UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIÓN DE TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELÉCTRICA

INSTALACIONES EN DUCTOS DE BARRAS PARA DISTRIBUCIÓN ELECTRICA EN BAJA TENSION POR DUCTOBARRA

Por:

Karla V. Merentes M.

INFORME DE PASANTÍA

Presentado ante la ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de

Ingeniero Electricista

Sartenejas, Noviembre de 2012

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIÓN DE TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELÉCTRICA

INSTALACIONES EN DUCTOS DE BARRAS PARA DISTRIBUCIÓN ELECTRICA EN BAJA TENSION POR LA EMPRESA DUCTOBARRAS

Por:

Karla V. Merentes M.

Realizado con la asesoría de:

Tutor Académico: Prof. Juan Carlos Rodríguez.

Tutor Industrial: Ing. Eduardo Calero.

INFORME DE PASANTÍA

Presentado ante la ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de

Ingeniero Electricista

Sartenejas, Noviembre de 2012

iii

iv

INSTALACIONES EN DUCTOS DE BARRAS PARA DISTRIBUCIÓN ELECTRICA EN BAJA TENSION POR DUCTOBARRA

REALIZADO POR:

Karla Vanessa Merentes Monsalve

RESUMEN

Realizar el estudio de la tecnología de barras en ducto fabricadas por la empresa

DUCTOBARRA, definición de sus componentes, características y propiedades.

Exposición de la normativa nacional COVENIN, vigente y legítima, revisada durante la

pasantía, en cuanto a la fabricación y especificaciones de los elementos que componen

el conjunto de barras conductoras en ducto. Presentación de la metodología usada en la

empresa para la implementación de esta tecnología, propuesta de un flujograma a

seguir para establecer valores de cantidad de corriente máxima de cortocircuito

soportada por las barras y caída de tensión por metro de instalación de barras

conductoras, basado en el cumplimiento de las normas actuales que rigen la

implementación de éste medio de transmisión de electricidad. Por último, un ejemplo

de ejecución de las barras en ducto fabricadas por la empresa, desarrollando el

flujograma propuesto.

v

DEDICATORIA

A Carolina Monsalve, mi madre,

a Carlos Merentes, mi hermano.

vi

AGRADECIMIENTOS

Primeramente a Dios, por permitirme respirar cada día, por haberme puesto en

el lugar en el que estoy, por haberme dado la oportunidad, las ganas, la fuerza, la

actitud, la disposición, y hasta las lágrimas necesarias para cumplir esta meta.

Seguidamente, a mi mama, Carolina Monsalve, por hacerme hoy por hoy la

mujer que soy, por darme todo lo que tengo y como dice ella: “Ser su gran obra”.

A Carlos Merentes, mi hermano, y mi papa, Juan Carlos Merentes, por sacarme

grandes sonrisas en esas semanas de mucha presión y ser mi impulso para seguir

adelante.

A mi mejor amiga Jeanette Sammy, por brindarme el cobijo, las atenciones y los

consentimientos con que siempre me trato, estar ahí en todo momento necesario y

hablar, reír, llorar… compartir infinitas horas.

A mi tía Mayra Monsalve, por darme las palabras de aliento, el apoyo

económico, creer y sentirse orgullosa de mí.

A mi abuela amada Mami, por ser mi “angelito” de la guarda y siempre orar por

mi futuro y mandarme las mejores vibras, y a toda mi familia.

A los profesores que marcaron mi estadía en esta universidad: Pedro Paiva,

Manuel Álvarez, Elmer Sorrentino, Juan Carlos Rodríguez y Miguel Martínez, por

haberme formado como profesional, tener la disponibilidad para enseñarme y guiarme

en este camino.

A la REIEEE USB, por ofrecerme la oportunidad de trabajar con ellos, Carlos

Fernández y Roberto Schael y compartir todas las buenas experiencias y malas también

de esta agrupación.

A mis amigos y compañeros de vida: Samer Said, Ricardo Orfei, Oneida

Arteaga, Gilmery Medina, Héctor Cárdenas, Katherine Peña y muchos otros de igual

importancia, por haber estado conmigo y ayudarme siempre.

vii

ÍNDICE GENERAL

INTRODUCCIÓN.………………………………………………………….................. 1

Objetivo general.……………………………………………………………………….. 4

Objetivos específicos…………………………………………………………………... 4

Alcance………………………………………………………………………………… 4

Justificación……………………………………………………………………………. 4

Limitaciones…………………………………………………………………………… 5

CAPÍTULO 1: LA EMPRESA………………………………….…………………… 6

1.1.- Misión…………………………………………………………………………….. 6

1.2.- Visión…………………………………………………………………………….. 6

1.3.- Generalidades de la empresa…………………………………………………...… 6

1.4.- Normas de fabricación a seguir en la empresa………………………………........ 7

1.5.- Proceso de fabricación a seguir en la empresa………………………………........ 7

1.6.- Organigrama…………………………………………………………………….... 9

CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO…..................................................................... 10

2.1.- Definición.............................................................................................................. 11

2.2.- Componentes de un ducto de barras…………………………………………….. 11

2.2.1.- Pletinas o barras…………………………………………………………...…... 11

2.2.2.- Pintura electrostática…………………………………………………………... 13

2.2.3.- Chaqueta aislante……………………………………………………………… 13

2.2.4.- Carcasa o ducto……………………………………………………………...… 14

2.2.4.1.- Ducto de barras no ventilado………………………………………………… 15

2.2.4.2.- Ducto de barras ventilado………………………………………………….… 15

viii

2.2.5.- Aislador…………………………………………………………………...…… 15

2.2.6.- Empalme……………………………………………………………………..… 16

2.2.7.- Tornillería…………………………………………………………………….... 17

2.2.8.- Soportes………………………………………………………………………... 17

2.2.8.1.- Soporte horizontal…………………………………………………………… 18

2.2.8.2.- Soporte vertical…………………………………………………………….... 18

2.2.9.- Accesorio………………………………………………………………….…… 18

2.2.10.- Caja de derivación………………………………………………………….… 18

2.2.11.- Conector a tablero……………………………………………………………. 20

2.2.12.- Reductor de sección………………………………………………………..… 21

2.2.13.- Tapa final…………………………………………………………………..…. 21

2.2.14.- Caja final……………………………………………………………………... 21

2.3.- Clasificación……………………………………………………………………... 23

2.3.1.- Tipo de ejecución…………………………………………………………….... 23

2.3.1.1.- Ducto de barras alimentador……………………………………………….... 23

2.3.1.2.- Ducto de barras enchufable……………………………………………….… 23

2.3.2.- Tipo de ambiente……………………………………………………………… 24

2.3.2.1.- Interiores…………………………………………………………………….. 24

2.3.2.2.- Exteriores……………………………………………………………………. 24

2.3.3.- Tipo de uso……………………………………………………………………. 25

2.3.3.1.- Tipo trole………………………………………………………………….… 25

2.3.3.2.- Tipo iluminación……………………………………………………………. 26

2.3.3.3.- Tipo potencia…………………………………………………………...…… 26

2.3.4.- Según su construcción………………………………………………………... 26

2.3.4.1.- Barras de fases no segregadas……………………………………………..... 26

ix

2.3.4.2.- Barras de fases segregadas………………………………………………….. 27

2.3.4.3.- Barras de fases aisladas……………………………………………………... 27

2.4.- Características nominales……………………………………………………..… 27

2.4.1.- Tensión………………………………………………………………………... 27

2.4.1.1.- Tensión nominal…………………………………………………………..… 27

2.4.1.2.- Tensión máxima…………………………………………………………..… 28

2.4.2.- Frecuencia nominal………………………………………………………...…. 28

2.4.3.- Nivel de aislamiento………………………………………………………..…. 28

2.4.4.- Corrientes……………………………………………………………………... 29

2.4.4.1.- Corriente nominal de barra…………………….……………………………. 29

2.4.4.2.- Corriente de cortocircuito………………………………………………….... 30

2.4.4.3.- Corriente de duración momentánea………………………………………… 31

2.4.4.4.- Corriente de breve duración ……..……………………………………….… 32

2.4.5.- Nivel de cortocircuito………………………………………………………..... 32

2.4.6.- .- Caída de tensión ………..………………………………………………...… 32

2.4.7.- Límites de temperatura ….………………………………………………….… 33

2.4.7.1.- Temperatura límite………………………………………………………….. 33

2.4.7.2.- Temperatura límite para materiales aislantes……………………………….. 33

2.4.7.3.- Límite de temperatura para el aire que envuelve a los conductores aislados.. 34

2.4.7.4.- Límite de temperatura para partes expuestas al contacto de personas……… 34

2.5.- En cuanto a las formas constructivas ................................................................... 35

2.5.1.- Tramo recto (TR) ............................................................................................... 35

2.5.2.- Curvas (LV o LH) ............................................................................................. 36

x

2.5.3.- Desviación “Z” (ZH o ZV) ............................................................................... 37

2.5.4.- Conexión “T” (TH o TV) .................................................................................. 38

2.5.5.- Barra de Tierra ................................................................................................... 39

2.5.6.- Barra de Neutro ………………………………………………………………. 40

2.6.- Otros fabricantes ................................................................................................... 41

CAPÍTULO 3: NORMATIVA REVISADA EN CUANTO A LAS

CARÁCTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LAS BARRAS FABRICADAS POR LA

EMPRESA ………………………………………………………………………..….. 42

3.1.- En cuanto a los componentes………………………………………………….… 42

3.2.- En cuanto a las formas constructivas……………………………………………. 45

CAPÍTULO 4: CÁLCULO TEÓRICO PARA ESTIMAR EL NIVEL DE

CORTOCIRCUITO QUE SOPORTAN LAS BARRAS USADO EN

DUCTOBARRA ………………………………………………………….…….…… 47

4.1.- Esfuerzos térmicos producidos por la corriente de cortocircuito ……………….. 47

4.1.1.- Caso de estudio 1 ................................................................................................ 49

4.2.- Esfuerzos mecánicos producidos por la corriente de cortocircuito ...…………… 51

4.2.1.- Caso de estudio 2 ................................................................................................ 56

CAPÍTULO 5: PROYECTOS DE DISTRIBUCIÓN EN BARRA ......................... 60

5.1.- Selección del material ........................................................................................... 61

5.2.- Especificación de la cantidad de metros requeridos en la instalación ....................62

5.3.- Capacidad amperimétrica de la demanda ............................................................. 62

5.3.1.- Nivel de cortocircuito ......................................................................................... 65

5.3.2.- Verificación de la caída de tensión y su desviación ........................................... 68

CAPÍTULO 6: PROYECTO LAVITAL ................................................................... 69

6.1.- Introducción del capítulo ....................................................................................... 69

xi

6.2.- Diagnóstico y evaluación de las instalaciones eléctricas actuales …………….... 69

6.3.- Estudio de carga actual y proyectada ………………………………………...…. 70

6.4.- Cálculo del nivel de cortocircuito……………………………………………….. 73

5.5.- Verificación de la caída de tensión…………………………………………….... 73

CONCLUSIONES........................................................................................................ 74

RECOMENDACIONES.............................................................................................. 75

BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 77

ANEXO A: GLOSARIO DE TÉRMINOS…………………………………………..79

ANEXO B: CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES………………….. 81

ANEXO C: NORMAS……………………………………………………………...... 83

C.1.- COVENIN 3072:1994, SECCIÓN 5.1, Ensayo sobre dieléctricos …………….. 83 C.2.- COVENIN 3072:1994, SECCIÓN 5.2, Ensayo de corriente nominal ….……… 84 C.3.- Código Eléctrico Nacional 368.4 (B)…………………………………………… 86 C.4.- NEMA BU-1:1999: Parámetros para determinar el nivel de cortocircuito

soportado por las barras ...…………………………………………………………….. 86

C.5.- NEMA BU-1:1999: Para determinar la caída de tensión ….…………………… 90

ANEXO D: CÁLCULO DE Y ...……………………...………………...…

92

D.1.- Tensión de Thévenin ( ) ...……..…………………………………………..... 93

D.2.- Impedancia de Thévenin ...................................................................................... 93

xii

ANEXO E: CARACTERÍSTICAS DE ELEMENTOS DE DUCTOS DE BARRAS SEGÚN DUCTOBARRA …………...………………………………………………. 96

E.1.- Aislador soporte…………………………………………………………….....… 96

E.2.- Dimensión de las rejillas del ducto ventilado fabricado por DUCTOBARRA ... 97

ANEXO F: PROYECTOS ……......………………………………………………… 98

F.1.- Hipermercado Plaza, Guatire ...…………………………………………….....… 98

F.2.- Escuela Don Bosco, Los Cortijo- Caracas .......................................................... 100

F.3.- SUDEBAN, Los Dos Caminos- Caracas............................................................. 101

xiii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1.- Dimensión de fabricación normalizada de las barras de Aluminio [1] .…. 13

Tabla 2.2.- Dimensiones de la caja de derivación fabricada por DUCTOBARRA del

tipo (CDB). Dimensiones en mm [1]……………………………………………….… 20

Tabla 2.3.- Dimensiones de la caja de derivación fabricada por DUCTOBARRA para

el tipo (CDF). Dimensiones en mm [1] ……………………………………………… 20

Tabla 2.4.- Dimensiones de la caja final fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones

de C, D y E en mm [1] ………………………………………………………………. 22

Tabla 2.5.-Tensiones nominales para ductos de barra de distribución según COVENIN

3087:1994[3] …………………………………………………………………………. 28

Tabla 2.6.- Niveles de aislamiento nominales para ductos de barra de distribución

según COVENIN 3087:1994 [3] ……………………………………………...…...… 28

Tabla 2.7.-Tensiones y niveles de aislamiento nominal para ductos de barra de

distribución según norma ANSI C37.23 [5] ………………………………………….. 29

Tabla 2.8.- Corriente de operación para barras de distribución hasta 600V (rms en

amperios) [3, 5, 6] …………………………………………………………………….. 30

Tabla 2.9.- Corrientes de cortocircuito nominales (rms) para barras hasta 600V [3, 6]..31

xiv

Tabla 2.10.-Corrientes de duración momentánea para barras segregadas y no segregadas

[5] ……………………………………………………………………………………... 31

Tabla 2.11.- Corrientes de breve para barras no segregadas según la norma ANSI

C37.23:2003 [6] ………………………………………………………………………. 32

Tabla 2.12.- Límites de temperatura para materiales aislantes usados en ductos de barras

para distribución, según norma venezolana COVENIN 3087:1994 y norma ANSI

C37.23- 2003 [3,5] ……………………………………………………………………. 34

Tabla 3.1.- Normas revisadas en cuanto a los componentes de los ductos de barras

fabricados en DUCTOBARRA …………………………………………………...…. 42

Tabla 3.2.- Normas revisadas en cuanto a las formas constructivas de los ductos de

barras fabricados en DUCTOBARRA ……………………………………………….. 45

Tabla 4.1.- Capacidad de cortocircuito para barras de distribución eléctrica hasta 600 V,

fabricadas por DUCTOBARRA [1] ………………………………………………….. 55

Tabla 6.1.- Carga total en existente y proyectada en kVA en la planta industrial

LAVITAL [12] ……………………………………………………………………..… 70

Tabla E.1.- Componentes del aislador [1] ………………………………………….... 96

Tabla E.2.- Características del aislador [1] ……………………………………...…… 96

xv

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.- Tecnología de barra [1]……………………………………………………... 1

Figura 1.1.- Organigrama organizativo de la empresa [1]……………………………... 9

Figura 2.1.- Pletinas o barras conductoras [1]……………………………………........ 11

Figura 2.2.- Ducto o carcasa metálica [1].…...……………………………………...... 14

Figura 2.3.- Empalme de barras [1] …………………………………………….......... 16

Figura 2.4.- Ducto de barra y sus principales componentes [1]………………………. 17 Figura 2.5.- Tipos de soportes [1]……………………………………………………... 18 Figura 2.6.- Caja de derivación [1]………………………………………………......... 19 Figura 2.7.- Conector a tablero [1]……………………………………………………. 20 Figura 2.8.- Taja final [1]……………………………………………………………... 22 Figura 2.9.- Capa final [1] .…………………………………………………………... 22 Figura 2.10.- Ducto de barra del tipo alimentador [1]………………………………. 23 Figura 2.11.- Ducto de barra del tipo enchufable [1]…………………………………. 24 Figura 2.12.- Ducto de barra para interiores [1]………………………………………. 24 Figura 2.13.- Ducto de barra para exteriores [1]……………………………………… 25 Figura 2.14.- Ducto de barra tipo trole [1]……………………………………………. 25

xvi

Figura 2.15.- Ducto de barra de tipo iluminación [1]…………………………………. 26 Figura 2.16.- Barras de fase no segregadas [6]……………………………………….. 26 Figura. 2.17.- Barras de fase segregadas [6]…………………………………………... 27 Figura 2.18.- Barras de fase aisladas [6]……………………………………………… 27 Figura 2.19.-Tramo recto de barras en ducto fabricada por DUCTOBARRA [1] ...… 36

Figura 2.20.-Curva horizontal fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones (AxB) ver

en tabla 2.1 [1] ………………………………………………………………………. 36

Figura 2.21.-Curva vertical fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones (AxB) ver en

tabla 2.1 [1] ………………………………………………………………………….. 37

Figura 2.22.- Curva de desviación fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones (AxB)

ver en tabla 2.1 [1] ………………………………………………………………….. 37

Figura 2.23.- Conexión “T” horizontal fabricada por DUCTOBARRA [1] ……….. 38

Figura 2.24.- Conexión “T” vertical fabricada por DUCTOBARRA [1] ………….. 39

Figura 2.25.- Configuración de las barras dentro del ducto, fabricadas por

empresas internacionales: Schneider, General Electric, Barras en ducto Zucchini, entre

otras [20] ……………………………………………………………………………. 41

Figura 4.1.- Barras conductoras paralelas y largas …………………………………... 52

xvii

Figura 4.2.- Aplicación de los valores de b y h, de acuerdo a la disposición de las barras

colectoras …………………………………………………………………………….. 54

Figura 5.1.- Diagrama de flujo que sigue la empresa para la implementación de los

ductos de barras para distribución de energía eléctrica que fabrica [1] …………….... 61

Figura 5.2.- Diagrama de flujo propuesto para la implementación de los ductos de barras

para distribución de energía eléctrica que fabrica [1] ………………………………… 64

Figura 5.3.- Circuito equivalente del sistema cuando el ducto de barras es usado como

alimentador [1] ……………………………………………………………………..… 66

Figura 5.4.- Circuito equivalente del sistema cuando el ducto de barras es usado como

barra tipo enchufe [2] ………………………………………………………………… 67

Figura 4.1.- Diagrama de flujo a seguir en la empresa para la implementación de barras para la distribución de energía eléctrica [1]…………………………………………… 54

Figura 4.2.- Circuito equivalente del sistema cuando el ducto de barras es usado como alimentador [1]………………………………………………………………………... 62

Figura 4.3.- Circuito equivalente del sistema cuando el ducto de barras es usado como barra tipo enchufe [1]…………………………………………………………………. 63

Figura 6.1.- Barra de distribución propuesta………………………………………….. 71

Figura 6.2.- Plano de planta con la ubicación de la barra de distribución propuesta…. 72

Figura C.1.- Conexiones necesarias para obtener las medidas de corriente, voltaje y

potencia simultáneamente……………………………………………………………... 87

xviii

Figura D.1.- Diagrama para aplicar el teorema de Thévenin [18]…………………..… 93

Figura E.1.- Características físicas del aislador (en mm) [1] …..…………………..… 96

Figura E.2.- Colocación de las rejillas u orificios en la carcasa o ducto (en mm) [1].... 97

Figura E.3.- Dimensiones de las rejillas u orificios de la carcasa o ducto (en mm) [1]. 97

xix

LISTA DE ABREVIATURAS

cm = Centímetros.

mm = Milímetros.

seg = Segundos.

Hz = Hercios.

kA = Kilo-amperios.

C.E.N = Código Eléctrico Nacional.

= Corriente sub-transitoria de cortocircuito, en amperios.

= Corriente permanente de cortocircuito, en amperios.

= Valor máximo de la corriente sub-transitoria de la falla.

t = 0,3 a 0,15 segundos (en el caso de cortocircuito trifásico).

0,6 a 0,25 segundos (en el caso de cortocircuito bifásico).

= Derivada total de la temperatura con respecto al tiempo, en °C/seg.

a = Difusividad1 térmica del material, en /seg . 113,96 (Cobre)

85,16 (Aluminio)

K = Conductividad térmica del material, en cal/ seg cm °C. 0.93 (Cobre)

0,52 (Aluminio)

R = Resistividad del material, en ohm /cm. 0,00017241 (Cobre)

0,0002828 (Aluminio)

r = Espaciamiento entre los conductores de centro a centro, en cm [in]

1 Definición se encuentra en Glosario.

xx

A = Sección transversal del conductor, en .

Fuerza de corriente de falla, [ ]

Ґ = Constante basada en el tipo de falla y el tipo de conductor.

= Resistencia del transformador.

= Inductancia del transformador.

= Resistencia de la barra.

= Inductancia de la barra.

= Resistencia de la carga.

= Inductancia de la carga.

= Impedancia del transformador.

= Impedancia de la barra.

= Tensión en la parte inicial de recorrido de las barras en ducto según el sentido de

la corriente.

= Tensión final de este recorrido de las barras en ducto según el sentido de la

corriente.

1

INTRODUCCIÓN

Una de las partes más importantes de un sistema eléctrico es sin duda su sistema de

distribución, ya que a través de él se trasmite toda la energía requerida por los usuarios. Para este

momento muchas de las ciudades del país dejaron de ser pequeñas poblaciones para convertirse

en grandes metrópolis, con grandes edificios de más de 20 pisos, amplios centros comerciales,

bancos, hospitales, etc., para que cada uno de los anteriores pueda cumplir su función se necesita

trasladar grandes bloques de energía eléctrica, y el trabajo del ingeniero de hoy, es hacerlo de la

manera más eficaz, confiable, segura y económica posible.

El transporte de energía en baja tensión actualmente se realiza predominantemente a

través de cables conductores en tubo o bandeja. Este trabajo tiene como primer objetivo informar

sobre una alternativa, que bajo ciertos parámetros de diseño, como lo son: demanda de la carga

en amperios y su ubicación con respecto a la fuente que la alimenta, puede llegar a sustituir al

cable favorablemente. Esta nueva forma de canalización consiste en usar barras que pueden ser

de aluminio o cobre, de sección rectangular en paneles o ductos. A esta alternativa se le conoce

como tecnología de barra. Esta tecnología es mostrada en la figura 1:

Figura 1.- Tecnología de barra [1].

2

Como siguiente objetivo, se verifica el cumplimiento de las normas de seguridad

expuestas en el Código Eléctrico Nacional. Art. 368, que deben cumplirse en la implementación

de las barras en ducto, y las normas nacionales: COVENIN 3063:1993, COVENIN 3072:1994 y

COVENIN 3087:1994 en cuanto a las formas constructivas que deben tener éstas además de las

normas internacionales ANSI C37.23:2003 y NEMA-BU1:1999, que aunque no son las únicas

existentes, si son las disponibles por la empresa que tratan directamente de las barras en ducto,

en cuanto a la fabricación de las barras, ya que la fabricación de los ductos de barras de

DUCTOBARRA tiene su principal basamento en la norma internacional UL-857:1971, la cual es

inaplicable en la actualidad, por esta razón y por ser la empresa, una empresa venezolana, en este

informe se verifica sólo el cumplimiento de la normativa nacional e internacional vigente y

disponible, que por propio criterio será a partir de 1999 hasta la actualidad.

Seguidamente se explica el procedimiento a seguir por la empresa para la

implementación en los proyectos de las barras conductoras en ducto, basado en la capacidad

amperimétrica necesaria para el buen funcionamiento de la demanda, (cuyo dato entregado es

proporcionado por el cliente), y el recorrido de barras necesario para suplir esa demanda.

En el catálogo de la empresa se exponen valores referidos a la cantidad de corriente que

puede llegar a soportar un ducto de barras, en caso de cortocircuito en el sistema, y a la caída de

tensión por metros de barras instaladas, pero éstos no tienen validez, ya que las barras fabricadas

en DUCTOBARRA, aunque funcionan en la práctica (ya que la empresa no tiene registros de

fallas en las propias barras instaladas), no cuenta con una certificación legítima que avale estos

valores, por esta razón se expone en este informe cómo se realizan las pruebas que preceden a la

obtención de una certificación fundada en las normas nacionales e internacionales disponibles y

vigentes, que abordan directamente especificaciones para obtener estos valores de forma precisa.

Durante esta pasantía se realizó la supervisión y asistencia a proyectos de distribución de

energía eléctrica en baja tensión a través de esta tecnología, donde se determinó la capacidad de

las barras en cuanto a la cantidad de corriente que transportaría y la cantidad de metros

3

necesarios para cubrir la distancia entre la fuente y la carga; entre estos proyectos pueden

nombrarse: Hipermercado Plaza en Guatire- estado Miranda, Colegio Don Bosco en Los

Cortijos- estado Miranda, VenAmérica en Quinta Crespo- Caracas e industria LAVITAL en

Cua- estado Miranda, realizando dos visitas a las instalaciones por cada proyecto para el

replanteo y verificación de las medidas de los ductos de barra y de la carga que será instalada.

Seguidamente se siguió el proceso de fabricación de las barras, e instalación final de los ductos.

La estructura del este informe será entonces: primeramente descripción de la empresa

(ductos de barras que fabrican y sus elementos, características y propiedades), luego normativas

(anteriormente nombradas) que rigen el funcionamiento e implementación de las barras en ducto,

la verificación del cumplimiento de estas en la empresa y seguidamente un ejemplo de

implementación de las barras en ducto fabricadas por la empresa, con la recomendación de la

determinación del nivel de cortocircuito de las barras y su caída de tensión permisible, basada en

las normas analizadas.

4

Objetivo general

Revisión de normas e implementación de las barras en ducto fabricadas por la empresa

DUCTOBARRA.

Objetivos específicos

1.- Definir el sistema de ductos de barras fabricados por la empresa, todos sus elementos y

formas constructivas.

2.- Verificar las normas venezolanas e internacionales a las que se tuvo alcance, que rigen la

fabricación, el uso y el funcionamiento de las barras conductoras en ducto.

3.- Estudiar el proceso que sigue DUCTOBARRA para la implementación de la tecnología de

ductos de barras.

4.- Ejecución en proyecto de las barras de DUCTOBARRA en la fabrica LAVITAL.

Alcance

Definición, estudio de los elementos usados para la construcción de un ducto de barras,

revisión del cumplimiento de las normas disponibles en la empresa, en cuanto a la fabricación de

las barras conductoras, procedimiento a seguir en DUCTOBARRA para la implementación de

las barras en proyectos y aplicación del mismo.

Justificación

Dar a conocer detalles técnicos sobre esta tecnología e investigar que normas, disponibles

por la empresa que tratan directamente de las barras en ducto, cumplen y no cumplen las barras

5

fabricadas por DUCTOBARRA, y cómo es la implementación de la esta tecnología en la

empresa.

Limitaciones

La normativa nacional en cuanto a los ductos de barras es deficiente en comparación con

la normativa internacional por la que se rigen fabricantes internacionales, en cuanto a

características especificas de los elementos que componen el ducto de barras, y la empresa no

cuenta con la normativa vigente que usan fabricantes internacionales para la fabricación de las

barras en ducto, la cual es la norma UL-857: Underwritter Laboratories.

La empresa no cuenta con alguna certificación válida de los parámetros de las barras que

le permita realizar los procedimientos puntuales y exactos a seguir para la determinación de los

valores de nivel de cortocircuito y de caída de tensión propios de las barras conductoras según su

capacidad amperimétrica, y no se realizaron las pruebas que exponen las normas COVENIN

consultadas ni las normas internacionales (NEMA BU-1:1999, que puede ser tomada como guía,

por la debilidad de la normativa nacional y por ser usado por fabricantes internacionales) que le

permitan obtenerla.

6

CAPÍTULO 1

LA EMPRESA

1.1.- Misión [1]

“En esta empresa tratamos de desarrollar la ingeniería Venezolana en el campo de los

conductores eléctricos modulares, normalizados y prefabricados”.

1.2.- Visión [1]

DUCTOBARRA es una empresa Venezolana con más de 25 años de experiencia que se

dedica a la fabricación e instalación de conductores eléctricos tipo ducto barras. Es decir, un

Sistema de Distribución Eléctrica por barras, con un diseño basado en la tecnología Gould-ITE2

de Estados Unidos, la cual ha sido adecuada al mercado venezolano, con un valor agregado

nacional de 98%. Al incluir la instalación se ofrece una garantía de 50 años. En estos momentos

están en proceso de expansión, se está evaluando la posibilidad de distribuir este producto en el

mercado panameño.

1.3.- Generalidades de la empresa [1]

DUCTOABARRA ofrece también proyectos de autogeneración, donde se incluye la

planta eléctrica, transferencia y conexionado, todo con barras en ducto para:

2La empresa ITE diseñó los primeros ducto de barras para la industria automotriz en los años 30, en Estados Unidos.

ygtvtv

7

Plantas industriales.

Edificios de oficina.

Centros comerciales.

Hoteles.

Hospitales y Clínicas.

Remodelaciones o ampliaciones de las anteriores.

1.4.- Normas de fabricación a seguir en la empresa [1]

UL-857: 1971. Underwritter Laboratories.

COVENIN 3063: Ductos de barra de distribución eléctrica en baja hasta 600V.

Definiciones y clasificación [2].

COVENIN 3072:1994. Ductos de barras para distribución eléctrica hasta 600V.

Métodos de ensayo [4].

COVENIN 3087:1994. Ductos de barras para distribución eléctrica hasta 600V. Requisitos [3].

American National Standards Institute (ANSI C37.23) [5].

National Electrical Manufacturing Association (Nema BU-1) [6].

1.5.- Proceso de fabricación a seguir en la empresa [7]

El proceso de fabricación en DUCTOBARRA se realiza en un galpón ubicado en Cua, calle

Caracol, Sector La Vega, a través de un proceso manufacturero que parte de las barras sin

tratamiento, y puede dividirse en varios subprocesos que son: la perforación de las barras que

8

seguidamente se troquelan, barnizan y platean, luego se empalman y se colocan en los ductos

correspondientes. A continuación se expone una pequeña descripción de estos subprocesos:

Perforación: se agujera la barra de aluminio, que ya viene cortada en tramos de

3.05 m, en los lugares donde va la tornillería necesaria para su empalme e

instalación.

Troquelado: se dobla la barra, para que soporte el esfuerzo mecánico debido a la

corriente circulatoria.

Pintura: subproceso en donde a través de un mecanismo continuo se coloca la

barra en un sostén verticalmente, donde se realiza el decapado de la pieza (se

retiran totalmente las impurezas), seguidamente se coloca la pintura aislante, y

para finalizar pasa por un horno que sella la pintura.

Plateado: en este subproceso los extremos de la barra de aluminio son zincadas

(sumergidos en Zinc), luego cobrizadas (sumergidos en cobre) y finalmente

plateadas (sumergidos en Plata). Todo este subproceso se realiza a través de una

batería, que fusiona electrostáticamente los componentes a la barra.

Ensamblaje: es el proceso final de la producción donde se arman las piezas de

acuerdo al recorrido de la distribución eléctrica de la instalación.

Además de estos subprocesos se realiza un control de calidad que se refleja en el anexo

denominado “control de calidad”, usado en la empresa donde se responsabiliza a los empleados

de ésta en todos los niveles que se fabriquen y despachen productos de óptima calidad, donde se

9

establecen las normas propias de la empresa en varias etapas que son: adquisición de materiales,

fabricación y servicio.

1.6.- Organigrama [1]

Figura 1.1.- Organigrama organizativo de la empresa [1].

10

CAPÍTULO 2

MARCO TEÓRICO

En este capítulo se presentan las definiciones pertinentes a los ductos de barra para

distribución eléctrica hasta 600 V de corriente alterna, bajo el criterio de normas nacionales e

internacionales disponibles por la empresa, que rigen su uso y fabricación, que son:

Nomas venezolanas:

- Código Eléctrico Nacional, Sección 368: Ductos de barra [2].

- COVENIN 3063:1993. Ductos de barras para distribución eléctrica hasta 600V.

Definiciones y clasificación [3].

- COVENIN 3072:1994. Ductos de barras para distribución eléctrica hasta 600V.

Métodos de ensayo [5].

- COVENIN 3087:1994. Ductos de barras para distribución eléctrica hasta 600V.

Requisitos [4].

Normas internacionales:

- NEMA BU-1: 1999. National Electrical Manufacturers Association [7].

- ANSI C37.23:2003. IEEE Standard for Metal-Enclosed Bus [6].

ygtvtv

11

2.1.- Definición

Ducto de barra: es el elemento fundamental de una canalización de distribución eléctrica en

baja tensión compuesta por una carcasa de acero, aisladores, barras conductoras y elementos de

empalme, cuya dimensión normalizada es 3,05m [2].

2.2.- Componentes de un ducto de barras

Según la norma venezolana COVENIN 3063:1993, los componentes de los ductos de

barra son los descritos a continuación.

2.2.1.- Pletinas o barras: son los elementos conductores del sistema, fabricados de aluminio o

cobre, cubiertos por una pintura electrostática y una chaqueta aislante (ver 2.2.2). En la figura

2.1 se muestra este elemento [2].

Figura 2.1.- Pletinas o barras conductoras [1].

Las barras conductoras fabricadas en DUCTOBARRA son de aluminio con secciones que,

según el manual de control de calidad de la empresa, permiten una densidad de corriente máxima

de 1.6 A/mm² (esta especificación ni tiene una certificación legal, por lo cual no puede

asegurarse cierta ni válida).

12

La configuración de las barras dentro del ducto es plana, por requerimiento de la empresa,

es decir, las barras se ubican paralelas entre sí dentro de la envolvente y la disposición de las

fases dentro del ducto se realiza de izquierda a derecha tal como se ven desde la posición de la

instalación del ducto.

En la empresa, las barras dentro del ducto están separadas (cada fase) por 40 mm. Esta

distancia entre fases se mantiene para barras de cualquier capacidad amperimétrica, y según la

norma consultada, (ver sección 3.1) es la distancia mínima que asegura equilibrio térmico entre

las barras conductoras. Este equilibrio térmico no es verificado en la empresa, ya que los ductos

de barras no han sido sometidos a las pruebas de laboratorio expuestas en la norma UL-857, que

es la norma vigente que rige la fabricación de las barras en ductos y la usada por otros

fabricantes.

En el lugar de unión entre tramos de barra (puntos de empalme), las barras están estañadas,

es decir, sobre la juntura se aplica un baño de estaño que según el manual de control de calidad

de la empresa sirve para disminuir la fragilidad del empalme, pero esto no puedo ser asegurado

ni válido hasta realizar las pruebas correspondientes expuestas en las normas vigentes para

fabricantes.

Según el manual del fabricante la sección transversal de las barras fabricadas en la empresa

se refleja en la tabla 2.1 de acuerdo a la ampacidad de las mismas.

13

Tabla 2.1.- Dimensión de fabricación normalizada de las barras de Aluminio [1].

ALUMINIO

Capacidad

(A)

Barras

por

fase*

Sección

¼“ x

Sección

del ducto

(AxB)

250 1 1” 305x88

500 1 2” 305x113

800 2 1,5” 305x100

1000 2 2” 305x113

1350 2 3” 305x138

1600 4 1,5” 305x197

2000 4 2” 305x223

2500 4 3” 305x273

3000 8 1,5” 315x197

4000 8 2” 315x223

*La tabulación del número de barras por fase es impuesto por la empresa. No hay disponibilidad

en la empresa de alguna normativa nacional o internacional vigente que regule esta

especificación en cuanto al arreglo de barras.

2.2.2.- Pintura electrostática: es un tipo de recubrimiento que se aplica sobre la barra, que según

el manual de control de calidad de la empresa, es usado para equilibrar las cargas eléctricas que

pudieran estar libres a lo largo de la barra y también para crear un acabado duro y resistente, lo

cual sólo puede probarse a través de pruebas en el laboratorio, que comprueben su buen

funcionamiento [8].

2.2.3.- Chaqueta aislante: es un cubrimiento que se le coloca a la barra conductora; una suerte

de manga o vestido [1]. En DUCTOBARRA, según el manual de control de calidad de la

14

empresa, las barras son cubiertas con una chaqueta de poliamida3 aislante, aplicada

electrostáticamente a la barra (en toda su longitud exceptuando los puntos de derivación), que

soporta una temperatura de operación de 85ºC y con las características físicas siguientes:

- Rigidez Dieléctrica: 25 kV/mm.

- Resistividad: 2𝑥1015 ohm/cm.

- Resistencia al calor: 130º C.

2.2.4.- Carcasa o ducto: es una envolvente metálica que brinda protección a las barras

conductoras ante situaciones como: resistencia a la corrosión, a la humedad, daños por causas

externas, etc. La norma venezolana COVENIN 3062:1993, distingue dos tipos de ductos, que se

muestran a continuación (ver figura 2.2) [2].

Figura 2.2.- Ducto o carcasa metálica [1].

En la empresa este ducto es fabricado con una lámina de acero pulido, que según su

manual de control de calidad, protege a los conductores de daños físicos. Esta carcasa debe tener

un certificado legítimo obtenido a través de pruebas en laboratorio basada en normativas

vigentes y legales nacionales o internacionales para que la empresa pueda asegurar esta

especificación.

3 Ver definición en Glosario.

15

En DUCTOBARRA los ductos se fabrican ventilados y no ventilados, y según lo requiera

el proyecto se instalan atravesando paredes o pisos.

En la empresa el calibre de esta carcasa es de MSG #16 (1.52mm = 0.0598in) mínimo

(tanto como para ductos ventilados como los no ventilados).

Cada sección de ducto, por criterio de la empresa, lleva dos tapas adicionales en los

extremos para unir mecánicamente las secciones, dichas uniones asegura la empresa que son lo

suficientemente rígidas a tal punto de evitar deformaciones al ducto, pero esta especificación de

la empresa sólo podrá ser válida cuando se hayan realizado sobre las mismas pruebas en

laboratorio, que lo avalen.

El ducto está provisto, cada metro como mínimo, de ventanas especiales para

derivaciones. Esta especificación se basa es un criterio propio de la empresa; la misma sigue

ninguna normativa vigente que acredite esta especificación.

2.2.4.1.- Ducto de barras no ventilado: es aquel que no permite el flujo natural de aire a través

de los conductores. Es decir, no cuenta con ningún tipo de orificio en esta envolvente metálica

[2].

2.2.4.2.- Ducto de barras ventilado: es aquel que contiene provisión especial para permitir el

flujo natural de aire a través de los conductores [2]. El ducto de barras ventilado fabricado en

DUCTOBARRA cuenta con ranuras o rejillas con dimensiones y características ubicadas en el

anexo F.

2.2.5.- Aislador: es una pieza de escasa capacidad de conducción de electricidad, utilizado para

separar y mantener en su posición dentro del ducto a las barras o conductores [1]. En

16

DUCTOBARRA según su manual de control de calidad, los aisladores que soportan a las barras

conductoras dentro del ducto se fabrican con resina de poliéster4 cargada con fibra de vidrio [1],

según la empresa cuenta con gran resistencia mecánica y resistencia al fuego, pero estás

especificaciones sólo pueden ser verificables a través de pruebas de laboratorio.

2.2.6.- Empalme: es el elemento utilizado para la conexión eléctrica y mecánica entre dos piezas

de la canalización (ver figura 2.3) [2]. Según el catálogo de la empresa cada elemento de

empalme está provisto de un tornillo único el cual dispone de un elemento tipo resorte, que actúa

según las especificaciones de la empresa, para absorber las dilataciones y encogimientos

producidos por los cambios de temperatura; para asegurar que sea funcional el empalme es

necesario someter a la juntura a pruebas de laboratorio que no han sido hechas, basadas en las

normativa vigente de la UL-857, avale su buen funcionamiento.

Figura 2.3.- Empalme de barras [1].

Por requerimiento de la empresa, en el área de empalme no se permite el montaje de ningún

elemento que implique una fuerza mecánica en este punto. Éstos están estañados y unidos a

través de la tornillería, aislados totalmente (lo cual no está avalado por ningún certificado

legítimo al no haber sido sometido hasta ahora a ninguna prueba en laboratorio, basada en 4 Ver definición en Glosario.

17

normas nacionales o internacionales vigentes y aplicables) mediante la chaqueta aislante con que

se reviste a las barras conductoras.

2.2.7.- Tornillería: es el elemento del ducto de barra utilizado para la fijación de las estructuras

[2].

El conjunto del ducto de barra que fabrica la empresa cuenta con toda la tornillería

necesaria para la fijación de las piezas que forman la línea total de distribución de energía

eléctrica, según su manual de control de calidad. Esta tornillería no puede asegurar que protege a

las estructuras de posibles vibraciones que puedan generar sobrecalentamiento en las barras, ya

que no ha sido sometida a las pruebas requeridas por ninguna normativa nacional o internacional

que asegure el cumplimiento de factores eléctricos, mecánicos y de seguridad. Toda la tornillería

usada en DUCTOBARRA es de acero galvanizado electrolítico con Zinc, hexagonal y de rosca

unificada5.

En la figura 2.4 se muestra un ducto de barra y los componentes anteriormente

nombrados.

Figura 2.4.- Ducto de barra y sus principales componentes [7].

2.2.8.- Soportes: son todos los accesorios destinados a sostener o apoyar el sistema de ducto de

barras (ver figura 2.5) [2]. Según la norma COVENIN 3063:1993, sección 3.30 y 3.31, pueden

ser de dos tipos:

5 De acuerdo a la norma ASTM-A-307, SAE J429, grado 2.

18

2.2.8.1.- Soporte horizontal: es un elemento para apoyar o sostener horizontalmente una

canalización de ducto de barras, instaladas en posición plana o de canto (Ver definición de

posición Plana y De canto en el anexo A).

2.2.8.2.- Soporte vertical: es el medio de soporte de una canalización de ducto de barras, en cada

piso por el que pasa.

Figura 2.5.- Tipos de soportes [1].

Por su parte, según la norma venezolana COVENIN 3087:1994, se coloca al menos un

soporte por cada tramo de ducto, la distancia mínima entre dos soportes adyacentes es de 1,5 m y

la distancia máxima es de 3 m. Estos no se colocan en elementos de empalme.

2.2.9.- Accesorio: es todo aquello diferente a una barra o parte que sea componente de la

canalización, por ejemplo: Cajas de derivación, conexiones a tablero, etc. [2].

2.2.10.- Caja de derivación: es un orificio de salida o toma mediante superficies conductoras

lisas y deslizantes, convenientemente aisladas de la corriente eléctrica en sus puntos de fijación

mecánica y que sirve para extraer o introducir energía eléctrica, desde o hacia otros circuitos sin

la necesidad de intervenir acoples atornillados.

Este elemento esta designado para enchufar equipos eléctricos a la barra como

interruptores o seccionadores [2] (ver figura 2.6).

19

Figura 2.6.- Caja de derivación [1].

Las cajas de derivación (mostrada en la figura 2.6), según el manual de control de calidad

de la empresa son de tipo enchufable y cuentan con una palanca que asegura (lo cual no es

absolutamente cierto porque no se le han hecho las pruebas en el laboratorio correspondientes,

según la norma UL-857 vigente) su conexión y desconexión de la barra, con indicación del

estado energizado o no del circuito que está alimentando, enclavada mecánicamente de tal forma

que cuando el circuito esta cerrado es imposible desenchufar este elemento de la barra

(especificación que tampoco es absolutamente válida porque no se le han hecho las pruebas en

el laboratorio correspondientes, según la norma UL-857 vigente).

Tienen cavidad para dispositivos de interrupción como: seccionador-fusible y

seccionador-breaker e interruptores6 (con mecanismos de accionamiento desde el piso), con la

misma sensibilidad de corriente del ducto de barras al que esta conectada.

Por criterio de la empresa, sólo se permite a través de la caja de derivación, la conexión de

cargas con capacidades amperimétricas menores a la capacidad nominal del ducto de barras al

que caja está conectada.

En la empresa de fabrican cajas de derivación para contener tanto breaker (CDB) como

fusibles (CDF) y sus dimensiones de muestran en las tablas 2.2 y 2.3.

6 Buscar definición de estos elementos en el glosario.

20

Tabla 2.2.- Dimensiones de la caja de derivación fabricada por DUCTOBARRA del tipo

(CDB). Dimensiones en mm [1]7.

Capacidad (A) A B

0 – 250 192 400

250 – 400 220 600

Tabla 2.3.- Dimensiones de la caja de derivación fabricada por DUCTOBARRA para el tipo

(CDF). Dimensiones en mm [1].

2.2.11.- Conector a tablero: es un elemento que permite la conexión eléctrica de una

canalización de ducto de barras a cualquier tablero o subestación [2] (ver figura 2.7). También es

llamado extensión de barra; con este elemento se realiza el empalme entre el ducto de barra y el

elemento de protección, que es, por lo general, un breaker.

Figura 2.7.- Conector a tablero [1].

7 Donde A y B, se refiere a las figuras 2.6 y 2.8.

Capacidad (A) A B

160 200 400

250 200 500

400 200 600

630 260 650

21

En DUCTOBARRA se fabrican con las dimensiones de AxB en mm mostradas en la tabla

2.1.

2.2.12.- Reductor de sección: es un elemento de la canalización de ducto de barras diseñado

para conectar dos piezas del ducto de barras de diferentes capacidades amperimétricas [2]. Sólo

se requiere reducción de sección cuando el tamaño de las barras del ducto cambia. En la empresa

la fabricación de esta pieza según su manual de control de calidad, permite la conexión de barras

de diferente capacidad de corriente siempre que se conecte su respectivo dispositivo para la

protección ante sobrecorrientes. Las especificaciones de este dispositivo también requieren

pruebas en el laboratorio que validen sus propiedades.

Según la tabla 2.1, expuesta en el manual de control de calidad de la empresa, por

ejemplo, para realizar la conexión entre barras de aluminio de 500A y 250A se requiere cambio

de sección de la barra y por ende un elemento reductor de sección.

2.2.13.- Tapa final: Es un elemento utilizado para el cierre final del extremo de la última sección

de canalización de un ducto de barra [2]. Este componente es fabricado por la empresa con las

mismas características de la carcasa o ducto.

Figura 2.8.- Tapa final [1].

2.2.14.- Caja final: es un elemento del ducto de barras que permite la conexión de cables a las

barras en cualquiera de sus extremos. Permite la conexión de carga hasta la capacidad

amperimétrica nominal del ducto de barras [2] (ver figura 2.9).

22

Figura 2.9.- Caja final [1].

Se utiliza para conectar transformadores al sistema de barras. Este elemento de ducto de

barras se fabrica en la empresa con dimensiones de AxB en mm (ver tabla 2.1) que varían de

acuerdo a la capacidad amperimétrica de las barras y dimensiones de C, D y E en mm con

valores se muestran en la tabla 2.4.

Tabla 2.4.- Dimensiones de la caja final fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones de C, D y

E en mm [1].

Capacidad (A)

C D E

250 288 550 500 500 313 550 500 800 300 700 500 1000 313 700 500 1350 338 700 500 1600 397 700 500 2000 423 700 500 2500 473 700 500 3000 397 1000 850 4000 423 1000 850

23

2.3.- Clasificación

Según la norma venezolana COVENIN 3063:1993, las canalizaciones de ducto de barra

que se utilizan para distribución eléctrica en baja tensión se clasifican según el tipo de ambiente,

el tipo de ejecución y el tipo de uso [3].

2.3.1.- Tipo de ejecución [2]

2.3.1.1.- Ducto de barras alimentador: es aquel desprovisto de puntos de derivación, sin

conexiones a lo largo de éste, destinado fundamentalmente a la distribución primaria de energía,

desde la fuente de alimentación al centro de consumo (ver figura 2.10).

Figura 2.10.- Ducto de barra del tipo alimentador [1].

2.3.1.2.- Ducto de barras enchufable: es aquel provisto de aberturas o entradas espaciadas a

intervalos en uno o ambos lados del ducto permitiendo la conexión eléctrica de equipos por

medio de enchufe a ducto (ver figura 2.11).

24

Figura 2.11.- Ducto de barra del tipo enchufable [1].

2.3.2.- Tipo de ambiente [2]

2.3.2.1.- Interiores: son aquellos diseñados para ambientes cerrados (ver figura 2.12).

Figura 2.12.- Ducto de barra para interiores [1].

2.3.2.2.- Exteriores: son aquellos diseñados para trabajar a la intemperie con rejillas que no

permitan el acceso a través de ellas a partes energizadas y acabados resistentes a condiciones

ambientales como: altura sobre el nivel del mar, temperatura ambiente media y máxima,

25

humedad relativa máxima, requerimientos de protección anticorrosiva y a prueba de hongos (ver

figura 2.13).

Figura 2.13.- Ducto de barra para exteriores [1].

2.3.3.- Tipo de uso [2]

2.3.3.1.- Tipo trole: es una forma de construcción de la canalización de ducto de barras, tal que

puede entregar o alimentar energía eléctrica por un sistema de salidas a herramientas eléctricas

portátiles, grúas y otras cargas eléctricas móviles (ver figura 2.14).

Figura 2.14.- Ducto de barra tipo trole [1].

En la empresa no se fabrican ductos de barras de este tipo.

26

2.3.3.2.- Tipo iluminación: son aquellos que están destinados a suplir energía eléctrica y

soportar mecánicamente instalaciones eléctricas comerciales o industriales de tipo luminoso.

Están diseñados específicamente para usarlas con alumbrado fluorescente o de descarga de alta

densidad (ver figura 2.15). En la empresa no se fabrican ductos de barras de este tipo.

Figura 2.15.- Ducto de barra de tipo iluminación [1].

2.3.3.3.- Tipo potencia: Son aquellos que están destinados a la distribución primaria y

secundaria de energía eléctrica, desde la fuente de alimentación a los centros de consumo dentro

de una planta industrial o comercial, ya sea como alimentador o enchufable (ver figura 2.10 y

2.11).

2.3.4.- Según su construcción [5]:

2.3.4.1.- Barras de fases no segregadas: Aquel donde todos los conductores de fase se

encuentran en una envolvente metálica común sin barreras entre las fases (ver figura 2.16).

Figura 2.16.- Barras de fase no segregadas [5].

27

2.3.4.2.- Barras de fases segregadas: Aquel donde todos los conductores de fase se encuentran

en una envolvente metálica común pero las fases están separadas con barreras metálicas. En la

figura 2.17 se muestra tal disposición de las barras en el ducto.

Figura. 2.17.- Barras de fase segregadas [5].

2.3.4.3.- Barras de fases aisladas: Aquel donde cada conductor de fase está envuelto por una

capa aislante individual. Separado cada conductor de la capa aislante del conductor de fase

adyacente por un espaciamiento de aire. Ver figura 2.18.

Figura 2.18.- Barras de fase aisladas [5].

2.4.- Características nominales

2.4.1.- Tensiones [2]

2.4.1.1.- Tensión nominal: es el valor de tensión que la identifica (ver tabla 2.5).

28

2.4.1.2.- Tensión máxima: es el mayor valor eficaz de la tensión para la cual el equipo ha sido

diseñado y el límite superior al cual podrá funcionar (ver tabla 2.5).

Tabla 2.5.-Tensiones nominales para ductos de barra de distribución según COVENIN

3087:1994[3].

Características nominales de tensiones (rms)

Tensión nominal (V)

Tensión máxima (V)

240 250 480 500 600 630

2.4.2.- Frecuencia nominal: es la frecuencia del circuito para el cual ha sido diseñado. La

frecuencia nominal para el ducto de barras de distribución de corriente alterna es 60 Hz [4].

2.4.3.- Nivel de aislamiento: es la capacidad del elemento de soportar sobretensiones, las cuales

pueden ser de origen atmosférico (BIL) y que ocurren a frecuencia industrial (60 Hz) [2, 9]. En

las tablas 2.6 y 2.7 se muestran las tensiones y los niveles de aislamiento nominales de las barras

de distribución de energía eléctrica en baja tensión en corriente alterna. Según la norma

COVENIN 3087:1994, el nivel de aislamiento nominal para una barra deberá estar basado en la

tensión de prueba durante un minuto, a 60 Hz, según lo establecido en la norma venezolana

COVENIN 2941:2000.

Tabla 2.6.- Niveles de aislamiento nominales para ductos de barra de distribución según

COVENIN 3087:1994 [3].

Características nominales de tensiones(rms)

Nivel de aislamiento (kV)

Tensión nominal (V)

Prueba de 60 Hz8 (rms)

Prueba de tensión continua (rms)*

240 2.2 3.1 480 2.2 3.1 600 2.2 3.1

8Las especificaciones de esta prueba se basa en la norma COVENIN 3072:1994, SECCIÓN 5.1, Ensayo sobre dieléctricos, ubicado en los anexos; Ni en esta norma ni en el catálogo hacen señalización directa sobre el BIL.

29

*La columna titulada prueba de tensión continua, es indicada solo como referencia para el

momento de que este dato sea probado, e indica valores que como se estima, pueden ser

adecuados y aproximadamente equivalentes a los valores correspondientes en 60 Hz indicados

para las tensiones de cada clase de equipo.

Tabla 2.7.-Tensiones y niveles de aislamiento nominal para ductos de barra de distribución según

norma ANSI C37.23 [5].

Tensiones máximas (kV rms)

Nivel de aislamiento (kV)

Prueba de 60 Hz (1 min)

Prueba de tensión continua DC

0.635 2.2 3.1

2.4.4.- Corrientes [3]

2.4.4.1.- Corriente nominal de la barra9: es la corriente en amperios, transportada

continuamente por los componentes del circuito incluyendo las conexiones, sin causar

temperaturas más altas que los límites especificados para cualquier componente del circuito,

cualquier medio aislante o parte de la estructura.

En la tabla 2.8 se reflejan las referencias hechas por la normativa venezolana COVENIN,

y las normas internacionales NEMA BU-1:1993 y ANSI C37.23:2003.

9La norma venezolana COVENIN 3072:1994, sección 5.2 Ensayo de corriente nominal, especifica un procedimiento experimental a seguir para determinar el cumplimiento de los valores nominales de corriente en régimen permanente, este proceso se ubica en el anexo D.

30

Tabla 2.8.- Corriente de operación para barras de distribución hasta 600V (rms en amperios)

[3, 5, 6].

COVENIN

3087:1994

NEMA

BU1-1999

ANSI

C37.23-

200310

- 100 -

225 225 -

400 400 -

600 600 600

800 800 -

1000 1000 -

1200 1200 1200

1350 1350 -

1600 1600 1600

2000 2000 2000

2500 2500 2500

3000 3000 3000

- 3200 3200

4000 4000 4000

5000 5000 5000

- - 6000

- - 8000

- - 10000

- - 12000

2.4.4.2.- Corriente de cortocircuito: es la corriente que puede soportar un ducto de barra en

caso de falla [3]. Las normativas venezolanas COVENIN consultadas no hacen mención directa

al estudio de esta corriente para ductos de barras, así que se toma como referencia la norma

internacional NEMA BU-1:199911 que si reseña explícitamente los valores nominales que

10 En la norma ANSI C37.23-2003, se considera un voltaje mínimo de 0,635 kV para los ductos de barra. 11 Esta no es la versión más reciente de esta norma, pero sí la disponible por la empresa.

31

soportan las barras de distribución eléctrica en ductos en baja tensión. Estos valores se muestran

en la tabla 2.9.

Tabla 2.9.- Corrientes de cortocircuito nominales (rms) para barras hasta 600V [3, 6].

Corriente de cortocircuito (𝒌𝑨𝒓𝒎𝒔 𝒔𝒊𝒎é𝒕𝒓𝒊𝒄𝒂)

5 42 7.5 50 10 65 14 75 18 85 22 100 25 125 30 150 35 200

2.4.4.3.- Corriente de duración momentánea: se define esta corriente como el valor de

corriente rms total (asimétrica) que un ducto de barras debe ser capaz de soportar durante al

menos 10 ciclos, y es medido al pico máximo entre el mayor de los ciclos con la compensación

DC equivalente incluida [5]. La tabla 2.10 muestra los valores de esta corriente (según el voltaje

que maneja la barra) en kA rms simétrica y kA pico, de acuerdo a la norma internacional ANSI

C37.23:2003 (se toma la tabla 2.6 como referencia, ya en las nomas venezolanas COVENIN

consultadas no mencionan directamente alguna restricción de esta corriente). En la empresa no

verifican ni controlan este valor, pero en según la norma ANSI C37.23:2003 debe ser probada a

través de pruebas en laboratorio.

Tabla 2.10.-Corrientes de duración momentánea para barras segregadas y no segregadas

[5].

Voltaje (kV)

Corriente de duración momentánea

(kA rms) asimétrica)

(kA pico)

0,635

29 51 56 97 86 150 113 196

32

2.4.4.4.- Corriente de breve duración: es el valor de corriente simétrica que el ducto de barra

debe ser capaz de soportar por un período de 2 segundos [6]. Las normativas venezolanas

COVENIN consultadas no hacen referencia directa a esta corriente para la distribución de energía

eléctrica en baja tensión con ductos de barras, por ende se toma como reseña la tabla especificada

para esta corriente por la norma internacional ANSI C37.23:2003 (ver tabla 2.11). En la empresa

no verifican ni controlan este valor, pero según la norma ANSI C37.23:2003 ésta es una

especificación que la barra debe poseer y cuyo valor será determinado a través de pruebas en

laboratorio.

Tabla 2.11.- Corrientes de breve para barras no segregadas según la norma ANSI

C37.23:2003 [6].

Voltaje (kV)

Corriente de breve duración

(kArms simétrica)

0,635

22 42 65 85

2.4.5.- Nivel de cortocircuito: es la capacidad máxima de corriente que puede soportar un

sistema en caso de que ocurra una falla durante un tiempo específico [10]. El sistema tiene

diferentes niveles de cortocircuito, es decir, diferentes valores de máxima corriente de falla,

dependiendo del lugar donde ocurra la falla y la red de distribución de energía eléctrica (en este

caso, las barras en ducto) debe soportar el mismo valor de corriente máxima de cortocircuito que

posee el sistema.

2.4.6.- Caída de tensión: podría ser expresado como la diferencia de voltaje línea-línea por cada

100 pies en cada uno de los siguientes casos [7]:

- Carga concentrada al final de la barra (barra tipo alimentador).

- Carga uniformemente distribuida a lo largo de la barra (barra tipo enchufe).

33

La caída de tensión en los circuitos de alimentación, según la norma el Código Eléctrico

Nacional en la sección 210. Circuitos Ramales, Art. 210.19 (A) Circuitos ramales No mayores a

600V, (1) Disposiciones Generales, Nota No. 4 y la norma internacional NEMA BU-1:1999

exponen directamente que hasta el punto de distribución final en la que se divide la carga en

circuitos ramales individuales la caída de tensión no debe superar el 3% para cargas de potencia,

calefacción o iluminación o combinación de las mismas, y también que la caída de tensión total

para los alimentadores y circuitos ramales hasta el punto de utilización final no exceda de 5% en

general entre las dos mediciones a comparar.

En la empresa especifican valores en su catálogo de fabricación correspondientes a la

caída de tensión para cada 100 m a plena carga distribuida uniformemente según la capacidad de

corriente que maneja la barra conductora, pero éstos sólo pueden ser válidos después de la

realización de pruebas en el laboratorio, con base en la norma internacional NEMA BU-1:1999,

que es la norma disponible por la empresa que muestra explícitamente el procedimiento a seguir

para determinar el valor de caída de tensión correspondiente por cantidad de metros de barras

instalados y también según su ampacidad.

2.4.7.- Límites de temperatura [4]

2.4.7.1.- Temperatura límite: es la temperatura máxima permitida, para cualquier componente,

tal como el aislamiento, los conductores, ambiente que rodea a los conductores o para cualquier

otra parte estructural que no transporte corriente. El Código Eléctrico Nacional hace referencia al

valor límite de temperatura para conductores en general en la sección 310.10. Límites de

temperatura para los conductores.

2.4.7.2.- Temperatura límite para materiales aislantes: es la temperatura total a la cual los

materiales aislantes pueden estar sometidos. El Código Eléctrico Nacional no hace ninguna

acotación directa en cuanto a valores seguros de temperatura límite para los aislantes que cubren

34

en específico a las barras en ductos, ya que no es su objetivo, pero según la norma venezolana

COVENIN 3087:1994, todos los materiales aislantes que podrían ser usados para cubrir a las

barras en ducto, no deben tener una temperatura mayor a los valores que se indican en la tabla

2.12.

Tabla 2.12.- Límites de temperatura para materiales aislantes usados en ductos de barras para

distribución, según norma venezolana COVENIN 3087:1994 y norma ANSI C37.23- 2003 [3,5].

Clase de

material aislante

Límite de elevación en

el punto más caliente

(°C)

Límite de

temperatura total en

el punto más caliente

(°C)

Clase Y (90) 50 90

Clase A (105) 65 105

Clase B (130) 90 130

Clase F (155) 115 155

Clase H (180) 140 180

Clase C (220) 180 220

2.4.7.3.- Límite de temperatura para el aire que envuelve a los conductores aislados: la

norma venezolana COVENIN 3087:1994, indica que la temperatura media del aire que envuelve

a las barras conductoras aisladas en ductos no debe ser mayor a de 55ºC, cuando la barra está

transportando la corriente nominal, a la tensión y frecuencias nominales, y está envuelta en aire a

temperatura ambiente media máxima de 40ºC.

2.4.7.4.- Límite de temperatura para partes expuestas al contacto de personas: se refiere a la

temperatura que no deben sobrepasar las estructuras expuestas al contacto de seres humanos. La

normativa venezolana COVENIN 3087:1994, expone que existen 3 condiciones que definen este

límite de temperatura, y son:

35

- La temperatura total de las partes accionadas por un operador no debe ser mayor a 50 ºC.

- Las superficies externas accesibles a un operario no deben tener una temperatura superficial

mayor de 70ºC.

- Las superficies externas no accesibles a un operador no deben tener una temperatura total de

110ºC.

- El incremento de temperatura sobre la temperatura ambiente de las barras conductoras del ducto

según el manual de control de calidad de la empresa, no será mayor a 55ºC.

2.5.- En cuanto a las formas constructivas

2.5.1.- Tramo recto (TR) [1]

En la empresa se fabrican los tramos de barra en tamaño normalizado de 3 m.

Principalmente del tipo potencia ya sea como alimentador o enchufable con sus respectivos

equipos de protección se sobrecorriente para cada circuito que alimenta.

En el caso del ducto tipo enchufable, en cada espacio destinado para esta función, el

ducto cuenta además de con el equipo de protección de sobrecorriente necesario para el circuito

que alimenta, con un elemento de interrupción mecánica (palanca) accionada desde el exterior de

éste. La figura 2.19 se ilustra este elemento.

36

Figura 2.19.-Tramo recto de barras en ducto fabricada por DUCTOBARRA [1].

2.5.2.- Curvas (LV o LH) [1]

Las curvas se fabrican de 90° según el catálogo de la empresa, tanto para configuración

plana como de canto, cuando en la instalación sea necesario un cambio de dirección hacia la

derecha o la izquierda, hacia arriba o hacia abajo. En la empresa no hay disponible ni vigente,

normativas nacionales o internacionales que hagan restricciones sobre dobleces o curvas para

ductos de barras de aluminio para distribución eléctrica, es decir, esta especificación resulta

arbitraria por parte de la empresa, ya que no está sujeta a la norma UL-857 vigente, como lo

están otros fabricantes, como: Shneider Busways, General Electric, etc. Las figuras 2.20 y 2.21

ilustran la fabricación de éstas.

Figura 2.20.-Curva horizontal fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones (AxB) ver en tabla

2.1 [1].

37

Figura 2.21.-Curva vertical fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones (AxB) ver en tabla 2.1

[1].

2.5.3.- Desviación “Z” (ZH o ZV) [1]

Según el catálogo de la empresa, es la combinación de dos curvas y pueden ser verticales

u horizontales y para su fabricación ocurre lo mismo que ocurre en el caso de la fabricación del

tramo recto (su fabricación está basada en una versión de la norma UL-857, que es obsoleta en la

actualidad y la convierte y inaplicable). Su forma se ilustra en las figura 2.22.

Figura 2.22.- Curva de desviación fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones (AxB) ver en

tabla 2.1 [1].

38

2.5.4.- Conexión “T” (TH o TV) [1]

Según el catálogo de la empresa, esta forma permite la conexión de ramales, en sentido

horizontal o vertical, a un ducto de barras. Las especificaciones de esta pieza expuestas en el

catálogo del fabricante no pueden ser tomadas como válidas ni certeras, ya que no sigue ninguna

normativa nacional ni internacional vigente que restrinja su fabricación (norma UL-857).

La misma cuenta con una serie de medidas constructivas mostradas en las figuras 2.23 y

2.24. Esta pieza es usada cuando la topología de la red (el recorrido del sistema de barras) lo

requiera.

La conexión que se realiza a través de esta pieza cuenta con los mismos elementos de

protección contra sobrecorrientes, debido a que los circuitos ramales pueden ser de diferentes

capacidades amperimétricas, es decir, se necesite cambio de sección de barra, ya que depende de

la carga que será alimentada.

Figura 2.23.- Conexión “T” horizontal fabricada por DUCTOBARRA [1].

39

Figura 2.24.-Conexión “T” vertical fabricada por DUCTOBARRA [1].

2.5.5.- Barra de Tierra [1]

Según el catálogo de la empresa, todos los ductos de barras que se fabrican, cuentan con un

conductor de Tierra, para proporcionar un camino de retorno a las corrientes de falla en caso de

que ocurran, es decir, según la empresa, este conductor es diseñado para soportar la corriente de

falla máxima a tierra que pueda ocurrir en el sistema (véase 2.4.4.2, corriente de cortocircuito),

por un lapso de tiempo de al menos un segundo; que este conductor soporte la misma cantidad de

corriente de falla máxima que soporta el elemento de protección que esté conectado a la barra.

Este diseño se realiza usando un método explicado en el capítulo 4.

La barra de Tierra es colocada en la misma disposición que los conductores de fase y a lo

largo de todo el ducto. Todas las partes metálicas de la estructura externa del ducto se conectan a

este conductor directa o indirectamente. Antes de realizar la instalación de este conductor en el

ducto, en la empresa, indican que en cualquier caso éste soporte al menos 25% de la capacidad

amperimétrica de las barras de fase, entiéndase que es sólo un valor indicado, no es un valor

40

probado ni medido, lo que implica, no es puede asegurarse a menos que se realice la prueba en

laboratorio indicada en la norma UL-857 vigente, que avale esta estimación.

Esta especificación es teórica y fijada una vez que se determina la capacidad

amperimétrica de las barras de fase a instalar en el proyecto (a la cual le corresponde una

capacidad de corriente de cortocircuito estimada por el cliente).

𝐼𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑐𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒

∗ 25% = 𝐼𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑇𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎 𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎

Ec. 2.1

2.5.6.- Barra de Neutro

Todos los ductos de barra que se fabrican en la empresa incluyen una barra de neutro con

el fin de proporcionar un camino de retorno para las corrientes de desbalance del sistema, en el

caso de que ocurra, esto según el catálogo de la empresa. Esta barra se adecua teóricamente para

transportar todas las corrientes de neutro de las cargas conectadas al ducto de barras, incluyendo

las corrientes armónicas y la capacidad momentánea de cortocircuito correspondiente con los

requisitos del sistema (véase 2.4.4.3, corriente de duración momentánea).

La capacidad de conducción de esta barra es siempre diseñada para soportan una capacidad

de al menos 50% la capacidad de corriente que soportan las barras de fase. Como ocurre en el

caso de la barra de Tierra, estas especificaciones son teóricas y fijadas una vez que se determina

la capacidad amperimétrica de las barras de fase a instalar en el proyecto, pero estas no son

probadas ni medidas, lo que implica que sólo serán válidas después de someter a la barra, a las

pruebas en laboratorio que avalen estas estimaciones, basadas por supuesto en una normativa

legítima y vigente.

𝐼𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑐𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒

∗ 50% = 𝐼𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑁𝑢𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎

Ec. 2.2

41

2.6.- Otros fabricantes

Es importante resaltar la existencia de ductos de barras de fabricantes internacionales como:

General Electric, Schneider Busway, Barras en ducto Zucchini, entre otros (no consultados), que

muestran en sus catálogos, la descripción detalla de cada uno de los elementos y formas

constructivas nombradas a lo largo de este capítulo, bajo las certificaciones UL- 857 (en el caso

de las empresas General Electric y Schneider Busway) y NEMA BU-1:1999 (en el caso de la

empresa General Electric), lo que indica, que la empresa debe para poder ser competitivo dentro

del mercado y expender este producto, estar respaldado legalmente bajo estas normas de

fabricación.

La comparación de las barras que fabrican estas empresas reconocidas y las fabricadas por

DUCTOBARRA, no pueden ser comparadas12, ya que la configuración de las barras dentro de la

envolvente13, es realizada de manera diferente, en la figura 2.25 se ilustra esta configuración:

Figura 2.25.- Configuración de las barras dentro del ducto, fabricadas por empresas

internacionales: Schneider, General Electric, Barras en ducto Zucchini, entre otras [20].

12 Existen características como dimensiones de las barras y formas constructivas que exponen los catálogos de los fabricantes internacionales que también fabricada DUCTOBARRA, como: cruces y derivaciones. 13 Una vez realizada la certificación de la empresa DUCTOBARRA bajo la normativa que respalda a otros fabricantes como General Electric y Schneider, sería atractivo realizar comparaciones que permitan resaltan propiedades de cada una de ambas configuraciones.

42

CAPÍTULO 3

NORMATIVA REVISADA EN CUANTO A LAS CARÁCTERÍSTICAS TÉCNICAS DE

LAS BARRAS FABRICADAS POR LA EMPRESA

En este capítulo se exponen las normas revisadas vigentes y disponibles en la empresa

que incluyen especificaciones de las características técnicas los ductos de barra y algunos de los

componentes fabricados en la empresa.

3.1.- En cuanto a los componentes

Tabla 3.1.- Normas revisadas en cuanto a los componentes de los ductos de barras fabricados

en DUCTOBARRA.

Componente Norma consultada Ítem

Ducto

metálico [1]

Código Eléctrico Nacional, en los

artículos:

- 368.4 (B)(1), sobre la exposición

de carcasas o envolventes a daños

severos o vapores corrosivos.

- 368.4 (B)(4), sobre la exposición

de carcasas o envolventes en

lugares húmedos o mojados.

Protege a las barras

conductoras ante situaciones

como: resistencia a la corrosión,

humedad, daños por causas

externas (según su manual de

control de calidad).

ygtvtv

43

Ducto

metálico [1]

COVENIN 3087:1994, en su

sección 4.1.2, sobre las láminas

metálicas que forman la estructura

externa del ducto de barras.

Código Eléctrico Nacional, sección

110, parte II, sobre los requisitos de

instalaciones eléctricas, en cuanto a

cruce de barras conductoras ventiladas o

no en paredes y pisos.

COVENIN 3087:1994, en los

artículos:

- 368.6 (A), sobre ductos de barras

no ventilados a través de muros

secos14.

- 368.6 (B), sobre la extensión sólo

ductos no ventilados, en el caso de

ductos que atraviesan el piso y

colocados a 1.8 m sobre el piso.

COVENIN 3087:1994, sección

4.3.1, sobre las chapas de acero que

componen esta carcasa y el espesor no

menor de 1,2 mm con el que debe contar.

Cuando se realiza

instalaciones donde es

necesario atravesar paredes o

pisos, en la empresa sólo se

especifica que durante ese

tramo el ducto es cerrado o no

ventilado.

Cumple, según su manual

de control de calidad, con un

calibre de carcasa de 1.52 mm.

14 Ver definición en Glosario.

44

Ducto

metálico [1]

Código Eléctrico Nacional, artículo

368.7, sobre terminales extremos.

Cumple, según las

instalaciones revisadas,

con terminales cerrados en

los extremos.

Barras

conductoras

[1]

COVENIN 542:1999, sobre la

separación entre las barras conductoras

dentro de una envolvente.

COVENIN 3087:199, sección

4.3.5, sobre material, diseño y fabricación

de las barras conductoras.

COVENIN 3087:1994, sección

4.1.7, sobre el estañado de las barras en

los puntos de empalme.

En la empresa no se encuentran

disponibles las normas vigentes que

determinan la sección transversal que

deben tener las barras conductoras para

distribución eléctrica en baja tensión

hasta 600V dependiendo de su

capacidad amperimétrica.

Cumple, según su manual

de control de calidad, con una

distancia entre fases de 40 mm,

mayor que el 25 mm que fija la

norma como mínimo.

Las barras son estañadas

en sus extremos, según

supervisión en fábrica.

Chaqueta

aislante [1]

COVENIN 3087, sección 4.1.12, sobre

los recubrimientos de las barras

conductoras.

Cumple, las barras son

recubiertas con pintura aislante,

según supervisión en fábrica.

Aislador [1]

COVENIN 3087:1994, sección

5.1.2 sobre las características del

aislador.

Según el manual de

control de calidad, este sostiene

a las barras dentro del ducto.

45

Caja de derivación

(CDB o CDF) [1]

Código Eléctrico Nacional, sección

368.29, sobre los dispositivos de

interrupción o puentes de desconexión

provistos en los tendidos de barras.

COVENIN 3087-1994, sección

5.1.4, sobre los requisitos de las cajas de

derivación.

Todas las cajas de

derivación según inspección en

instalaciones, cuentan con el

dispositivo de protección de

sobre corriente correspondiente.

Conector a

tablero (F),

Flange [1]

COVENIN 3063-1993, sección

3.22, en cuanto a la función del conector

a tablero.

Cumple con esta norma,

según inspección propia en

instalaciones; las barras se

conectan a tablero a través de

este elemento.

Reducción de sección (R o

RF) [1]

Código Eléctrico Nacional, sección

368.11, sobre la reducción de la

ampacidad de las barras.

Cumple con esta norma,

según inspección propia en

instalaciones; es usado este

elemento siempre que se

conectan barras de diferente

capacidad amperimétrica.

Tornillería

[1]

COVENIN 3087:1994, sección

4.1.3 y la norma venezolana COVENIN

3087:1994, sección 4.1.4, sobre los

tornillos usados para asegurar las

conexiones de las barras eléctricas de

distribución.

No se realizó durante esta

pasantía revisión sobre este

elemento.

46

Empalme [1]

COVENIN 3087:1994, sección

4.2.4, sobre el diseño de los ductos de

barras.

Cumple, según inspección

en instalaciones, teóricamente,

con las características en esta

norma especificadas para este

elemento.

3.2. En cuanto a las formas constructivas

Tabla 3.2.- Normas revisadas en cuanto a las formas constructivas de los ductos de barras

fabricados en DUCTOBARRA.

Formas

Constructivas

Norma consultada Ítem

Tramo recto [1]

Código Eléctrico Nacional,

sección 368.12, sobre la

protección de los alimentadores.

Cumple, con la

instalación de equipos de

protección resguardando a los

circuitos ramales.

Tierra [1]

COVENIN 3087:1994, sección

4.2.6, sobre la fabricación de la

barra Tierra.

Cumple, ya que se

fabrica, según su manual de

control de calidad, con una

capacidad de 25% de la

capacidad de los conductores

de fase.

Neutro [1]

Código Eléctrico Nacional,

sección 368.24, sobre la barra de

Neutro en los ductos de barras.

COVENIN 3087:1994, sección

4.2.6, sobre la fabricación de la

barra Neutro.

Cumple, ya que se

fabrica, según su manual de

control de calidad, con una

capacidad de 50% de la

capacidad de los conductores

de fase.

47

CAPÍTULO 4

CÁLCULO TEÓRICO PARA ESTIMAR EL NIVEL DE CORTOCIRCUITO QUE

SOPORTAN LAS BARRAS USADO EN DUCTOBARRA

Una característica fundamental para el diseño de las barras es la cantidad de corriente de

cortocircuito que puede soportar. Para realizar el cálculo numérico de esta capacidad, en la

empresa se realiza una aproximación mediante la aplicación de la norma IEEE 605-1998, para el

diseño de estructuras rígidas en subestaciones [12], donde se estudian los esfuerzos térmicos y

mecánicos que según esta norma, sufren las barras conductoras. El método es usado de la

siguiente manera:

4.1.- Esfuerzos térmicos producidos por la corriente de cortocircuito

Por efecto de la corriente de cortocircuito, los conductores sufren un esfuerzo térmico, que

depende, básicamente del cuadrado de la intensidad y de la duración del cortocircuito.

Para determinar el valor del aumento de temperatura, se establece una corriente

permanente de cortocircuito, 𝐼𝑐𝑐 (véase 2.4.4.2), y el tiempo, t, medido desde el inicio del

cortocircuito hasta la desconexión de los interruptores correspondientes, pero además hay que

considerar el calentamiento producido por la corriente sub-transitoria, que se llamará 𝐼𝑐𝑐" (véase

2.4.4.3). Para tomar en cuenta el efecto de 𝐼𝑐𝑐" , se introduce en los cálculos un tiempo adicional

Δt, cuyo valor es:

ygtvtv

48

𝛥𝑡 =(𝐼𝑐𝑐

" )2

𝐼𝑐𝑐. 𝑡 Ec. 4.115

En la empresa, para simplificar los cálculos se asume:

1. El calor cedido por las barras al medio ambiente es despreciable, debido al corto

tiempo de duración del cortocircuito.

2. La resistencia eléctrica del conductor no varía con el aumento de temperatura.

3. El calor específico del material es constante con la temperatura.

Aplicando estas condiciones a la ecuación general de conducción de calor se obtiene:

𝑑𝑇

𝑑𝑡 ´= 𝐶𝑡𝑡𝑒1 ∗ 𝑊𝑖 Ec. 4.2

Donde:

𝑊𝑖 = 𝐶𝑡𝑡𝑒2 𝐼𝐶𝐶

2

𝐴2 . Integrando la ecuación dependiente de dt´:

𝑑𝑇´𝑇

𝑇𝑜=

𝑎

𝐾

𝑡

0 𝑊𝑖𝑑𝑡´ → 𝛥𝑇 = 𝑇 − 𝑇𝑜 = 𝐶𝑡𝑡𝑒1 𝑊𝑖𝑡 Ec. 4.3

𝑇𝑜 es la temperatura inicial del conductor antes del cortocircuito y T la temperatura final

después de un tiempo t. Sustituyendo:

𝛥𝑇 = 𝐶𝑡𝑡𝑒3 𝐼𝑐𝑐

2

𝐴2 𝑡 Ec. 4.4

15 Ver lista de abreviaturas.

49

Para tomar en cuenta el calentamiento producido por la corriente sub-transitoria nombrada

anteriormente se debe sumar un tiempo adicional 𝛥𝑇.

𝛥𝑇 = 𝐶𝑡𝑡𝑒3 𝐼𝑐𝑐

2

𝐴2 𝑡 + 𝛥𝑡 Ec. 4.5

La expresión 4.5 es entonces la expresión final, usada por la empresa, para el

calentamiento del conductor.

Los aumentos de temperatura admisibles en caso de cortocircuito son los siguientes: (1)

para conductores desnudos de aluminio: 180°C y para (2) conductores de cobre: 200°C, según la

norma IEEE 605-1998, para el diseño de estructuras rígidas en subestaciones.

Para desarrollar este método, usado en DUCTOBARRA, en la determinación de la

corriente de cortocircuito máxima que puede soportar la barra conductora, cuando la misma es

sometida a esfuerzos térmicos se realiza un caso de estudio expuesto a continuación.

4.1.1.- Caso de estudio 1

Se necesita hallar el aumento de temperatura en una barra de cobre para baja tensión, con

una sección transversal de 250 𝑚𝑚2, con un tiempo de disparo de los interruptores de 1 seg., en

caso de un cortocircuito trifásico. Corriente sub-transitoria 𝐼𝑐𝑐" = 70 kA y corriente permanente

𝐼𝑐𝑐 = 50 kA. Se tiene,

50

𝛥𝑡 = (𝐼𝑐𝑐

")2

𝐼𝑐𝑐2

𝑡 =(70)2

(50)2 0,3 = 0,59 𝑠𝑒𝑔

El calentamiento sufrido por el conductor es:

𝛥𝑇 = 𝐶𝑡𝑡𝑒3 𝐼𝑠

2

𝐴2 𝑡 + 𝛥𝑡 = 0,0051

50.000 2

2502(1 + 0,59) = 324,4°𝐶

El valor obtenido es mucho mayor al admisible, que es de 200°C. Para obtener un valor

apropiado, se dispone de dos soluciones:

a) Aumentar la sección del conductor.

b) Disminuir el tiempo de disparo de los interruptores ajustando los relés de

sobrecorriente16.

Se replantea el problema aplicando las dos soluciones posibles. Para resolver el problema

aumentando la sección de la barra, primero es calculado el valor teórico mínimo de la sección

para tener un aumento de temperatura de 200°C, y con la utilización de la sección superior más

cercana a ése valor teórico, de la ecuación puede deducirse:

𝐴 = 𝐶𝑡𝑡𝑒3 𝐼𝑠

2

𝛥𝑇 𝑡 + 𝛥𝑡 = 0,0051

50.000 2

200(1,59) = 318,4 𝑚𝑚2

La sección más próxima es 2’’x ¼’’ (322,6 𝑚𝑚2). La cual sería la sección correcta.

16 Ver definición en glosario.

51

Si se quiere mantener la sección y disminuir, por lo tanto, el tiempo de disparo del

interruptor se puede, en forma análoga, hallar el valor mínimo de éste para así obtener un

aumento de temperatura de 200°C.

Despejando de nuevo la ecuación:

𝑡 = 𝐴2. 𝛥𝑇 − 𝛥𝑡

𝐶𝑡𝑡𝑒3. 𝐼𝑐𝑐2

Sustituyendo valores: 𝑡 = 2502 . 200 − 0,59

(0,0051).(50000 2) = 0,39 segundos.

Es decir, que debe ajustarse el tiempo de los relés de forma que le interruptor desconecte a

los 0,3 segundos de producirse el cortocircuito, con esto, se tendrá la seguridad de que el

calentamiento sea menor de 200°C, el cual se ha tomado como valor máximo.

4.2.- Esfuerzos mecánicos producidos por la corriente de cortocircuito

En la norma IEEE 605-1998, para el diseño de estructuras rígidas en subestaciones, se

presenta la ecuación clásica para fuerzas entre conductores largos y paralelos, en configuración

plana, debido a una corriente de cortocircuito, de la forma siguiente:

52

𝐹𝑐𝑐 =2 Ґ 2 2𝐼𝑐𝑐

2

104(𝑟) Ec. 4.617

Según esta norma, la ecuación 4.6 asume que la falla se inicia al producirse la corriente

máxima de falla (véase 2.4.4.3, corriente de cortocircuito) con contribución de corriente directa

incluida. La magnitud de la corriente de falla 𝐼𝑐𝑐 es diferente para cada tipo de falla (trifásica,

bifásica, monofásica, etc.) y para obtener una ecuación equivalente para cada una de ellas es

necesario determinar los parámetros eléctricos del sistema. Una buena aproximación para este

cálculo, transformando las constantes y las unidades es:

𝐹 = 2,04𝑥10−8. 𝐼2.𝐿

𝑟 Ec. 4.7

Con el fin de caracterizar dos conductores largos y paralelos, en la figura 4.1 se representa

un sistema de distribución con barras, separadas una distancia, r, en cm, de longitud, L, también

en cm, y recorridas por una corriente, I, en amperios. Según esta norma, entre estos dos

conductores se produce una fuerza de origen electromagnético, cuyo valor viene dado por la

siguiente ecuación 4.7.

Figura 4.1.- Barras conductoras paralelas y largas. 17 Ver lista de abreviaturas.

53

Los máximos de la corriente de cortocircuito (véase 2.4.4.3) con contribución de corriente

directa incluida, según esta norma, aparecen cuando circula el valor máximo de la corriente sub-

transitoria de la falla (𝐼𝑐𝑐′′ ), este valor máximo se nombra 𝐼𝑐𝑕 , y es expresado en la ecuación 4.8.

𝐼𝑐𝑕 = 1,8 .2 . 𝐼𝑐𝑐′′ Ec. 4.8

Con 𝐼𝑐𝑕 expresado en kA, y eligiendo una longitud base del conductor de 100 cm. Se tiene

que el esfuerzo electrodinámico por metro de conductor tiene un valor de:

𝐹 = 2,04 .𝐼𝑐𝑕

2

𝑟 , en 𝐾𝑔

𝑚 Ec. 4.9

Según esta norma, la resistencia mecánica de las barras, se determina a partir de su

momento resistente. El momento resistente de una sección rectangular se presenta en la ecuación

4.10:

𝑀𝑅 =𝑕 .𝑏2

6 , en 𝑐𝑚3 Ec. 4.10

Con los valores de h y b, según la disposición de las barras colectoras en el ducto (ver

figura 4.2).

54

Figura 4.2.- Aplicación de los valores de b y h, de acuerdo a la disposición de las barras colectoras.

Para evitar la deformación de las barras, se define un momento flector máximo

dependiente del momento flector de las barras y de la carga admisible del material con el cual es

construida (especificaciones definidas en el párrafo siguiente). Este momento, según la norma

consultada por la empresa, puede describirse con la ecuación 4.11:

𝑀𝑓𝑚 á𝑥 =𝑀𝑓

𝐾 Ec. 4.11

Si se considera a las barras como vigas sometidas a una carga uniformemente distribuida,

según la norma internacional IEEE std 605:1998, para estructuras rígidas en subestaciones, el

momento de flexión de las barras se expresa como muestra la ecuación 4.12:

𝑀𝑓 =𝐹.𝐿

16, en Kg.cm Ec. 4.12

55

La carga admisible K, según esta norma, es: para el cobre K= 1000 a 1200 𝐾𝑔𝑐𝑚2 y para

el aluminio K= 400 a 600 𝐾𝑔𝑐𝑚2 .

Para que el valor del momento resistente sea el correcto, es decir, cumpla con la norma

usada en la empresa, debe cumplirse la condición expresada en la ecuación 4.13:

𝑀𝑓

𝐾<

𝑕 .𝑏2

6 Ec. 4.13

Con el cálculo anterior, en la empresa, se determina por tanteo, la distancia necesaria L

entre los apoyos, la sección más apropiada de las barras, etc., teniendo fijo previamente la

distancia r entre los conductores, y la corriente de cortocircuito estimada en el proyecto.

Mediante los esfuerzos expuestos en las secciones 4.1 y 4.2, y tomando como distancia

entre los soportes 30 cm, en la empresa se tabula el nivel de cortocircuito por capacidad

amperimétrica con los valores establecidos en la tabla 4.1.

Tabla 4.1.- Capacidad de cortocircuito para barras de distribución eléctrica hasta 600 V,

fabricadas por DUCTOBARRA [1].

Capacidad de Cortocircuito (kA)

250 14

500 25

800 37

1000 45

1350 50

56

1600 74

2000 90

2400 100

3000 145

4000 180

Por otra parte, para desarrollar este método, usado en DUCTOBARRA, en la

determinación de la corriente de cortocircuito máxima que puede soportar la barra conductora,

cuando la misma es sometida a esfuerzos mecánicos se realiza un caso de estudio expuesto a

continuación.

4.2.1.- Caso de estudio 2

Si se supone un sistema de distribución con una barra de corriente de operación de 1350 A

donde se requieren 4 barras por fase, por criterio propio de la empresa sin basamento en ninguna

orma legítima usada para el arreglo de múltiples barras, con una corriente de falla de 70 kA, una

distancia entre apoyos de L = 100 cm, y una separación entre fases, establecida por la empresa,

de 4 cm. El esfuerzo electrodinámico resulta:

𝐹 = 2,04 .𝐼𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎

2

𝑟 . 𝐿 = 2,04 .

702

4= 2499 𝐾𝑔 → fuerza que sufren las 4 barras, por ende:

𝐹 =2499

4= 624.75 𝑘𝑔

El momento de flexión es: 𝑀𝑓 =𝐹.𝐿

16=

624.75 . 100

16= 3904.687 𝑘𝑔. 𝑐𝑚

57

Empleando aluminio como material más frecuente de fabricación de las barras con K =

600 𝑘𝑔 𝑐𝑚2 , el momento flector máximo dará como resultado:

𝑀𝑓𝑚 á𝑥 =𝑀𝑓

𝐾=

3904.687 𝑘𝑔. 𝑐𝑚

600 𝑘𝑔/𝑐𝑚2= 6.507 𝑐𝑚3

Si esta barra tiene una sección de 0.635 cm de ancho y 6.35 cm de altura, en

configuración plana como se realiza en la empresa, se tiene que el momento resistente de la

sección resulta:

𝑀𝑅 =0.635 ∗ (6.35)2

6= 4.267 𝑐𝑚3

Como el momento resistente es menor al necesario (𝑀𝑓𝑚 á𝑥 > 𝑀𝑅), se modifican en el

diseño una o más de tres de las alternativas posibles:

a) Aumentar la distancia r, con lo que el esfuerzo F resulta menor.

b) Disminuir la distancia entre apoyos L, con lo que el momento de flexión resulta

menor.

c) Aumentar la sección de la barra, con lo que el momento resistente sería mayor.

d) Suponer una corriente falla menor.

Como la distancia entre las barras no puede cambiar y el tamaño de las mismas tampoco,

ya que los ductos y las barras son estandarizados, y el separar las barras implica un aumento en el

tamaño del ducto, aplicar las opción b) y d) son las factibles en el diseño.

Al variar la distancia entre los apoyos a 60 cm., el esfuerzo electrodinámico permanece

igual ya que la longitud de la barra no varía, y el momento de flexión vale ahora:

58

𝑀𝑓 =𝐹 ∗ 𝐿

16=

624.75 ∗ 60

16= 2342.812 𝑘𝑔. 𝑐𝑚

El momento resistente necesario cambió y ahora tiene un valor de:

𝑀𝑓

𝐾=

2342.812

600= 3.904 𝑐𝑚3

Con esta solución se resuelve el problema, ya que 3.904 𝑐𝑚3< 4.267 𝑐𝑚3.

Aplicando la opción d) con las mismas condiciones iniciales y rehaciendo el mismo

procedimiento anterior, eligiendo por tanteo una corriente de falla de 50 kA:

𝐹 = 318.75 𝐾𝑔

𝑀 = 1992.187 𝑘𝑔. 𝑐𝑚

𝑀𝑓𝑚 á𝑥 = 3.32 𝑐𝑚3

Manteniendo la sección de la barra, el momento resistente de la sección resulta:

𝑀𝑅 =0,635 . (6.352)

6= 4.267 𝑐𝑚3

Como 𝑀𝑅 > 𝑀𝑓𝑚 á𝑥 no se realiza ningún cambio ya que se cumple que el momento

resistente de la barra es mayor que su momento flector. La barra resiste mecánicamente una

corriente de falla de 50 kA.

59

Las corrientes de cortocircuito determinadas a través de los procedimientos 4.1 y 4.2, son

aquellas que aseguran según esta norma, que la barra no sufrirá daños de índole mecánica. Para

poder determinar la corriente de cortocircuito máxima válida para cualquier corriente de

operación, es necesario realizar las pruebas en el laboratorio, avaladas en las normas vigentes y

legítimas propias para ésta especificación.

60

CAPÍTULO 5

PROYECTOS DE DISTRIBUCIÓN EN BARRA

En este capítulo se presenta el procedimiento, usado en la empresa, para realizar la

distribución de energía eléctrica a través de la tecnología de barras, comenzando desde los

requerimientos de la demanda, la selección del material de la barra según su clase, el recorrido de

barra necesario para suplir la carga desde la fuente y la escogencia final de capacidad de corriente

de ésta.

En la figura 5.1 se muestra el diagrama de flujo que sigue la empresa DUCTOBARRA

para la implementación de esta tecnología.

Establecer las condiciones de diseño

Seleccionar la clase de

conductor

Determinar la cantidad de metros requeridos

ygtvtv

61

Figura 5.1.- Diagrama de flujo que sigue la empresa para la implementación de los ductos de

barras para distribución de energía eléctrica que fabrica [1].

Seguidamente se realizar la descripción paso a paso del diagrama de flujo anterior.

5.1.- Selección del material

Como la empresa no se rige por ninguna norma vigente y legítima que indique la clase de

conductor a usar específicamente en una instalación, la selección del material, es dependiente de

Determinar la capacidad

amperimétrica de la barra

Asignación de la barra según la

capacidad amperimétrica

estimada

Digitalización del recorrido de las barras

Fabricación de las barras

Instalación de las barras

62

los requerimientos del encargado de la obra o proyecto donde será implementado el ducto de

barras.

En la empresa se fabrican los ductos con barras de aluminio18 aleación 6101-T6 de 61%

I.A.C.S.19, con resistencia máxima de 13,8 micro-ohms/ 𝑝𝑢𝑙𝑔2/pie [1] y características mecánicas

que se encuentran en el anexo B.

5.2.- Especificación de la cantidad de metros requeridos en la instalación.

La metodología, usada en DUCTOBARRA, para determinar la cantidad de metros de

barra que requiere la instalación se basa en determinar la distancia más corta

(arquitectónicamente posible) entre la fuente y la(s) cargas. Si la barra será del tipo alimentador

se construye la cantidad de piezas normalizadas (3 - 3,05m) necesarias para cubrir la totalidad del

trayecto determinado. Del otro modo, si la barra funcionará como enchufable, se realiza el mismo

procedimiento hecho para la barra tipo alimentador, con la distinción de colocar ahora cajas de

derivación según la ubicación de cargas a ser alimentadas y de la capacidad amperimétrica que le

corresponda a las mismas. Seguidamente después de determinada la obra civil del proyecto se

realiza un replanteo de las medidas y la verificación de éstas con respecto al recorrido inicial

hecho; se corrigen las medidas en caso de ser necesario, por último se digitaliza el recorrido de

las barras y se fabrican para su instalación.

5.3.- Capacidad amperimétrica de la demanda

La capacidad amperimétrica de la barra a usar en la instalación se calcula determinando la

potencia que requieren todos los aparatos que conforman la carga, obteniendo la cantidad de

18 En el caso de ser requerido por el cliente, se fabrican ductos con barras de cobre con características eléctricas y mecánicas ubicadas en el anexo B. 19Estándar Internacional del Cobre Recocido o IACS (siglas en inglés) definición de la conductividad del cobre, medida a 20 °C de valor 58,108𝑥106 𝑆 𝑚 al cual se le asigna un índice de 100%.

63

corriente total requerida. En el capítulo 2, tabla 2.1 se pueden ver las ampacidades usadas en la

empresa para la fabricación de los ductos de barra.

Una vez determinada la demanda en amperios del sistema, la empresa selecciona si el

ducto será ventilado o no ventilado, según la ubicación del sistema de barras que será instalado:

Si el recorrido de barras de distribución de energía cuenta con alguna protección contra el

medio ambiente, esté dentro de la estructura y/o fuera del deterioro que pueda producir el

entorno en que este ubicado, en la empresa se selecciona un ducto de barra ventilado.

Si el recorrido del ducto será colocado exterior a la obra, es decir, al aire libre sin techo o

cobertura, la empresa selecciona un ducto no ventilado para la instalación. Esto, según la

empresa, se establece para proteger a las barras conductoras de las abrasiones del entorno,

incluidas las variaciones climáticas, el contacto directo de personas con las barras

conductoras, los animales silvestres y la vegetación (estos dos últimos en el caso de que la

instalación se ubique fuera de la ciudad).

Esta selección es totalmente subjetiva ya que no se dispone en la empresa DUCTOBARRA

con la normativa vigente y legítima que avala esta escogencia, ni han sido sometidos, los ductos,

a alguna prueba de campo o laboratorio basada en una norma genuina de fabricación, como lo es

la norma UL-857 vigente.

En esta pasantía se propone reformar el diagrama de flujo usado en la empresa, después de la

determinación de la capacidad amperimétrica como se muestra en la figura 5.2.

Establecer las condiciones de diseño

64

Figura 5.2.- Diagrama de flujo propuesto para la implementación de los ductos de barras para

distribución de energía eléctrica que fabrica [1].

Determinar la capacidad

amperimétrica de la barra

Informar la caída de tensión

Escoger el Nivel de cortocircuito

¿Cumple la barra seleccionada con los requerimientos de la carga, las normas COVENIN y las normas

vigentes y disponibles en la empresa?

Si

Digitalización del recorrido de las barras

No

Aumento de la capacidad de la barra

Fabricación de las barras

Instalación de las barras

Seleccionar la clase de

conductor

Determinar la cantidad de

metros requeridos

65

Una vez obtenida la capacidad amperimétrica de las barras y la selección del ducto, en esta

pasantía se propone verificar: (1) que la cantidad máxima de corriente de cortocircuito que

soporta la barra conductora es mayor que el nivel de cortocircuito del sistema y (2) la caída de

tensión por metro de la barra, esté dentro de los rangos admisibles en las normativas

correspondientes.

5.3.1.- Nivel de cortocircuito

Se propone realizar un análisis de malla básico (Ley de Kirchhoff) con la topología de la

red compuesta por el voltaje de la fuente de alimentación y las impedancias de la fuente de

alimentación (cuyo valor siempre es muy grande en comparación con las demás impedancia

componentes de la malla), del transformador, de la red de distribución y de la carga.

Como la empresa sólo cuenta con la parte resistiva de impedancia de la barra conductora20

(red de distribución), y para estimar el valor de la inductancia de la barra es necesario:

Conocer la geometría de las barras dentro del ducto.

Realizar cálculos matemáticos complejos basados en la separación de fases y la influencia

de la circulación de corriente en los conductores21.

Se calcula la corriente de cortocircuito en dos casos:

(1) En el caso de que la barra sea usada como alimentador, cuyo circuito equivalente es

mostrado en la figura 5.3, donde el valor de la corriente máxima de cortocircuito se fija hasta

aguas arriba de la carga:

20 La norma internacional NEMA BU-1:1999 expone la metodología necesaria para la determinación de los parámetros de las barras conductoras. Este procedimiento se ubica en los anexos. 21 Lo cual no es parte del alcance de esta pasantía, pero sí un dato indispensable para la buena estimación de la capacidad de corriente de cortocircuito que puede soportar la barra conductora.

66

Figura 5.3.- Circuito equivalente del sistema cuando el ducto de barras es usado como

alimentador [1].

Considerando el valor de la impedancia de la fuente muy grande, aproximando la

impedancia de la barra, sólo con el valor de la parte resistiva, y la impedancia del transformador

como dato de placa del equipo, para determinar la corriente máxima de falla del sistema se usa la

expresión 5.1:

𝐼𝐶𝐶 =

𝑉𝐿𝐿 3

𝑍𝑇𝑅𝑋 +𝑍𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 Ec. 5.122

(2) En el caso de que la barra sea usada como barra tipo enchufe, donde la impedancia de

la barra se representa en Ω/m ya que la corriente de cortocircuito se calcula hasta cualquier lugar

donde esté enchufada la carga en derivación (ver figura 5.4, donde las cargas 1 – 4 están

colocadas a lo largo de la barra de distribución).

22 Ver Lista de abreviaturas.

67

Figura 5.4.- Circuito equivalente del sistema cuando el ducto de barras es usado como

barra tipo enchufe [2].

Para determinar entonces la corriente de cortocircuito máxima en cada carga derivada se

utiliza la ecuación 4.2:

𝐼𝐶𝐶 =

𝑉𝑇𝑕

𝑍𝑇𝑕

Ec. 4.223

Este valor de corriente de cortocircuito será el usado para determinar el equipo de

protección correspondiente a cada rama, y la barra debe ser diseñada para soportar la mayor de

estas corrientes de cortocircuito máximas. Por ser el recorrido de menor impedancia, la corriente

de cortocircuito máxima ocurrirá cuanto más cerca del transformador se asuma que ocurrió la

falla.

En busca de aplicar este método y además verificar si la corriente de cortocircuito máxima

es similar a la calculada por el método de la determinación del esfuerzo mecánico, se supone un

23El procedimiento para el cálculo de Vth y Zth se encuentran en los anexos.

68

sistema de barra de distribución tipo alimentador, con tensión de entrada de 480V, impedancia

tomada como dato de placa del transformador24 de (0.231 𝑥 10−3 + 𝑗 0.569 𝑥 10 −3),

impedancia de la barra de 72.441 𝑥 10−3Ω (barra con la misma sección y longitud que la barra

usada en el caso de estudio de la sección 4.2.3.1.1) y aplicando la ecuación 4.1:

𝐼𝐶𝐶 =

480 𝑉

3

[ 0.231 𝑥 10−3 + 𝑗 0.569 𝑥 10 −3 + 72.441 𝑥 10−3 ]Ω≈ 60 𝑘𝐴

Este es el valor de corriente máxima de cortocircuito del sistema, por lo tanto, se requiere

que la barra soporte una cantidad de corriente mayor a este valor.

5.3.2.- Verificación de la caída de tensión y su desviación25

Para la verificación de la caída de tensión se propone realizar lo señalado en la norma

internacional NEMA BU-1: 1999, sobre el cálculo de la caída de tensión en barras de

distribución, que dicta el procedimiento a seguir para determinar la caída de tensión línea- línea

promedio por cada 100 pies de ducto de barra con carga nominal y las desviaciones que tiene este

valor de caída de tensión dependiendo del factor de potencia de la carga. Este procedimiento se

encuentra en el anexo C.

24 Valores típicos para transformadores de baja tensión: %Z= 4%, 150 kVA, X/R=2.47, tomado de la norma ANSI C57.12.10. 25Todas las caídas de tensión y sus desviaciones se cumplen cuando la barra es usada como alimentador. Para barras con carga uniformemente distribuida estos valores podrían ser el 50% de los calculados, según norma NEMA BU.1:1999.

69

CAPÍTULO 6

PROYECTO LAVITAL

6.1.- Introducción del capítulo

La infraestructura de industrias LAVITAL inicialmente contaba con un sistema eléctrico

básico ya que este recinto fue diseñado para ser usado como almacén. En los últimos años se han

realizado remodelaciones convirtiendo este espacio en un complejo formado por oficinas,

laboratorios, talleres, líneas de producción de alimentos y adicionalmente maquinaria (proyección

a futuro).

Esta remodelación es causa de un requerimiento mayor de energía eléctrica, provocando

que los sistemas eléctricos ya instalados sean alterados, por ejemplo: se ha instalando más carga

en una fase que en otras (creándose desbalances de tensión), sobrecargo de los circuitos

eléctricos, etc. Para solucionar los problemas eléctricos que ha acarreado la modificación de los

galpones, se presenta un rediseño de los principales elementos que componen dicha instalación

eléctrica, basada en la distribución de energía a través de la tecnología de ductos de barra con la

empresa DUCTOBARRA.

6.2.- Diagnóstico y evaluación de las instalaciones eléctricas actuales

ygtvtv

70

Se observó que los cables de distribución eléctrica se encontraban en mal estado físico.

Existían empalmes de cables de diferentes calibres, con aparentemente ningún mantenimiento a

los mismos. Por otra razón se sustituyen los cables por las barras en ducto.

6.3.- Estudio de carga actual y proyectada

Teniendo el estudio de carga realizado por la industria LAVITAL, donde la empresa

obtuvo una demanda existente de 410.3 kVA (mostrada en la tabla 6.1), que junto con la

introducción a la planta de nuevas maquinarias de producción que consumen una potencia de

307.79 kVA (ver tabla 6.1), arrojan un total de 718.09 kVA (incluyendo el factor de diversidad).

Tabla 6.1.- Carga total en existente y proyectada en kVA en la planta industrial LAVITAL [12].

Demanda (kVA)

carga total actual 410.30

carga total proyectada 307.79

Demanda total 718.09

Teniendo el dato aportado por la empresa de la carga total y tomando un factor de

seguridad como criterio subjetivo de la empresa de 125%, la demanda total se estima:

1.25 ∗ 718.09𝑘𝑉𝐴 = 897.57 𝑘𝑉𝐴

71

Teniendo estimada la carga total, se propone la implementación de una barra26 de

distribución eléctrica como la que se muestra en la figura 6.1.

Figura 6.1.- Barra de distribución propuesta.

En este recorrido de ducto de barras se buscó cubrir toda la edificación para lograr que no

se necesitara un cableado desde la carga hasta la barra de alimentación de una longitud mayor a 3

m. Desde donde se ubica el tablero principal, sale el ducto de barras (con el ducto ventilado27,

aunque se ubica en la parte externa de la edificación ya que la misma cuenta con un sobre-techo

de láminas de zinc) a través del elemento “conector a tablero” (después de la protección

conectada al tablero principal). De allí para aprovechar el techo de la edificación (ya que cuenta

con cuñas fijas tipo “pie de amigo”) se utiliza un tramo recto subiendo hasta alcanzar las cuñas

que sostienen al techo de la planta. A través de una curva horizontal se componen 30 m de ductos

de barras en tramos rectos estándar, otra curva horizontal para bordear la edificación y se coloca

el primer elemento de derivación (un elemento tipo “TH”). 26De clase aluminio, escogido por el cliente. 27 Escogencia subjetiva del cliente.

72

Este elemento, que está en derivación, es de la misma capacidad amperimétrica del tramo

principal, en este caso como el ducto atraviesa la pared de la edificación, debería cambiarse la

carcasa de las barras a no ventilado durante el espesor de la pared y recubrirse el ducto con un

material aislante según el Código Eléctrico Nacional sección 368.6 (A). Seguidamente de realiza

la siguiente derivación también a través de un elemento tipo “TH” para cubrir la segunda área de

maquinaria de la planta, luego se realizan dos curvas verticales, la primera en ascendencia y la

otra en descendencia para esquivar una tubería de aire acondicionado instalada y se termina el

recorrido con un tramo recto de 25 m compuesto de tramos rectos estándar hasta llegar a la tapa

final. Las cajas de derivación colocadas en las barras para suplir las cargas son de menos de 250

A ya que ningún circuito consume más de esta cantidad de corriente.

Para lograr una mejor visión de la ubicación del ducto de barras se realiza un plano de

planta, donde se señala a través de una línea roja el recorrido de distribución de energía. En la

figura 5.2 se muestra como se propone ubicar el ducto de barra en la industria:

Figura 6.2.- Plano de planta con la ubicación de la barra de distribución propuesta.

73

Se determina la capacidad de la barra según el Código Eléctrico Nacional, sección

210.19(A) de la siguiente manera:

𝐼 =𝑆

3 ∗ 𝑉𝐿𝐿

=897,57 𝑘𝑉𝐴

3 ∗ 480𝑉= 1079.61𝐴 ∗ 1.25 = 1349.52𝐴

Por lo tanto la capacidad de la barra será de 1350 A, con una totalidad de 139,4 m

necesarios para cubrir toda la demanda de la instalación.

6.4.- Cálculo del nivel de cortocircuito

Se propone realizar el procedimiento propuesto en la norma NEMA BU-1, para

determinar los parámetros de la barra y realizar el análisis expuesto en la sección 5.3.1.

6.5.- Verificación de la caída de tensión

De igual manera como ocurre para el cálculo de la corriente de cortocircuito, el no tener la

reactancia de la barra imposibilita realizar la verificación de la caída de tensión. En este caso se

propone realizar la medición de tensión al principio y al final del recorrido de las barras en ducto

y realizar la resta fasorial de las tensiones, en cuyo caso es necesario tener como dato el factor de

potencia de la carga, para obtener el ángulo de las tensiones, y aplicar la ecuación 6.1.

𝛥𝑉 = 𝑉2 − 𝑉1

Ec. 6.128

28 Ver lista de abreviaturas.

74

CONCLUSIONES

1. La empresa presenta total debilidad en cuanto a las especificaciones de los elementos y

piezas que fabrican, ya que no está sujeta a ninguna normativa vigente y legítima que

soporte lo expuesto por ésta en su catálogo de fabricante.

2. No se logró el objetivo de determinar la cantidad máxima de corriente de falla soportada

por las barras conductoras, ya que la empresa no dispone de la inductancia reactiva de las

barras conductoras.

3. Como las barras fabricadas en la empresa no están bajo ninguna norma vigente y legal,

donde se determine la impedancia de la barra y se realicen los cálculos fasoriales

necesarios para definir si la barra seleccionada cumple o no con restricciones especificas,

el objetivo de analizar la caída de tensión en el ducto no fue logrado.

4. De acuerdo a la experiencia en campo obtenida durante la pasantía, cuando en la

edificación las cargas se encuentran dispersas o separadas grandes distancias, el usar

barras conductoras de distribución, no es factible, porque la instalación se vuelve poco

práctica y engorrosa; pero si se tiene un centro carga bien definido, es decir, existe un

conjunto de cargas en un mismo espacio, el uso de las barras es ideal, ya que a través de

punto de derivación, se suple el requerimiento energético de cada una de ellas, de manera

directa y factible.

75

RECOMENDACIONES

1. Crear una normativa venezolana para la fabricación y uso de los ductos de barra, que

cubra todas las especificaciones de los elementos que conforman el ducto de barra (los

materiales de fabricación de cada uno de ellos, las formas constructivas, las dimensiones y

las características mecánicas y eléctricas).

2. Ya que hasta ahora no se tiene un buen reglamento para la fabricación y uso de las barras

en ducto, realizar la actualización de las normas internacionales usadas en la empresa, a

fin de tener un soporte legal que asegure el cumplimiento de normas, estándares de

seguridad y las fortalezas de esta tecnología.

3. Realizar las mediciones correspondiente a la determinación de los parámetros como lo

indica la norma NEMA BU-1:1999, e indicado en este informe en el capítulo 4.

4. Determinar la capacidad de las barras, tomando en cuenta los siguientes parámetros:

Ampacidad.

Caída de tensión.

Nivel de cortocircuito.

Reserva.

5. El diseño de los alimentadores será lo más recto posible para evitar curvas cerradas que

puedan ocasionar concentraciones de campo eléctrico, y por tanto calentamiento de las

barras, que provoque aumento de temperatura en los elementos conectados al ducto.

6. Se debe evitar en lo posible la colocación de ductos ventilados en lugares donde estos

puedan estar al alcance de personas que desconozcan realmente el peligro que ellas

involucran (en cuanto a la temperatura), también se debe evitar instalaciones de las

mismas bajo tuberías de agua, a fin de evitar que puedan presentarse goteras y colocadas a

76

un nivel sobre el piso adecuados. Sobre todo en lugares donde el volumen de personan

circulantes sea grande.

7. Realizar el análisis térmico del comportamiento de las barras, a través de una simulación

con elementos finitos que permita encontrar ventajas entre barras en ductos ventilados y

no ventilados, para verificar si existe o no diferencia entre ambas evolventes.

77

BIBLIOGRAFÍA

[1] Catálogo de la empresa.

[2] COVENIN 3063: Ductos de barra de distribución eléctrica en baja hasta 600V.

Definiciones y clasificación.

[3] COVENIN 3087:1994. Ductos de barras para distribución eléctrica hasta 600V. Requisitos.

[4] COVENIN 3072:1994. Ductos de barras para distribución eléctrica hasta 600V.

Métodos de ensayo [4].

[5] American National Standards Institute (ANSI C37.23).

[6] National Electrical Manufacturing Association (Nema BU-1).

[7] Manual de control de calidad de la empresa DUCTOBARRA.

[8]Pintura Electrostática, 2012. Disponible en internet:

http://es.wikipedia.org/wiki/Pintura_electrost%C3%A1tica

[9] Apuntes: clases de alta tensión. Profesor Juan Carlos Rodríguez.

[10] Nivel de cortocircuito, 2012. Disponible en internet:

www.cooperindustries.com/content/dam/public/bussman/Electrical/Resources/solution%20Center/short_circuit-currente-ratings/BUS_Elec_2008_NEC_SCCR:Requeriments.pdf

78

[11] IEEE std 605-1998: “Guide for desing of substation rigid- bus structures”.

[12] Memoria descriptiva de industria LAVITAL.

[13] Características del estaño, 2012. Disponible en internet:

http://es.wikipedia.org/wiki/Esta%C3%B1o

[14] Catálogo Schneider Electric, Definiciones de breaker, fusible y seccionador, 2012. Disponible en internet:

http://www.schneider-electric.com.co/documents/soporte/telesquemario.pdf

[15] Definición de difusividad, 2012. Disponible en internet:

http://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_difusi%C3%B3n

[16] Definición de muro seco, 2012. Disponible en internet:

http://es.wikipedia.org/wiki/Muro_de_contenci%C3%B3n

[19] Teorema de Thévenin, 2012. Disponible en internet:

http://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Th%C3%A9venin

[20] Definición de Poliamida, 2012. Disponible en internet:

http://es.wikipedia.org/wiki/Poliamida

[21] Definición de Poliéster, 2012. Disponible en internet:

http://lema.rae.es/drae/?val=poliester

79

ANEXO A

GLOSARIO DE TÉRMINOS

Breaker [15]: El interruptor es un aparato mecánico de conexión capaz de establecer, tolerar e

interrumpir corrientes en un circuito en condiciones normales, incluidas las condiciones

especificadas de sobrecarga durante el servicio, y tolerar durante un tiempo determinado

corrientes dentro de un circuito en las condiciones anómalas especificadas, como en caso de un

cortocircuito.

Difusividad [16]: es un valor que representa la facilidad con que cada elemento minoritario en

particular se mueve en un disolvente determinado.

Fusible [15]: es el elemento destinado a evitar que accidente de origen eléctrico, como:

sobretensión, caída de tensión, desequilibrio o ausencia de fases que provocan un aumento de la

corriente absorbida, cortocircuitos cuya intensidad puede superar el poder de corte del contactor y

de origen mecánico, como: calado del rotor, sobrecarga momentánea o prolongada que provocan

un aumento de la corriente que absorbe el motor, haciendo que los bobinados se calienten

peligrosamente, dañen los componentes de un sistema ni perturben la red de alimentación.

Muro seco [17]: Se denomina muro seco a una estructura de contención rígida y resistente.

Poliamida [19]: es un tipo de polímero que contiene enlaces de tipo amida. Las poliamidas se

pueden encontrar en la naturaleza, como la lana o la seda, y también ser sintéticas, como el

nailon.

Poliéster [20]: resina termoplástica obtenida por polimerización de productos químicos. Se

endurece a la temperatura ordinaria y es muy resistente a la humedad, a los productos químicos y

a las fuerzas mecánicas. Se usa en la fabricación de fibras, recubrimientos de láminas, etc.

Posición plana [3]: es el término que se refiere a l forma o posición en la que se instala

horizontalmente la canalización de ductos de barras en la cual los conductores quedan

perpendicularmente al piso.

80

Posición de Canto [3]: es el término que se refiere a la forma o posición en la que se instala

horizontalmente la canalización de ductos de barras en la cual los conductores quedan paralelos

al piso.

Seccionador [15]: corresponde a un aparato que sirve para manipular las instalaciones o las

máquinas y sus respectivos equipos eléctricos con total seguridad, que permite aislar

eléctricamente los circuitos de potencia y de control de la red de alimentación general.

81

ANEXO B

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

El Aluminio, es un metal ligero, con una densidad de 2700 kg/m3, y con un bajo punto de

fusión (660,2 °C). Su color es blanco, es decir, refleja bien la radiación electromagnética espectro

visible que evita el calentamiento térmico excesivo. Es buen conductor eléctrico al presentar una

resistividad entre 34 y 38 𝑚Ὠ𝑚𝑚2 y una conductividad térmica de 80-230 𝑊 𝑚. 𝐾 .

Mecánicamente es un material blando y maleable. En estado puro tiene un límite de

resistencia en tracción de 160-200 N/mm2 (160-200 MPa). Todo ello le hace adecuado para la

fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para

mejorar estas propiedades se hacen aleaciones con otros metales, lo que permite realizar sobre él

operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material.

Para la fabricación de estos ductos de barra se utiliza aleación de aluminio 6101-T6 de

61% I.A.C.S. resistencia máx.:13,8 Micro-ohms/pulg2/pie, esta es una aleación que contiene

magnesio y silicona lo que permite aumentar su capacidad de estiramiento y/o resistencia a la

tracción, que representan buenas características mecánicas, lo que conlleva a una reducción de su

conductividad eléctrica, es decir, se sopesan unas características con las otras; es endurecible

(puede aumentarse su resistencia) por tratamiento térmico.

Tiene una buena resistencia a la corrosión, lo cual se debe a la formación espontánea de

una película muy delgada de óxido de aluminio, insoluble en agua, que protege al material del

medio ambiente y si es removida mecánicamente se vuelve a formar.

El cobre, de color rojizo y de brillo metálico es el tercer metal, después del hierro y el

aluminio más usado en el mundo, es el elemento después de la plata con mayor conductividad

eléctrica y térmica, forma aleaciones para mejorar prestaciones mecánicas, es resistente a la

corrosión y a la oxidación.

82

La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica

Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo

el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) o IACS.

Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20 °C es igual a

58,108𝑥106 S/m. A este valor de conductividad se le asigna un índice de 100% IACS y la

conductividad del resto de los materiales se expresa en porcentaje de IACS. La mayoría de los

metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS.

Tanto el cobre como sus aleaciones son fáciles de mecanizar, es decir

acepta operaciones de conformación de piezas mediante la eliminación de material, ya sea por

arranque de viruta o por abrasión.

El cobre posee muy buena ductilidad, que es una propiedad que presentan

algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la

acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse, y buena maleabilidad, la

propiedad de un material sólido de adquirir una deformación metálica mediante

una compresión sin fracturarse, lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos con

él.

Es un metal blando, su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de

33,3 MPa. Admite procesos de laminación o forja, y procesos de soldadura. Sus aleaciones

adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y recocido. En general,

sus propiedades mejoran con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones

criogénicas (conjunto de técnicas utilizadas para enfriar un material a temperaturas muy bajas).

Para la fabricación de estos ductos de barra se utiliza el cobre electrolítico tenaz de 97,4

% IACS, resistencia máx: 8,3 Micro-ohms/pulg2/pie, también conocido como (ETP, Electrolyc

Tough Pitch), que es un cobre refinado térmico, colado en ánodos que luego se refinan

electrostáticamente para producir un cobre de alta pureza (propiamente de 99,9%).

83

ANEXO C

NORMAS

C.1.- COVENIN 3072:1994, SECCIÓN 5.1 Ensayo sobre dieléctricos: Objeto: Determinar la calidad del aislamiento a 60 Hz. Equipo a utilizar: Un medidor de aislamiento capaz de generar tensiones hasta 2200 V c.a. y medir corriente de fuga del orden de un microamper. Preparación de la muestra: La muestra a ensayar consiste en cualquier sección de duco de barra, la cual debe estar limpia, seca y sin ningún tipo de deterioro físico visible. Condiciones de ensayo: - La tensión de prueba será de 1000V, más el doble de la tensión nominal del ducto de barras (1200 V), a una frecuencia no menor que la frecuencia nominal de las barras. - La prueba se realiza para todas las partes componentes del ducto de barras. Prueba en 60 Hz: - La tensión de prueba en corriente alterna debe tener un valor de cresta igual a 1.41 veces el valor efectivo (rms). - La forma de onda debe ser lo más sinusoidal posible. - La frecuencia no debe ser menor que la frecuencia nominal. - La tensión de prueba se aplicará durante un minuto. Procedimiento: 1.- Se toma la sección de ducto de barras a probar y se procede a efectuar la conexión para la realización del ensayo. 2.- Se aplica la tensión de ensayo durante 60 segundos entre las partes siguientes: 2.1.- Partes activas y partes metálicas que normalmente están puestas a tierra. 2.2.- partes activas y tierra. 2.3.- Partes activa, partes metálicas y tierra.

84

Expresión de los resultados: Los resultados deben ser expresados de acuerdo a la lista de verificación, pruebas generales y eléctricas.

Informe

Al finalizar el ensayo, se deberá elaborar un informe que contenga como mínimo la siguiente

información.

1.- Fecha de realizar del ensayo y nombre de la empresa que lo realizó.

2.- Realizado de acuerdo a la norma venezolana COVENIN correspondiente.

3.- Identificación de la muestra.

4.- Resultados parciales y/o finales.

5.- Determinación realizada con sus valores parciales y totales.

6.- Observaciones.

C.2.- COVENIN 3072:1994, SECCIÓN 5.2

Ensayo de corriente nominal

Objetivo:

Determinar el cumplimiento con los valores de corriente nominal en régimen permanente.

Equipos a utilizar:

Termómetro

Preparación de la muestra

La muestra a ensayar consiste en cualquier sección de ducto de barra, la cual debe estar limpia,

seca y sin ningún tipo de deterioro físico visible.

85

Condiciones de ensayo

Es necesario comprobar que la temperatura de los varios componentes del ducto de barras está

dentro de los límites nominales.

Los ensayos de temperatura se efectúan en un cuarto de ensayo, libre de corrientes de aire.

Procedimiento

Las mediciones de temperatura se hacen de acuerdo con lo indicado a continuación:

Límites de temperatura ambiente: las pruebas se hacen a cualquier temperatura ambiente

comprendida entre más 10ºC y más 40ºC.

Mediciones de la temperatura ambiente: la temperatura ambiente interior se determina tomando

el valor de las lecturas de cuatro termómetros colocados como está indicado a continuación:

1.- Uno a nivel de la parte superior de la estructura.

2.- Uno a nivel de la parte inferior de la estructura como se vaya a instalar.

3.- Uno en medio de las dos posiciones arriba mencionadas.

4.- Mediciones de la temperatura del equipo: se usan pares termoeléctricos para medir todas las

temperaturas, con excepción de la temperatura ambiente.

5.- Los pares termoeléctricos se colocan de manera que midan el punto más caliente, aunque esto

requiera la perforación de agujeros que destruyan algunas partes del equipo sometido a prueba.

6.- Se hacen mediciones de temperatura en los puntos de unión (empalme), en la carcasa y en el

material aislante de los conductores, para comprobar que en ningún caso las temperaturas

sobrepasan los límites nominales.

7.- Durante de la prueba: las pruebas de corriente nominal en régimen permanente se prolongan

hasta que los aumentos de temperatura se estabilicen en todos los puntos medidos de la

canalización de ducto de barras, de acuerdo con tres lecturas sucesivas hechas a intervalos de 30

min.

86

Nota 1: Se considera que la temperatura esta estabilizada cuando la mayor diferencia de las tres

últimas medidas no exceda a 2ºC.

8.- Frecuencia de la tensión de prueba: la frecuencia de la tensión de prueba no debe ser menor

que la frecuencia nominal de la canalización objeto del ensayo. La forma de onda debe ser

sinusoidal.

9.- Pruebas dieléctricas en sitio: una vez instalada en sitio, se requiere realizar las pruebas

dieléctricas a 60 Hz, a la canalización de ducto de barra, adoptando para la prueba el 75% de los

valores de tensión nominales ó en su defecto realizar las prueba de megado.

Nota 2: Se requiere realizar pruebas en sitio cuando se agregan nuevos elementos a la instalación,

ya existente o después de haber ejecutado en el sitio modificaciones a la canalización de ducto de

barras. El equipo debe estar limpio, seco y en buenas condiciones físicas.

Expresión de los resultados:

Los resultados deben ser expresados de acuerdo a la lista de verificación, pruebas generales y

eléctricas.

C.3.- Código Eléctrico Nacional 368.4 (B)

“Los ductos de barras para iluminación y del tipo trole no serán instalados a menos de 2.5 m (8

pies) sobre el piso o plataforma de trabajo, excepto si están dotados con una cubierta aprobada

para este fin”.

C.4.- NEMA BU-1:1999.- Parámetros para determinar el nivel de cortocircuito soportado por las barras.

La norma internacional NEMA BU-1: 1999, sección 3 sobre Pruebas Normalizadas,

muestra el siguiente procedimiento:

Después de estabilizada la temperatura y con la lectura exacta de la potencia total de

entrada (𝑊1 + 𝑊2), la potencia de cada fase (𝑊𝐴, 𝑊𝐵y 𝑊𝐶), el voltaje línea- línea en la entrada

87

(𝑉𝐴𝐵 , 𝑉𝐵𝐶 y 𝑉𝐶𝐴) y la caída de voltaje por fase (𝑉𝐴𝑁 , 𝑉𝐵𝑁 y 𝑉𝐶𝑁), la corriente por cada fase (𝐼𝐴, 𝐼𝐵

y 𝐼𝐶) y la longitud (L) medida desde un punto de la barra hasta el punto de intersección de las

fases. Ver figura C.1.

Figura C.1.- Conexiones necesarias para obtener las medidas de corriente, voltaje y

potencia simultáneamente.

Usando las ecuaciones C.1 y C.2, se obtienen la tensión y la corriente promedio. Estas son

empleadas para calcular a través de las ecuaciones C.3, C.4 y C.5, los valores de la impedancia,

resistencia de corriente alterna y reactancia inductiva entre fase y neutro de la barra en ohms por

pie.

𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝑉𝐴𝐵 +𝑉𝐵𝐶 +𝑉𝐶𝐴

3 Ec. C.1

88

𝐼𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝐼𝐴+𝐼𝐵+𝐼𝐶

3 Ec. C.2

𝑧𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚

3∗𝐼𝑝𝑟𝑜𝑚 ∗𝐿 Ec. C.3

𝑅29𝑝𝑟𝑜𝑚

=𝑊

3∗(𝐼𝑝𝑟𝑜𝑚 )2∗𝐿 Ec. C.4

𝑋𝑝𝑟𝑜𝑚 = 𝑍𝑝𝑟𝑜𝑚 2− 𝑅𝑝𝑟𝑜𝑚

2 Ec. C.5

Para calcular ahora los valores de la impedancia, resistencia en corriente alterna y

reactancia inductiva por fase en ohms por pie se usan las ecuaciones C.6- C.16.

𝑍𝐴 =𝑉𝐴

𝐼𝐴∗𝐿 Ec. C.6

𝑍𝐵 =𝑉𝐵

𝐼𝐵∗𝐿 Ec. C.7

𝑍𝐶 =𝑉𝐶

𝐼𝐶∗𝐿 Ec. C.8

𝑅𝐴 =𝑊

𝐼𝐴2∗𝐿

Ec. C.9

𝑅𝐵 =𝑊

𝐼𝐵2∗𝐿

Ec. C.10

𝑅𝐶 =𝑊

𝐼𝐶2∗𝐿

Ec. C.11

𝑋𝐴 = (𝑍𝐴2 − 𝑅𝐴

2) Ec. C.12

𝑋𝐵 = (𝑍𝐵2 − 𝑅𝐵

2) Ec. C.13

29Cuando la temperatura del ambiente de la medida sea inferior a 25°C se debe aumentar el valor de la resistencia R calculada 0.32% por cada 1°C que esta sea inferior, de igual manera se debe disminuir 0.32% el valor de R por cada 1 ° C que esta sea mayor.

89

𝑋𝐶 = (𝑍𝐶2 − 𝑅𝐶

2) Ec. C.14

𝑅𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝑅𝐴+𝑅𝐵+𝑅𝐶

3 Ec. C .15*

𝑋𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝑋𝐴+𝑋𝐵+𝑋𝐶

3 Ec. C.16*

*𝑅𝑝𝑟𝑜𝑚 y𝑋𝑝𝑟𝑜𝑚 que resultan de las ecuaciones C.15 y C.16 deben ser del mismo valor que el

obtenido a través de las ecuaciones C.4 y C.5.

Teniendo entonces calcula la impedancia de la barra, se calcula la corriente de

cortocircuito que ésta soporta en dos casos: (1) en el caso de que la barra sea usada como

alimentador, donde se usa la ecuación C.17:

𝐼𝐶𝐶 =

𝑉𝐿𝐿 3

𝑍𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 Ec. C.17

y (2) en el caso de que la barra sea usada tipo enchufe, en cuyo caso esta corriente se calcula a

través de la expresión C.18, en cualquier punto del sistema que se requiera:

𝐼𝐶𝐶 =

𝑉𝑇𝑕

𝑍𝑇𝑕

Ec. C.1830

También según la norma NEMA BU-1: 1999, sección 3 sobre Pruebas Normalizadas, se

consideran en el diseño de sistemas de distribución eléctrica a través de ductos, aspectos con

respecto a la corriente de cortocircuito admitida por las mismas, que son:

30El procedimiento para el cálculo de Vth y Zth se encuentran en el anexo E.

90

Los cálculos de corriente de cortocircuito disponibles serán hechos y comparados

con el rango de cortocircuito de la barra conductora, cajas y dispositivos. En

ningún caso la corriente de cortocircuito simétrica31 podrá exceder el rango de

corriente de cortocircuito simétrica que el fabricante le ha asignado al dispositivo

de menor corriente nominal en el circuito.

Para una aplicación apropiada en circuitos de corriente continua, el rango de

corrientes de corto-circuito de las barras debe ser por lo menos tan grande como la

máxima corriente disponible. Los rangos de corriente de cortocircuito de las barras

con dispositivos limitadores de corriente se establecen en base a pruebas de tres

ciclos, ya que no hay aumento de la fuerza mecánica sino después de la máxima

desviación del primer ciclo.

El ducto de barra puede ser utilizado en circuitos que tienen disponibles corrientes

de cortocircuito mayor que el 3 ciclo de la calificación de la barra cuando

correctamente coordinado con dispositivos limitadores de corriente.

C.5.- NEMA BU-1:1999: Para determinar la caída de tensión32

Según la norma internacional NEMA BU-1: 1999, sección 3 sobre Pruebas Normalizadas,

y teniendo los parámetros del sistema, el procedimiento para determinar la caída de tensión es el

siguiente:

El promedio de caída de tensión línea- línea por cada 100 pies con carga nominal en

función del factor de potencia de la carga se calcula de la siguiente manera:

VDprom = 100 ∗ 3I(Rprom cosθ + Xprom senθ) Ec. C.19

31La corriente simétrica consiste en la suma de las contribuciones de corriente de motores y de todas las fuentes e impedancias a la barra. 32Todas las caídas de tensión y sus desviaciones se cumplen para carga concentrada, es decir, la barra usada como alimentador. Para barras con carga uniformemente distribuida estos valores podrían ser el 50% de los calculados.

91

El promedio de caída de tensión línea- línea, la caída de tensión por cada fase y la

desviación de caída de tensión por cada 100 pies con carga nominal en función del factor de

potencia de la carga se calcula de la siguiente manera:

VDAB = 100 ∗ 3

2I[(RA + RB)cosθ + (XA + XB)senθ] Ec. C.20

VDBC = 100 ∗ 3

2I[(RB + RC)cosθ + (XB + XC)senθ] Ec. C.21

VDCA = 100 ∗ 3

2I[(RC + RA)cosθ + (XC + XA)senθ] Ec. C.22

𝑉𝐷𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝑉𝐷𝐴𝐵 +𝑉𝐷𝐵𝐶 +𝑉𝐷𝐶𝐴

3 Ec. C.23*

𝑉𝐷𝑑𝑒𝑣−(𝐴𝐵) = 𝑉𝐷𝐴𝐵 − 𝑉𝐷𝑝𝑟𝑜𝑚 Ec. C.24

𝑉𝐷𝑑𝑒𝑣−(𝐵𝐶) = 𝑉𝐷𝐵𝐶 − 𝑉𝐷𝑝𝑟𝑜𝑚 Ec. C.25

𝑉𝐷𝑑𝑒𝑣−(𝐶𝐴) = 𝑉𝐷𝐶𝐴 − 𝑉𝐷𝑝𝑟𝑜𝑚 Ec. C.26

*El resultado de las ecuaciones C.19 y C.23 deben ser iguales.

El porcentaje de la desviación de la caída de tensión por cada 100 pies se calcula por fase

(AB, BC y CA) a través de la ecuación C.27:

% 𝑉𝐷𝒅𝒆𝒗 =𝑉𝐷𝒅𝒆𝒗

𝑉𝐿𝐿−𝑉𝐷𝑎𝑣𝑔∗ 100 Ec. C.27

Como la caída de voltaje de los ductos de barra varían acorde con el factor de potencia de

la carga conectada, el valor máximo de caída de voltaje a plena carga por cada 100 pies ocurre

cuando el factor de potencia de la carga conectada es igual al factor de potencia de la barra, en

cuyo caso cuando el sistema es trifásico, se calcula a través de la ecuación C.28:

92

cosθ =Rprom

(Rprom2+Xprom

2)

Ec. C.28

𝑉𝐷𝑚á𝑥 = 100 ∗ 3𝐼 ∗ (Rprom2 + Xprom

2) Ec. C.30*

*las fórmulas anteriores de caída de tensión dan aproximaciones muy buenas, siempre y cuando

la caída de tensión de la barra conductora sea pequeña en comparación con la tensión del sistema.

La caída de tensión en los circuitos de alimentación hasta el punto de distribución final en

la que se divide la carga en circuitos ramales individuales no debe superar el 3% para cargas de

potencia, calefacción o iluminación o combinación de las mismas. La caída de tensión total para

los alimentadores y circuitos ramales hasta el punto de utilización final no debe exceder de 5% en

general.

93

ANEXO D

CÁLCULO DE 𝑽𝑻𝑯Y 𝒁𝑻𝑯

D.1.- Tensión de Thévenin (𝑽𝑻𝑯)

Figura D.1.- Diagrama para aplicar el teorema de Thévenin [18].

La tensión de thévenin Vth se define como la tensión que aparece entre los terminales de

la carga cuando se desconecta la resistencia de la carga. Debido a esto, la tensión de thévenin se

denomina, a veces, tensión en circuito abierto (Vca)

D.2.- Impedancia de Thévenin

La impedancia de Thévenin simula la caída de potencial que se observa entre las

terminales A y B cuando fluye corriente a través de ellos. La impedancia de Thevenin es tal que:

94

Siendo el voltaje que aparece entre los terminales A y B cuando fluye por ellos una

corriente y el voltaje entre los mismos terminales cuando fluye una corriente .

Una forma de obtener la impedancia Thevenin es calcular la impedancia que se "ve"

desde los terminales A y B de la carga cuando ésta está desconectada del circuito y todas las

fuentes de tensión e intensidad han sido anuladas. Para anular una fuente de tensión, la

sustituimos por un circuito cerrado. Si la fuente es de intensidad, se sustituye por un circuito

abierto.

Para calcular la impedancia Thevenin, debemos observar el circuito, diferenciando dos

casos: circuito con únicamente fuentes independientes (no dependen de los componentes del

circuito), o circuito con fuentes dependientes.

Para el primer caso, anulamos las fuentes del sistema, haciendo las sustituciones antes

mencionadas. La impedancia de Thévenin será la equivalente a todas aquellas impedancias que,

de colocarse una fuente de tensión en el lugar de donde se sustrajo la impedancia de carga,

soportan una intensidad.

Para el segundo caso, anulamos todas las fuentes independientes, pero no las

dependientes. Introducimos una fuente de tensión (o de corriente) de prueba ( )

entre los terminales A y B. Resolvemos el circuito, y calculamos la intensidad de corriente que

circula por la fuente de prueba. Tendremos que la impedancia Thevenin vendrá dada por:

95

Si queremos calcular la impedancia de Thevenin sin tener que desconectar ninguna fuente

un método sencillo consiste en reemplazar la impedancia de carga por un cortocircuito y calcular

la corriente que fluye a través de este corto. La impedancia Thévenin estará dada entonces

por:

De esta manera se puede obtener la impedancia de Thévenin con mediciones directas

sobre el circuito real a simular.

96

ANEXO E

CARACTERÍSTICAS DE ELEMENTOS DE DUCTOS DE BARRAS SEGÚN DUCTOBARRA

E.1.- Aislador soporte

Resina de poliéster reforzado con fibra de vidrio, y alumina trihidratada (Retardante de llama).

Tabla E.1.- Componentes del aislador [1].

Proporciones Componente %

Resina 50 Suavisador 20

Tabla E.2.- Características del aislador [1].

Características Rigidez dieléctrica 19,8 Kv/mm

Resistencia a la tracción 13 x 10 Kg/cm2 Módulo de flexión 40 x 10 Kgf/cm2

Resistencia a la llama Autoextinguible Absorción de agua 0,5 +/- 0,1 max., a 25 grad C por 72 horas

Tabla E.2.- Características del aislador [1].

Figura E.1.- Características físicas del aislador (en mm) [1].

97

E.2.- Dimensión de las rejillas del ducto ventilado fabricado por DUCTOBARRA

Figura E.2.- Colocación de las rejillas u orificios en la carcasa o ducto (en mm) [1].

Con este patrón se troquelan los espacios o huecos de ventilación para ductos de barra

fabricados por DUCTOBARRA. Por requerimiento de la empresa los orificios no deben permitir

el ingreso ni la salida de barras de dimensiones 1”x¼”.

Figura E.3.- Dimensiones de las rejillas u orificios de la carcasa o ducto (en mm) [1].

98

ANEXO F

PROYECTOS

F.1.- Hipermercado Plaza, Guatire.

Planta Alta

99

PLANTA BAJA

100

F.2.- Escuela Don Bosco, Los Cortijo- Caracas.

101

F.3.- SUDEBAN, Los Dos Caminos- Caracas.