CAPÍTULO IV, Instalaciones Eléctricas, febrero 1999.doc

7/21/2019 CAPTULO IV, Instalaciones Elctricas, febrero 1999.doc

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CAPTULO 4

Seleccin de Elementos

4.0. INTRODUCCIN

En el presente trabajo se pretendeestablecer de la manera ms sencilla losfundamentos tericos, para la seccin de loselementos de una instalacin elctrica, sin olvidar loformal del punto de vista catedrtico, pero con unfranco sesgo hacia lo prctico de los clculos. Esteautor admite abiertamente que existen autores quehan realizado un discusin ms profunda alrespecto de este tpico, pero este material solo es

una aplicacin sumamente prctica.

4.1. SELECCIN DEL TIPO DEAISLAIENTO DE CONDUCTORES

Los conductores aislados posees asociadosuna capa protectora de material aislante, cuo fines proteger el conductor energizado del contactocontra otros conductores o estructuras.

El tipo de aislante del conductor, de vadepender del servicio al cual se pretende someter.El primer aspecto a considerar es la tensin deoperacin para el cual se debe especificar,destacando bsicamente tres! baja, media alta

tensin. Los aislantes de conductores de altatensin son motivo de estudios ms profundo a losalcances del presente estudio, se deja sudesarrollo a estudios de "cnicas de #islamiento en

#lta "ensin, a la vez que su uso es limitado a losgrandes sistema de potencia. Los conductores conaislamiento para media tensin, seg$n el %E&seccin '(), corresponde al tipo *+, cuo aislanteser de tipo slido para tensiones maores a ( + hasta '- +. or $ltimo el aislante de baja tensinse sumamente utilizado, a que en ella se centranla maor parte de las instalaciones elctricas/residenciales, comerciales e industriales0.

La especificacin de los diferentes tipos deaislantes de conductores su uso en baja tensinquedan claramente esclarecidos en el %E&, en suseccin '12, espec3ficamente en la tabla '1241'.

5e la gran cantidad de conductores queexisten en le mercado especificados en el %E&.

TA!LA 1Ti"os de Aisl#mientos

Nom$%eCome%ci#l

Ti"o Tem"e%#t&%#m'(im# de)&ncion#.

Uso Aisl#nte

6oma7esistente al

calor

78 9-:% Lugar ;eco

6oma7esistente al

calor788


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%#B">LC D! ;eleccin de Elementos

conductor al igual que de su calibre. or tanto, unaseleccin cuidadosa del calibre del conductor debeser realizada, de modo que en la longitud esperadade dise@o, no se sobrepase los limites permitidospor el %E& en este aspecto.

%onsidere un trozo de conductor delongitud LF, el cual alimenta una cierta carga.

*IURA 1

Ci%c&ito E/&i#lente de &n cond&cto%

;uponga que en el extremo de env3o existeun potencia elctrico es +s, en el de recepcin es+r, entonces la ca3da de tensin a lo largo delconductor es!

rs +++ = /10

*IURA -Di#%#m# *#so%i#l de &n cond&cto% #t%#es#do "o% co%%iente

;i se considera la resistencia total delconductor 7 su reactancia inductiva G, es fcildemostrar que!

( ) ((rs cosHGsenH7senHGcosH7++ ++++=

/(0En el caso en que H7 e HG no exceden del

12I, entonces la ecuacin anterior resulta!

+== senHGcosH7+++ rs /'0

%on esta suposicin se asume que el errormximo viene dado por (+ssen(J(, donde es

conocido como ngulo de potencia, essimplemente el ngulo entre la tensin en elextremo de env3o recepcin, este ngulo casinunca supera los -:, por lo que es mu poco elerror cometido con la hiptesis anterior.

;i se considera que la resistencia lareactancia, viene dado en forma de unidad delongitud.

L.r7 = /D0L.xG = /-0

;iendo r x en unidades de Chm por metro.

+== senHxLcosHrL+++ rs /)0

;i se expresa la ca3da de tensin en porcentaje dela tensin de env3o!

( )I122

+

++I+

s

rs =

/90

( ) I122+

senxcosxHL+s

+= /K0

si se multiplica divide por +s la expresin anterior se multiplica por resulta!

( )I122

+

senxcosxHL+I+

(

s

s +=

/


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/%50 de una forma mu sencilla, para determinarel calibre de conductores.

,

I+L.,+#%5

==

/1-0

,

I+L.H%5 ==

/1)0

El tipo de ecuacin a utilizar para el calculode la capacidad de distribucin depende de laforma en que sea expresada o considerada lacarga.

En el texto de Csaldo enissi /1


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de manera de ofrecer resguardo a los equipos alas personas. La seleccin adaptacin de lasprotecciones a la instalacin elctrica es un procesoapasionante que casi raa en el nivel del arte de laelectricidad, a que requiere de conocimientosprofundos de los posibles estados de operacin dela instalacin.

4.3. SISTEAS DE PROTECCINLas instalaciones elctricas, aunque sean

dise@adas de manera perfecta son susceptibles afallas /condiciones anormales de operacin0, queprovoque da@osa los equipos personas de losmismos, representando perdidas de vidas valiosaso costos de reparacin reposicin elevados enocasiones afectan la calidad del servicio. # fin deminimizar en lo posible las consecuencias quepuedan generar las condiciones anormales deoperacin, surgen los sistemas de proteccin.

La razn de ser de los sistemas de proteccinproviene del hecho que cualquier elemento de lainstalacin esta sujeto a fallas, independientementede su costo, calidad. El objetivo primordial del;istema de roteccin es detectar las condicionesanormales /falla0 de operacin de la instalacin,determinar su localizacin retirar rpidamente deoperacin $nicamente la parte necesaria paraeliminar la parte de la instalacin que se encuentrafallada.

Las funciones ms simples que realizan lossistemas de proteccin seg$n el autor alacio #./1


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>n seccionador, seg$n el %E& en suseccin 122, es un aparato de maniobra destinadoa separar un circuito elctrico de la fuente deenerg3a. &o tiene la capacidad de interrupcin decorriente esta destinado a ser manipuladosolamente despus que el circuito ha sido abiertopor alg$n otro medio? existe un tipo mu especial,los seccionadores bajo carga,que son capaces de

accionar bajo corriente de carga, pero tiene suutilidad en sistemas de distribucin. Las cuchillaspor su parte, son un tipo mu sencillo deseccionador, que posee una palanca paraoperacin.

4.6. INTERRUPTOR AUTO7TICO

Los interruptores automticos estn dise@adospara operar en circunstancias anormales decorriente, sin que el mismo sufra da@o, enissi C./1


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*IURA 3=ist# )%ont#l de inte%%&"to%es de c#. *USI!LES

Los fusibles, fueron los elementos pionerosde las protecciones elctricas, por su simplicidad.

El %E& en su seccin 122, define un fusiblecomo un dispositivo de proteccin contrasobrecorriente con una parte fusible, que abre elcircuito cuando se calienta corta el paso de lasobrecorriente a travs de la misma. Los fusiblesestn dise@ados con partes conductoras de metal,que con el paso de cierta corriente, para la cual hansido dise@ados, se funden por exceso detemperatura. El alambre del fusible, se seleccionaen funcin de la corriente nominal del circuito aproteger, colocndose este en serie. Los fusiblespor lo general poseen una cmara de extensin delarco, para enfriar el arco producido por elrecalentamiento del conductor al ser atravesado por

la corriente de falla. En el mercado comercial sonmu variados las caracter3sticas de los fusibles,pero siempre bajo el mismo esquema de operacin.

5e acuerdo a la forma de operacin, losfusibles son distinguidos en dos clase! limitadores con"encionales.Los limitadores como su nombre loindica limita el efecto del arco que se produce alfundirse el elemento metlico, pero en un tiempomenor que el correspondiente a la corriente mximade falla extinguindose dentro de su cmara,mientras que los convencionales no tienen estascaracter3sticas.

La caracter3stica de corriente tiempo de

operacin, va a depender del material conductorempleado para la construccin el fusible.Los fusibles de acuerdo a su construccin,

pueden ser de mu variados tipos! el conocidocomobayonetao na"aja, que consta de un cilindrode cartn o fibra, que termina en planosconductores que encaja en el portafusible. Eldenominado fusible de e$pulsin,con una cmaraabierta para permitir la salida de gases. El fusiblellamado galga, que es abierto formada por una ovarias cintas metlicas, soldadas a terminales

sujetados con tuerca. Es com$n por otra parte unosfusibles en base de porcelana forma circular,llamados tapones.

*IURA 5Di)e%entes ti"os de )&si$les

En +enezuela, es mu com$n en lasinstalaciones residenciales, utilizar una cuchilla confusible de tipo cinta, que vulgarmente denominaplomoF, a que el material de este es el plomo.

Es importante mencionar, que el tiempo derespuesta de los interruptores es menor que la delos fusibles, por eso se suele utilizar este $ltimocomoproteccin de respaldopor sobrecorriente.

4.?. TA!LEROS

Los tableros son estructuras constituidospor un grupo de paneles, dise@ados para que seanalojados en ellos equipos elctricos. El tableropuede ser formado por un gabinete auto4soportable,o bien de tipo empotrado /generalmente utilizado eninstalaciones residenciales0. Los equiposdepositados en los tableros son barras(,interruptores en el caso ms simple /residencial0,pudiendo llegar a alojar medidores de tensin,corriente, potencia, energ3a, frecuencia, etc. enfuncin de las exigencias del caso.

(>na barra /bus0, se define como un elemento metlico,donde se realiza la conexin de varios elementoselctricos.

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*IURA 6Ti"os de T#$le%os

En +enezuela, el dise@o de los tableros seencuentra normado por la norma %C+E&H& &C7+E& de 1

Ti"os de T#$le%os

4.10. PUESTA A TIERRA

;e define la puesta a tierra, como laconexin f3sica que se realiza entre las partes noconductoras conductoras que no transportecorriente de un equipo elctrico tierra'. Laconexin con tierra se realiza para que la tensinde las partes no energizadas metlicas, nosobrepase los valores aceptables para el serhumano, en primera instancia. or otra parte en lasituacin en que la aislacin del equipo falle, lapuesta a tierra se transforme en el camino demenor impedancia para las corrientes de falla, deigual forma evita la acumulacin de cargaselectrostticas, producidas por induccin.

El estudio de puesta a tierra en

instalaciones elctricas es un rea delicada, querequiere de cuidadosos minuciosos clculos.

En el mbito de las instalaciones elctricasresidenciales, la puesta a tierra es algo mssencilla? de hecho el %E& en su ;eccin (-2,

'El %&S'('))) Std *++*-/, '))) Standard 0ictionaryof )lectrical and )lectronics !erms, define tierra comouna conexin conductora, intencional o accidental, en lacual un circuito elctrico o equipo es conectado a la tierrao alg$n cuerpo conductor de una gran extensin quesirve en lugar de tierra.

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establece los requerimientos bsicos para la puestaa tierra. "odos los equipos fijos o conectados pormtodos de cableado permanente, que poseanparte metlicas no destinadas a transportarcorriente que tengan probabilidad de entrar encontacto con partes activas bajo tensin, debenestar conectados a tierra? es as3 que se recomiendaesta prctica a las lavadoras, refrigeradoras,

secadoras, bombas de agua, aire acondicionados,etc.

La instalacin idealpara la puesta a tierraes conectar directamente la tierra de los equipos ala del tablero, con un cable a la puesta a tierrainterna de la vivienda, e instalar una varilla de tierra,de tipo opper1eld/de -JKF por (.DD m. /tama@onormalizado en +enezuela0 hincada a profundidaden un suelo con cierta humedad, mediante unalambre de cobre desnudo de numero D #=6.

El %E& en su seccin (-2, establece loscalibres que deben ser utilizados para la puesta atierra en las tablas (-24n aspecto importante, en el dise@o de unainstalacin elctrica de fuerza es la seleccin de lacorriente nominal del motor, o tambin denominadanominal a plena carga.

ara establecer la corriente nominal de una

motor /Hnom0, existen varios procedimientos, todosigualmente valederos, seg$n las condiciones einformacin que se disponga.

>na mecanismo mu sencillo, de establecerla corriente nominal es directamente verificando suvalor en la placa del motor, o la informacin quepueda suministrar el fabricante, pero se debeadmitir que esta es una condicin poco aplicable,debido a que el dise@o del circuito de fuerza serealiza antes de la colocacin en sitio del motor.

>n mecanismo igualmente valedero, esaplicar un ensao en carga del motor, la corrienteque se obtiene en este es mu realista aplicada alcaso del motor en consideracin, pero estoraramente se realiza.

Es posible, que se disponga de la otenciadel motor /8-0, al igual que su tensin deoperacin /+nom0, entonces se puede aplicarecuaciones para estimar la corriente nominal, peroen este caso adems se requiere conocer el tipo demotor /trifsico, bifsico, monofsico, o corriente

-8! 8ourse oer. #unque en algunas ocasiones comoen motores de fabricacin europea se conocendirectamente los att.

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continua0 el factor de potencia, el cualgeneralmente se debe asumir, pero esto incorporaun sesgo en la estimacin de la corriente nominal.

Ainalmente, una prctica mu com$n esconsultar tablas a normalizadas, las cualesestablecen los valores t3picos de los motoreselctricos en funcin de su tensin, potencia tipo.

En +enezuela, el %E&, en sus tablas D'24

1D9 a la D'241-2, se establecen la corriente a plenacarga para los motores. "abla D'241D9! *otores de%orriente %ontinua /5%0, "abla D'241DK! *otores*onofsicos de %orriente #lterna /#%0, "abla D'241D

4.14. ESTRUCTURA DE UN CIRCUITO DE*UER@A

Hnicialmente se debe conocer que laalimentacin de un motor elctrico esta sujeta a lascondiciones caracter3sticas de funcionamiento del

mismo, el tipo de alimentacin por lo general puedeser de tres tipos /en el caso de corriente alterna0,monofsico, bifsico trifsico, siendo preferidoeste $ltimo para grandes potencias. Los niveles detensin por lo general son! 1(2 (2K, (D2 DK2+oltios, pudiendo existir casos particulares demaor tensin de operacin.

*IURA ?Est%&ct&%# T"ic# de &n ci%c&ito %#m#l de )&e%# "#%# moto%

La estructura especifica de un circuito defuerza, depende en forma directa de losrequerimientos prcticos de la carga que alimenta.En el caso de los alimentadores de fuerza paramotores, estos por lo general parte de un punto dealimentacin o circuito alimentador /feeder0, luegodel cual se coloca un medio de desconexin de lafuente? los conductores para el circuito de fuerza, su proteccin, un elemento controlador para

arrancar el motor /vulgarmente denominadoarrancador o contactor0, el cual sirve para ademsde arrancar el motor proveer unos elementos deproteccin contra sobrecarga del motor.

*IURA 10Elementos de &n ci%c&ito %#di#l de )&e%# "#%# moto%

En el caso de instalaciones de fuerzapeque@as, motores de potencia menor a 1 8, nose requieren de proteccin individual, se puedeutilizar un dispositivo de conexin con fusible, tipo4ticino4o similar. En el caso de que un conjunto demotores peque@os sea alimentado por un soloalimentador, este poseer una proteccin contrasobrecorriente /;%0, el tablero de alimentacinde este recibir el nombre de entro ontrol deMotores 5M6.

ara el caso de motores de potencia maora 18 hasta (28p, es recomendado, que cadamotor posea un dispositivo de desconexin proteccin individual contra sobrecorriente, tal comoun interruptor termomagntico, en el caso delalimentador, tambin a de poseer su ;%.

or $ltimo, en el caso de motores depotencia maor a (28, o cuando por consideraciones prcticas as3 lo requiera, seutilizara una instalacin independiente para cadamotor, desde el tablero de distribucin /%%*0. Eneste caso cada alimentador debe poseer en lasalida del %%* una ;% en el motor undispositivo de desconexin una proteccin desobrecorriente que servir como respaldo al desobrecarga.

*IURA 11Ti"os de Ci%c&itos %#m#les de )&e%# "#%# moto%es


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4.13. SELECCIN DEL CONDUCTOR PARAUN CIRCUITO DE *UER@A PARAOTOR

ara realizar la seleccin del conductor quese ha de utilizar para alimentar un motor, se debenespecificar primeramente el tipo aislante luego sucalibre.

El aislante com$nmente utilizado para losconductores que alimentan motores esgeneralmente del tipo "ermoplstico 7esistente a la8umedad 7etardante de la llama /"8=0, otambin el "">, pero se tipifica que al menos debeser de este tipo, pudiendo ser de otro aislante msexigente de acuerdo a las condiciones ambientede operacin del motor. ara efecto de seleccionar

el calibre de los conductores para el circuitoalimentador ramal de motores, se ha de seguir loscriterios m3nimos que el %E& establece en laseccin D'2 para la seleccin por capacidad decorriente.

rimeramente el %E& distingue tresposibles formas de dise@o por capacidad decorriente! conductor para un solo motor /articuloD'24((0, para varios motores /D'24(D0 para variosmotores con otras cargas /D'24(-0.

El conductor para un solo motor seg$n el%E& art3culo D'24((, resulta!47 8os conductores de un circuito ramal 9uealimenta un solo motor tendr#n una capacidad decorriente no menor 9ue el *:;< de la corrientenominal a plena carga de motor74

En esencia la corriente de dise@o /H dise@o0 delconductor ser!

nominaldise@o H(-.1H = /190

ara el caso del conductor para variosmotores, la seccin D'24(D del %E& establece!47 8os conductores 9ue alimentan dos o m#smotores tendr#n una capacidad igual a la suma del"alor nominal de la corriente a plena carga de todoslos motores, m#s el :;< del "alor de la corrientedel motor m#s grande=del grupo74

En forma ms compacta, resulta que lacorriente de dise@o para el conductor es!

+= jmaordise@o HH(-.2H /1K0

or otra parte, aunque el %E& en suarticulo D'24(-, establece la metodolog3a para lcalculo de los conductores que alimentan cargas motores, es opinin de este autor, que no espropicio esto? debido a que cuando motores deconsiderable potencia arrancan demanda de laalimentacin un gran valor de corriente, que puedenafectar los equipos de alumbrado otras cargas, aque el transitorio de estas grande corrientes dearranque producen disturbios en el voltaje / fliker0.

La seleccin por ca3da de tensin, se ha derealizar por los criterios a estudiado, solo que seha de utilizar la corriente de dise@o /H d se utilizar deahora en adelante indistintamente de Hdise@o, parasimplificar las expresiones0que corresponde al casodel motor, los factores de correccin pertinentes acada caso.

Es importante mencionar, que en aquelloscasos donde la longitud del ramal es mu peque@a,se suele admitir que la ca3da de tensin es casinula, pero conviene realizar su verificacin.

La seleccin definitiva del conductor, ser elde maor calibre de entre las dos seleccioneshechas, es decir, el caso ms desfavorable.

En los alimentadores de circuitos de fuerza,es una prctica mu com$n, considerar una posibleexpansin de la carga, por lo que se puede fijarentre un 12 (2I de reserva de la carga nominalpara futuras ampliaciones.

>n punto tambin mu importante en losalimentadores de motores %entro %ontrol de*otores son que cuando el n$mero de motores

)or ms grande se ha de entender el motor de maorpotencia.

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supera tres, se ha de considerar el factor dedemanda>. En tabla (, se hace referencia a losfactores de demanda para motores, el cual debeaplicarse con mu buen criterio, para estudios pocoprecisos, pero en aquellos de maor complejidad serecomienda abiertamente realizar un estudioexhaustivo de la carga.

En el caso de las instalaciones de tipo

residencial, el uso del factor de demanda no tieneefecto, a que el n$mero de motores es bajo.

%uando se han de instalar equipos deacondicionadores de aire, se han de aplicar losbasamentos referidos en la seccin DD2 del %E&.or otra parte en el caso de instalacionesresidenciales multifamiliares, se ha de aplicar loestablecido en la tabla D'24((a, del %E&, para tipode servicio de los equipos.

TA!LA -*#cto%es de dem#nd# B sim&lt#neid#d

Ti"o de

oto%

*#cto% de

Dem#nd#

*#cto% de Sim&lt#neid#d>en

3oto%es

10oto%es

-0oto%es

2.- a ( +# 122 K2 )2 -2(.- a 12+#

92 K2 92 )2

12.- a '2+#

K2 K2 )- -2

*s de '2+#

K2 92 )2 --

6ruas *ontacargas

K2 D2P D2P (2PP

P! 5e D a D unidades.PP! 5e ( a ' unidades

*&ente2 Penissi O. 81?>59. C#n#li#ciones El;ct%ic#sResidenci#les

4.15. SELECCIN DE PROTECCIN PARACIRCUITO DE *UER@A

La seleccin de los equipos de proteccinen el caso de las instalaciones de fuerza essumamente importante, debido a que los equiposde fuerza, a sean motores u otros, por lo generalson de gran valor econmico, requieren de un

9Aactor de 5emanda! Es la relacin entre la demandamxima la carga conectada, por lo general es menor ala unidad /Ad10

I122a%onectadaarg%

5emandaA maximad =

K Aactor de ;imultaneidad! Es la relacin inversa delfactor de diversidad.El factor de diversidad es la relacin entre la sumatoriade mas demandas mximas individuales la demandamxima combinada de un sistema.

I1225emanda

5

Amaxima

&

2jj

div

=

=

correcto resguardo, por otra parte, su dise@o debeser ejecutado con cuidado para garantizar lamxima proteccin.

En la seleccin de la proteccin, paracircuitos de motores, es importante acoger lanormativa establecida en el %E& en su seccinD'2c.

En el caso de motores de servicio continuo

cua potencia supere 18, se proteger contrasobrecarga /;%0 con un dispositivo separado quesea sensible a la corriente del motor, cua corrientenominal o de disparo del dispositivo no ser menorque los porcentajes de la corriente a plena cargadel motor /%E&, D'24'(a10! *otor con un factor de servicio marcado menor

a 1.1-!

nominaldise@o HI1(-H = /1


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*otor con un factor de servicio marcado menora 1.1-!

nominaldise@o HI1D2H = /('0

*otor con un aumento de temperatura nomaor de D2:%!

nominaldise@o HI1D2H = /('0

"odos los dems motores!

nominaldise@o HI1'2H = /(D0

ara la seleccin de los medios dedescone$in, para aquellos circuitos de motores, se ha de cumplir lo establecido en el articulo D'24112del %E&, que indica! los medios de descone$in

para circuitos de motores de tensin nominal de=++ ?oltios o menos, tendr#n una capacidad 9ue

en amperios no menor del **;< de la de lacorriente nominal del motor.

En la seleccin de la proteccin contrasobrecorriente de los circuitos ramales de motores,se procedern con lo establecido en la tabla D'241-( del %E&, que indica la capacidad mxima oajuste de los dispositivos de proteccin de loscircuitos ramales de motor, para esto se ha deconocer! tipo de arranque, letra cdigo, +# caracter3sticas de funcionamiento. ;e debe dejarclaro que el procedimiento anterior es valido paraun solo motor, en caso contrario, se aplica loestablecido en el %E& articulo D'24)(, que indica

que la corriente de dise@o de la proteccin sedetermina de la suma de la corriente de laproteccin del motor maor, ms la suma de lascorrientes nominales del resto de los motores.

1(

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