Electricidad MATERIALES CONDUCTORES Y NO CONDUCTORES DE ELECTRICIDAD.
Calculo de Conductores
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CALCULO DE SECCIÓN DE CONDUCTORESCALCULO DE SECCIÓN DE CONDUCTORES
1. Sistema de medidas para la sección de los conductores
2. Cálculo por capacidad de corriente (Ampacity)
3. Cálculo por regulación de tensión
4. Cálculo optimizando la inversión
5. Restricciones impuestas por las reglamentaciones
6. Programa EVASEL para el cálculo de la sección
7. Procedimiento de cálculo de la sección
8. Ejemplo de cálculo de la sección de conductores
Distribución de la Energía Eléctrica, Luis Ortiz N.
Sistema de medidas para la sección de los conductoresSistema de medidas para la sección de los conductores1
Sistema Norteamericano: Calibres o números y Circular Mil American Wire Gage (AWG): Se define de una progresión geométrica basadaen los 39 pasos de las máquinas trefiladoras. El diámetro mayor corresponde al Nº 4/0 de diámetro 0,46 pulgadas y el menor a Nº 36 AWG de diámetro 0,005 pulgadas
Sistema métrico: Se miden en mm2 . La sección base es 1mm2. Para definir las secciones se usa una progresión basada en la serie normal.
1229,192005,0
46,0 3939
Para tamaños mayores a partir del 4/0 AWG se usa el Circular Mil (CM) o Mil Circular Mil (MCM) que equivale a 1000 CM1Circular Mil (CM) = Área de un circulo de 0,001 pulg. de y 1Mil = 0,001 pulg = 25,4·10-3 mm
Distribución de la Energía Eléctrica, Luis Ortiz N.
[1] J. Córdova, “Distribución industrial de la energía eléctrica”, 1994
Equivalencias de la sección de los conductores
Tabla 1: Secciones de conductoresnormalizados en el sistema métrico
Tabla 2: Equivalencia dela sección de conductores entre el sistema métricoy norteamericano
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.Distribución de la Energía Eléctrica, Luis Ortiz N.
Materiales empleados en la fabricación de conductores
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N. Distribución de la Energía Eléctrica, Luis Ortiz N.
Capacidad de corriente (Ampacity) de los conductores2
Ecuación de equilibrio térmico en los conductores de líneas aéreas
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N. Distribución de la Energía Eléctrica, Luis Ortiz N.
PPJ J ++ PPM M ++ PPS S == PPC C ++ PPR R ++ PPVV
PJ : ganancia de calor por efecto Joule (W/m)PM : ganancia de calor por efecto magnético (W/m)PS : ganancia de calor por efecto de la radiación solar
(W/m)PC : pérdida de calor por convección (W/m) PR : pérdida de calor por radiación emitida por el conductor (W/m)PV : pérdida de calor por evaporación de humedad desde la superficie del conductor (W/m)
[2] C. Sanchez, “Cálculo de la sobrecarga dinámica en líneas aéreas de distribución de A.T.”, Tesis IEE, 2000
Considerando las ganancias de calor por efecto Joule y por la radiaciónsolar y las pérdidas por convección y radiación, se obtiene:
acSRC )/RPP(PI I : Capacidad de corriente del conductor (Ampacity) Rac : resistencia a la corriente alterna del conductor
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Temperatura Ambiente 25°C Temperatura Ambiente 40°C Nominación Sección (mm2) N° de hebras Sin viento Con viento Sin viento Con viento
6 AWG 6 AWG
13.3 13.3
1 3
76 83
134 140
58 63
110 116
4 AWG 3 AWG
21.2 26.7
3 7
114 128
188 211
86 97
154 174
2 AWG 1 AWG
33.6 42.4
7 7
150 177
244 282
114 133
201 232
1/0 AWG 2/0 AWG
53.5 67.4
7 7
207 243
326 378
156 183
267 309
3/0 AWG 4/0 AWG
85.0 107
12 19
292 337
444 507
219 252
362 414
250 MCM 300 MCM
127 152
19 19
377 427
563 630
282 319
459 513
350 MCM 400 MCM
177 203
19 19
475 520
694 753
355 387
565 612
500MCM 600 MCM
253 304
37 37
606 685
865 968
450 509
702 784
700 MCM 800 MCM
355 405
37 37
759 826
1062 1147
563 612
860 927
900 MCM 1000 MCM
456 507
37 37
894 973
1233 1333
662 719
995 1075
Capacidad de corriente (Ampacity) de los conductores3
Conductores de cobre desnudocobre desnudo en líneas aéreas. Temperatura del conductor 75°CEmisividad=0.5, Absorsividad=0.5, 30°N a las 11 a.m. en atmósfera clara, velocidad del viento=2 ft/s, nivel del mar
[3] T.A .Short “Electric power distribution handbook, CRC Press, 2003. Valores basados en la IEEE Std. 738-1993
Capacidad de corriente (Ampacity) de los conductores4
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Cables expuestosa viento transversalmínimo de 2.2 km/hy temperaturamáxima admisible de 80 ºC en elconductor
El valor de aumento de la temperatura en el conductor es sobre la ambiente
Conductores decobre desnudocobre desnudo enlíneas aéreas
[4] J. Córdova, “Distribución industrial de la energía eléctrica”, 1994, Valores basados en el NEC Tabla 4.16 J.C.
Partes constructivas de cable de media tensión
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Partes constructivas de cable de media tensión
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Tipos de cables de media tensión
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Cable XAT, Polietileno reticulado XLPE
Cable SHD-GC,Etileno Propileno EPR
Uso en ductos,directamenteen tierra,en bandejas
Uso en ductos o directamente enterrados.
Cable EMTPolietilenoReticuladoXLPE
Uso sobre la superficie, faenas mineras
Disposición de cables instalados directamente en tierra
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Disposiciones de ductos en media tensión
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Disposición de ductos, conductores en ductos o canalizaciones subterráneasDisposición de ductos, conductores en ductos o canalizaciones subterráneas
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Distancias en mm; g, h : cables multiconductores. i, j : cables triplexados k, l : cables monoconductores
Disposición recomendada para tenerel menor desequilibrio de corrientes
Conductores por fase
Distribución de los alimentadores
Instalación subterránea un monoconductor por ducto 0-2000V
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Temperatura de la tierra 20°C, Temperatura de servicio 75°C
Tabla 4.26 J.C.
Instalación subterránea 3 conductores por ducto 0-2000V Temperatura de la tierra 20°C, Resistividad del suelo 90 ohm-m, Temperatura de servicio 75°C
Tabla 4.28 J.C. Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Instalación subterránea 3 monoconductores por ducto
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Instalación subterránea, tres conductores por ducto, temperatura de la tierra 20ºC, temperatura de servicio 90ºC, Referencia NEC
Temperatura de la tierra 20°C, Resistividad del suelo 90 ohm-m, Temperatura de servicio 75°C
Tabla 4.29 J.C.
Instalación subterránea 3 monoconductores por ducto
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Temperatura de la tierra 20°C, Resistividad del suelo 90 ohm-m, Temperatura de servicio 75°C
Tabla 4.29 J.C.
Cálculo por regulación de tensión
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
)cos( senXRIV
pFT
T
S
LR
1
2
5,234
5,234
RMG
DMGnLfX 0
donde:
= resistividad el conductorL = longitud del conductor en mS = sección del conductorμ0 = permeabilidad del vacío 410-7 f = frecuencia en HzDMG = distancia media geométrica en mRMG = radio medio geométricoFp = factor pelicular
Cálculo de radio medio geométrico
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Tabla 4.9 J.C.
Factor pelicular
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.Tabla 4.15 J.C.
Cables subterráneos
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
dD
nC
0555,0
Capacidad para un cable subterráneo monoconductor:
C = capacidad en μF/Km = permeabilidad relativa de la aislaciónd = diámetro interno de la aislación D = diámetro externo de la aislación
Corrección de la reactancia considerado la canalización
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
PARA CABLE TRIPOLAR:
• en ducto ferromagnético: el valor de la reactancia, se multiplica por 1,251,25
PARA CABLES MONOPOLARES:
• En ducto no magnético: el valor de la reactancia se multiplica por 1,20
• En ducto ferro magnético: el valor de la reactancia, se multiplica por 1,5
Cable de cobre duro concéntrico, clase B
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Características constructivas y físicas - Norma NCh-1236 y ASTM-B8
Tabla 4.44: Distribución Industrial de la Energía Eléctrica, Jaime Córdova
Cable de Aleación de Aluminio 6201
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Características eléctricas y constructivas
Tabla 4.45 y 4.46: Distribución Industrial de la Energía Eléctrica, Jaime Córdova
Elevación de temperatura:40ºC, Temperatura ambiente 40ºC, viento transversal 0,61 m/s, Factor de emisión 0,5 sin sol
Características eléctricas y constructivas de cables de BT
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Pag.136: Distribución Industrial de la Energía Eléctrica, Jaime Córdova
Características eléctricas y constructivas de cables de BT
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Tabla 4.53: Distribución Industrial de la Energía Eléctrica, Jaime Córdova
Cable tipo XTU – COCESA - 600 V
Sección mínima de los conductores de líneas aéreas
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Líneas AéreasArt. 94: Clasificación: Clase A: B.T. menores a 1000 V.
Clase B: A.T. hasta 25000 V Clase C: A.T.: sobre los 25000 V
Art. 95: En las líneas categoría A, no se adoptarán tramos que sobrepasen los 100 mArt. 99: Secciones de los conductores y capacidades de ruptura: deberán ser por menos:Líneas clase A: 6mm2 de sección y 200 Kg de tensión de rupturaLlíneas clase B y C : 10 mm2 de sección y 350 Kg de tensión de ruptura
Norma: NSEG. E.n. 71, Instalaciones de Corrientes Fuertes
Canalizaciones subterráneasArt. 129: Se deberán colocar subterráneamente los cables fabricados para tal efectoArt. 131: La profundidad a la cual los cables cables se colocarán es determinada por lascondiciones locales. En general, deberá ser suficiente que la cubierta que protege los cablessea recubierta por una capa de tierra de 50 cm por lo menos
Art. 8.2.13.9 de la norma NCh Eléc. 4/84: se aceptará una distancia máxima de recorrido entre cámaras de 90 m un un máximo de 2 curvas de max. 60°. En tramos rectos se aceptahasta 120 m (8.2.13.10)
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Factores de demanda para cálculo conductores
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Norma: NCH Elec. 4/84, Electricidad, Instalaciones Interiores en Baja Tensión
La carga nominal de un alimentador, no será menor que la suma de las cargas de todos losque sirve el alimentador, sujetos a las disposiciones pertinentes
En donde las demandas máximas de los distintos alimentadores no coincidan en el tiempo, se podrá aplicar a la carga del alimentador un factor de diversidad de acuerdo al caso.
No se podrá aplicar factores de diversidad a las cargas de subalimentadores
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Dimensionamiento de conductores para motores
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Norma: NCH Elec. 4/84, Electricidad, Instalaciones
Interiores en Baja Tensión
Sección mínima: 1,5 mm2
Motores:La sección de los conductores que alimentan un motor enrégimen permanente, se calcula considerando : 1,25 In
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Cálculo de la sección de conductores optimizando la inversión
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
ccp FFF 1,09,0 2
2)( IsRPperd SksC · )(
Factor de pérdidas
Pérdidas de potencia Costo del conductor
)()()( sdCsAhsB )()( 0 sPerdPsAh 0)()( CsCsdC
Se debe determinar cuando es mayor el beneficio :
Ahorro de pérdidas Aumento del costo
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Programa EVASEL para el cálculo de la sección de conductores
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Ejemplo de cálculo de la sección de conductores
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Tarifa BT-3 Chilectra M.02/1992 presente en puntaFactor de carga: 0,3Fp=0,15Fc+0,85Fc2 Carga concentrada equilibrada
La mayor inversión inicial enconductores, se financia conel ahorro de las pérdidas enaproximadamente 9 meses
Si se considera un horizontede 10 años y una tasa de actualización de 16 %, se consigue un beneficio de $ 414.500 con la alternativa 2
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.
[1] Norma chilena oficial Nch 2772, “Electricidad, conductores eléctricos, cables de poder apantallados de 5 kV a 46 kV”, primera edición, Instituto Nacional de de Normalización, Chile, 2003.[2] Norma chilena oficial Nch 2736, “Electricidad, conductores eléctricos, métodos de ensayo del dieléctrico extraído para cables de poder, de control, de instrumentación y portátiles”, primera edición, Instituto Nacional de Noramalización, Chile, 2002.[3] Norma ICEA Insulated Cable Engineers Association, “%-46 kV Shielded Power Cable for use in the Transmission & Distribution of Electric Energy”, NEMA Standards Publication Nº WC 74-2000. [4] Sierra Madrigal y otros, “Manual técnico de cables de energía”, 2da edición, McGraw-Hill y Condumex, México, 1985.[5] Pino Guitriot, Cristián, “Cálculo de parámetros y modelación de líneas aéreas y cables”, Trabajo de Titulación de Ingeniería Civil Electricista, Depto. de Ing. Eléctrica, USACH, 1996.[6] Wong Basoalto, Sandra, “Cálculo de parámetros de líneas aéreas y cables” Trabajo de Titulación de Ingeniería Civil Electricista, Depto. de Ing. Eléctrica, USACH, 2002.
REFERENCIAS