Tema 2A CÁLCULO DE SECCIONES Tema 2A CÁLCULO DE SECCIONES 1. CÁLCULO DE SECCIONES DE CONDUCTORES DE BAJA TENSIÓN 1.1. CONDUCTORES Los cables para baja tensión tienen unas estructuras características, cada capa sobre los conductores tiene una función específica. ¿Qué es un cable? Conjunto constituido por uno o varios conductores aislados y sus eventuales revestimientos (cubierta, pantalla, armadura, etc.). Partes de un cable Conductor: Parte de un cable que tiene la función específica de conducir corriente. Los metales conductores más empleados son cobre y aluminio. El cobre presenta algunas ventajas frente al aluminio, como tener menor resistencia eléctrica, mayor resistencia mecánica, puede ser rígido o flexible, se fabrica en secciones pequeñas, menor coeficiente de dilatación lineal... Aislamiento: Conjunto de materiales aislantes (conductividad prácticamente nula) cuya función específica es soportar la tensión. En baja tensión los niveles de aislamiento más frecuentes son 450/750 V y 0,6/1 kV. Valores asignados que refieren a tensión entre conductor y tierra / tensión entre conductores. Los materiales de aislamiento más frecuentemente empleados son: • • • • Poliolefinas: por ejemplo cables de alta seguridad de 450/750 V (AS) (H07Z1-K (AS) TYPE 2). Polietileno reticulado (XLPE): p.e. cables de 0,6/1 kV como (AS) (RZ1-K (AS)) o (RV-K). Policloruro de vinilo (PVC): p.e. cables de 450/750 V (H07V-K) o Rígido (H07V-R). Goma: p.e. cables de 450/750 V o cables de 0,6/1 kV tipo CPRO. Página 1 Tema 2A CÁLCULO DE SECCIONES Cubierta: Revestimiento tubular continuo y uniforme cuyo fin es proteger mecánicamente el cable. NOTA: el cable sin cubierta es lo que técnicamente se conoce como conductor aislado por estar compuesto de conductor + aislamiento. Las cubiertas más usuales son: • • • Poliolefinas: p.e. cables de alta seguridad de 0,6/1 kV (AS) (RZ1-K). PVC: p.e. cables de 0,6/1 kV CPRO Flex (RV-K). Goma Pantalla Revestimiento destinado a asegurar compatibilidad electromagnética. (evitar interferencias internas o externas). Los cables Blindex de Prysmian con pantalla de trenza de cobre tienen una cobertura de pantalla superior al 60 % siguiendo exigencias de las normas. Las pantallas de cinta de cobre o aluminio son mejores para reducir interferencias por altas frecuencias, las de trenza de cobre mejor para bajas frecuencias. Armadura: Parte de un cable pensada principalmente para dotarlo de mayor protección mecánica. Tipos de armadura más frecuentes: • De corona de hilos de acero. • De flejes de acero. Buena protección mecánica Página 2 Tema 2A CÁLCULO DE SECCIONES • De fleje de acero corrugado. Buena protección mecánica y flexibilidad. • De trenza de hilos de acero. Máxima flexibilidad. 1.2. Cálculo de la sección de un cable. Para saber cuál es la sección adecuada que debemos seleccionar de un cable de baja tensión y asegurarnos que cumple con los requisitos para suministrar tensión de forma correcta deberemos de realizar tres pasos: Primero deberemos de comprobar la intensidad admisible por el cable o el calentamiento que soporta. Segundo deberemos de comprobar que sección de cable le corresponde a la instalación por caída de tensión. Tercero deberemos de comprobar la intensidad o corriente de cortocircuito. Después de saber el resultado de cada uno de los pasos anteriores, escogeremos la sección mayor del cable de los tres apartados. (Recuerda que estos datos están calculados con una temperatura media de 40 grados centígrados, en caso de trabajar con una temperatura diferente habría que aplicar el factor de corrección correspondiente) 1-Intensidad admisible del cable o por calentamiento (límite térmico del aislante). 2-Cálculo de la sección teniendo en cuenta la caída máxima de tensión en la línea. Página 3 Tema 2A CÁLCULO DE SECCIONES 3- Cálculo de la sección del cable en caso de cortocircuito (energía máxima liberada en el cable que no lo llega a dañar). Consideraciones iniciales para el cálculo: - - Tipo de instalación a ejecutar: o Tubo superficial, o Tubo empotrado, o Instalación directamente enterrada, etc. Material conductor: (los más utilizados son el cobre y el aluminio) - Material aislante del cable: ▪ EPR: Etileno Propileno -Termoestable▪ XLPE: Polietileno reticulado -Termoestable▪ PVC: Policloruro de vinilo -Termoplásticoo El aislamiento termoplástico a base de poliolefina tipo Z1 es equivalente al PVC - Tensión de aislamiento o 450/750V (ITC BT 019 Instalaciones interiores o receptoras) o 0,6/1 kV (ITC BT 006 Instalaciones aéreas; ITC BT 007 Instalaciones subterráneas) Variación de resistencia y resistividad de los conductores con la temperatura: - - Otros: o Efecto Skin o pelicular, variación de la resistencia con la frecuencia 𝑅𝐶𝐴 = 1,02. 𝑅𝐶𝐶 o Fenómeno de inducción dependiendo de la sección: (𝑍 = 𝑅 + 𝑗𝑋) Intensidad admisible del cable o cálculo por calentamiento. En este apartado vamos a ver que intensidad máxima soporta el cableado para sin llegar a deteriorarse o provocar una avería en trabajo continuo. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un cable cualquiera, éste se calienta por el efecto Joule y puede llegar a deteriorarse, para que el cable soporte la intensidad que circula por él tiene que estar dimensionado y tener un diámetro suficiente. El conductor tiene una masa en Kg y una superficie externa en m2. Estos datos los unimos al hecho de que la corriente aporta una energía al cable en forma de I2.R.t, de forma que se encuentra un equilibrio termodinámico entre aporte de energía por la corriente Página 4 Tema 2A CÁLCULO DE SECCIONES y la pérdida térmica por la superficie del conductor. Si el balance es negativo el conductor se refrigera y por tanto bajará su temperatura hasta un equilibrio térmico a una temperatura inferior. En caso de que el balance sea positivo la temperatura aumentará hasta la destrucción del aislante del conductor. Para conocer la sección que le corresponde según la intensidad máxima admisible por el conductor que vamos a hacer circular por él utilizaremos las tablas de intensidad del reglamento electrotécnico de baja tensión. Previamente hemos de calcular la intensidad de servicio IB (de consumo necesaria por el conductor). Esta tabla está pensada para cables de cobre y una temperatura ambiente de 40 grados centígrados. Página 5 Tema 2A CÁLCULO DE SECCIONES La primera categoría que deberemos saber es el “método de instalación”, puede ser A1, A2, B1, B2, etc. El método de instalación nos indica en qué circunstancias se han instalado los conductores, si es tubo empotrado en pared de obra, tubo empotrado en pared de madera, cable multiconductores, cables unipolares, etc. Página 6 Tema 2A CÁLCULO DE SECCIONES Una vez sabemos la primera categoría, después deberemos seleccionar si se trata de un circuito trifásico (3x) o monofasico (2x), y también el tipo de aislante que utiliza, PVC (tipo de material termoplástico) y XLPE (tipo de material termoestable). El siguiente paso será seleccionar la intensidad que tendrá que soportar el cable, la columna de la intensidad en la que nos moveremos estará definida por los dos primeros matices comentados, el método de instalación y el tipo de aislante. Para conocer la intensidad que vamos a utilizar podemos hacer uso de las fórmulas y calcular la intensidad tanto para líneas trifásicas como monofásicas. También hay que recordar que siempre que por la misma canalización circule más de un circuito tendremos que multiplicar la intensidad por el factor de reducción de la tabla siguiente: Página 7 Tema 2A CÁLCULO DE SECCIONES Para líneas monofásicas: Para líneas trifásicas: Una vez conocemos la intensidad, por ejemplo 70 amperios (suponiendo que nos encontramos en la columna 7) entonces nos moveremos hacia la izquierda de esta fila y veremos descrita la sección de cobre que le pertenece para una instalación con esas características de consumo (para 70 amperios en la columna número 7 le corresponde un cable de sección 16 milímetros cuadrados. Cálculo de la sección teniendo en cuenta la caída máxima de tensión permitida. Para saber la sección de cable que le pertenece a una instalación según la caída de tensión de la misma podemos hacer uso del reglamento electrotécnico de baja tensión, ITC BT 014, 015 y 019. La caída de tensión es igual a la intensidad que circula por el cable multiplicado por la resistencia que ofrece el mismo cable al paso de corriente eléctrica. Página 8 Tema 2A CÁLCULO DE SECCIONES Las dos fórmulas que utilizaremos para saber la sección que le corresponde al cable según la caída de tensión son: Para líneas trifásicas: Para líneas monofásicas: Sabiendo que: Página 9 Tema 2A CÁLCULO DE SECCIONES Un factor de potencia que podemos utilizar, siempre y cuando los receptores que estén previstos para la instalación no indiquen lo contrario, es 1 para receptores de uso general, 0.8 o 0.9 para motores, 0.9 para línea general de alimentación destinado a viviendas y 0.8 de un local comercial, 1 para derivaciones individuales monofásicas y 0.8 para derivaciones individuales trifásicas. Cálculo de la sección del cable en caso de cortocircuito. El cable deberá soportar una intensidad máxima de cortocircuito descrita en la fórmula siguiente: 𝐼𝐶𝐶 = Sección mínima del cable 𝑆 = 𝐼𝐶𝐶 . 𝑆𝐶𝐶 √3. 𝑈 √𝑡 𝑘 Donde: S = Sección mínima del cable Icc = Intensidad de cortocircuito. Scc = Potencia aparente de cortocircuito. U = Tensión. t = Tiempo de cortocircuito máximo. K = Constante que toma el valor dependiendo del material: Cálculo del conductor de neutro Para líneas generales de alimentación (LGA) se seguirá las secciones de la tabla: Página 10 Tema 2A - CÁLCULO DE SECCIONES Para derivaciones individuales e instalaciones interiores: El conductor neutro deberá, en general, ser de la misma sección que los conductores de fase, excepto cuando se justifique que no puedan existir desequilibrios o corrientes armónicas por cargas no lineales. Por ejemplo, en alimentación a instalaciones en las que todos los receptores sean trifásicos. Sección del conductor de protección (PE): Página 11
