Diseño de InstalacionesEléctricas Industriales Eficientes

Ing. Isaías Lucena

MODULO 1Diseño de Canalizaciones

Eléctricas Industriales

Ing. Isaías Lucena

Objetivo:Desarrollar los conocimientos necesarios para diseñar canalizaciones eléctricas industriales con criterios de eficiencia.

Ing. Isaías Lucena

CONTENIDO

Ing. Isaías Lucena

-Aspectos Generales (Legislación y normas).-Sistema de Alimentación normalizados.-Cálculo de circuitos ramales (Fusible, interruptor, ductos y conductores por capacidad de corriente).-Comprobación de capacidad del conductor por caída de tensión.-Cálculo del alimentador.-Cálculo de la acometida.-Diseño de tableros y subtableros.-Cálculos de la subestación de transformadores.-Distribución eléctrica.-Alimentadores para un motor y para un grupo de motores.-Alimentador para carga combinada en industrias y comercios (T/C-Luces, A/A, Máquinas, Herramientas y otros).

Aspectos GeneralesNORMAS A CONSIDERAR:

Código Eléctrico Nacional.IEEE.UNE.ANSI.COVENIN.CORPOELEC.

PARAMETROS BASICOS (V, I, R, P)

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELECTRICOINDUSTRIAL

Descripción

Cálculo de Circuitos RamalesPara llevar a cabo el diseño de circuitos ramales es necesario calcular los distintos componentes presentes, tales como:

ProteccionesFusibles.Seccionadores.Interruptores.

• Magnéticos.• Térmicos.• Magnetotérmicos

Relé TérmicosConductores

Cálculo de Circuitos Ramales

Ing. Oscar García

Función de la Protección:

Una elevación de la corriente normal de carga es un síntoma de una anomalía en el circuito. De acuerdo a su magnitud y la rapidez de su crecimiento, se puede tratar de sobrecargas o cortocircuitos. Esta corriente de falla aguas abajo del aparato de maniobra, si no es cortada rápidamente, puede ocasionar daños irreparables en personas y bienes.

FusiblesLos fusibles son el medio más antiguo de protección de los circuitos eléctricos y se basan en la fusión por efecto de Joule de un hilo o lámina intercalada en la línea como punto débil.

Los fusibles son de formas y tamaños muy diferentes según sea la intensidad para la que deben fundirse, la tensión de los circuitos donde se empleen y el lugar donde se coloquen.

El conductor fusible tiene sección circular cuando la corriente que controla es pequeña, o está formado por láminas si la corriente es grande. En ambos casos el material de que están formados es siempre un metal o aleación de bajo punto de fusión a base de plomo, estaño, zinc, etc.

Tipos de fusiblesExisten diversidad de fusible, según su tamaño o clase de servicio.

Según su tamaño en el mercado existen distintas variedades dependiendo de su capacidad de corriente.Cartuchos cilíndricos:

Tipo CI00, de 8,5 x 31,5 mm, para fusibles de 1 a 25 A.Tipo CI0, de 10 x 38 mm, para fusibles de 2 a 32 A.Tipo CI1, de 14 x 51 mm, para fusibles de 4 a 40 A.Tipo CI2, de 22 x 58 mm, para fusibles de 10 a 100 A.

Fusibles tipo D: Tamaño de 25 A, para fusibles de 2 a 25 A.Tamaño de 63 A, para fusibles de 35 y 50 A.Tamaño de 100 A, para fusibles de 80 y 100 A.

Tipos de fusiblesEn cuanto a la clase de servicio los fusibles vienen designados mediante dos letras; la primera nos indica la función que va a desempeñar, la segunda el objeto a proteger:

Primera letra. Función.Categoría “g” (general purpose fuses) fusibles de uso general.Categoría “a” (accompanied fuses) fusibles de acompañamiento.

Segunda letra. Objeto a proteger.Objeto “I”: Cables y conductores.Objeto “M”: Aparatos de conexión.Objeto “R”: Semiconductores.Objeto “B”: Instalaciones de minería.Objeto “Tr”: Transformadores.

Tipos de fusiblesLos fusibles de tipo “g” se utilizan en la protección de líneas, estando diseñada su curva de fusión "intensidad-tiempo" para una respuesta lenta en las sobrecargas, y rápida frente a los cortocircuitos.

Los fusibles de tipo “a”, especialmente diseñados para la protección de motores, tienen una respuesta extremadamente lenta frente a las sobrecargas, y rápida frente a los cortocircuitos. Las intensidades de hasta diez veces la nominal (10 In) deben ser desconectadas por los aparatos de protección propios del motor, mientras que las intensidades superiores deberán ser interrumpidas por los fusibles “a”.

Un gran inconveniente de los fusibles es la imprecisión que tiene su curva característica de fusión frente a otros dispositivos que cumplen el mismo fin, tales como los interruptores automáticos. Esto equivale a decir que la banda de dispersión de los fusibles es mayor que la de los interruptores automáticos, pese a que el fabricante solamente facilita la curva media de los fusibles.

Otro inconveniente de los fusibles es la facilidad que tienen de poder ser usados con una misma disposición de base, hilos o láminas no adecuadas.

Así mismo, la independencia de actuación de los fusibles en una línea trifásica supone un serio problema, ya que con la fusión de uno de ellos se deja a la línea a dos fases, con los inconvenientes pertinentes que ello conlleva.

Desventajas del fusible

Curva característica

Cálculo de fusiblesLa intensidad nominal mínima del fusible de rotección de un motor se determina a partir de la intensidad de arranque y del tiempo de arranque del mismo. En un arranque normal un fusible no debe fundir ni envejecer.

Seguidamente veamos el caso de un motor cuya intensidad de arranque es seis veces el valor nominal y el tiempo es de cinco segundos.

SeccionadoresEs un dispositivo mecánico capaz de mantener aislada una instalación eléctrica de su red de alimentación según una norma. Es un dispositivo de ruptura lenta, puesto que depende de la manipulación de un operario. Este dispositivo, por sus caracteristicas, debe ser utilizado siempre sin carga o en vacio. Es decir el proceso de desconexión debe seguir necesariamente este orden:

Para el proceso de conexión se debe proceder de forma inversa

Desconexión del interruptor principal

Desconexión del seccionador

Colocación del candado de

seguridad en la maneta del seccionador

Colocación del cartel indicativo de

avería eléctrica, mantenimiento

eléctrico o similar.

MANIPULACION PERMITIDA AL

CIRCUITO ELÉCTRICO

MALA OPERACIÓN

SeccionadoresEste procedimiento no se debe intercambiar, pues en primer lugar, se corre un grave peligro, y en segundo lugar, el seccionador no actuaría teóricamente por sus propias características constructivas.

El dimensionamiento del mismo se realiza a través de los valores de carga nominales más un porcentaje de holgura como lo muestra la siguiente ecuación:

Id: Corriente de diseño para el seccionador.IQ: Corriente de carga nominal.

InterruptoresSe clasifican en:

Interruptores Magnéticos.Interruptores Térmicos.Interruptores termomagnéticos.

Interruptores MagnéticosSon interruptores automáticos que reaccionan ante sobreintensidades de alto valor, cortándolas en tiempos lo suficientemente cortos como para no perjudicar ni a la red ni a los aparatos asociados a ella.

Interruptores TérmicosSon interruptores automáticos que reaccionan ante sobreintensidades ligeramente superiores a la nominal, asegurando una desconexión en un tiempo lo suficientemente corto para no perjudicar ni a la red ni a los receptores asociados con él.

Interruptores MagnetotérmicosGeneralmente, los interruptores automáticos combinan varios de los sistemas de protección descritos, en un solo aparato. Los más utilizados son los magneto-térmicos.

Poseen tres sistemas de desconexión: manual, térmico y magnético. Cada uno puede actuar independientemente de los otros, estando formada su curva de disparo por la superposición de ambas características, magnética y térmica.

Cuando se trata de magneto-térmicos tripolares, si una fase sufre perturbaciones, al disparar su polo arrastra a los otros dos y desconecta completamente el sistema. Si este circuito se hubiera protegido sólo con tres fusibles, se fundiría el correspondiente a la fase perjudicada y dejaría a todo el sistema en marcha con sólo dos fases, con los consiguientes peligros de averías que tal estado acarrea en determinados circuitos.

Interruptores Magnetotérmicos

Interruptores Magnetotérmicos

Interruptores MagnetotérmicosCon todo lo dicho anteriormente no pretendemos descalificar los fusibles, pero sí podemos asegurar que su utilización se vio notablemente reducida después de la aprobación, en 1973, del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, el cual regulaba la utilización de estos aparatos. La fabricación masiva de los magneto-térmicos hace que su actual precio sea realmente sugestivo, por lo que muchos proyectistas no tienen reparo en colocarlos donde hasta no hace mucho colocaban fusibles.

Curvas de DisparoSegún sean los límites que posea la curva característica de un magnetotérmico, así será su comportamiento, debiendo adaptar en cada caso el aparato correspondiente a las peculiaridades del circuito que se pretenda proteger.

Estas pueden se:Curva B.Curva C.Curva D.Curva Z.Curva MA.Curva UNESA.

Curva BEstos magnetotérmicos actúan entre 1,1 y 1,4 veces la intensidad nominal In en la zona térmica y en su zona magnética entre un 3 In y 5 In, o 3,2 In y 4,8 In, según el tipo de aparato, de acuerdo con las normas EN 60.898 y EN 60947.2, respectivamente.

Curva CEstos magnetotérmicos actuan entre 1,13 y 1,45 veces la intensidad nominal en su zona térmica y en su zona magnética entre 5 In y 10 In, o 7 In y 10 In, según el tipo de aparato, de acuerdo con las normas EN 60.898 y EN 60947.2, respectivamente.

Curva DEstos magnetotérmicos actúan en la zona térmica con sobrecargas comprendidas entre 1,1 y 1,4 In y en su zona magnética actúan entre 10 In y 14 In, de acuerdo con las normas EN 60.898 y EN 60947.2.

Relé TérmicoLos relés térmicos bimetálicos constituyen el sistema más simple y conocido de la protección térmica por control indirecto, es decir, por calentamiento del motor a través de su consumo.

Los bimetales están formados por la soldadura al vacío de dos láminas de materiales de muy diferente coeficiente de dilatación (generalmente ínvar y ferroniquel). Al pasar la corriente eléctrica, los bimetales se calientan y se curvan, con un grado de curvatura que depende del valor de la corriente y del tiempo.

Por otra parte, los relés térmicos tienen una curva de disparo fija y está prevista para motores con arranque normal, es decir, con tiempos de arranque del orden de 5 a 10 segundos.

Relé TérmicoEn los casos de arranque difícil (p.e. en centrifugadoras, molinos, grandes ventiladores, etc.), que tienen un mayor tiempo de arranque, la curva de disparo resulta demasiado rápida y el relé térmico dispararía durante el arranque. Para evitar esto hay que recurrir a algún procedimiento especial como puentear el térmico durante el arranque o alimentarlo a través de transformadores saturables. Esto además de encarecer considerablemente el arrancador, supone emplear procedimientos sin fundamento físico porque en realidad lo que se hace es engañar a la protección.

Relé TérmicoAsí pues, el sistema de protección por relés térmicos bimetálicos es generalmente utilizado por ser, con mucho, el más simple y económico, pero no por ello se deben dejar de considerar sus limitaciones, entre las cuales podemos destacar las siguientes:Curva de disparo fija, no apta para arranques difíciles.Ajuste impreciso de la intensidad del motor.Protección lenta o nula contra fallos de fase, dependiendo de la cargadel motor.Ninguna señalización selectiva de la causa de disparo.Imposibilidad de autocontrolar la curva de disparo.

Relé Térmico

CálculosPara poder dimensionar los distintos componentes de un sistema eléctrico se deben considerar los siguientes cálculos:

ProteccionesMagnéticas o cortocircuito.Térmica o sobrecarga.

ConductoresCálculo por capacidad de corriente.Comprobación por caída de tensión.

Caída de tensiónPara poder dimensionar los distintos componentes de un sistema eléctrico se deben considerar los siguientes cálculos:

ProteccionesMagnéticas o cortocircuito.Térmica o sobrecarga.

ConductoresCálculo por capacidad de corriente.Comprobación por caída de tensión.