CAPTULO 1

CABLES ELCTRICOS

En este captulo se realizar el estudio de los conductores elctricos utilizados en instalaciones elctricas industriales, a continuacin se presenta un resumen de los conductores con sus caractersticas tcnicas, se debe tomar en cuenta estas caractersticas ya que para los diferentes tipos de conductores pueden variar sus valores y en el dimensionamiento de los mismos podran producirse errores que traeran problemas tales como, incendios por conductores de poca capacidad o costos muy elevados por sobredimensionamiento exagerado.

1.1. CONDUCTORES ELCTRICOS UTILIZADOS EN INSTALACIONES ELCTRICAS

COBRE DESNUDO: Desde el 14 AWG hasta el 1000 MCM. De 1, 7, 19, 37 y 61 hilos. Los conductores de cobre desnudo del tipo slido y trenzado son utilizados para lneas de transmisin y distribucin de energa elctrica y en sistemas de puesta a tierra de equipos elctricos, subestaciones, etc.

THHN: Desde el 14 AWG hasta el 1000 MCM. De 1, 7, 19, 37 y 61 hilos. AISLAMIENTO: PVC-Nylon. TEMPERATURA: 90C. Los conductores de cobre tipo THHN o THWN-2 son utilizados para circuitos elctricos en edificaciones industriales, comerciales o residenciales, en zonas contaminadas con combustibles y otras sustancias corrosivas como pinturas, solventes, etc.

THW: Desde el 14 AWG hasta el 1000 MCM. De 1, 7, 19, 37 y 61 hilos. AISLAMIENTO: PVC. TEMPERATURA: 75C. Los conductores de cobre tipo THW son utilizados para circuitos elctricos en edificaciones industriales, comerciales y residenciales, en lugares secos, hmedos y en donde se requiera una seguridad especial.

TW: Desde el 14 AWG hasta el 1000 MCM. De 1, 7, 19, 37 y 61 hilos. AISLAMIENTO: PVC. TEMPERATURA: 60C. Los conductores de cobre tipo TW son utilizados para circuitos elctricos en edificaciones industriales, comerciales y residenciales. Este tipo de conductor puede ser usado en lugares secos, hmedos.

UF THHN: Desde el 14 hasta el 8 AWG. De 1, 7, 19 hilos. AISLAMIENTO: PVC-Nylon. TEMPERATURA: 90C. Los conductores de cobre tipo UF-THHN son utilizados para circuitos elctricos en edificaciones industriales, comerciales y residenciales, en lugares secos y hmedos. Son resistentes a la corrosin y hongos, por eso pueden ser enterrados directamente o usarse en instalaciones expuestas a la intemperie.

XHHW: Desde el 8AWG hasta el 1000 MCM. 7,19,37 Y 61 hilos. AISLAMIENTO: XLPE. TEMPERATURA: 90C. Los conductores de cobre tipo XHHW son utilizados como alimentadores principales y circuitos secundarios en edificaciones industriales, comerciales y residenciales donde se requiera de alta seguridad. Este tipo de conductor puede ser usado en lugares secos y hmedos.

RHHW: Desde el 8AWG hasta el 1000 MCM. 7,19,37 Y 61 hilos. AISLAMIENTO: XLPE. TEMPERATURA: 90C. Los conductores de cobre tipo RHH o RHW o USE son utilizados para circuitos elctricos en edificaciones industriales y comerciales, en lugares secos y hmedos y en instalaciones a la intemperie o directamente enterrados.

TTU-2000V: Desde el 8AWG hasta el 1000 MCM. 7,19,37 Y 61 hilos. AISLAMIENTO: PE-PVC. TEMPERATURA: 75C. Los conductores de cobre tipo TTU-2.0 KV son utilizados para circuitos de fuerza y alumbrado en edificaciones industriales y comerciales, en lugares secos y hmedos y en instalaciones a la intemperie o directamente enterrados.

ALUMINIO DESNUDO AAC, ASCR, AAAC: Desde el 6 AWG hasta el 1590 MCM . 7,19, 37 y 61hilos para AAC y AAAC. Del 6/1 al 54/19 para el ACSR. Los conductores de aluminio desnudo del tipo A.A.C. (All Aluminum Conductor), A.A.A.C. (All Aluminum Alloy Conductor) y A.C.S.R. (Aluminum Conductor Steel Reinforced) son utilizados para lneas de transmisin y distribucin de energa elctrica.

MULTIPLEX AAC, ASCR, AAAC: Desde el 6 AWG hasta el 4/0 AWG . 7 y 19 hilos. AISLAMIENTO: XLPE. TEMPERATURA: 90C. Los conductores de aluminio tipo multiplex son utilizados para acometidas elctricas desde la red pblica secundaria que pasa por el sector hasta el medidor o tablero de medidores, en circuitos de alumbrados pblicos y como red secundaria tipo cerrada.

TABLA 1. A continuacin se detallan las caractersticas de los conductores ms utilizados en nuestro medio.1.1.1. CONDUCTOR TIPO TW 600 V - 60 C

APLICACIONES

Los conductores de cobre tipo TW son utilizados para circuitos de fuerza y alumbrado en edificaciones industriales, comerciales y residenciales. Este tipo de conductor puede ser usado en lugares secos y hmedos, su temperatura mxima de operacin es 60 C y su tensin de servicio para todas las aplicaciones es 600 V.

ESPECIFICACIONES

Los conductores de cobre tipo TW fabricados por ELECTROCABLES C.A., cumplen con las siguientes especificaciones y normas: ASTM B-3 - ASTM B-8 - UL 83 - NEMA WC-5 - UL STANDARD 62, 83 INEN. CONSTRUCCIN

Los conductores tipo TW pueden ser slidos o cableados y estn construidos con cobre de temple suave, estn adems aislados con una capa uniforme de material termoplstico Cloruro de Polivinilo (PVC) resistente a la humedad. Pueden ser suministrados en colores variados segn su calibre que va desde el 20 AWG hasta el 1000 MCM de 1, 7, 19, 37 y 61 hilos.

COLORES DISPONIBLES:

Cables (calibres 20 al 10 AWG): Negro, blanco, celeste, azul, rojo, prpura, amarillo y verde.Cables (calibres 8 al 2 AWG): Negro, blanco, azul y rojo.Cables (calibres 1 al 1000 AWG): Negro.Calibres superiores(desde el 750 mcm hasta el 1.000 mcm), bajo requerimiento. DETALLES DEL CABLE

Conductor de Cobre

Aislante de material termoplstico PVC 600V. - 60 C

CARACTERSTICAS DE CONDUCTORES TW

CALIBREAWG OMCMSECCIONmm2FORMACIONNo. de hilospor dimetromm.ESPESORAISLAMIENTOmm.DIAMETROEXTERIORMM.PESOTOTALKg/KmCAPAC. DECORRIENTEpara 1 conductoral aire libreAmp.CAPAC. DECORRIENTEpara 3 conductoresen conduitAmp.TIPODECABLE

200,521 x 0.8130,762,339,8167TF

180,821 x 1,020,762,5413,1667TF

161,311 x 1,290,762,8118,10108TF

142,081 x 1,630,763,1526,102015TW

123,311 x 2,050,763,5738,302520TW

105,261 x 2,590,764,1157,404030TW

88,341 x 3,261,145,5495,206040TW

142,087 x 0,620,763,3827,802015TW

123,317 x 0,780,763,8640,102520TW

105,267 x 0,980,764,4659,904030TW

88,377 x 1,231,145,97105,206040TW

613,307 x 1,551,527,69170,408055TW

421,157 x 1,961,528,92255,5010570TW

233,627 x 2,471,5210,45388,9014095TW

142,367 x 2,782,0312,40482,90165110TW

1/053,4919 x 1,892,0313,51621,00195125TW

2/067,4319 x 2,122,0314,66778,00225145TW

3/085,0119 x 2,392,0316,01934,00260165TW

4/0107,2019 x 2,682,0317,461159,00300195TW

250127,0037 x 2,092,4119,451368,00340215TW

300152,0037 x 2,292,4120,851623,00375240TW

350177,0037 x 2,472,4122,111876,00420260TW

400203,0037 x 2,642,4123,302128,00455280TW

500253,0037 x 2,952,4125,472631,00515320TW

600304,0037 x 3,232,7928,193174,00575355TW

650329,0037 x 3,372,7929,173345,00600370TW

700355,0037 x 3,492,7930,013609,00630385TW

TABLA 2. 1.1.2. CONDUCTOR TIPO THW 600 V - 75 C

APLICACIONES Los conductores de cobre tipo THW son utilizados para circuitos de fuerza y alumbrado en edificaciones industriales, comerciales y residenciales donde se requiera de mayor seguridad. Este tipo de conductor puede ser usado en lugares secos y hmedos, su temperatura mxima de operacin es de 75 C y su tensin de servicio para todas las aplicaciones es 600 V. ESPECIFICACIONES Los conductores de cobre tipo THW fabricados por ELECTROCABLES C.A., cumplen con las siguientes especificaciones y normas: ASTM B-3 - ASTM B-8 - UL 83 - NEMA WC-5 - UL STANDARD 62, 83 INEN - National Electrical Code. CONSTRUCCIN

Los conductores tipo THW pueden ser slidos o cableados y estn construidos con cobre de temple suave, estn adems aislados con una capa uniforme de material termoplstico Cloruro de Polivinilo (PVC) resistente a la humedad y al calor. Pueden ser suministrados en colores variados segn su calibre que va el 20 AWG hasta el 1000 MCM de 1, 7, 19, 37 y 61 hilos.

. COLORES DISPONIBLES

Calibres 20 al 10 AWG: Negro, blanco, celeste, azul, rojo, prpura, amarillo y verde.Calibres 8 al 2 AWG: Negro, blanco, azul y rojo.Calibres 1 al 1000 AWG: Negro.CALIBRES SUPERIORES(DESDE EL 750 MCM HASTA EL 1.000 MCM), BAJO REQUERIMIENTO.

DETALLES DEL CABLE THW

Conductor de Cobre

Aislante de material termoplstico PVC 600V. - 75 C

CARACTERSTICAS DE CONDUCTORES THWCALIBREAWG OMCMSECCIONmm2FORMACIONNo. de hilospor dimetromm.ESPESORAISLAMIENTOmm.DIAMETROEXTERIORMM.PESOTOTALKg/KmCAPAC. DECORRIENTEpara 1 conductoral aire libreAmp.CAPAC. DECORRIENTEpara 3 conductoresen conduitAmp.

142,081 x 1,631,143,9131,603020

123,311 x 2,051,144,3344,503525

105,261 x 2,591,144,8764,405035

88,341 x 3,261,526,30104,507050

142,087 x 0,621,142,2833,203020

123,317 x 0,781,144,1446,903525

105,267 x 0,981,144,6267,505035

88,377 x 1,231,525,98116,607050

613,307 x 1,551,526,73170,409565

421,157 x 1,961,527,69255,5012585

233,627 x 2,471,528,92388,90170115

142,367 x 2,782,0311,47482,90195130

1/053,4919 x 1,892,0313,51621,00230150

2/067,4319 x 2,122,0314,66778,00265175

3/085,0119 x 2,392,0316,01934,00310200

4/0107,2019 x 2,682,0317,461159,00360230

250127,0037 x 2,092,4119,451368,00405255

300152,0037 x 2,292,4120,851623,00445285

350177,0037 x 2,472,4122,111876,00505310

400203,0037 x 2,642,4123,302128,00545335

500253,0037 x 2,952,4125,472631,00620380

600304,0037 x 3,232,7928,193174,00690420

650329,0037 x 3,372,7929,173345,00725440

700355,0037 x 3,492,7930,013609,00755460

TABLA 3.

CONDUCTOR TIPO TTU 2.0 KV.

APLICACIONES.Los conductores de cobre tipo TTU-2.0 KV. son utilizados para circuitos de fuerza y alumbrado en edificaciones industriales y comerciales, son especialmente aptos para instalaciones a la intemperie o directamente enterrados. Este tipo de conductor puede ser usado en lugares secos y hmedos, su temperatura mxima de operacin es 75 C y su tensin de servicio para todas las aplicaciones es 2.000 V.ESPECIFICACIONES.Los conductores de cobre tipo TTU-2.0 KV fabricados por ELECTROCABLES C.A., cumplen con las siguientes especificaciones y normas: ASTM B-3 - ASTM B-8 - EMA WC-5 National Electrical Code.

CONSTRUCCINLos conductores tipo TTU-2.0 KV. son cableados y estn construidos con cobre de temple suave, estn adems aislados con una capa uniforme de material termoplstico Polietileno (PE) resistente a la humedad y al calor, sobre la cual se aplica una cubierta protectora de Cloruro de Polivinilo (PVC). Se suministran en color negro siempre. DETALLES

Conductor de CobreAislante de material termoplstico PE - 75 CChaqueta de material termoplstico PVCCARACTERSTICAS DE CONDUCTORES TTUCALIBREAWG OMCMSECCIONmm2FORMACIONNo. de hilospor dimetromm.ESPESORAISLAMIENTOmm.ESPESORCHAQUETAmm.DIAMETROEXTERIORmm.PESOTOTALKg/KmCAPAC. DECORRIENTEpara 1 conductoral aire libreAmp.CAPAC. DECORRIENTEpara 3 conductoresen conduitAmp.ALTERNAT.DEEMBALAJE.

88,377 x 1,231,400,387,25113,17050B,E,Z

613,307 x 1,551,400,768,97180,09565E,Z

421,157 x 1,961,400,7610,20266,012585E,Z

233,627 x 2,471,400,7611,73398,0170115E,Z

142,367 x 2,781,651,1413,92480,6195130E,Z

1/053,4919 x 1,891,651,1415,03628,0230150D,E,Z

2/067,4319 x 2,121,651,1416,18771,0265175D,E,Z

3/085,0119 x 2,391,651,1417,53952,0310200D,E,Z

4/0107,2019 x 2,681,651,1418,981176,0360230D,E,Z

250127,0037 x 2,091,901,6521,731422,0405255Z

300152,0037 x 2,291,901,6523,131677,0445285Z

350177,0037 x 2,471,901,6524,391931,0505310Z

400203,0037 x 2,641,901,6525,582184,0545335Z

500253,0037 x 2,951,901,6527,752688,0620380Z

600304,0037 x 3,232,291,6530,493223,0690420Z

650329,0037 x 3,372,291,6531,474777,0725440Z

700355,0037 x 3,492,291,6532,313477,0755460Z

TABLA 4.

El diseo de una instalacin elctrica requiere el estudio de diferentes situaciones para poder hacer una eleccin satisfactoria de los materiales y elementos a instalarse. Esto depender del tipo de industria o de mquinas, para lo cual se tomar en cuenta las caractersticas tcnicas tomadas de las placas de las mquinas o la informacin entregada por el fabricante por medio de catlogos.

Las etapas a seguir en el diseo de una instalacin elctrica se resumen en el siguiente grfico:

1)

2)

3)

4)

5)

CAPTULO 2

LAYOUT DE LA PLANTA

2.1. ANLISIS DE LA SITUACIN PREVIO AL INICIO DEL TRABAJO

Considerando lo antes mencionado, nos guiaremos con un layout entregado por el cliente o realizado por el tcnico, en el cual a escala se puede observar la disposicin de las mquinas, los departamentos, las estaciones de trabajo, las reas de almacenamiento, los pasillos y los espacios comunes dentro de una instalacin productiva.Al realizar el layout se tomar en cuenta la ubicacin exacta de las mquinas y se debe acotar las distancias desde las paredes a cada una de las mquinas.

Con estos datos podemos realizar el trazado de la instalacin y el diseo del esquema de distribucin, que se pueden dividir en:

DISTRIBUCIN CON EL SISTEMA RADIAL

DISTRIBUCIN CON EL SISTEMA DORSAL

DISTRIBUCIN MIXTA

DISTRIBUCIN A GRUPOS

PRACTICA N 1

Tarea:

1.1 Dibujar el layout de una pequea industria.

1.1.1 FINALIDAD DE LA TAREA

1. Realizar el estudio de la situacin previa del trabajo.1.1.2 UTILIZACIN

El plano con la ubicacin de las mquinas son la gua para realizar la distribucin de las instalaciones elctricas.

1.1.3FASES DEL TRABAJO

1.Realizar el plano en Auto CAD con el layout de una pequea industria con la ubicacin de las mquinas. 2. Anotar las caractersticas elctricas de cada una de las mquinas a instalarse o a reinstalarse.

3. Analizar de la situacin de las mquinas, tomando en cuenta el tipo de mquinas y el ambiente en el cual van a trabajar. 4.Con los datos anteriores, comparta junto con sus compaeros e instructor criterios sobre el tipo de distribucin elctrica ms adecuado. 5.Hacer un bosquejo preliminar identificando el tipo de distribucin y las mquinas correspondientes.1.1.4PRECAUCIONES DE SEGURIDAD

Cuando tome los datos de las mquinas a reinstalar tome la precaucin de que estn desconectadas.2.2. ELECCIN DEL TRAZADO DE LA INSTALACIN

Para realizar la instalacin elctrica es necesario conocer algunas caractersticas de las mquinas.

Estas son:

Tensin - Intensidad

Frecuencia - Factor de potencia

Potencia - Rendimiento

Con estos datos podemos realizar la diagramacin de las instalaciones elctricas, que pueden ser en un sistema multifilar y unifilar, siendo ste ltimo el ms utilizado, el cual nos ayudar a realizar la subdivisin de los circuitos trifsicos, bifsicos y monofsicos necesarios a utilizarse, as como las ubicaciones de las protecciones de cada circuito y el trazado de la instalacin de cada una de las mquinas.

2.2.1. ESQUEMA MULTIFILAR

2.2.2. ESQUEMA UNIFILAR

PRACTICA N 2

Tarea:

2.1. Dibujar el tazado del recorrido de las instalaciones elctricas.

2.1.1. FINALIDAD DE LA TAREA

1. Elegir el recorrido y la distribucin de las instalaciones elctricas de las mquinas. 2.1.2. UTILIZACIN

El plano con el recorrido de las instalaciones elctricas de las mquinas son la gua para realizar la subdivisin de los circuitos y la ubicacin de las protecciones.

2.1.3. FASES DEL TRABAJO

1. Realizar el trazado del recorrido de la distribucin las instalaciones elctricas de las mquinas utilizando la simbologa normalizada.

2. Ubicar las protecciones de los diferentes circuitos.

3. Determinar el nmero de conductores de cada ramal.

CAPTULO 3DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTORES

3.1. CLCULO DE LA SECCIN DE CONDUCTORES

Una vez graficado el recorrido de la instalacin en el plano; procedemos a calcular las corrientes que tomarn las mquinas, tomando como referencia los datos del fabricante antes mencionado. Con los valores obtenidos y midiendo las distancia de las mquinas hasta el tablero de distribucin; calcularemos la seccin de los conductores tomando en cuenta la cada de tensin, las prdidas de potencia y el calentamiento.

A continuacin realizaremos los clculos de la seccin de los conductores sin tomar en cuenta el calentamiento. El mismo que veremos posteriormente, para realizar estos clculos nos valemos de las siguientes frmulas para lneas.

Frmulas 3.1.Donde:

I = Intensidad de la corriente que circula por el conductor, en amperios.

V = Tensin de servicio en voltios.

W = Potencia que se transporta, en vatios.

L = Longitud de la lnea en metros.

K=Conductividad elctrica (cobre = 56 mhos; aluminio = 33 mhos).

(K es el recproco de ; K = )

V = Cada de tensin, en voltios, desde el principio hasta el final de la lnea.

W = Prdida de potencia desde el principio hasta el final de la lnea en %.

S = Seccin del conductor en mm.

R = Resistencia del conductor, en ohmios.

= Resistencia especfica (resistividad). Cobre = 0,0178 ; aluminio = 0,0303 .

EJERCICIOS DE APLICACIN1. Se tiene que alimentar a una mquina con un motor de 380 V, 30 HP. Su factor de potencia es de 0.90. Este se encuentra a 10 metros de la toma principal. Calcular la corriente nominal y determinar el nmero del conductor del tipo TW.

Nota: Si la distancia es igual o menos que 10 m., no se toma en cuenta la cada de tensin en el conductor.DATOS: DESARROLLO:

P=30 HP V=380 V

Cos=0.9

Calculada la corriente nominal y con una distancia de 10 metros, determinamos el nmero del conductor en la Tabla 2. de caractersticas de los conductores TW.

I = 37.82A corresponde al # 8 que tiene una capacidad de 40 A, segn la Tabla 2.2. Se tiene que alimentar a una mquina con un motor de 380 voltios, 20HP.Su factor de potencia es de 0.85. Cul ser la seccin del conductor del tipo THW, si se permite una prdida de tensin del 1.5%, tomando en cuenta que la mquina est situada a 80 metros de la caja de distribucin?En este caso que la distancia es mayor que 10 m., es necesario tomar en cuenta la cada de tensin; siendo la cada recomendada menor de 3% para instalaciones de mquinas.

DATOS: DESARROLLO:

P = 20 HP I = == 26.7A

V = 380 V

L = 80 mu = = = 5.7 V

V = 1,5 %

K=56 S = = = 9.66 mm

cos = 0.85

La seccin de 9.66mm2 corresponde al conductor # 6, segn la Tabla 3. de caractersticas de los conductores THW.Siguiendo cualquiera de estos ejercicios de aplicacin, podemos determinar la seccin y el nmero del conductor para cado uno de los circuitos.3.2. CLCULO DE LA ACOMETIDA Y BARRAS MNIBUSUna vez realizado el clculo de la seccin de los conductores de todas las mquinas, podemos calcular la seccin de los cables de acometida y de las barras mnibus del tablero de distribucin general. Esto lo realizamos sumando las corrientes de cada circuito y rigindonos a la tabla 1.4 de caractersticas del conductor TTU, si es necesario tomaremos el inmediato superior para evitar sobrecargas.

Se recomienda que a la capacidad calculada se instale con un incremento del 25% para prevenir sobrecargas por instalaciones adicionales futuras.

EJERCICIOS DE APLICACIN

1. Se ha calculado las intensidades de cada una de las mquinas y deseamos saber el nmero del conductor de acometida, as como la seccin de las barras mnibus. Las intensidades de las mquinas son las siguientes:

DATOS: DESARROLLO:

M1=25 A =I1

M2=42 A =I2 IT= I1+I2+I3+I4+I5

M3=32 A =I3 IT= 25+42+32+63+80

M4=63 A =I4 IT= 242 A + 25% =302.5AM5=80 A =I5Segn la tabla 4. corresponde al conductor 350 MCM tipo TTU.

La barra mnibus desnuda segn la tabla 5. es de x 2. Si la acometida del ejercicio 3 transporta 302,5 amperios, a 220 voltios y un factor de potencia de 0,95 a una distancia de 50 metros y la cada de tensin que se permite es del 2%. Cul ser el nmero de cable a instalarse?

DATOS: DESARROLLO:

I = 242 A u = = = 4.4 V

U = 220 V

FP = 0.95

L = 50 m. 100,9 mm2U = 2%

Segn la tabla 4 corresponde al cable # 4/0 AWG3. Cul ser la seccin de las barras mnibus para la alimentacin de varias mquinas, las mismas que se consideran con un factor de potencia promedio de 0.85, trabajan con 220 voltios y que tienen las siguientes potencias:

DATOS: DESARROLLO:

M1=20 HP =P1PT=P1+P2+P3+P4+P5

M2=15 HP =P2PT=20+15+10+25+35

M3=10 HP =P3PT=105 HP

M4=25 HP =P4 PT= 105x746

M5=35 HP =P5 PT= 78.330 KwU=220 V = = 246 AFP=0.85

Segn la tabla 5. corresponde a una barra desnuda de 1/8x1 CAPACIDAD DE BARRAS OMNIBUSSECCININTENSIDAD DE CORRIENTE PERMANENTE EN A. (40 a 60 Hz)

PULGADASMILMETROSNro. DE BARRAS DESNUDAS

Espesor x AnchoEspesor x Ancho12

1/8 x 1/23,18 x 12,70170300

1/8 x 3/43,18 x 19,05220 380

1/8 x 13,18 x 25,40270460

x 16,35 x 25,40350 600

x 1-1/46,35 x 31,75400700

x 1-1/26,35 x 38,10520900

x 26,35 x 50,806301110

x 2-1/26,35 x 63,507601350

x 36,35 x 76,209201600

x 46,35 x 101,612002050

3/8 x 19,53 x 25,405801060

3/8 x 1-1/49,53 x 31,75690 1160

3/8 x 1-1/29,53 x 38,107801380

3/8 x 29,53 x 50,809601600

3/8 x 2-1/29,53 x 63,5010601900

3/8 x 39,53 x 76,2013802300

3/8 x 49,53 x 101,6017002800

TABLA 5.

3.3. EL CALENTAMIENTO DE LOS CABLES3.3.1. TEMPERATURAS MXIMAS ADMISIBLES PARA CABLE DE ENERGA

El problema de la correcta eleccin de los cables elctricos y de la proteccin de sobrecargas y cortocircuitos es, para las instalaciones en baja tensin, esencialmente un problema trmico.

Se deben limitar las corrientes ya sean permanentes como transitorios para evitar que llegue, por efecto Joule, a temperaturas tan elevadas que comprometan la integridad y la duracin del aislante. El dao que un aislante puede sufrir no depende solo de la temperatura a la cual llega sino tambin a la duracin (tiempo) de la solicitud trmica. se deben distinguir por lo menos tres casos con sus diferentes temperaturas mximas admisibles: de rgimen permanente, de sobrecarga y de cortocircuito.

TIEMPO DE TEMPERATURA DE RGIMEN PERMANENTE: es caracterizado por una corriente constante en el tiempo (varias horas) que hace llegar al aislante del cable, despus de una fase inicial de calentamiento, a una temperatura estable con un equilibrio entre el calor producido y el calor disipado.

TIEMPO DE TEMPERATURA DE SOBRECARGA: es una condicin transitoria de operacin de una instalacin elctrica cuando se demanda en exceso con respecto a su valor nominal permisible.

TIEMPO DE TEMPERATURA DE CORTOCIRCUITO: es una situacin de peligro que se manifiesta con corrientes muy intensas debido al contacto accidental entre dos conductores de diferente polaridad.

Desde el punto de vista de las temperaturas mximas admisibles, los tres casos pueden ser as definidos:

TEMPERATURA DE RGIMEN PERMANENTE: produce temperaturas que la lnea debe soportar tiempos indefinidos, estas temperaturas no deben superar la temperatura mxima de operacin, magnitud caracterstica de cada tipo de aislante y que la llamaremos Tz (temperatura de operacin).

TEMPERATURA DE SOBRECARGA: produce temperaturas que instantneamente daaran el cable si no fueran interrumpidas rpidamente.

De todas formas se debe admitir, por tiempo de unas horas, temperaturas superiores a TZ y la llamaremos Ts (temperatura mxima de sobrecarga).

TEMPERATURA DE CORTOCIRCUITO: debe ser interrumpido en tiempos muy cortos, en el orden de unas centsimas de segundo, en los cuales se admiten temperaturas superiores de Ts y las llamaremos Tcc (temperatura mxima admisible de corto circuito).

Los valores de Tz,Ts,Tcc dependen en gran parte de la calidad del aislante y son entonces destinados a mejorar en el avance tecnolgico de los cables; algunos aos atrs el material ms usado como aislante de los conductores era el caucho con temperaturas Tz no superior a 60 C, hoy en da existen materiales de PVC con Tz de ms de 90 C y especiales resinas siliconas Tz de 180 C.

Al hablar de la temperatura mxima de operacin de un conductor, es necesario ser especfico. Los conductores no se daan inmediatamente al rebasar la temperatura mxima; esto significa que si un producto TW se utiliza a 61C, no se abrir ni se fundir su aislamiento, pero s se ir deteriorando y con el tiempo se reducir su vida til. Por ejemplo, un alambre TW que trabaje a 68C, en lugar de hacerlo a 60C, no reventar ni fallar de momento, pero reducir su vida til de 30 a 15 aos.Est comprobado que por cada 10C que se incrementa la temperatura de operacin del conductor, su vida til se reduce 50 por ciento. Por esto, es importante que los conductores slo transporten la corriente para la que fueron diseados, ya que de otra forma se tendr que cambiar la instalacin en poco tiempo.Temperaturas caractersticas de los conductores ms usados

Temperaturas caractersticas

Tipo de aislantede operacinmx. sobrecargamx. cortocircuito

TZ ( C)Ts (c) (3)Tcc (C) (4)

PVC para chaqueta (1)6085.........

PVC para aislante (1)7595150 a 210

PE (2)7590150 a 210

Tabla 6(1) PVC = Polivinilo cloruro

(2) PE = Polietileno

(3) Las condiciones de sobrecarga pueden alcanzar la temperatura indicada en la tabla por un tiempo que no exceda de 100 horas por ao y de 500 horas durante la vida til del cable, sin que esto afecte su duracin de servicio.

(4) En condiciones de cortocircuito, el conductor puede alcanzar la temperatura indicada en la tabla durante el tiempo que no exceda a 100 horas durante la vida til del cable.

3.3.2. RELACION Y CLCULO ENTRE TEMPERATURAS DE REGIMEN Y CORRIENTEFrmulas

TR = n.(TZ-TA)+TA (1)

I = IZ (2)

IZ1= IZ.K (3)

IZn= IZ.K1 (4)

Donde:

IZ = Capacidad de conduccin nominal (tabla 7.) (A).

I = Corriente (A).IZ1= Capacidad de conduccin para temperaturas = 30 C (A).

TR = Temperatura de rgimen ( C).

TZ = Temperatura mxima de operacin (C).

TA = Temperatura ambiental (C).

n = Reporte de sobrecarga .

K = Factor de correccin para temperaturas = 30C (tabla 7.)

IZn= Capacidad de conduccin para un conductor junto a n conductores.

K1 = Factor de correccin para ms de tres conductores (tabla 9.).CAPACIDADES DE CONDUCTORES (IZ)

CALIBREAWG O MCMSECCIONmm2CONDUCT.DESNUDOSConductores aislados con temperatura de operacin 60C, tipos: TF, TWConductores aislados con temperatura de operacin 75C,tipos: THW, THWN, TTUConductores aislados con temperatura de operacin 90C,tipos: THHN, XHHW

ABABAB

161,31----810----------------

142,0830152015202535

123,3140202520253040

105,2655304030404055

88,3770406050705580

613,301005580659575105

421,15130701058512595140

233,6217595140115170130190

1/053,49235125195150230170260

2/067,43275145225175265195300

3/085,01320165260200310225350

4/0107,20370195300230360260405

250127,00410215340255405290455

300152,00460240375285445320505

350177,00510260420310505350570

400203,00555280455335545380615

500253,00630320515380620430700

600304,00710355575420690475780

700355,00780385630460755520855

750380,00810400655475785535885

800405,00845410680490815555920

1000507,009654557805459356151055

A.- Estos valores son vlidos para no ms de 3 conductores en tubos conduit, electrocanales cerrados, ductos porta conductores o directamente enterrados (cables tipo TTU), a una temperatura ambiente de 30 C.B.- Estos valores son vlidos para un solo conductor al aire libre, a una temperatura ambiente de 30 C.TABLA 7. EJERCICIOS DE APLICACIN

1. Clculo de la temperatura de rgimen TR que toma un cable #10, aislado en PVC 60C, cuando la corriente que pasa por l es de 20 A. La instalacin es en ductos con TA = 30C.

DESARROLLO:

De la tabla 7 se saca el valor de IZ= 30 A, se calcula el valor de n:

n == = 0.6

Y se resuelve aplicando la frmula (1)

TR = n.(TZ-TA)+TA TR = (0.6).(60-30)+30 = 43.06 C

2. Clculo de la mxima sobre corriente admitida en un conductor #14 THW 75C instalado al aire libre con TA= 30C.

DESARROLLO:

De la tabla 1 se saca el valor de la temperatura mxima de sobrecarga TS = 95 C y se le denomina TR; de la tabla 7. el valor de IZ = 20 A, se resuelve aplicando la frmula (2).

I = IZ I = 20= 24.04 A

3. Clculo de la correcta capacidad de conduccin de un cable #8 aislado con PVC 60C instalado en un tubo conduit con temperatura ambiente de 45C.

DESARROLLO:

Se busca el valor del factor de correccin en la tabla 8. y se aplica la frmula (3). El valor de IZ se encuentra en la tabla 7.

IZ1 = IZ.K

IZ1 = 40x0.71 = 28.4 A

FACTORES DE CORRECCIN DE

LA CAPACIDAD DE CORRIENTE PARA

TEMPERATURAS MAYORES DE 30C

TEMPERATURA TW - UF - TFTHW - TTU

AMBIENTE C60C75C

31-400.820.88

41-450.710.82

46-500.580.75

51-550.410.67

56-600.58

61-700.35

TABLA 8.

FACTORES DE CORRECCIN DE

PORAGRUPAMIENTO

CANTIDAD DE

CONDUCTORESFACTOR

4 a 60.80

7 a 240.70

25 a 420.60

43 en adelante0.50

TABLA 9.

4. Clculo de la mxima sobre corriente admitida en un conductor #10 aislado en PVC 60C instalado en bandeja con otros 10 conductores.

DESARROLLO:

Se saca el valor el valor de la temperatura mxima de sobrecarga TS = 85C y se la denomina TR; de la tabla 7. se saca el valor de IZ = 30 A y se lo multiplica por el factor de la tabla 9. IZn = IZ.K

Izn = IZ.70%

Izn = 30x70% = 21 A

Se resuelve aplicando la frmula 2.

I = Z1 I = 21= 30.9 A

PRCTICA N 3

Tarea:

3.1. Determinar la seccin y el tipo de conductores de cada ramal.

3.1.1. FINALIDAD DE LA TAREA

1. Calcular la seccin de los conductores de cada circuito.

2. Determinar el tipo de conductor que se utilizar dependiendo del ambiente. Esto se refiere al tipo de aislante del conductor.

3.1.2. UTILIZACIN

Con el clculo se podr determinar la seccin de los conductores, as como el nmero en AWG requerido en cada circuito.

Dependiendo del ambiente se elige el tipo de aislante de los conductores requerido en los circuitos.

3.1.3. FASES DEL TRABAJO

1. Realizar el clculo de la seccin de los conductores de cada uno de los circuitos tomando como ejemplo los ejercicios anteriores. 2.Dependiendo del ambiente de trabajo de las mquinas seleccionar el tipo de aislante de los conductores a utilizarse en la instalacin de cada circuito. 3.Seleccionar el nmero y el tipo de los conductores utilizando las tablas en AWG.

CAPITULO 4ELECCIN Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS DE CONTROL Y PROTECCION

4.1. CONTROL DE LA ENERGA ELCTRICA INTERNA EN LA INDUSTRIA

El servicio de las instalaciones elctricas de distribucin debe estar siempre asegurado, y para ello debemos tener un control general de toda instalacin de la industria, esto se lo hace a travs de dispositivos de maniobra, dispositivos de proteccin y aparatos de medida. Todos los elementos podemos montarlos en un solo cuadro o tablero, con la finalidad de mantener el control general desde un solo sitio.

Veamos ahora los elementos necesarios para instalar un cuadro de distribucin y control.4.2. TABLERO METLICOEl tablero metlico llamado tambin gabinete metlico, es el aparato donde van montados todos los elementos y dispositivos. Su configuracin es por lo general en forma de armario, con una o ms puertas, dependiendo del tamao. Tiene doble fondo, el cual es desmontable y sirve para poner en l todos los instrumentos de medida, los cuales van montados en las puertas.

AISLADORES PARA BARRAS. Los aisladores para barras, por lo general son de fibra y en stos vienen incrustados un perno, el mismo que sirve para sujetar a las barras aisladoras por completo.

BARRAS RECTANGULARES. Son barras de cobre que al igual que los cables conductores, su capacidad de carga permitida depende de su seccin, la misma que es dada por sus lados, en milmetros o en pulgadas.

APARATOS DE MEDIDA. Todo sistema elctrico requiere de un control de mediciones elctricas, puesto que de esto depende el buen funcionamiento de las mquinas en general. Para ello es necesario recurrir a los siguientes aparatos, como parte bsica de mediciones:

VOLTMETRO. La lectura de las tensiones en un sistema trifsico exige la instalacin de tres voltmetros, pero esto puede evitarse mediante la instalacin de un conmutador de tres posiciones denominado conmutador de voltmetro, el mismo que permite leer sucesivamente las tensiones entre las fases R-S; R-T; S-T.

AMPERMETRO. Al igual que los voltmetros, la intensidad de corriente trifsica se la puede medir por medio de un solo ampermetro instalado a travs de un conmutador, en este caso denominado conmutador de ampermetro, ya que este conmuta las tres fases independientemente, dando las medidas fase por fase. Los ampermetros en los tableros de control trabajan con transformadores de corriente. Estos transformadores tienen un ncleo seccionado, incluido el aislamiento de resina y van ubicados alrededor de las barras mnibus y conectados entre s en conexin estrella y llevando las 4 lneas al conmutador.

VATMETRO.- Este instrumento marca la potencia activa en Kw. Su funcionamiento est regido basndose en la I y U, por lo tanto, trabaja con las mismas lneas que el ampermetro y el voltmetro.

FASIMETRO. - El fasmetro es un instrumento similar al vatmetro, con la diferencia que marca el desfasamiento de las potencias, es decir, es un medidor del Factor de potencia.

FRECUENCMETRO. - El frecuencmetro es un instrumento que marca la frecuencia de la lnea. Se lo conecta directamente a la red y por lo general su medida es dada a travs de lengetas de vibracin.

CABLES. Los cables son de tipo TW o THW, esto es con aislante termoplstico PVC para tensin nominal de 600 voltios y temperaturas del conductor de 60 C. a 75 C.Estos cables deben estar colocados de tal manera que agrupen dando una buena apariencia, al igual que una buena ventilacin, as como tambin, de tal forma que puedan ser fcilmente cambiados cuando sea necesario.

TERMINALES. Los terminales son la base indispensable para obtener una buena unin entre cables y dispositivos por lo que se tiene que elegir el ms adecuado, segn la conexin que se vaya hacer. Estos pueden ser: para soldarlos con estao, para conectarlos por presin; o de sujecin por tomillos.

Estos terminales al ser conectados a las barras se los debe hacer por medio de pernos de acero inoxidable o pernos cadmiados utilizando arandelas planas y de presin, para evitar que se aflojen las conexiones por la vibracin que existe en las barras.

TABLERO DE CONTROL Y DISTRIBUCIN

4.3. PROTECCIN CONTRA SOBRECARGAInterruptor automtico magnetotrmico: Estos aparatos constan de un disparador magntico, formado por una bobina, que acta sobre un contacto mvil, cuando la intensidad que la atraviesa excede su valor nominal (In). ste es el elemento queprotege la instalacin contra cortocircuitos, por ser muy rpido su funcionamiento, y cada vez que desconecta por este motivo debe de rearmarse (cerrar de nuevo el contacto superior), manual o elctricamente.Tambin poseen undesconectador trmico, formado por una lmina bimetlica, que se dobla al ser calentada por un exceso de intensidad, y aunque ms lentamente que el dispositivo anterior, desconecta el contacto inferior. Esta es laproteccin contra sobrecargasy su velocidad de desconexin es inversamente proporcional a la sobrecarga. Cuando la desconexin es por efecto de una sobrecarga, debe de esperarse a que enfre la lmina bimetlica y cierre su contacto, para que la corriente pase de nuevo a los circuitos protegidos.

Los interruptores automticos magnetotrmicos, se emplean mucho domsticamente y para instalaciones de Baja Tensin en general y suelen fabricarse para intensidades entre 5 y 125 amperios, de forma modular y calibracin fija, no son regulables. Para intensidades mayores, en instalaciones industriales, de hasta 1.000 A o ms, suelen estar provistos de una regulacin externa, al menos para el elemento magntico, de proteccin contra cortocircuitos.

4.3.1. CLCULO DE LA SOBRECARGACon los datos de las intensidades de cada circuito podemos dimensionar las protecciones, sean estas por medio de interruptor automtico magnetotrmico o fusibles.Para dimensionar estas protecciones debemos tomar en cuenta la corriente del circuito y elegir el interruptor trmico o fusible de valor de intensidad igual o prximo superior, mas nunca inferior. Si el valor prximo superior es muy alto, se recomienda aumentar la seccin del conductor a la capacidad de la proteccin.

Recuerde que las protecciones son para la instalacin elctrica. Cada mquina tiene su proteccin individual.

A continuacin se muestran ejercicios resueltos como ejemplo del clculo de las protecciones por medio de interruptores magnetotrmicos automticos.

Frmulas

Ib In Iz (5*)

Ib In

In 0.9 . Iz (6**)

Donde:

Ib = corriente de empleo de la lnea (A)

In = capacidad de conduccin mxima de la lnea (A)

If = corriente convencional de intervencin del interruptor (A)

Nota

* Esta condicin vale para todos automticos con If