CRITERIOS DE SELECCIÓN
DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS (http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_electrica_y_electronica/conductoreselectricos/default.asp))
Para la selección de un conductor se debe tener en cuenta las
consideraciones eléctricas,
Térmicas, mecánicas y químicas. Las principales características de cada
una de ellas se pueden resumir de la siguiente forma:
Consideraciones
eléctricas.
Tamaño (capacidad de corriente),
tipo y espesor del aislamiento, nivel de tensión (baja, media o alta),
capacidad dieléctrica, resistencia de aislación, factor de potencia.
Consideraciones térmicas.
Compatibilidad con el ambiente, dilatación de la aislación, resistencia
térmica.
Consideraciones
mecánicas.
Flexibilidad, tipo de chaqueta exterior,
armado, resistencia al impacto, abrasión, contaminación.
Consideraciones
químicas.
Aceites, llamas, ozono, luz solar, ácidos.
La selección del calibre o tamaño del conductor
requerido para una aplicación, se determina mediante:
1.- La corriente requerida por la carga.
2.- La caída de tensión admisible.
3.- La Corriente de cortocircuito
La verificación del tamaño o sección transversal del conductor se puede
efectuar mediante los siguientes criterios:
En base a la capacidad de corriente: se deben
considerar las características de la carga, requerimientos del Código Eléctrico Nacional (CEN), efectos térmicos de la corriente de
carga, calentamiento, pérdidas por inducción magnética y en el dieléctrico.
Corriente requerida por carga
Cuando la selección del tamaño del cable se hace en
base a este criterio, se recurre a tablas normalizadas donde para distintos
valores de corriente se especifica la sección mínima del conductor a emplear.
Debe tenerse presente cuando los cables van canalizados, o cuando pasan por
fuentes de calor. La temperatura permanente no debe exceder del valor
especificado por el fabricante, que generalmente está en el rango de 55 a 90
°C.
En base a sobrecargas de emergencias: las
condiciones de operación nominales de un cable aseguran una vida útil que
fluctúa entre 20 y 30 años.
Sin embargo, en algunos casos por condiciones de
operación especiales se debe sobrepasar el límite de temperaturas de servicio,
por tal motivo, en períodos prolongados, disminuye así su vida útil. Para este
fin, se han establecido temperaturas máximas de sobrecarga para distintos tipos
de aislación. La operación a estas temperaturas no deben exceder las 100 horas
por año, y con un máximo de 500 horas durante toda la su vida útil. Existen tablas
donde, para distintos tipos de aislación, se especifica el factor de sobrecarga
para casos de emergencias. Al operar bajo estas condiciones no se disminuye la
vida útil del cable porque la temperatura en él se va incrementando
paulatinamente hasta alcanzar su nivel máximo de equilibrio térmico, es por
esto que los cables admiten la posibilidad de sobrecarga.
Caída de tensión admisible
Este criterio es válido para la selección de cables
en media y alta tensión.
En base a la regulación de tensión: se considera la
sección que permita una caída de tensión inferior al 3% en el alimentador
respecto a la tensión nominal, y que no supere al 5% en la carga más alejada.
Este criterio es aplicable en baja tensión.
Corriente de cortocircuito
En base a la corriente de cortocircuito: bajo
condiciones de cortocircuito, la temperatura del cable aumenta rápidamente, y
si la falla no es despejada se producirá la rotura permanente del aislante. Se
recomienda para cada tipo de aislación un límite de temperatura transitoria de
cortocircuito, que no debe durar más de 10 segundos
CÁLCULO DE LAS SECCIÓN DE CONDUCTORES
(http://www.ijsf.esc.edu.ar/Archivos/pTercero/PyDE/Calculo%20de%20la%20Seccion%20de%20Conductores.pdf)
Los conductores que unen la salida de un circuito
de distribución con el receptor son uno de los elementos que deben ser
protegidos contra cortocircuitos.
Los criterios a tener en cuenta para su
dimensionado son:
Tensión
nominal
Cálculo
térmico
Verificación
de la caída de tensión
Verificación
al cortocircuito
Tensión nominal
Es el valor que define la aislamiento. Se deberá
cumplir en todo momento que su tensión nominal (especificada para el conductor) sea superior,
o a lo sumo igual a la tensión de servicio existente en la instalación. (Vn ≥
Vs).
Los conductores para las instalaciones eléctricas
de baja tensión, generalmente, son
diseñados para tensiones de servicio de 1,1 KV (kilovoltios=1000 voltios).
Cálculo térmico
Será el que determine en principio la sección del
conductor. El valor eficaz de la intensidad de corriente nominal del circuito
no tendrá que ocasionar un incremento de temperatura superior a la especificada
para cada tipo de cable.
Para los conductores aislados y sin envoltura de
protección, la norma refiere las
intensidades máximas admisibles para cables instalados en tubos, servicio
continuo, con temperaturas límites de 40°C para el ambiente, 70°C en el
conductor y 160°C en caso de cortocircuito, tal como se muestra en la tabla
siguiente:
|
Tamaño del conductor AWG
|
Área de la sección
transversal (mm2)
|
Ohms por 1000 pies a
20 o C
|
Corriente
Máxima
admisible
|
|
28
|
0,0804
|
65,3
|
|
|
24
|
0,205
|
25,7
|
|
|
22
|
0,324
|
16,2
|
|
|
18
|
0,823
|
6,39
|
9 amperios
|
|
14
|
2,08
|
2,52
|
20 amperios
|
|
12
|
3,31
|
1,59
|
25 amperios
|
|
6
|
13,3
|
0,3952
|
62 amperios
|
|
4
|
21,1
|
0,2485
|
81 amperios
|
|
2
|
33,6
|
0,1563
|
110 amperios
|
De acuerdo con las condiciones de la instalación
estos valores son susceptibles de modificaciones. Si se colocasen de 4 a 6
conductores activos dentro de una misma canalización o tubería, los valores
indicados en la tabla deberán multiplicarse por 0,8, mientras que si son
instalados entre 7 y 9 conductores activos el factor de corrección será de 0,7.
En caso que la temperatura ambiente no coincida con
los 40°C especificados en la norma, las intensidades máximas admisibles se
verán afectadas mediante factores de corrección por temperatura, tal como a
continuación se señala:
|
Temperatura ambiente hasta
|
Factor de corrección
|
|
T (oC)
|
Fc
|
|
25
|
1,33
|
|
30
|
1,22
|
|
35
|
1,13
|
|
40
|
1
|
|
45
|
0,86
|
|
50
|
0,72
|
|
55
|
0,5
|
De utilizarse cables con aislamiento de goma
etilén-propilénicatipo tipo EPR o
polietileno reticulado, los que permitan desarrollar temperaturas de 90°C en
servicio y de 250°C en caso de cortocircuito, los valores de las intensidades
de corriente admisible resultarán hasta un 15 % superior a los precedentes.
Verificación de la caída de tensión
Elegido
el tipo y la sección Sc de los conductores por la corriente de carga, su modo
de instalación y temperatura ambiente, es necesario realizar dos
verificaciones. De no cumplirse alguna de ellas, se optará por la sección
inmediata superior y se vuelve a verificar hasta que ambas se cumplan.
La
verificación de la caída de tensión considera la diferencia de tensión entre
los extremos del conductor, calculada en base a la corriente absorbida por
todos los elementos conectados al mismo y susceptibles de funcionar
simultáneamente. Se deberá cumplir que no supere la carga máxima admisible por
la carga, de acuerdo con:
∆V = ∆V Admisible
(caída de tensión)
Como valores tentativos de caída de tensión admisible se puede tomar:
Circuitos de iluminación:
∆V admisible = 3 %
Circuitos de fuerza motriz:
∆V admisible = 5 % (en trabajo normal del motor)
∆V admisible = 15 % (en el arranque del motor)
Cabe señalar la conveniencia de consultar con los fabricantes de los
equipos a instalar, con el fin de determinar exactamente los valores límite de
la caída de tensión para su correcto funcionamiento.
Para su cálculo debe aplicarse la siguiente expresión:
∆V = K . In x.L .( r.cosφ+
x.senφ)
Dónde:
∆V = caída de tensión expresada en Volt
K= constante referida al tipo de
alimentación (de valor igual a 2 para sistemas monofásicos y 3 para trifásicos
In= corriente nominal de la instalación (corriente calculada de la
carga)
L=longitud del conductor en Km
X = reactancia del conductor en Ω/Km (ohmios por cada kilómetro)
Φ = ángulo de fase de la impedancia de carga (acordarse del factor de potencia, triángulo
de potencia).
Verificación al cortocircuito
Se realiza para determinar la máxima carga térmica a que se ve expuesto
el conductor durante la evolución de corrientes de breve duración o
cortocircuitos.
Existirá entonces, una sección mínima S que será función del valor de la
potencia de cortocircuito en el punto de alimentación, el tipo de conductor
evaluado y su protección automática asociada. En esta verificación se deberá
cumplir con:
S = Sc
Siendo Sc la sección calculada térmicamente y verificada por caída de
tensión.
El cálculo de esta sección mínima está dado por:
S ≥ (Icc . vT) / K
Siendo:
S = Sección mínima del conductor en mm2 que soporta el cortocircuito.
Icc = Valor eficaz de la corriente de cortocircuito en Amperios.
T = Tiempo de actuación de la protección en segundos.
K = Constante que contempla el tipo de conductor sus temperaturas
máximas de servicio y la alcanzada al finalizar el cortocircuito previsto por
la norma:
K = 114 para conductores de cobre aislados en PVC.
K = 74 para conductores de aluminio aislados en PVC.
K = 142 para conductores de cobre tipo XLP y EPR
K = ídem para el aluminio
Si la S que verifica el cortocircuito es menor que el Sc, se adopta esta
última. En caso contrario, se deberá incrementar la sección del cable y volver
a realizar la verificación hasta que se compruebe S = Sc.
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