Selección de Selección de ComponentesComponentes

Montaje de tablero de control de motores

FUNCIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE MANIOBRA:FUNCIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE MANIOBRA:

En una instalación eléctrica, los dispositivos de maniobra, cumplen la función de ejecutar las siguientes maniobras: seccionar, conectar y desconectar en vacío, conectar y desconectar bajo carga, conectar y desconectar motores y desconectar en caso de cortocircuito.

Seccionar

Seccionadores son interruptores, los cuales separan un circuito eléctrico en todas sus vías de corriente, los seccionadores tienen una indicación fiable de la posición de maniobra.

Antes de efectuar algún trabajo de mantenimiento

o reparación de partes activas en las instalaciones, los componentes afectados deben separarse de la red; mientras se efectúan dichos trabajos, debe estar asegurado el aislamiento eléctrico y físico de la red.

Conectar en vacío

En este tipo de maniobra la conexión y desconexión de circuitos eléctricos se efectúa cuando no circula corriente o cuando la tensión entre el contacto fijo y el contacto móvil en cada uno de los polos sea sumamente baja durante la maniobra.

La utilización de interruptores para conectar en vacío

presupone que en ningún caso, debido a medidas previamente tomadas, sea posible conectar bajo carga. Si esto llegase a ocurrir, tendría como consecuencia la destrucción del dispositivo y de parte de la instalación y lo que es peor, pondría en peligro al personal de servicio a causa del arco que se produciría durante la desconexión.

Conectar bajo carga

Con los interruptores bajo carga se pueden conectar y desconectar aparatos y partes de las instalaciones cuando prestan servicio normal con intensidad nominal. La capacidad de ruptura de los interruptores bajo carga es normalmente un múltiplo de su intensidad nominal y por tanto, pueden conectar y desconectar todas las sobreintensidades que ocurren en un servicio normal; además de esto, con ello se maniobra sin peligro cuando se conectan involuntariamente cortocircuitos, ya que poseen una capacidad de conexión sumamente alta.

Conectar componentes de instalaciones

La capacidad de ruptura de los dispositivos de maniobra para conectar componentes de instalaciones debe estar en concordancia con los esfuerzos que se presentan cuando los diversos tipos de componentes son conectados o desconectados.

Los principales componentes que se conectan en las instalaciones

son:◦ Motores de baja tensión.◦ Motores de alta tensión.◦ Condensadores.◦ Aparatos para calefacción.◦ Luminarias.◦ Transformadores, etc.

Desconectar bajo condiciones de cortocircuito

Los interruptores de potencia son aparatos de maniobra capaces no solamente de conectar y desconectar componentes de una instalación con sobrecargas, sino también con corrientes de cortocircuito.

FUNCIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓNFUNCIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN

La función de los dispositivos de protección es proteger a los componentes de las instalaciones contra sobreintensidades, los cuales se manifiestan como sobrecargas o cortocircuito.

Protección contra sobrecargas Los componentes de las instalaciones pueden ser

sobrecargadas cuando sobreintensidades correspondientes a un servicio normal permanecen por un tiempo muy largo o cuando los aparatos u otros materiales, como por ejemplo los motores o conductores, han sido mal dimensionados, es decir, son muy débiles para la función que desempeñan. Estas corrientes de sobrecarga calientan el devanado de los motores y los conductores a temperaturas no admisibles y disminuyen su vida útil.

La función de la protección contra sobrecarga es permitir las sobrecargas correspondientes a un servicio normal y desconectarlas antes que el tiempo de carga admisible sea sobrepasado.

Protección contra cortocircuitos

Los orígenes de un cortocircuito pueden estar en una falla de aislamiento o en una conexión incorrecta.

Los cortocircuitos casi siempre están acompañados de arcos voltaicos, los cuales pueden destruir las instalaciones y poner en peligro al personal. Los cortocircuitos provocan esfuerzos térmicos y dinámicos en los conductores y demás componentes de la instalación por los cuales circulan.

La función de la protección contra cortocircuitos es limitar los efectos y las consecuencias de éstos al mínimo posible su interrupción para lo cual, una iluminación de la corriente es provechosa.

SELECCIÓN DE CONDUCTORESSELECCIÓN DE CONDUCTORES

La conservación del medio ambiente y los recursos del planeta, entre ellos la energía, son hoy una preocupación que se ha extendido a todos los campos de acción del hombre.

Considerando los avances que ha traído el progreso, se ha despertado un interés generalizado respecto del uso racional y eficiente de la energía, pues de ello dependerán cualitativa y cuantitativamente los proyectos que pongamos en marcha.

La función de un conductor eléctrico es distribuir la energía eléctrica, desde una fuente, hasta un punto de utilización.

Pero cuando la energía fluye por los cables un porcentaje de dicha energía se disipa en forma de calor, lo que reduce los niveles de eficiencia.

En los últimos años, un número importante de las instalaciones eléctricas no se han ampliado ni mejorado, no obstante, hay mayor consumo de energía. En este contexto, vale la pena destacar que tan sólo con incrementar la sección de los conductores, las pérdidas de energía pueden reducirse a valores mínimos. Si consideramos el costo de generar energía, en relación con el costo de implementar un programa para ahorrarla, siempre resultará de mayor beneficio para el país, en general, desarrollar sistemas destinados a optimizar la eficiencia energética. ¡Recuerde que la energía perdida jamás se recupera y se convierte en un sobrecosto. Es el usuario final quien paga dicho sobrecosto!

De acuerdo a los fenómenos eléctricos, la materia se puede comportar como: ◦Conductor.◦Aislante.◦Semiconductor. El cobre que se utiliza para conductores es del tipo electrolítico de alta pureza, o sea de un 99,99999%. Dependiendo del uso que se le vaya a dar, este presenta los siguientes grados de dureza o temple:

◦Duro.◦Semiduro.◦Blando o recocido.

Identificación del conductor El conductor se identifica por su tamaño o calibre, que puede ser milimétrico o expresado en AWG (American Wire Gage) o MCM (Mil Circular Mil) equivalencia en milímetros.

AISLANTES El objetivo del aislamiento en un conductor es evitar que la energía eléctrica que circule por él, entre en contacto con las personas u objetos, ya sean estos ductos, artefactos u otros elementos que forman parte de una instalación.

Del mismo modo, el aislamiento debe evitar que conductores de diferentes tensiones puedan hacer contacto entre sí. Propiedades de los aislantes

Resistencia de aislación.Resistencia a la arborescencia.Descargas parciales.Confiabilidad en sobrecargas.Resistencia a la tensión y esfuerzos mecánicos combinados.

CUBIERTA PROTECTORA

Protege al aislamiento y el alma conductora contra daños mecánico: raspaduras, golpes, etc.

Si las protecciones mecánicas son de acero, latón u otro material resistente, a ésta se le denomina “armadura”.

Los conductores eléctricos también pueden tener una protección del tipo eléctrico, formada por cintas conductoras, ya sean de cobre o aluminio.

En el caso que sean de cobre se les demonina “pantalla” o “blindaje”

ESPECIFICACIONES DE LOS CONDUCTORES ELÉCTRICOS

Tensión del sistema.Tipo de sistema (CC o CA), fases, neutro, tierra.Corriente o potencia a suministrar.Temperatura de servicio, temperatura ambiente.Tipo de instalación, dimensiones, profundidad, radios de curvatura, distancia entre vanos, etc.Sobrecargas o cargas intermitentes.Tipo de aislamiento.Cubierta protectora.

Código para la denominación de cables: N: Conductor normalizado.K: Camiseta de plomo. Si va después de la N, conductor de cobre con

aislamiento de papel impregnado en aceite.B: Armadura de cinta de acero.A: Capa externa de yute impregnada en alquitrán.F: Armadura de alambre chato.R: Armadura de alambre redondo.G: Espirales en los dos sentidos (sólo para F o R).B: Espirales de flejes de acero en los dos sentidos (después de RG o FG).

A después de N: Conductores de aluminio.E después de K: Cable con tres envolturas de plomo.O después de F o R: Armadura de alambre abierta.A, al final: Capa adicional de yute alquitranado.H delante de K: Conductores metalizados.Y: Aislamiento termoplástico.X en lugar de N: Cables que se apartan de las normas.

Ejemplo:

NKY: Conductor normalizado de cobre con aislamiento de papel impregnado en aceite y termoplástico.

NYY: Conductor normalizado con doble aislamiento de material termoplástico.

NKBA: Conductor normalizado de cobre, con aislamiento de papel impregnado en aceite, armadura de cinta de acero y una capa exterior de yute alquitranado.

MATERIAL: ARMADURA: PROPIEDAD:R: Goma.

Ru: Goma con látex.

T: Termoplástico.

C: Algodón.

N: Nylon.

V: Tela barnizada.

A: Asbesto.

L: Plomo.

P: Polietileno.

A después de L: Armadura de aluminio.

B después de L: Armadura de bronce.

S después de V: Armadura de acero.

W :Resistente a la humedad (60°).

H :Resistente al calor.

SB :Retardador de llama.

WP:Resistente a la intemperie.

F después de R o T: Para uso especial en luminarias.

F al final :A prueba de flama.

SELECCIÓN DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS

Arquitectos, ingenieros, técnicos instaladores y usuarios finales deben tener en consideración, desde la concepción y diseño de cualquier proyecto, el equilibrio que necesariamente debe existir entre el consumo de energía y la instalación que le dará soporte.

La inversión que hagamos hoy en el diseño y

mantenimiento garantizará, sin lugar a dudas, un significativo ahorro durante toda la vida útil de las instalaciones.

No hay mejor momento para planificar la eficiencia en

la distribución de energía que en la etapa de diseño del proyecto. Después será mucho más difícil y costoso incorporar mejoras al circuito.

Para dimensionar adecuadamente un conductor debemos tener en consideración lo siguiente:

◦ La capacidad de corriente debe ser por lo menos igual (se recomienda que sea mayor) a la exigida por el circuito o la carga en condiciones extremas.

◦ La caída de tensión en los extremos de la carga. Se recomienda que el valor sea cercano a 3%.

◦ La capacidad de cortocircuito, es decir, cuánta sobrecarga puede soportar el circuito, lo que dependerá directamente de cómo se haya diseñado la conexión.

◦ El análisis técnico – económico de la selección del conductor.

Es importante notar que al incrementar la sección del conductor estemos ampliando el soporte de carga, pero ¿Hasta dónde dimensionar? La respuesta es: hasta que el ahorro en pérdidas justifique la mayor inversión inicial en un calibre de mayor sección.

CAPACIDAD DE TRANSPORTE DE LOS CONDUCTORES Principales efectos de un mal uso o mal dimensionamiento de los conductores, en una instalación eléctrica:

Sobrecalentamiento de las líneas.Caídas de tensión.Cortocircuitos.Fallas de aislamiento a tierra.Cortes de suministros.Riesgos de incendio.Pérdidas de energía.

Intensidad de corriente admisible para Conductores de Cobre (Secciones AWG)

Grupo A: Hasta 3 conductores en tubo, en cable o directamente enterrados.Grupo B: Conductor simple al aire libre.

SECCIÓN NOMINAL

TEMPERATURA AMBIENTE = 30ºCTEMPERATURA DE SERVICIO

GRUPO A GRUPO B

(mm2) AWG 60ºC 75ºC 60ºC 75ºC

0,82 18 7,5 7,5 - -

1,31 16 10 10 - -

2,08 14 15 15 20 20

3,31 12 20 20 25 25

5,26 10 30 30 40 40

8,36 8 40 45 55 65

13,30 6 55 65 80 95

21,15 4 70 85 105 125

Intensidad de Corriente Admisible para conductores de Cobre (Secc. Milimétricas)Grupo 1:Monoconductores tendidos al interior de ductos.Grupo 2:Multiconductores con cubierta común, que van al interior de tubos metálicos cables planos y cables portátiles o móviles, etc.Grupo 3:Monoconductores tendidos sobre aisladores.

SECCIÓN NOMINALTEMPERATURA AMBIENTE = 30ºC

TEMPERATURA DE SERVICIO = 70ºC (mm2) GRUPO I GRUPO II GRUPO III

1,5 15 19 232,5 20 25 324 25 34 426 33 44 54

10 45 61 7316 61 82 98

Factores de corrección a la capacidad de transporte La capacidad de transporte de los conductores, se define por la capacidad de los mismos para disipar la temperatura al medio que los rodea, a efecto que los aislantes no sobrepasen su temperatura de servicio. Las tablas de conductores consignan:

Temperatura ambiente = 30°CNúmero de conductores por ducto = 3

Factores de Corrección por Cantidad de Conductores ( fn )

Cantidad de conductores Factor

6 0,8

24 0,7

42 0,6

Sobre 42 0,5

FACTORES DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA AMBIENTE

Secciones Milimétricas (fr)

Temperatura ambiente °C Factor

Más de 30 hasta 35Más de 30 hasta 35 0,9

Más de 35 hasta 40Más de 35 hasta 40 0,87

Más de 40 hasta 45Más de 40 hasta 45 0,8

Más de 45 hasta 50Más de 45 hasta 50 0,71

Más de 50 hasta 55Más de 50 hasta 55 0,62

Secciones AWG (fr)

Temperatura ambiente °C Temperatura de servicio60ºC 75ºC

Más de 30 hasta 40Más de 30 hasta 40 0,82 0,88Más de 40 hasta 45Más de 40 hasta 45 0,71 0,82Más de 45 hasta 50Más de 45 hasta 50 0,58 0,75Más de 50 hasta 55Más de 50 hasta 55 0,41 0,67

Más de 55 hasta 60Más de 55 hasta 60 - 0,58Más de 60 hasta 70Más de 60 hasta 70 - 0,35

Capacidad de transporte de los conductores

Finalmente la capacidad de transporte de los conductores queda consignada a al siguiente expresión:

Donde:

I : Corriente admisible corregida (A).fn : Factor de corrección por número de

conductores.ft : Factor de corrección por temperatura.It : Corriente admisible por sección según tabla.

(A) I x f x f I ttn=

Ejemplo Verificar la capacidad de transporte de un conductor en las

siguientes condiciones:

S = 2,5 mm2 (sección del conductor)Tamb = 37°CNro. de conductores/ducto = 5 Solución ejemplo 1:De tablas, por factor de corrosión:

fn = 0,8 de tablaft = 0,87 de tablaIt = 20A de tabla Luego: I = 0,8 x 0,87 x 20I = 13,9 A

(A) I x f x f I ttn=

Ejemplo Verificar la capacidad de transporte de un conductor en las

siguientes condiciones:

S = 2,5 mm2 (sección del conductor)Tamb = 37°CNro. de conductores/ducto = 5 Solución ejemplo 1:De tablas, por factor de corrosión:

fn = 0,8 de tablaft = 0,87 de tablaIt = 20A de tabla Luego: I = 0,8 x 0,87 x 20I = 13,9 A

(A) I x f x f I ttn=

CÁLCULO DE CONDUCTORES PARA ALIMENTAR A CARGAS CÁLCULO DE CONDUCTORES PARA ALIMENTAR A CARGAS CONCENTRADASCONCENTRADAS

Un solo motor

M3

PUI

cos φη

L

Por capacidad de corriente:

El calibre del conductor se selecciona calculando la corriente de diseño Id:

Id = 1,25 I

ncos U kP

I×××

=φ

I : Corriente nominal del motor (A).

P : Potencia nominal del motor (W).

U : Potencia nominal del motor (V).

Cos ∅ : Factor de potencia del motor.

N : Eficiencia del motor.

K : 1 para circuitos monofásicos

: Para circuitos trifásicos

Por caída de tensión:

M3

Subestación de distribución Tablero de

control

5% U

2% U 3% U

S :Sección del conductor (mm2).

L :Distancia hasta la carga (m).

Id :Corriente de diseño del conductor (A).

Cos ∅ :Factor de potencia del motor.

%ΔU :Caída de tensión en porcentaje.

U :Tensión nominal de

KN :0,0357 para circuitos monofásicos

:0,0309 para circuitos trifásicos

U x U%cos IL K

S dV

∆= φ

Varios motores:

M3

M3

M3

L

PUI

cos φη

1

1

1

1

1

PUI

cos φη

2

2

2

2

2

PUI

cos φη

3

3

3

3

3

Por capacidad de corriente:Donde: Por caída de tensión:

321d III I ++= 25,1

32 1 I I I ⟩⟩

S :Sección del conductor (mm2).

L :Distancia hasta el grupo de motores (m).

Idi :Corriente de diseño del motor (i) (A).

Cos ∅ :Factor de potencia del motor (i).

%ΔU :Caída de tensión en porcentaje.

U :Tensión nominal de

KN :0,0357 para circuitos monofásicos

:0,0309 para circuitos trifásicos

U x U%i Cos I L K

S div

∆= ∑ φ

CÁLCULO DE CONDUCTORES PARA ALIMENTAR A CARGAS CÁLCULO DE CONDUCTORES PARA ALIMENTAR A CARGAS DISTRIBUIDASDISTRIBUIDAS

Criterio de sección constante

M3

M3

M3

PUI

cos φη

1

1

1

1

1

PUI

cos φη

2

2

2

2

2

PUI

cos φη

3

3

3

3

3

L1

L2

3L

Por capacidad de corriente:Donde: Por caída de tensión:

321d III I ++= 25,1

32 1 I I I ⟩⟩

S :Sección del conductor (mm2).

L :Distancia hasta el grupo de motores (m).

Idi :Corriente de diseño del motor (i) (A).

Cos ∅ :Factor de potencia del motor (i).

%ΔU :Caída de tensión en porcentaje.

U :Tensión nominal de

KN :0,0357 para circuitos monofásicos

:0,0309 para circuitos trifásicos

U x U%i Cos I L K

S div

∆= ∑ φ