 - 6)

0,76

21,15 -33,62

(4 -2)

1,02

42,41 -107,2

(1 - 4/0)

1,27

126,7 -253,4

(250 -500)

1,52

304,0 -506,7

(600-1000)

1,78

3,307 -8,367

(12 – 8)

1,14

Termoplástico resistente a la humedad,alcalor y a la propagación de incendio.

15 - 35

Polímero sintético, de cadena cruzada resistente a la humedad, al calor y a la propagación de la flama

Termoplástico resistente a la humedad, al calor y a la propagación de la flama

Cubierta exterior

Cubierta de nylon o equivalente

Ninguna

Polímero sintético, de cadenacruzada resistente a la humedad, al calor y a la propagación de la flama

60 Lugares secos y mojados Entrada de acometida aérea Véase el Artículo 338

mm2 2,082 -3,307

Espesor nominal de aislamiento mm 0,38

Tamaño nominal

Tipo de aislamiento

1,60

Ninguna

21,15 -33,62

1,58

Ninguna

3,307 -5,26

1,2

13,3 -21,15

1,6

Termoplástico resistente a la humedad y a la intemperie


(4 -2)


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Tabla 310 – 13 Conductores – Aislamientos y usos (conti nuación 4)

Nombre genérico

Cable para acometida aérea

Polímero sintético, de cadena cruzada resistente a la humedad y al calor

Polímero sintético, de cadena cruzada resistente a la humedad y al calor

Tipo

Temp. máxima de operación °C

BM- AL

75

XHHW

90

XHHW-2

mm2

AWGkcmil


13,3 - 33,62

(6 - 2)

1,14

Ninguna

Polímero sintético, de cadena cruzada resistente a la humedad, al calor y a la propagación de la flama.

2,082 -5,260

(14 -10)

0,76

Ninguna

8,367 -33,62

(8 -2)

1,14

42,41 -107,2

(1 - 4/0)

1,4

126,7 -253,4

(250 -500)

1,65

304,0 -506,7

(600-1000)

2,03

Polímero sintético, de cadena cruzada resistente a la humedad, al calor y a la propagación de la flama

2,082 -5,260

(14 -10)

0,76

8,367 -33,62

(8 -2)

1,14

42,41 -107,2

(1 - 4/0)

1,4

126,7 -253,4

(250 -500)

1,65

304,0 -506,7

(600-1000)

2,03

Usos permitidos

Tipo de aislamiento

Lugares secos y mojados Entrada de acometida aérea Véase Art. 338

Termoplástico resistente a la humedad y a la intemperie

Lugares secos o mojados

75

Lugares mojados

90


Tamaño nominal


Cubierta exterior

Ninguna


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2.1.2 Cálcul o de calibr e de conductores. Normalmente son tres métodos para el Cálculo: a) Por corriente. b) Por caída de tensión. c) Por corto circuito. De los cuales para efecto de este curso solo se desarrollarán los primeros dos métodos. 2.1.2.1 mínimo a) b) c)

Factores princ ipales que se deben de considerar al calcular el calibr e para un condu ctor. Qué la caída de tensión este dentro de las normas. Qué la sección del conductor pueda transportar la corriente necesaria. Qué la temperatura del conductor no dañe el aislamiento.

Los tres factores son de vital importancia considerarlos, debido a que se pueden presentar los siguientes problemas: 1) SI LA SECCIÓN DEL COBRE ES MENOR: a) El conductor tendrá una mayor resistencia eléctrica, aumentando las perdidas de energía. b) El conductor tendrá una mayor temperatura de operación, aumentando una vez más la resistencia eléctrica y deteriorando el aislamiento. c) La caída de tensión en la línea será mayor a la permitida, lo cual puede afectar la operación en el punto de carga y dañar los equipos. 2) SI NO SE PROTEGE EL AISLAMIENTO: a) El aislamiento sufrirá deterioro por alta temperatura, aumentando el riesgo de fugas de corriente y cortos circuitos. b) Disminuirá la vida útil del conductor. 3) SI NO SE CUIDA QUE LA CAÍDA DE TENSIÓN SEA CORRECTA: a) El circuito y los conductores trabajaran fuera de normas. b) Pueden dañarse los equipos alimentados o no dar el servicio requerido.



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Al hablar de temperatura máxima de operación de un conductor debemos ser mas específicos, los conductores no se dañan inmediatamente al rebasar la temperatura máxima; esto significa que si un producto TW trabaja a 60 oC, no se abrirá ni se fundirá su aislamiento, pero si se va deteriorando y con el tiempo se reduce su vida útil. Por ejemplo un alambre TW que se trabaje a 68 oC, no va a "REVENTAR" ni fallar de momento, pero en vez de durar 30 años trabajando durará solo 15 años. Está comprobado que por cada 8 oC que se incremente la temperatura de operación del conductor, su vida útil se reduce en un 50 %. 2.2.1.2 Datos necesarios para el cálcul o A) POR CONDUCCIÓN DE CORRIENTE: FACTOR DE POTENCIA DEL EQUIPO. Factor de potencia del equipo a alimentar. EFICIENCIA DEL EQUIPO: Eficiencia del equipo a alimentar. POTENCIA EN HP o KW. Potencia en HP o KW; Del equipo a alimentar. VOLTAJE DE ALIMENTACIÓN. 127, 220, 440 Volts etc. TIPO DE CORRIENTE. Directa, Alterna, 1F, 2F, 3F B) PROTECCIÓN DE AISLAMIENTO: TIPO DE INSTALACIÓN. Al aire libre, conduit, charola, directamente enterrado etc. TIPO DE SERVICIO. 24 hrs. al día, arranque y paro continuo, servicio nocturno, etc. TEMPERATURA AMBIENTE DEL LOCAL. La más caliente en verano, o la de la recamara (si se tiene alguna maquina que disipe mucho calor).



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C) CAÍDA DE TENSIÓN: LONGITUD DE LA INSTALACIÓN. Para calcular la caída de tensión. -TIPO DE CIRCUITO. Alimentador o derivado, la NOM-001-SEDE-1999 permite un 3% de caída de tensión para derivados o circuito alimentador y un 5% para el conjunto del alimentador + el derivado.



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2.1.2.3 Cálculo d e conductor es para circui tos de alumbrado y con tactos. Para realizar el cálculo de conductores para circuitos que alimentan cargas de alumbrado y contactos resulta de gran importancia conocer los sistemas de alimentación de energía eléctrica en baja tensión, ya que en función del tipo de sistema son las fórmulas a utilizar. A continuación se presentan los sistemas de alimentación de energía utilizados en baja tensión. 1. Sistema monofásico a dos hil os 1F-2H Aplicación: Normalmente se utiliza en instalaciones eléctricas de alumbrado y contactos sencillos, cuando todas las cargas son monofásicas y la carga total instalada no es mayor de 4000 Watts. 2. Sistema monofásic o a tres hilos 1F-3H Aplicación: •

Se utiliza en instalaciones eléctricas de alumbrado y contactos cuando todas las cargas parciales son monofásicas y la carga total instalada es mayor de 4000 pero no mayor de 8000 Watts.

3. Sistema trif ásico a tres hilos 3F-3H Aplicación: •

Este sistema se utiliza en instalaciones eléctricas, en las que se dispone únicamente de cargas trifásicas. • Para suministrar energía en alta tensión, etc. 4. Sistema trifásico a cuatro hilos 3F-4H Aplicación: Este sistema se utiliza en los siguientes casos: a) En instalaciones eléctricas de alumbrado y contactos sencillos, cuando todas las cargas son monofásicas y la carga total instalada es mayor de 8000 Watts. b) Cuando se tienen cargas monofásicas y trifásicas independientemente de la carga total instalada.



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Cálculo de la corr iente nominal para los diferentes s istemas de alimentación Nomenclatura utilizada W= Potencia del circuito (Watts) E = Tensión entre fases (Volts) En = Tensión de fase a neutro (Volts) I= Corriente nominal del circuito (amperes) F.P. = Factor de potencia del equipo, En México el mínimo es 0.90

SISTEMA DE ALIMENTACION

FÓRMULA A UTILIZAR I =

1F - 2 H 1F - 3 H

I =

3F - 3 H

I =

3F - 4 H

I =

W En F.P. W

2 En F.P. W 3 E F.P. W 3 E F.P.

Cálculo de la caída de tensión para los di ferentes sist emas de alimentación . La caída de tensión es un fenómeno, por el cual, el voltaje se "pierde", por tres razones: 1. Por la distancia del circuito. 2. Por la carga a alimentar. 3. Por el calibre del conductor. Existen dos métodos para calcular la caída de tensión: 1. El método de resistencia ohmica. 2. El método de reactancias.



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1. Método de resistencia óhmi ca. Nomenclatura utilizada S= Sección transversal del conductor en mm 2 e% = Caída de tensión en porciento E = Tensión entre fases (Volts) En = Tensión de fase a neutro (Volts) L= Longitud del circuito en metros I= Corriente nominal del circuito


FÓRMULA A UTILIZAR

1F - 2 H

e% =

1F - 3 H

e% =

4 L I En S 2 L I En S

3F - 3 H

e% =

2 3 L I

3F - 4 H

e% =

2 3 L I

E S E S

2. Método de reactancias. Nomenclatura utilizada e = Caída de tensión en porciento E = Tensión entre fases (Volts) En = Tensión de fase a neutro (Volts) L= Longitud del circuito en Km. I= Corriente nominal del circuito Z = impedancia del circuito en Ohms-Km Z = R cos

+ X L sen


FÓRMULA A UTILIZAR

1F - 2 H

e =

1F - 3 H

e =

2 Z I L En Z I L En

x100

x100

3F - 3 H

e =

3 Z I L

3F - 4 H

e =

3 Z I L


E E

x100 x100


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CÁLCULO DE CONDUCTORES CIRCUITOS DERIVADOS

I. INFORMACION GENERAL IDENTIFICACIÓN:

II.

REALIZÓ: REVISÓ: FECHA:

DATOS POTENCIA W VOLTS V FASES HILOS LONGITUD M TEMP. LOCAL TIPO DE AISLAMIENTO

III. I =

ºC

CORRIENTE NOMINAL W =

(En)(f.p.)

Factor de agrupamiento Factor de temperatura

Tabla 310-16 NOM-001-SEDE-1999 Tabla 310-16-(8a) NOM-001-SEDE-1999

IV.

CORRIENTE CORREGIDA

Ic =

I (Fa)(Ft.)

=

El conductor seleccionado por capacidad de corriente de acuerdo a la tabla 310-16 de la NOM-001SEDE-1999 es AWG, con aislamiento , ºC, con capacidad de A, para conductores 2 Alojados en y una sección de mm .

V. e% =

CAIDA DE TENSIÓN 200 I Z L En

=

de acuerdo con lo anterior dicho circuito cumple con lo establecido en el articulo 210-19, y por lo tanto estará integrado por: Conductores calibre No. AWG Héctor García Melchor


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CÁLCULO DE CONDUCTORES CIRCUITO ALIMENTADOR

I. INFORMACION GENERAL IDENTIFICACIÓN:

II.

REALIZÓ: REVISÓ: FECHA:

DATOS POTENCIA W VOLTS V FASES HILOS LONGITUD M TEMP. LOCAL TIPO DE AISLAMIENTO

ºC

III.

CORRIENTE NOMINAL

I =

W 3 (E)(f.p.)

=

Factor de agrupamiento Factor de temperatura

IV. Ic =

Tabla 310-16 NOM-001-SEDE-1999 Tabla 310-16-(8a) NOM-001-SEDE-1999

CORRIENTE CORREGIDA I = (Fa)(Ft.)

El conductor seleccionado por capacidad de corriente de acuerdo a la tabla 310-16 de la NOM-001SEDE-1999 es AWG o KCM, con aislamiento , ºC, con capacidad de A, para conductores Alojados en y una sección de mm 2.

V. e% =

CAIDA DE TENSIÓN 173 I Z L = E

de acuerdo con lo anterior dicho circuito cumple con lo establecido en el articulo 210-19, y por lo tanto estará integrado por: Conductores calibre No. AWG y un conductor calibre No. AWG seleccionado de acuerdo al articulo 250-94 y la tabla 250-95 de la NOM-001-SEDE-1999



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EJERCICIOS DE CÁLCULO DE CONDUCTORES PARA CIRCUITOS DE ALUMBRADO Y CONTACTOS 1. Calcular el calibre de los conductores para una carga total instalada de 2500 watts resultado de sumar solo cargas monofásicas, si el centro de carga se encuentra a 35 metros de la toma de energía, considérese una temperatura ambiente de 32 ºC y aislamiento tipo TW. 2. Calcular el calibre de los conductores para una carga total instalada de 7400 watts resultado de sumar solo cargas monofásicas, si el centro de carga se encuentra a 30 metros de la toma de energía, considérese una temperatura ambiente de 35 ºC y aislamiento THW. 3. Calcular el calibre de los conductores eléctricos del circuito alimentador por corriente y caída de tensión, para una carga total instalada de 23000 watts resultado de sumar solo cargas monofásicas y trifásicas, si el centro de carga se encuentra a 50 metros de la toma de energía, considérese una temperatura ambiente de 33 ºC, un factor de demanda de 0.9 y aislamiento THW-LS.



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2.1.2.4 Cálculo de conductores para circuitos de fuerza. En el cálculo de conductores para circuitos de fuerza se tienen los siguientes casos: • •

Conductores que alimentan a un solo motor. Conductores que alimentan a mas de dos motores.

•

Cálculo de condu ctores para un solo motor Para seleccionar el conductor que alimente a un solo motor se procede de la siguiente manera: Por capacidad:

1.- Se calcula la corriente nominal a partir de la ley de watt, o bien se obtienen de la placa de datos del propio motor y a este valor se le denomina CORRIENTE NOMINAL (In) 2.Se le agrega, por lo menos el 25 % de dicho valor de acuerdo al articulo 43022 NOM-001-SEDE-1999. 3.Se le aplica el FACTOR DE AGRUPAMIENTO, el cual se obtiene de la tabla 310-16 Observación 8, de las NOM-001-SEDE-1999. 4.Se le aplica el FACTOR DE TEMPERATURA, el cual se obtiene de la tabla 310-16 de las NOM-001-SEDE-1999. cuando se le han aplicado estos factores, se llama corriente corregida (Ic). 5.- Con la CORRIENTE CORREGIDA, se entra a las tablas de capacidad en amperes de los conductores, y se selecciona, el calibre que habrá de instalarse. Nota: Recordemos que de acuerdo a la temperatura que habrán de soportar, existen diversos tipos de aislamientos en los conductores. Caída de tensión:

6.Si la distancia L del circuito del motor, es considerable (30 metros o más para circuitos de fuerza), se calcula el conductor, por caída de tensión, seleccionándose el que salga mayor.



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Ejercicio: 1. Calcular el calibre del conductor con aislamiento THW de un motor de 10 C.P., 220 V, 3F, 0.9 de eficiencia y 0.85 de F.P., se va a instalar a 32 metros de distancia del tablero de distribución, en una zona cuya temperatura es de 35 °C.

•

Cálculo de conducto res que alimentan a varios mot ores

Para seleccionar el conductor de un circuito, que alimente a varios motores se procede de la siguiente manera: Por capacidad:

1.- Se calcula la corriente nominal a partir de la ley de watt, o bien se obtienen de la placa de datos del propio motor y a este valor se le denomina CORRIENTE NOMINAL (In) 2.Se suman las corrientes nominales de todos los motores y a este valor, se le denomina CORRIENTE NOMINAL DEL CIRCUITO. 3.A la corriente nominal del circuito se le agrega por lo menos el 25 % de la corriente nominal, del motor mayor del grupo, de acuerdo al articulo 430-24 NOM001-SEDE-1999. I = In + 0.25 IM 4.Se le aplica el FACTOR DE AGRUPAMIENTO, el cual se obtiene de la (tabla 310-16, nota 8 NOM-001-SEMP-1999). 5.Se le aplica el FACTOR DE TEMPERATURA, el cual se obtiene de la tabla 310-16 de las NOM-001-SEDE-1999. cuando se le han aplicado estos factores, se le llama corriente corregida del circuito (Ic). 6.- Con la CORRIENTE CORREGIDA, se entra a las tablas de capacidad en Amperes de los conductores, y se selecciona, el calibre que habrá de instalarse. Nota: Recordemos que de acuerdo a la temperatura que habrán de soportar, existen diversos tipos de aislamientos en los conductores. Caída de tensión:

7.Si la distancia L del circuito del motor, es considerable (30 metros o más para circuitos de fuerza), se calcula el conductor, por caída de tensión, seleccionándose el que salga mayor. Héctor García Melchor


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Ejercicio: Calcular el calibre del conductor THWN del alimentador para los siguientes motores trifásicos que operan a 440 V, y a una temperatura ambiente de 35 °C.



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2.2 Cálcul o de tuberías. Para el cálculo de tuberías, se debe de consultar la tabla 10-4 de la NOM-001-SEDE1999, la cual tienen las dimensiones de tubo y el área disponible para los conductores, según el tipo de tubo que se trate. Existen tablas también donde aparece la sección transversal del conductor y en función de ello se determina el área total a ocupar en una tubería especifica. 2.3 Cálculo y selecci ón de centro s de carga. Los circuitos derivados deben protegerse contra sobrecorrientes. Un fusible, si es débil, se funde y si es fuerte evita que la instalación se queme. Una selección adecuada de los centros de cargas y sus elementos de protección evitarán accidentes y costosos gastos. La longitud de los centros de carga se calculan de dos maneras: 1. Cuando todas las cargas parciales están en una misma dirección. 2. Cuando las cargas parciales se encuentran en varias direcciones con respecto de la toma de energía.

1. Cuando todas las cargas parciales están en una misma dirección. En este caso, el cálculo de la distancia para colocar el centro de carga se hace con la formula siguiente: L =

L1W 1 + L2W 2 + ... + LnW n W 1 + W 2 + ... + W n

Al encontrar la longitud para el centro de carga, en este lugar se coloca el conductor de mayor sección transversal. Consecuentemente de acuerdo con la longitud se calculan los conductores eléctricos que serán utilizados. Una vez calculado el centro de carga se colocará el tablero de distribución para la alimentación de las cargas parciales. 2. Cuando las cargas parciales se encuentran en varias direcciones con respecto de la toma de energía. En este caso se utiliza un sistema de coordenadas cartesianas para calcular el centro de carga. a) Calcula el centro de carga respecto de los ejes coordenados. b) La intersección de éstas distancias da el centro de carga. c) Calcular el centro de carga y la distancia de este al punto de alimentación.



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Procedimiento a) Calcula la distancia media respecto del eje Y. Ly =

Ly1W 1 + Ly 2W 2 + ... + L ynW n W 1 + W 2 + ... + W n

b) Calcula la distancia media respecto al eje X. Lx =

Lx1W 1 + Lx 2W 2 + ... + Lx nW n W 1 + W 2 + ... + W n

c) Calcula la distancia resultante. Nota: Si las condiciones físicas del local no permiten la colocación del centro de carga, en el lugar destinado, se deberá recorrer hasta el muro o columna mas cercano.

2.4

Conoci miento y selección de accesori os de baja tensió n.

2.4.1 Selección de canalizaciones Para distribuir la energía eléctrica a todos los lugares de un edificio industrial o comercial, es necesario hacer uso de los diferentes equipos y materiales eléctricos que ofrecen los fabricantes. Además el propósito principal es distribuir la energía a los dispositivos de utilización que la requieran para desarrollar sus funciones, pero sin exponer al personal o equipo a los daños que puedan ocasionar los conductores de altas corrientes y tensiones elevadas. Por lo tanto, en la construcción de instalaciones eléctricas es importante proteger a los conductores eléctricos contra posibles daños mecánicos a los que puedan estar sometidos, así como a las condiciones ambientales que se deriven de los diferentes procesos productivos donde se localicen dichas instalaciones. Por lo tanto, las canalizaciones en una instalación eléctrica representan el medio seguro de protección mecánica de los conductores. Una canalización es un canal cerrado diseñado para contener a los conductores. La aplicación de las canalizaciones en las instalaciones eléctricas de utilización, ya sean industriales o comerciales, se encuentran regidas por la NOM-001-SEDE1999. El cálculo de tuberías se realiza en función de la tabla 10-4 de la NOM-001-SEDE1999.



23


Clasificación de las canalizaciones

Cajas de conexió n Las cajas utilizadas en las instalaciones eléctricas son ampliamente utilizadas para realizar conexiones dentro de ellas y hacer derivaciones así como para sujetar mecánicamente la canalización, es importante hacer notar que su aplicación debe llevarse a cabo en todos aquellos sitios donde se realice una derivación, existe también una gran diversidad de cajas de registro como se aprecia en la tabla 370-16 (a) de la NOM-001-SEDE-1999.



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2.4.2 Protección con tra sobrecorriente. Todo sistema eléctrico debe conservarse en condiciones de operación para satisfacer las necesidades de demanda de energía eléctrica para el cual fue diseñado. Las causas mas comunes de funcionamiento anormal de las instalaciones y equipos eléctricos son debidas principalmente a fallas de sobrecorriente. La sobrecorriente se define como: toda corriente que excede a la corriente nominal o de plena carga. La sobrecorriente es originada por dos causas muy comunes de fallas en las instalaciones y equipos eléctricos: • Sobrecarga. • Circuitocorto.

Los dispositivos de protección contra sobrecorriente utilizados en instalaciones eléctricas de baja tensión son: •

Relevadores de sobre carga.

• Fusibles. •

Interruptores automáticos.

Relevadores El relevador de sobrecarga es un dispositivo que tiene características de tiempo inverso en el disparo o apertura, permitiendo mantener la conducción durante el periodo de aceleración (cuando se demanda la corriente de arranque), pero dando protección a las pequeñas sobrecargas de la corriente de plena carga cuando el motor está operando. El relevador de sobrecarga no provee protección contra circuitocorto, según lo indica el Art. 240-9 de la NOM-001-SEDE-1999. Los relevadores de sobrecarga se clasifican como sigue: ⎧Magneticos ⎪ Relevador de sobrecarga ⎨ ⎧Aleación fusible Térmicos ⎨ ⎪ ⎩Bimetálico ⎩

Fusibles El fusible es un dispositivo de protección contra sobrecorriente que brinda mejores condiciones de protección a las instalaciones eléctricas, ya que sus capacidades interruptivas alcanzan valores de hasta 300 kA, además no cuenta con elementos mecánicos que propicien un tiempo largo en su apertura bajo condiciones de fallas de circuitocorto, esto no quiere decir que los interruptores automáticos en caja moldeada (también llamados interruptores termomagnéticos) sean menos precisos o malos en la protección, lo cierto es que sus capacidades interruptivas no alcanzan Héctor García Melchor


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valores superiores a los 65v kA, lo que representa una limitante en cuanto a capacidad interruptiva se refiere. Clasificación de fusibles

Selección de int erruptores a) Para la selección del interruptor que ha de proteger a un motor, se recomienda multiplicar la corriente nominal por 3, si el interruptor es de navajas con fusibles, o bien por 2.5 si el interruptor es termomagnético. Es decir, a la corriente nominal, se le agregará al 200 % para fusibles y 150 % para termomagnético (Tabla 430-152 según Art. 430-52 NOM-001-SEDE1999), con estos datos obtenidos, se procede ha buscar el fusible o interruptor inmediato superior. El calculo anterior, es una recomendación generalizada, para casos conflictivos, deberá hacerse el calculo en base a los KVA por C.P., con rotor bloqueado, según su letra de código (tabla 430-7 (b) NOM-001-SEDE-1999). En el caso de seleccionar la capacidad de un interruptor para circuitos de alumbrado, este no debe ser menor a la capacidad de corriente total que se esté demandando. b) Para seleccionar el interruptor que ha de proteger a varios motores se suma la corriente obtenida en el calculo indicado anteriormente, del motor mayor, mas la corriente nominal de los demás motores del grupo. O lo que es lo mismo: se suman todas las corrientes de los motores del grupo y se le agrega Héctor García Melchor


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la corriente del motor mayor multiplicado por 2, si es interruptor de navajas o por 1.5 si el interruptor es termomagnético. c) Esto se representa con la siguiente formula: INTERRUPTOR DE NAVAJAS: Iint = suma I + 2 IM IINTERRUPTOR TERMOMAGNÉTICO: Iint = suma I + 1.5 IM DONDE: Iint = corriente para seleccionar el interruptor derivado suma I = suma de las corrientes de los motores del grupo. IM = Corriente del motor mayor Con la corriente así obtenida, se procede ha seleccionar el fusible o interruptor de capacidad inmediata superior. Capacidades comerciales de in terruptores Interruptores de navajas 2 Polos - 30 y 60 A 3 Polos - 30, 60, 100, 200, 400, 600, 800 Y 1200 A Recordando que los fusibles los fabrican para los siguientes rangos en Amperes: 3, 4, 5, 6, 10, 15, 20, 25, 30/35, 40, 45, 50, 60/70, 75, 80, 90, 100/110, 125, 150, 175, 200/225, 250, 300, 350, 400 AMPERES

Interruptores termomagnéticos (para fuerza) 15, 20, 30, 40, 50, 70, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000 AMPERES



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Requisitos que debe reunir una instalación eléctrica de fuerza. Los requisitos que debe reunir una instalación eléctrica de fuerza para garantizar una buena eficiencia y seguridad, se indican en el reglamento de instalaciones eléctricas, entre los cuales se mencionan los siguientes: a) Protección contra corto circuito y fallas a tierra. b) Medio de desconexión. c) Conductores. d) Controlador. e) Protección contra sobrecarga. Figura que muestra los requisitos para la instalación de un motor eléctrico

a) Protección contra cortocircuito y fallas a tierra.

En toda instalación eléctrica de fuerza, se debe de contar con un dispositivo de protección contra sobrecorrientes debidas a cortocircuito y fallas a tierra. Este dispositivo podrá ser un interruptor de seguridad o un interruptor termomagnético, donde el criterio para la selección del fusible o la capacidad del ITM, será: que sean Héctor García Melchor


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capaces de soportar la corriente nominal del motor de mayor capacidad, más la suma de las corrientes de motores mas pequeños o de otras cargas, en caso de que las hubiera. b) Medio de desconexión. Toda instalación eléctrica de fuerza requiere de un medio de desconexión de motores y controles de los circuitos que los alimentan. Los medios de desconexión deberán ser de los siguientes tipos: Un interruptor de navajas con capacidad nominal en caballos de potencia o un interruptor termomagnético abierto o en caja, con o sin protección térmica y magnética. En motores fraccionarios de 1/8 C.P. o menos, y en circuitos que alimenten a un solo motor, el dispositivo de protección contra cortocircuito y fallas a tierra, puede servir como el medio de desconexión. El medio de desconexión debe tener capacidad para conducir continuamente por lo menos 115 por ciento de la corriente a plena carga del motor. c) Conductores. Una buena selección de los conductores que alimenten uno o varios motores, nos dará como resultado una instalación eléctrica segura y confiable. En la determinación del calibre del conductor se tomaran en cuenta entre otros factores, la longitud del motor al centro de carga, la capacidad del motor, la temperatura del local, el tipo de instalación, etc. Dicho de otra manera, los conductores que alimenten motores deben ser capaces de conducir la corriente requerida, sin sobrecalentamiento, bajo las condiciones particulares de que se trate. d) Controlador. El término controlador comprende cualquier interruptor o dispositivo que se use normalmente para arrancar y parar un motor. Cualquier instalación eléctrica de fuerza debe de contar con controles adecuados para todos los motores. Como anteriormente se mencionó, un interruptor de navajas y un interruptor automático de tiempo inverso, pueden servir como controladores, sin embargo los controladores diseñados especialmente para este fin, son los “arrancadores”, sea cual sea el controlador, deberá tener una capacidad en KW o en C.P. no menor que la potencia nominal del motor que controlen. e) Protección contra sobrecarga. Una sobrecarga en un aparato eléctrico, origina una sobrecorriente de funcionamiento que, cuando dura un tiempo suficientemente prolongado, puede dañar o recalentar peligrosamente el aparato, esto no incluye los cortocircuitos o fallas a tierra. Entonces, resulta necesario disponer de un dispositivo de protección contra sobrecarga, siendo estos, bobinas de disparo o relevadores de sobrecarga, estos Héctor García Melchor


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dispositivos actúan desconectando el motor cuando sensan una corriente superior a la cual se han calibrado previamente, protegiéndonos con ello la instalación. El número y ubicación de unidades de sobrecarga esta en función del sistema de alimentación y del tipo de motor, a continuación se presenta una tabla para determinar el número de unidades de sobrecarga. UNIDADES DE SOBRECARGA PARA PROTECCIÓN DEL MOTOR TIPO DE MOTOR

NÚMERO Y UBICACIÓN DE UNIDADES DE SISTEMA DE ALIMENTACIÓN SOBRECARGAS TALES COMO BOBINAS DE DISPARO O RELEVADORES

1 Fase AC o DC

2 Hilos, 1 fase AC o DC, conductores no puestos a tierra

1 en cualquier conductor

1 Fase AC o DC

2 Hilos, 1 fase AC o DC, un conductor puesto a tierra

1 en el conductor no puesto a tierra

1 Fase AC o DC

3 Hilos, 1 fase AC o DC, conductor neutro puesto a tierra.

1 en cualquiera de los conductores no puesto a tierra

1 Fase AC

Cualquiera de las tres fases

1 en el conductor no puesto a tierra

2 Fases AC

3 hilos, 2 fases AC, no puestos a tierra

2, 1 en cada fase

2 Fases AC

3 hilos, 2 fases AC, 1 conductor puesto a tierra

2 en los conductores no puestos a tierra

2 Fases AC

4 hilos, 2 fases AC, con o sin aterrizar

2, 1 por fase en conductores no puestos a tierra

2 Fases AC

4 hilos, 2 fases AC, conductor neutro puesto o no a tierra

2, 1 por fase en cualquier conductor no puesto a tierra

3 Fases AC

Cualquiera de las tres fases

3, 1 en cada fase

Los requisitos descritos anteriormente no deben descuidarse en una instalación eléctrica de fuerza, y algo que tampoco debe descuidarse es el tener siempre presente el verificar los datos de placa de los aparatos, ya que es ahí donde nos enteraremos de las características propias de cada aparato, tales como: voltaje de operación, tipo de conexión, frecuencia de operación, corriente nominal, letra de código, etc. Si no descuidamos estos datos, difícilmente se presentarán problemas en la instalación eléctrica. Por otro lado, el tipo de instalación de que se trate, influye bastante para la selección de los materiales, ya que con ello sabremos que tipo de accesorios son los adecuados para instalar.



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TABLA DE SELECCIÓN DE GABINETES PARA CONTROLADORES DE MOTORES USO EXTERIOR Protección contra las siguientes condiciones ambientales Contacto casual con el gabinete Lluvia, nieve, granizo Granizo* Polvoso Inundación por los drenajes Agentes corrosivos Inmersión temporal ocasional Inmersión prolongada ocasional

Tipo de gabinete** 3

3R 3S

4

4X

6

6P

X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X X

X X

X X X X X

X

X X X X

X

* El mecanismo deberá de ser operable cuando este cubierto de hielo. USO Protección contra las siguientes condiciones ambientales Contacto casual con el gabinete Caída de suciedad Caída de líquidos y goteo Polvo circulante, pelusa, fibras Polvo, pelusa y fibras acentadas Drenes y agua que salpica Aceite y filtración de liquido refrigerante Rociado aceite y refrigerante Agentes corrosivos Inmersión temporal ocasional Inmersión prolongada ocasional

INTERIOR Tipo de gabinete** 1

2

4

4x

5

6

6P

12 12K

13

X X

X X X

X X X X X X

X X X X X X

X X X

X X X X X X

X X X X X X

X X X X X

X X X X X

X X X X X

X

X

X X

X

X X

X X X

** El tipo de cubierta debe ser registro en la cubierta del controlador del motor.



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Selección de Arrancadores para motores. Una de las clases mas sencillas de arrancadores, es un interruptor de acción rápida de “cerrado” y “abierto”, que se acciona por un apalanca montada en el frente del arrancador. Los arrancadores manuales de potencia fraccionaria se emplean siempre que se desee tener protección contra sobrecarga del motor, así como para el control de “abierto” y “cerrado” de pequeños motores monofásicos de C.A. o C.C. Como los arrancadores manuales son dispositivos mecánicos accionados a mano, los contactos permanecen cerrados y la palanca continúa en la posición de “cerrado” en el caso de una falla eléctrica. El motor automáticamente volverá a arrancar cuando se establezca la energía. Por lo tanto, no son posibles la protección y la desconexión por bajo voltaje con estos arrancadores accionados a mano.

Arrancadores magnéticos a tensión plena. Este tipo de arrancadores constituyen la forma mas sencilla de arrancar motores cuando el par de arranque no se considera demasiado alto como para que cause daños en la maquina movida, y la corriente tomada de la línea no es excesiva para la línea de alimentación. Estos arrancadores se pueden usar en motores de inducción tipo jaula de ardilla y de rotor devanado. Tienen protección contra sobrecarga y bajo voltaje, protegiendo con esto el motor de acuerdo al reglamento de instalaciones eléctricas, se recomienda arrancar a tensión plena, a motores de hasta 10 C.P.; para motores de mayor capacidad se recomienda arrancarlos a tensión reducida. Arrancadores magnéticos a tensión reducida. Cuando el par de arranque y la corriente de línea se consideran que pueden causar daños a la maquina impulsada, se deberá arrancar el motor a tensión reducida, para tal caso existen varios métodos típicos de arranque, entre los mas comunes están: a) Autotransformador. b) resistencias primarias. c) Devanado bipartido d) Estrella-Delta



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Tabla comparativa de arrancadores a tensión reducida. Características en % de los valores a Tensión Plena Tipo de Arrancador

Tensión Corriente del

de

motor

Arranque

Par de

VENTAJAS

Arranque 1.- Proporciona mayor par por ampere de corriente de línea.

Autotransform ador

DESVENTAJAS

80

64

64

65

42

42

50

25

25

2.- Las derivaciones en el Autotransformador permiten ajustes en el arranque.

1.En potencias de bajo caballaje se aplicación es mas cara. 2.- Bajo factor de potencia

3.- Conveniente para periodos largos de arranque. 4.- Arranque con transición cerrada. 5.- Durante el arranque, la corriente del motor es mayor que la corriente de línea. 1.- Aceleración suave la tensión del motor se incrementa con la velocidad.

Resistencias primarias 70

70

49

1.- Eficiencia del par baja.

2.- Alto factor de potencia durante el 2.- La resistencia libera calor. arranque. 3.- Arranque con transición cerrada. 3.- Arranques en exceso de 5 segundos requieren 4.- En potencias de baja caballaje, su resistencias muy costosas. aplicación es menos cara que con 4.- El ajuste de la tensión de Autotransformador. arranque es difícil para llenar 5.- Posibilidad de hasta 7 puntos de condiciones variables. aceleración. 1.- Es el mas económico, de los 4 enlistados.

Devanado bipartido

100

65

48

Estrella Delta

100

33 1/3

33 1/3

1.- No conveniente para cargas 2.- Arranque con transición cerrada. con alta inercia que requieran arranques muy prolongados. 3.- La mayoría de los motores con tensión dual pueden ser arrancados 2.requieren un diseño con devanado bipartido en el menor especial del motor para de las tensiones. tensiones mayores que 230 volts. 1.- Costo moderado, menor que el de resistencia primaria o 1.- Requiere diseño especial Autotransformador. del motor. 2.- Conveniente para cargas con alta inercia que requieran arranques muy 2.- Par de arranque bajo. prolongados. 3.- Eficiencia del par alta.



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Tabla de selección de arrancadores a tensión reducida.

CARACTERÍSTICA NECESARIA

Mínima corriente de arranque

Aceleración suave

TIPO DE ARRANCADOR A USAR (Listado en orden de recomendación) 1.2.3.4.-

Auto Transformador Estrella-Delta Devanado bipartido Resistencia primaria

1.2.3.4.-

Resistencia primaria Estrella-Delta Auto Transformador Devanado bipartido

Alto par de Arranque

1.- Auto Transformador 2.- Resistencia primaria 3.- Devanado bipartido

Conveniencia por larga aceleración

1.- Auto Transformador 2.- Estrella-Delta 3.- Resistencia primaria

1.- Resistencia primaria 2.- Auto Transformador Conveniencia por frecuentes arranques 3.- Estrella-Delta

Para fáciles cargas de arranque

Bajo costo

1.2.3.4.-

Devanado bipartido Estrella-Delta Resistencia primaria Auto Transformador

1.2.3.4.-

Devanado bipartido Estrella-Delta Auto Transformador Resistencia primaria



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Para seleccionar el arrancador deberá tenerse en cuenta que las capacidades comerciales son: ARRANCADORES A TENSIÓN COMPLETA: EN 2 POLOS Tamaño 0 = 2, 3 y 5 C.P. para 120 y 440 volts Tamaño 1 = 3, 7.5 y 10 C.P. para 120 y 440 volts Tamaño 2 = 7.5, 15 y 25 C.P. para 120 y 440 volts Tamaño 3 = 15, 30 y 50 C.P. para 120 y 440 volts Después de este tamaño, se recomienda utilizar arrancadores a tensión reducida que pueden ser de 4 tipos: Auto-transformador, Estrella-Delta, Devanado Bipartido y Resistencia Primaria. Calculo de protección contra so brecarga (elemento térmico) Para la selección del elemento térmico se recomienda multiplicar la corriente nominal por 1.15. Si llegase a ser insuficiente puede aumentarse este valor a 1.25 y en casos críticos hasta 1.40 pero no más de este valor ((Art. 430-32 y 430-34 NOM-001SEDE-1999).

TABLA DE SELECCIÓN DE LA PROTECCIÓN CONTRA SOBRECARGA PARA MOTORES CON POTENCIAS MAYORES A 1 C.P. Por ciento de la corriente nominal Motores con factor de servicio no menor de 1.15 ......................

125 %

Motores con elevación de temperatura no mayor de 40 °C..............

125 %

Todos los otros motores ..........................................................

115 %


Unidad 2 instalaciones electricas

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