6. Determinación de la sección de los conductores

6. Determinación de la sección de los
conductores
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Propiedad de Prysmian, Inc.
Características Funcionales de los Cables
Las líneas o cables deben ser capaces de transportar la corriente
normal de funcionamiento, y la que se presenta en situaciones de
emergencia.
En emergencias se admite sobrecargar los cables; el limite
estará dado por la temperatura que alcance el material conductor
sin degradar el aislante.
La temperatura del cable depende del ambiente, por lo que su
capacidad de sobrecarga esta ligada a estas condiciones
(temperatura, velocidad del aire, etc.).
Si el cable es relativamente largo, la caída de tensión (diferencia
entre las tensiones en sus extremos) asume importancia y puede
ser necesario verificar estas condiciones, no olvidemos que la
distribución de energía eléctrica se hace a tensión constante.
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Vida útil de los cables
En general es elevada (superior a 20 años)
En la práctica la duración del cable depende de como se
conserve el aislante. Este esta sometido a temperaturas que
aceleran el proceso de envejecimiento y que se reflejan en perdida
de sus cualidades mecánicas.
El estudio de los aislantes ha conducido a definir que respetando
cierta temperatura máxima en operación se espera alcanzar cierta
vida útil, si la temperatura es mayor la vida útil se abrevia, cada
sobretemperatura que se presenta quita al cable algo de su vida
útil.
Se considera aceptable que sobrecargas y cortocircuitos hagan
perder al cable el 10% de su vida útil, este criterio define la
temperatura máxima que puede presentarse en estas condiciones.
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Corriente de Proyecto
Es la intensidad en régimen permanente que soportará el cable.
Algunas consideraciones para calcularla son:
Considerar la potencia nominal de los equipos
Prever oscilaciones de consumo
Prever ampliaciones futuras
considerar posibles sobrecargas.
Se debe conocer el tipo de cargas para verificar la distorsión
armónica que introducen.
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Dimensionamiento de Conductores
La SECCIÓN dependerá de:
• Modo de Instalación
• Potencia a Transportar
• Agrupamientos
• Temperatura ambiente
• Número de conductores por fase
• Tipo de cable
• Caída de Tensión admisible
• Cortocircuito admisible
• Secciones mínimas permitidas
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Instalaciones de referencia
El RIEI indican "modos de instalación" adecuados a las distintas situaciones
previstas en la obra. Los mismos se resumen en una serie de “instalaciones tipo",
cuya capacidad de disipación del calor generado por las pérdidas es similar.
Modo A
– Conductores aislados en tubos empotrados en paredes térmicamente
aislantes.
Modo B1 y B2
– Cables multiconductores en tubos embutidos en una pared térmicamente
aislante o caños colocados a la vista.
Modo C
– Un cable multiconductor o cables unipolares en contacto, sobre una
bandeja no perforada o de fondo sólido.
Modo E
– Cables multiconductores instalados al aire libre, sobre una bandeja
perforada o bandeja tipo escalera, separados de la pared una distancia
superior a 0,3 veces su diámetro.
Modo F
– Cables unipolares instalados al aire libre en contacto mutuo, sobre una
bandeja perforada o bandeja tipo escalera, separados de la pared una
distancia superior al diámetro del cable.
Modo G
- Cables unipolares instalados al aire libre, sin contacto mutuo, sobre una
bandeja perforada o tipo escalera
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Corrientes admisibles
Condiciones de Referencia
Tipo de
“Instalación de
Referencia”
Capacidad de
Carga del
Cable
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Corrientes admisibles
Condiciones distintas a las de Referencia
•Las capacidades de
carga de tablas se deben
afectar por los coeficientes
de corrección para las
condiciones reales de
instalación.
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Verificación por Caída de Tensión
El cable puede ser considerado como un elemento de parámetros concentrados con cierta resistencia y cierta reactancia, y cuando conduce corriente la
variación de tensión que por su causa se produce es:
∆ U = K * I * L * ( R. cos ϕ + X. sen ϕ) ; donde:
K = 2 para líneas monofásicas
K = 1.73 para líneas trifásicas (raíz de 3)
L = longitud de la línea, en km.
I = corriente transportada, en A
R = resistencia eléctrica a la temperatura de ejercicio, en Ohm / km.
X = reactancia inductiva del cable a 50 hz, en Ohm/km
cos ϕ = factor de potencia de la carga
La caída de tensión se puede verificar también por Tablas de los fabricantes,
donde se indica la caída de tensión en V/A Km, mediante ábacos que indican
la distancia máxima de las líneas para caídas de tensión máximas del 3 y 5%
o a través de software de cálculo
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Verificación por corrientes de cortocircuito
Utilizando dispositivos con tiempos de apertura entre 0,1 y 5 seg. Se
considera protegido el conductor cuya sección nominal cumpla con la
siguiente expresión:
t = (k * S / I)2 ; donde:
t = duración del cc en segundos
S = Sección nominal de los conductores en mm2
I = Intensidad de corriente de cortocircuito, en A
k = coeficiente que tiene en cuenta las características del conductor
K = 115 para Cu + PVC
k = 135 para Cu + XLPE
k = 74 para Al + PVC
k = 87 para Al + XLPE
Es decir que se determina una sección mínima que ocasione que actúen
las protecciones antes que se dañe el cable.
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Tipos de Líneas de acuerdo al RIEI
Tipo
Líneas principales
Características
Sección
Mínima
vinculan los bornes de salida del medidor con
4 mm²
los bornes de entrada del tablero principal.
Líneas seccionales
vinculan los bornes de salida del tablero ppal.
con los bornes de entrada del siguiente
1,5 mm²
Líneas de circuitos de
uso general
Líneas de circuitos de
uso especial
2,5 mm²
vinculan los bornes de salida del último tablero
con los puntos de utilización
2,5 mm²
2,5 mm²
Líneas de circuitos de
conexión fija
Derivaciones y retorno
de los interruptores
Posibilitan interrumpir el conductor de fase en
los circuitos de iluminación
1,5 mm²
Conductor de
Protección
Vinculan a tierra las corrientes de falla
2,5 mm²
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Cargas Lineales y No Lineales
En los circuitos de corriente alterna
con cargas lineales el valor eficaz de
la corriente se incrementa de forma
proporcional a la tensión.
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En los circuitos de corriente alterna
con cargas no lineales el valor
eficaz de la corriente no se
incrementa de forma proporcional a
la tensión
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Forma de Onda - Valores Instantáneos
Figura 1
En la Figura 1 se puede observar la
forma de onda de la corriente
fundamental (senoidal) con terceras y
quintas Armónicas.
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Figura 2
En la Figura 2 se muestra la onda
resultante, distorsionada por el agregado
de un 20% de terceras Armónicas y un
10% de quintas Armónicas
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Armónicas
Las Armónicas son tensiones o corrientes sinusoidales con
frecuencias que son múltiplos enteros de la frecuencia a la que
está diseñada para operar el sistema de alimentación (llamada
frecuencia fundamental; en nuestro país de 50 Hz).
Se originan en elementos tales como:
Computadoras y otros equipos de oficinas que tienen una alimentación
de corriente continua de tipo switch.
Balastos fluorescentes.
Variadores electrónicos de velocidad.
UPS.
Rectificadores.
Filtros de ruidos.
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Parámetros para caracterizar la presencia de
Armónicas
Tasa Individual de Armónica: representa la amplitud de cada
armónica individual (an) expresada como porcentual de la
fundamental (a1);
Dn = 100 (%)
Tasa Global de Distorsión: expresa el disturbio global
presente.
(%)
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Circulación de corriente por el Neutro
Cargas equilibradas y sin Armónicas
En sistemas trifásicos de 4 hilos las corrientes de
cargas fase a neutro fluyen por cada fase del
conductor y retornan por el neutro común. Si las
cargas trifásicas son lineales y están balanceadas
la corriente en el neutro es igual a cero,
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Corriente con 50% de 3ras. Armónicas
Las Armónicas de secuencia Cero (3ra y
9na) se suman en el neutro en vez de
cancelarse como sucedería en cargas
lineales balanceadas. El problema se
denomina del Neutro Recalentado
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Dimensionamiento de Conductores
Elemento a
dimensionar
Fase
Neutro
Práctica corriente
Solución correcta
Aplicación de los valores de
portada tabulados, corregidos
según las diversas
modalidades de tendido
Aumento de las secciones de
los conductores considerando
las corrientes reales, las
condiciones de sobrecarga, la
caída de tensión y las
variaciones de la misma
Conductor de neutro de
sección inferior o igual a la
adoptada para los
conductores de fase
Conductor de neutro de
sección mayor o igual a la
adoptada para los
conductores de fase y
correlacionada a las corrientes
reales que lo atraviesan
Circuito de neutro compartido
entre varias líneas
Circuito de neutro separado
para cada línea
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Coeficientes de Reducción de la Portada
considerando la Presencia de Armónicas
Corriente de tercera
armónica en la fase
Conductor seleccionado en Conductor seleccionado en
base a la corriente de fase base a la corriente de neutro
0 – 15%
1
-
15% – 33%
0.86
-
33% – 45%
-
0.86
> 45%
-
1
Para una primera aproximación se puede utilizar el método de la IEC
60364, válido para sistemas trifásicos equilibrados, donde la única
armónica significativa que no se cancela en el neutro es la tercera:
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Consideraciones adicionales
Cuando por razones prácticas no se puede aumentar la sección
del neutro se debe limitar las cargas o dimensionar en forma
concordante las secciones de fase.
Para los circuitos terminales debe preverse circuitos de neutro
separados para cada línea y circuitos separados para cada carga
deformante.
El recurso de balancear las cargas entre las fases evita ulteriores
contribuciones a la corriente de neutro ligadas al desequilibrio.
Cuando ocurre una deformación de las corrientes de carga debido
a una componente de tercera Armónica la sección del circuito de
neutro nunca debe ser inferior a la del conductor de fase.
El Contenido Armónico se puede estimar utilizando los manuales
o catálogos de las cargas de la instalación o de mediciones
realizadas sobre instalaciones similares.
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Ejemplo de Selección de cables en presencia de
Armónicas
Circuito: trifásico (4 conductores) instalado sobre pared
Carga nominal: 34 A
Cable a utilizar (criterio tradicional):
Requiere cable de 6 mm2(max. 37 A.)
Cable a utilizar (con 20% de 3ras. Armónicas):
Selección por corriente de fase
Coef 0,86 para la carga: 34 / 0,86 = 40 A
Requiere cable de 10 mm2
Cable a utilizar (con 50% de 3ras. Armónicas):
Selección por corriente de neutro = 34 * 0,5 * 3 = 51 A
Requiere cable de 16 mm2
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Conductor de Protección
Sección nominal de los
conductores de fase
Sección nominal del
conductor de protección
S<= 16 mm²
Sp = S
S> 16 mm²
S<= 35 mm²
Sp = 16 mm²
S> 35 mm²
Sp = S/2
La sección mínima del conductor de protección es de 2,5 mm²
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Preguntas?
Enero de 2006