CONOCIMIENTOS TECNICOS DE INTRODUCCION AL CÁLCULO DE LA SECCION DE LOS CABLES ELECTRICOS.

1. Pasos Previos al cálculo de secciones:

1.1. Definir la potencia total que h de transportar la instalación

1.2. Definir la potencia que trasportará cada uno de los cables de la red eléctrica.

1.3. Definir el tipo de cable que se va a instalar.

2. Consideraciones fundamentales para el cálculo de los cables: Existen tres aspectos que siempre hay que tener en cuenta:

• El calentamiento o temperatura admisible en el conductor.- Suele ser el factor determinante de la sección en líneas cortas o muy cargadas.

• La caída de tensión.- Suele ser determinante en líneas largas. Se

trata de conseguir una tensión adecuada al final de la línea, que permita al receptor que se conecte funcionar correctamente.

• La coordinación con las protecciones.- Debe existir una

coordinación entre la energía que puede admitir el cable sin dañarse y la energía que deja pasar el elemento de protección en una sobreintensidad, por lo que a veces puede ser necesario variar la sección antes calculada.

*Eventualmente se consideran otros factores como: La pérdida de potencia, la resistencia mecánica, las condiciones de servicio y contorno y las condiciones económicas. *Durante el cálculo de las secciones recordar siempre que el REBT tiene fijadas unas secciones mínimas recomendadas para diversos circuitos y líneas de modo que las secciones calculadas deben estar por encima de estos valores en caso contrario, habría que adoptar dichos valores.

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3. Esquema de trabajo para el cálculo de secciones:

1. Actuaciones previas Realizar el esquema eléctrico con las longitudes de todos

los tramos.

Seleccionar el tipo de conductor a instalar y definir sus condiciones de montaje.

2. Cálculos

Calcular la sección por el criterio térmico o de carga SΥ

Calcular la sección por caída de tención Sv

Seleccionar la sección mayor de las dos calculadas.

3. Protecciones y comprobaciones

Seleccionar el elemento de protección para el conductor

Comprobar la protección de la línea a sobrecargas

Calcular las intensidades de cortocircuito máximo y mínimo.

Comprobar si el cable está protegido a cortocircuitos máximos

Comprobar si el cable está protegido a cortocircuitos mínimos.

Comprobar si es posible el arranque de las máquinas conectadas.

4. Regímenes de funcionamiento y sobreintensidades: Generalmente los cables pueden trabajar en los siguientes regímenes de carga:

Regímenes permanentes: o En condiciones normales de Carga

o Sobrecargas permanentes

Regímenes transitorios: o Trabajo normal de corta duración o intermitente

o Sobrecargas transitorias

o Cortocircuitos

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5. Temperatura máxima admisible en los cables

Los cables se calientan cuando mientras son recorridos por la corriente eléctrica. Se tiene que limitar la temperatura de trabajo para evitar que los aislantes de los conductores puedan dañarse, es decir que la limitación de la temperatura del cable queda impuesta por el aislante ya que los conductores en sí pueden soportar temperaturas mucho más elevadas.

6. Condiciones de entorno normalizadas

En cada país, las normas, tablas y programas de cálculo están dados para las condiciones normalizadas de trabajo de la zona, por tanto para saber si son válidos los valores de sus tablas y programas, es necesario fijarse en los valores con los que están realizadas las tablas o los programas, y aplicar las correcciones necesarias en cada caso con respecto al territorio donde se va montar la instalación.

7. Proceso de calentamiento de un cable y curva calentamiento—temperatura de régimen permanente.

Los cables reciben una energía Q que se distribuye de dos formas:

Una parte se almacena produciendo calentamiento en el propio cable elevando su temperatura.

Otra parte se pierde al ser emitida al exterior por conducción, convección y radiación.

El proceso de calentamiento es como sigue:

El cable en principio se encuentra a la temperatura ambiente y toda la energía que le llega es almacenada hasta que el cable se calienta hasta alcanzar una temperatura superior a la del ambiente, entonces empieza a emitir calor al exterior.

A medida que la temperatura supera más a la del ambiente, el cable emite más y más calor al tiempo que se reduce la energía almacenada. El equilibrio se alcanza cuando toda la energía que le llega al cable es emitida al exterior; en ese momento la temperatura del cable permanece constante.

Curva de calentamiento:

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8. Cálculo de la sección del neutro a partir de la sección de fase La sección del neutro generalmente se calcula en función de la sección de fase calculada; aunque en situaciones de desequilibrio notable o de presencia notable de armónicos es necesario calcular la sección del neutro considerando la corriente real que vaya a pasar por éste y el tiempo que durará.

El REBT distingue para los cálculos:

Neutro para las líneas de distribución (ITCBT 06-07): En líneas monofásicas: SN =SF ; lo mismo para líneas trifásicas

con secciones de fase hasta 10mm2 en Cu o 16mm2 en Al. Para secciones de Cu o Al superiores a las antes indicadas,

la sección de neutro se toma: SN=0.5SF con unas cuantas excepciones en las que si el valor obtenido para el neutro no está normalizado, se toma un valor más próximo por exceso o por defecto.

Neutro para la línea general de alimentación (ITCBT14): Hasta los 25mm2, SF=SN a partir de los 50mm2 de SF, se aplica

SN>=0.5SF, siendo los valores mínimos: 10mm2 para Cu y 16mm2 para Al.

Neutro para la Instalación Interior (ITCBT19): El ITCBT19 indica que para tener en cuenta las corrientes

armónicas debidas a cargas no lineales y posibles desequilibrios, la sección del conductor neutro será como mínimo igual a la de los conductores de fase, salvo justificación por cálculos.

La norma UNE indica para el conductor neutro:

a. El neutro tendrá la misma sección que los conductores de fase en circuitos monofásicos y en circuitos trifásicos con una sección de cable máxima de 16mm2 en Cu o 25mm2 en Al.

b. El neutro podrá tener una sección inferior si se cumple: que la carga está equilibrada entre las fases, no hay componentes armónicas notables y el neutro está protegido a sobreintensidades.

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9. Cálculo aproximado de la sección del neutro en sistemas con desequilibrio de cargas.

El desequilibrio de cargas se produce cuando las fases no están igualmente cargadas y en consecuencia el neutro transportará corriente. En casos extremos de desequilibrio, por el neutro puede pasar más corriente que por las fases.

El proceso de cálculo para determinar la corriente de neutro con la que se calculará la sección es como sigue:

Determinar el máximo desequilibrio para saber si es aceptable o no:

*El desequilibrio máximo aceptable es del 10%.

Calcular la corriente de neutro: Se considera que los ángulos de fase están

equilibrados y que el desequilibrio se debe a los diferentes valores del módulo de la intensidad.

La intensidad de neutro se calcula como suma vectorial de las intensidades de fase.

10. Los componentes armónicos y sus efectos.

Los armónicos son ondas de tensión o corriente de frecuencia múltiplo entero de la frecuencia de la onda fundamental. El orden del armónico es el número de veces de la frecuencia principal.

Los armónicos de secuencia directa actúan en el mismo sentido que el sistema trifásico de alimentación. Producirán una sobrecorriente en los motores y un sobrecalentamiento en los cables.

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Los armónicos de secuencia inversa actúan en sentido inverso y tienden a frenar los motores, produciendo calentamientos.

Los armónicos de secuencia homopolar no actúan sobre el

funcionamiento de los motores, pero al estar en fase, suman sus efectos y sobrecalientan los cables, especialmente el neutro.

En las instalaciones eléctricas industriales y comerciales solo existen los armónicos de orden impar, ya que la señal suele ser simétrica y sin componente continua.

Para medir el valor eficaz de la intensidad de una onda distorsionada, se debe utilizar equipos de verdadero valor eficaz (TRMS) porque los equipos normales de valor promedio (AVG) solo pueden medir la intensidad de la onda sinusoidal perfecta cuyo valor puede ser inferior al valor real hasta un 40%.

La THD o tasa de distorsión armónica.- Indica la cantidad de armónicos que existen y se puede calcular respecto al valor total de armónicos (fundamental +armónicos) o respecto de la componente fundamental.

Existen unos valores normalizados para la THD tanto para tensión como para corriente, por debajo de los cuales no se presentan problemas en el conductor neutro de la instalación, más o menos THD<=10-15%.

Para tasas superiores, es necesario consultar alguna normativa para el cálculo de la sección del neutro.

Los elementos que generan armónicos en una instalación son principalmente los electrónicos de potencia como: fuentes de alimentación monofásicas, rectificadores, variadores de velocidad, alumbrado de descarga… y aparatos como: ordenadores, balastros de iluminación, S.A.I. sistemas de arranque estático, monitores, autómata.

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11. Cálculo de la sección del conductor de protección a partir de la sección de fase.

Normalmente, en función de la sección de fase que se tiene, se toma la sección para el conductor de protección de esta forma, según norma UNE:

Para SF<=16mm2, se toma SP=SF, siempre que el conductor de protección vaya en el mismo conducto que los conductores de fase, caso contrario; existen unos valores de sección mínima según el conductor disponga o no de protección mecánica SP=2,5mm2 ó 4mm2.

Para las secciones 16,25 y 35mm2, se toma SP=16mm2

Para secciones superiores a 35mm2, se toma SP=0.5SF.

12. Proceso de cálculo de la sección de un cable por temperatura o carga en régimen permanente.

El cálculo se realiza utilizando las tablas I-S que muestran la Intensidad máxima admisible de los conductores para cada sección.

El proceso de cálculo es como sigue:

1. Determinación de la potencia absorbida PB y Mayorada en su caso PM.

2. Cálculo de la Intensidad absorbida IB y Mayorada en su caso IM.

3. Determinación de las condiciones de montaje (aéreo, subterráneo, en tubo… montaje A,B,C,D,E,F,G.

4. Selección del aislamiento: Clase PVC (V) 70ºC, EPR(D)-XLPE(R) 90ºC. Tensión 450/750 – 0,6/1kV.

5. Cálculo de la sección de fase en tablas, comprobando que se cumplen las secciones mínimas convencionales.

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6. Aplicación de los factores correctores: Corrección por temperatura F1, Corrección por agrupamiento F2 y Otros factores correctores F3.

7. Cálculo de la sección final de fase en tablas.

8. Cálculo de la sección del conductor Neutro, sección del conductor de protección y cálculo de las dimensiones de las envolventes utilizadas.

Potencia demandada y mayorada.- Es el primer paso, saber la potencia PB que va a transportar el cable.

Intensidad absorbida e Intensidad mayorada IB e IM.- A partir de la potencia absorbida, se calcula la corriente que realmente va a pasar por el conductor. En algunas líneas se utilizará IM para el calculo siendo IM= IB mayorada.

Cables que alimentan un motor: 25%

Cables que alimentan varios motores: 25% del Motor de mayor potencia+ IB del resto.

Cables en zonas con riesgo de incendio o explosión: 15%.

Cables que alimentan a condensadores: 50%.

Cables para iluminación: 1,62IBdescarga + IBincandecencia.

Condiciones de Montaje.- El técnico debe definir el montaje que va a realizar en la instalación basándose en las condiciones físicas y del entorno y siguiendo las indicaciones del REBT (06-07-14-15-20). Ej. Las canalizaciones pueden ser empotradas bajo tubo y con conductores unipolares en zonas de oficinas… en las que se quiera cuidar la imagen. Un montaje sobre bandejas con cables multipolares se usa en distribuciones en las industrias instalando las bandejas a lo largo de la nave. Un montaje en falso techo con cables multipolares es una solución adecuada para dar servicio a las luminarias empotradas, etc.

Selección de aislamiento (tipo, cubierta, armaduras, tensión…).- El técnico debe definir el tipo de cable que va a montar: el aislante,

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el conductor, el tipo de cable unipolar-multipolar y su montaje para poder utilizar la tabla I-S. Para la selección del aislamiento ( tipo y tensión de aislamiento), los datos para líneas de distribución, líneas de enlace y líneas de interior se recogen en ITCBT06/07, ITCBT14/15 e ITCBT19/20 respectivamente.

Resumen de los criterios de selección:.-

Aislamientos.-Para intensidades elevadas os i se pueden dar sobrecargas transitorias o son líneas principales… es recomendable emplear cables con aislamiento EPR-XLPE. Mientras que en líneas interiores se utiliza PVC. Si los cables pueden estar sujetos a roces, golpes.. se estudiará la necesidad de cubierta de protección de policloropreno (N) o PVC. Etc.

Tensión nominal.- Si el cable ha de estar a la intemperie o enterrado o en interiores pero en líneas principales con carga elevada, es recomendable utilizar 0,6/1kV. Para instalaciones interiores se utilizará en general 07(450/750) de una sola capa.*Normalmente estos cable se fabrican unipolares.

Cables unipolares o Multipolares.- Los cables multipolares se usarán generalmente en líneas sin derivaciones intermedias y en secciones de aproximadamente hasta 50mm2… Y los cables unipolares, generalmente se usarán cuando hay que hacer derivaciones frecuentes para alimentar receptores o cuadros o cuando la sección es elevada.

Conductor de Cu o Al.- Normalmente en la instalación interior, siempre cobre y en instalaciones con derivaciones o en intemperie exterior, aluminio. Como idea general, en secciones de hasta unos 50mm2, Cu; entre 5 0 y 120mm2, Cu ó Al; desde 120 y para líneas de distribución aéreas, generalmente siempre Al.

Cálculo de la sección de fase utilizando las tablas de Intensidad-sección.

Se entra en la tabla con los siguientes datos: IB o IM según el caso, tipo de montaje, tipo de cable (Cu ó Al, Multipolar, unipolar, aislamiento, número de conductores 3x o 2x) al entrar con esos datos, para el valor de IB o IM, obtenemos la mínima sección de fase a utilizar.

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Factores Correctores.- Se consideran tres tipos de coeficientes correctores f1,f2,f3 que multiplicados entre si nos dan el coeficiente total f=f1xf2xf3.

F1.- Considera la temperatura ambiente en la que está el cable. La tabla toma como condiciones normales una temperatura ambiente de 40ºC y una temperatura del terreno de 25ºC. si la temperatura que se tiene es diferente, se ha de ir a la tabla del factor de corrección f1 para el tipo de cable.

F2.- Considera el agrupamiento de cables, su influencia mutua. La tabla considera la existencia de un solo circuito o línea, un circuito es una línea con todos sus conductores, ya sean 3, 2 o 4 unipolares o multipolares. Una fase con dos conductores en paralelo se cuenta como dos líneas que se tienden juntas.

F3.- Considera el resto de acciones que aconsejan reducir la intensidad máxima en los conductores.

Sección final del cable.

El valor de intensidad obtenido en la tabla en condiciones normales se multiplica por el factor corrector f y se obtiene la intensidad final para seleccionar el cable y con ella se determina la sección final del cable entrando de nuevo en la tabla.

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