Tema 5.

TECNOLOGÍA ELÉCTRICA
TEMA 5
CANALIZACIONES ELECTRICAS.
1
CANALIZACIONES ELECTRICAS.
?
CONDUCTORES
DESNUDOS
Líneas aéreas AT
Embarrados
Canalizaciones prefabricadas
AISLADOS
?
Instalaciones interiores
Distribución: BT, MT, AT
SISTEMAS DE CANALIZACIÓN DE LOS CABLES AISLADOS
I.
Al aire
suspendidos de cables fiadores
sobre bandejas ventiladas
sobre aisladores
sobre paredes y muros
en huecos de la construcción bien ventilados
2
1
CANALIZACIONES ELECTRICAS.
II.
empotrados o enterrados
directamente empotrado
III.
directamente enterrado
bajo tubo o conducto
tubo plástico
corrugado
sobre paredes
tubo plástico liso
tubo rígido (metálico o de plástico)
empotrados
en huecos de la construcción
3
ESTRUCTURA DE LOS CABLES AISLADOS
?
UNIPOLARES
MULTIPOLARES
Cables AT
Cable unipolar
Cables trenzados en haz
Cable multipolar
4
2
ESTRUCTURA DE LOS CABLES AISLADOS
?
UNIPOLARES
MULTIPOLARES
Cables multipolares:
1.- Conductor 2.- Aislante 3.- Armadura, pantalla
Cable multipolar
4.- Cubierta
Cable multipolar apantallado
Cable multipolar armado
Cable multipolar con flejes
5
CANALIZACIONES
canalización de PVC
canalización prefabricada
canalizaciones
prefabricadas en
ángulo
6
3
SELECCIÓN DE CANALIZACIONES: INFLUENCIAS
EXTERNAS
a- Medio ambiente:
-Temperatura ambiente - Sol
- Humedad
- Cuerpos sólidos
- Vientos - Agua
b- Utilización de la instalación.
- Rayos
- Choques
- Corrosión
• Pericia de las personas que utilizarán la instalación.
• Contactos entre las personas y suelos conductores.
c- Forma de construcción empleada.
• Facilidad de combustión del entorno.
• Posibles desplazamientos de elementos estructurales.
ESTRUCTURA DEL CONDUCTOR
Rígidos de un solo hilo: alambre (S ? 16 mm2)
Rígidos de cuerda (n hilos)
Clase 1 (n ?
. muy flexible
Flexibles
sección nominal ? sección real
7
MATERIALES UTILIZADOS COMO CONDUCTOR COBRE,
ALUMINIO
Cobre
Aluminio
Almelec
Acero
Resistividad a 20 ºC(? mm2 /m)
0,017241
0,028264
0,0325
0,163
Coef. de resistividad/temperatura
a 20 ºC (ºC -1 )
0,00393
0,00403
0,00360
0,0065
Coef. de dilatación lineal C-1
17×10 -6
23×10 -6
23×10 -6
11,2×10 -6
8.970
2.703
2.700
7.800
Densidad
kg/m3
Para la misma capacidad de transportar I
(misma R, l)
• SAl = 1.65 Scu
? Al = 1.64 ? cu (20º)
• Peso Al = 0.5 Peso Cu
Dens, Al =0.30 dens, cu.
• Precio Al < Precio Cu
Utilización
Cu: instalaciones interiores
Al: líneas de distribución
Comparación
Cu: mejores características mecánicas
menor espacio ocupado
menos problemas de corrosión
más caro
Otros materiales: Plomo (pantallas protectoras)
Acero (armaduras, tubos)
Problemas de conexión, Cu - Al
8
4
AISLANTES
TERMOPLÁSTICOS
TERMOESTABLES
• Policloruro de Vinilo (PVC)
• Polietileno Reticulado (XLPE)
• Buenas características mecánicas
• Buenas características aislantes
• Resistencia al ataque de agentes
químicos
• Bajas pérdidas
• Elevadas pérdidas dieléctricas;
Rais? 50 M? /Km
• Utilización: inst. interiores, BT,
caract. especiales
• Absorción de agua
• Atacable por luz solar
• Util.: inst. interiores, BT, redes de distrib.
(1KV)
• Goma Natural: cables muy flexibles, BT
• Polietileno (PE)
• Mejores propiedades aislantes
(AT, comunicaciones)
• Goma Butílica: cables muy flexibles, MT
• Etileno Propileno (EPR): M T
OTROS AISLANTES
• Papel impregnado en aceite: AT
aceite fluido, aceite viscoso, no migrantes
• Siliconas, Acetato de Vinilo, Politetrafluoroetileno: T?
9
ARMADURAS
? Fleje
Protección mecánica acero (cables multipolares)?
? Malla
PANTALLAS
? Distribución radial de E (MT)
? Evitar transmisión de ruidos eléctricos.
? Hilos o mallas Cu, fundas Pb, hojas Al
CUBIERTAS
•Protección del cable (aislante) frente agentes externos (luz, ozono, aceite,...)
•Protección frente a da ños mecánicos (abrasión, punzonado)
•Facilitar la instalación (bajo coeficiente de rozamiento)
•Materiales: PVC, XLPE, poliamidas, policloropreno
10
5
CUBIERTAS
ASPECTOS PRÁCTICOS
• Secciones máximas para facilitar el montaje:
- conductores MULTIPOLARES S ? 35 mm2 (fase)
- conductores UNIPOLARES
- si S ? 240 mm2 ?
S ? 240 mm2
Varios conductores en paralelo por fase
• Tensión nominal de aislamiento
U0 / U
por ej: 450 / 750 V
0.6 / 1 KV
tensión entre fases
tensión fase - cubierta
• Designación: RZ 0.6/1 KV 3x150/95 Al + 22.0
(UNE 21030)
11
RESISTENCIA DE LOS CONDUCTORES
?En continua:
R(? ) ? ? ?
l (m)
? ?mm2
?
?
(
)
S(mm2 )
m
Variación de ? con la temperatura
?Cobre:
? ? ? ? 200
234.5 ? t
254.5
? ? ? ? 200 (1 ? ? ? ? ) ? ? 20 0
?Aluminio:
? ? ? ? 200
?c ? t
? c ? 20
228 ? t
248
12
6
RESISTENCIA DE LOS CONDUCTORES
Resistividad del cobre y del aluminio a distintas temperaturas
20ºC
45ºC
60ºC
85ºC
100ºC
160ºC
250ºC
COBRE
0.01724
0.01893
0.01995
0.02164
0.02266
0.02672
0.03282
ALUMINIO
0.02826
0.03111
0.03282
0.03567
0.03738
0.04422
0.05448
Ej: Si t = 900 C (temp . de régimen)
? Cuu, 90 = 1.27 ? Cuu, 20 ?
? Per ? 27 %
? R ? 27 %
? Alu, 90 = 1.28 ? Alu, 20 ?
? R ? 28 %
?U ?
13
RESISTENCIA EN C.A.
Efecto pelicular
Efecto de proximidad
La R de cables a 50 Hz puede obtenerse por:
R´ = R (1 + ?p)
R´:
Resistencia
corregida
R´ = R (1 + ?s )
R: Resistencia en c. continua
R´: Resistencia en c. alterna
sin tener en cuenta el efecto
R: Resistencia en c. continua
14
7
REACTANCIA EN CONDUCTORES
i(t) ?
? (t) ?
e(t) en c.a.
E ? jX I
REACTANCIA
POR FASE
X ? w ?L ? 2 ?? ? f ?L
X (? )
L (Henrios)
X: Determinada por:
?
características del cable (l, r, d)
condiciones de tendido
15
REACTANCIA EN CONDUCTORES
X en líneas trifásicas
?
? d ??
X ? 6, 28 ? 10 ? 5 ???0, 25 ? ln ? ????l ;
? r ??
?
X ( ? ), l ( m)
d ? (2 r + 2 e)
d?
3
d 12 ?d 23 ?d 31
d ? 3 2 ?d1
Datos prácticos: en BT d varia poco, ln d menos
r
r
d1 >> d
X ? 80 m? /Km
d1 ? d
X ? 300 m? /Km
X ? 130 m? /Km
líneas aéreas
16
8
17
CAIDA DE TENSIÓN EN CONDUCTORES EN CA
CIRCUITO EQUIVALENTE
MONOFÁSICO
(FASE - NEUTRO)
U1 ? U 2 ? ( R ? j X ) I
Caída de tensión: ? U ? U 1 ? U 2 ? U1 ? U 2 ? ( R ? j X ) I
? U ? R I cos? ? X I sen? ? A
0
18
9
CAIDA DE TENSIÓN EN CONDUCTORES EN CA
Expresiones prácticas:
• Líneas trifásicas:
?U ?
3 ( R I cos? ? X I sen? ) V
• Líneas monofásicas:
? U ? 2 (R I cos? ? X I sen? ) V
? U ? R I cos? ? X I sen? ? R I a ? X I b
• Caída de tensión porcentual
? U (%) ?
?U
100
U1
• Cálculo aproximado de ? U
?U ?
3R I
? cos ? ? 1
si ?
? X ?? R
Ejemplo:
Cu:
S = 70 mm2
S = 185
mm2
? R = 268 m? /Km >> X
? R = 99 m? /Km ? X
Al:
S = 150 mm2 ? R = 206 m? /Km
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DISEÑO DE LÍNEAS POR CAÍDA DE TENSIÓN
ITC BT 19- 2.2.2 Caídas de tensión admisibles:
? Viviendas
?? U ? 3 % Instalaciones receptoras alimentadas en B.T.
?? U ? 3 % Alumbrado
?? U ? 5 % Otros usos (Fuerza)
? Instalaciones industriales alimentadas en A.T.(20KV) mediante
transformador propio:
?? U ? 4.5 % Alumbrado
?? U ? 6.5 % Otros usos (Fuerza)
NOTA: Se considera muy recomendable no llegar hasta estos valores de ? U
20
10
CALENTAMIENTO DE LOS CONDUCTORES
Qg ? Pg ? R I 2
Qev ? C (Tc ? Ta ) S c
?
?
?
Coef. transmisión
térmica global
Equilibrio térmico ?
Qg = Qev
para condiciones dadas (C, Ta ) ? I ? Tc
Máxima intensidad admisible en un conductor
Imax ?
Tc = T maxad.
Tmax
(Reg.. Continuo)
conductor
tipo de cable: ?
? aislamiento
? cubierta
condiciones
instalación
de canalización
? tipo
ventilación
otros
? proximidad
conductores
? tipo de instalación
RI 2 ? CSc (Tc ? Ta )
? (? ? r 2 ) 2
? C 2 ? r (Tc ? Ta )
? r2
r?
? ? ?
?2?
C 2 (Tc ? Ta )
?r
PVC
70º
? ? densidad de corrienteen A / mm 2
XLPE
90º
? ? resistividad en ? mm 2 / m
r ? radio del conductoren mm
21
DISEÑO DE UNA INSTALACION ELECTRICA
? Sistema de protección de los usuarios (cap. 4)
? Sistemas de puesta a tierra (cap. 3)
? Canalizaciones eléctricas (cap. 5)
? Sistemas de protección frente a sobreintensidades y
sobretensiones (cap. 6)
? Instalaciones de Alumbrado (cap. 7)
? Sistema de compensación de Energía Reactiva (cap.8)
? Centro de transformación (cap. 9)
22
11
DISEÑO DE LAS CANALIZACIONES DE UNA INSTALACION
ELECTRICA
DATOS DE PARTIDA
• Características de los consumos (Potencias, Nº fases, Tipo...)
• Descripción del local: distribución, altura, uso…
• Ubicación de los consumos
• Ubicación del C.G.B.T, de los Cuadros Secundarios…
• Descripción del Proceso Industrial, modo de utilización ...
• Condiciones especiales (influencias externas: riesgo de incendio o explosión,
humedad, temperaturas elevadas…
DEFINICION DEL DIAGRAMA
UNIFILAR
• Determinación del Nº de Líneas
repartidoras (desde el C.G.B.T)
• Determinación del Nº de Cuadros
Secundarios, Terciarios
DEFINICIÓN DE LAS
CANALIZACIONES
• Trazado
• Tipo
• Dimensiones
• Líneas que las integran
23
DISEÑO DE LAS CANALIZACIONES DE UNA INSTALACION
ELECTRICA
DEFINICION DE LOS CONDUCTORES DE CADA LINEA
• Nº de conductores por línea
• Tipo de material conductor
• Tipo de material aislante
• Tensión nominal de aislamiento
• Tipo de cable (unipolares o multipolares)
• Recubrimientos protectores (Cubiertas)
DIMENSIONADO DE LAS SECCIONES DE LOS CONDUCTORES
• Dimensionado de los conductores de fase
- Criterio térmico
- Criterio de Caída de Tensión
• Dimensionado del conductor neutro
• Dimensionado del conductor de protección
24
12
DISEÑO DE LAS CANALIZACIONES
- DATOS DE PARTIDA ? DESCRIPCION DEL LOCAL
( Planta, alzados, dimensiones…)
? CARACTERISTICAS DE LOS
CONSUMOS (CARGAS)
- Nº de Fases: Monofásicos (F+N),
(F+N+PE)
Trifásicos (3F), (3F+N), (3F+N+PE),
(3F+PE)
- Corriente demandada (In)
? UBICACIÓN DE LOS ELEMENTOS
• Cargas
• C.T, CGBT, Acometida
• Otros elementos constructivos,…
? TIPO (NATURALEZA) DE LOS
CONSUMOS
?Alumbrado:
Lámparas de descarga IB = 1.8
?Motores:
PL
UN
IB = 1.25 In (Para el motor de Pmáx.)
25
DISEÑO DE LAS CANALIZACIONES
- DATOS DE PARTIDA ? CONDICIONES ESPECIALES (INFLUENCIAS EXTERNAS)
?Emplazamientos húmedos, mojados, atmósferas corrosivas,
temperaturas elevadas (T>50ºC), temperaturas muy bajas, atmósferas
polvorientas, Estaciones de Servicio, Garajes…??(ITC BT 030)
?Locales con riesgo de incendio o explosión ??(ITC BT 029)
?Locales de pública concurrencia ??(ITC BT 028)
? CONOCIMIENTO DEL PROCESO (MODO DE UTILIZACION)
26
13
DISEÑO DE LAS CANALIZACIONES
- DIAGRAMA UNIFILAR ? NÚMERO DE LINEAS REPARTIDORAS (DESDE EL CGBT)
•Una por cada cuadro secundario o consumo de gran potencia
? NÚMERO DE CUADROS SECUNDARIOS Y NIVELES DE DISTRIBUCIÓN
NºC.S. Ý
Mayor coste de instalación
Facilita el mantenimiento
NºN.D. Ý
Menor coste de explotación
Limita la repercusión de las averías
? CRITERIO DE AGRUPAMIENTO DE CARGAS (EN UN CUADRO)
•Proximidad geográfica
•Funcionalidad (cargas que intervienen en un mismo proceso)
27
DISEÑO DE LAS CANALIZACIONES
- DIAGRAMA UNIFILAR ?DETERMINACION DE LAS CORRIENTES DE DISEÑO DE LAS
DISTINTAS LINEAS (IB)
- Líneas que alimentan cargas ? IB = K In
- Motores:
K=1,25
- Lámparas de descarga:
K=1,8
- Otras cargas:
K=1
- Líneas que alimentan cuadros
- Si se conoce el proceso (cargas que pueden conectarse simultáneamente):
IB = ? Ii (suma de valores eficaces)
- Si desde el cuadro se alimentan motores IB = ? Ii :
IB = 1,25 In mot.máx + ? Ii
- Si no se conoce el proceso (se desconocen las cargas conectadas
simultáneamente):
IB =c ? Ii (c: coef. de simultaneidad)
- Líneas de acometida
IB ?
S NT
3U
28
14
MÉTODO PRÁCTICO DE DIMENSIONADO DE SECCIONES
POR CRITERIO TÉRMICO
•Utilización de tablas [ Iad/ s ] dadas por Normas,
definidas para:
- tipo de cable.
- condiciones de instalación tipo.
Dado
?
?
tipo de cable ? ? Tabla ? s / I ad ( s) ? I B
cond. instal. ??
IB
Si cond. instalación no coinciden exactamente
? Aplicar coef. de corrección: K (Normas)
Int. adm.: Iz = K Itabla
29
MÉTODO PRÁCTICO DE DIMENSIONADO DE SECCIONES
POR CRITERIO TÉRMICO
• Caso general
Dado
Dado
?
?
? ? Tabla; obtener K ?
?
?
I
? Sección adecuada : s / I tabla(s) ? B
K
S
?
?
tipo de cable ? ? Tabla; obtener K ?
cond. instal. ??
IIB
B
tipo de cable
cond. instal.
? Intensidad admisible : I z ? I tabla(s) ?K
30
15
DIMENSIONADO SEGÚN OTRAS NORMAS
• UNE 20-460:
Instalaciones eléctricas en edificios
Parte 523:
Corrientes admisibles
• UNE 20-435: Guía para la elección de cables de Alta
Tensión
Un ais ? 1000 V
EJEMPLO:
Con IB = 250 A. y cable tripolar de Cu, aislado con
XLPE U0 /U = 0.6/1 KV. Instalado al aire, Ta = 500 C
K ? 0.9
IB
? 277 ? Sad ? 120 mm 2 (Itabla ? 300 A)
K
I Z ? 0.9 ?300 ? 270 A
31
DIMENSIONADO DE CONDUCTORES POR C.D.T.
EXPRESIONES DE LA C.D.T. EN FUNCIÓN DE LA POTENCIA
LÍNEA TRIFÁSICA
Relaciones entre la
intensidad y la potencia
I?
Expresión de la c.d.t. en
función de la potencia
P
; I a ? I ?cos ? ?
3 ?U ?cos ?
? U ? R I cos? ? X I sen? ? R I a ? X I b
L
??Ru ?P ? X u ?Q ?
U2
Ru, Xu resistencia y reactancia por unidad de longitud
U1 ? U 2 ? ? U ?
Para secciones de conductores ? 120 mm2
?U ?
L ?? ?P
U 2 ?S
U 2 ? Un ?
LÍNEA MONOFÁSICA ? ?
P
?Q
; I r ? ? I ?sen ? ?
;
3 ?U
3 ?U
?U ?
L ?? ?P
Un ?S
La expresión de la c.d.t. en % queda:
??
?U
?100
Un
??
L ? ? ?P
?100
S ?U n 2
L ?? ?P
?200
2
S ?U n
32
16
LÍNEAS DE SECCIÓN UNIFORME CON MÚLTIPLES CARGAS
?
La intensidad I k en cada tramo de la línea será:
Tramo 0 ? 1:
? ? ?
? ?
I1 ? I 2 ? I 3 ?.....? I n ? I 01 ? I 01a ? I 01 r ? j
? ?
? ?
Tramo 1 ? 2:
? ?
? ?
I 2 ? I 3 ? ....? I n ? I 12 ? I12a ? I 12r ? j
? ?
?? ??
? ?
Tramo 2 ? 3: I 3 ? I 4 ? .....? I n ? I 23 ? I 23a ? I 23r ? j
La caída de tensión en la LÍNEA TRIFÁSICA será:
? U ? 3 ??Ru ??L1 ?I 01a ? L2 ?I12a ? ....?? X u ??L1 ?I 01r ? L2 ?I 12r ? ... ???
? 3 ?Ru ??L1 ??I1a ? I 2a ? I 3a ? ....?? L2 ??I 2a ? I 3a ? I 4a ? ....? ? ...?
? 3 ? X u ??L1 ??I 1r ? I 2r ? I 3r ? .... ?? L2 ??I 2r ? I 3r ? I 4r ? .... ?? ....?
33
LÍNEAS DE SECCIÓN UNIFORME CON MÚLTIPLES CARGAS
Utilizando la siguiente expresión: Ika ?
?
?
(aproximando U k por U n), resulta:
Pk
3 ?U n
; I kr ?
? Qk
3 ?U n
n
Ru
??L1 ?P1 ? ?L1 ? L2 ??P2 ? ?L1 ? L2 ? L3 ??P3 ? .... . ??? X u ??L ?Q ? ?L ? L ??Q ? ?L ? L ? L ??Q ? ..... ??
1
1
1
2
2
1
2
3
3
Un
Un
n
X
R
R
? u ??L01 ?P1 ? L02 ?P2 ? L03 ?P3 ? ..... ? ? X u ??L01 ?Q1 ? L02 ?Q2 ? L03 ?Q 3 ? ... ?
Un
Un
?U ?
34
17
LÍNEAS DE SECCIÓN UNIFORME CON MÚLTIPLES CARGAS
Cuando las secciones no son
muy grandes, puede
despreciarse el sumando
correspondiente a la
reactancia
?U ?
? ? n
?
??? L0 i ?Pi ?
S ?U n ? i ?1
?
o bien:
S?
100 ?? ? n
?
?
L0 i ?Pi ?
2 ??
? ?U n ? i ?1
?
? c.d.t. porcentual
LÍNEAS MONOFÁSICAS
S?
200 ?? ? n
?
??? L0i ?Pi ?
2
? ?U n ? i ? 1
?
35
DIMENSIONADO DE TUBOS Y CANALES PROTECTORES
? Clasificación:
- Metálicos rígidos:
Blindados.
Blindados con aislamiento interior.
Normales (Bergman).
- Metálicos flexibles:
Blindados (IP 7-9 UNE 20 324).
Normales (IP 3-5 UNE 20 324).
- Aislantes rígidos (PVC):
Normales: estancos y no
propagadores de la llama.
Blindados.
- Aislantes flexibles:
Normales.
? Diámetro tubos:
ITC BT 21 Tablas
S ? o nº conductores ? ? Sección libre
tubo ? 3 Sección de conductores
? Dimensionado de bandejas o canales similar
a la de los tubos.
? Posibilidad de ampliación ? 25% sección
realmente ocupada.
? En redes subterráneas bajo tubo, un tubo
para cada circuito.
? Tubos metálicos: todos los conductores de
una misma línea deben incluirse en el mismo
tubo.
? Agrupación de circuitos en un solo tubo o bandeja cuando se cumplen simultáneamente las
siguientes condiciones:
- Todos los aislamientos son válidos para la máxima tensión de servicio.
- Debe existir un aparato general de mando y protección único.
- Cada circuito individual está protegido contra sobreintensidades.
36
18
ÍNDICES DE PROTECCIÓN (IPXX)
- PRIMERA CIFRA CARACTERÍSTICA -
PROTECCIÓN CONTRA LOS CUERPOS SÓLIDOS.
Cifra
Significado para la protección del equipo
0
Sin protección
1
Contra el ingreso de objetos extraños sólidos de Ø ? 50 mm
2
Contra el ingreso de objetos extraños sólidos de Ø ? 12,5 mm
3
Contra el ingreso de objetos extraños sólidos de Ø ? 2,5 mm
4
Contra el ingreso de objetos extraños sólidos de Ø ? 1,0 mm
5
Protegido contra el polvo
6
Totalmente protegido contra el polvo
37
ÍNDICES DE PROTECCIÓN (IPXX)
- SEGUNDA CIFRA CARACTERÍSTICA -
PROTECCIÓN CONTRA LOS LÍQUIDOS.
Cifra
Significado para la protección del equipo
0
Sin protección
1
Protegido contra las caídas verticales de gotas de agua
2
Protegido contra las caídas de agua con una inclinación máx. 15º
3
Protegido contra el agua en forma de lluvia
4
Protegido contra las proyecciones de agua
5
Protegido contra los chorros de agua
6
Protegido contra los chorros fuertes de agua
7
Inmersión temporal
8
Inmersión continua
38
19
ÍNDICES DE PROTECCIÓN (IPXX)
- TERCERA CIFRA CARACTERÍSTICA -
PROTECCIÓN CONTRA LOS CHOQUES MECÁNICOS.
Cifra
Significado para la protección del equipo
0
Sin protección
1
Energía de choque: 0,225 Julios
3
Energía de choque: 0,5 Julios
5
Energía de choque: 2 Julios
7
Energía de choque: 6 Julios
9
Energía de choque: 20 Julios
39
20