LINEAS ELECTRICAS AEREAS DE BAJA TENSIÓN CON CONDUCTORES TRENZADOS CALCULOS ELÉCTRICOS

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1 LINEAS ELECTRICAS AEREAS DE BAJA TENSIÓN CON CONDUCTORES TRENZADOS CALCULOS ELÉCTRICOS Málaga, Agosto de JULIAN MORENO CLEMENTE 1

2 1.- ANTECEDENTES. En nuestro libro Cálculo de Líneas Eléctricas Aéreas de Baja Tensión con Conductores Trenzados, publicado en el año 2000, se incluyó un capítulo dedicado a los cálculos eléctricos de redes de tal tipo, así como un programa de cálculo basado en la Hoja de Cálculo EXCEL. Dicho programa se confeccionó sobre la base de que todas las viviendas alimentadas eran del mismo grado de electrificación. La posibilidad de considerar suministros con distinto grado de electrificación, así como la actualización para su utilización en el cálculo de instalaciones ajustadas a las prescripciones del nuevo Reglamento aprobado en Agosto de 2.002, nos ha llevado a confeccionar este nuevo programa. 2.- CONDUCTORES CONSIDERADOS. Los conductores utilizados son los normalizados por las empresas eléctricas, de aluminio con aislamiento a base de polietileno reticulado, de las siguientes secciones. 25 mm2 con neutro fiador de almelec de 54.6 mm2. 50 mm2 con neutro fiador de almelec de 54,6 mm2. 95 mm2 con neutro fiador de almelec de 54,6 mm mm2 con neutro fiador de almelec de 80 mm INTENSIDADES MÁXIMAS ADMISIBLES. Las intensidades máximas admisibles para los cables trenzados de aluminio con aislamiento a base de polietileno reticulado y neutro de almelec, así como los coeficientes correctores a utilizar, vienen establecidos en las Tablas 3, 6 y 7 de la Instrucción ITC-BT-06. Ha de indicarse que los valores contenidos en dichas Tablas son prácticamente coincidentes en los Reglamentos de y de Atendiendo a los criterios establecidos por las empresas eléctricas, se ha calculado las intensidades máximas admisibles a 50º C, a partir de los preceptos legales anteriormente reseñados, las cuales se reflejan a continuación; SECCION (mm2) INTENSIDADES MAXIMAS (A) Cables posados Cables tensados

3 4.- CALCULO DE LAS CAIDAS DE TENSIÓN. Para el cálculo de las caídas de tensión se parte de la siguiente ecuación general: e R + Xtgϕ U 3 ( en voltios) = 10 PL Para obtener la caída de tensión en % la ecuación queda transformada e 3 R + Xtgϕ e ( en %) = P L 2 U Siendo R X φ = Resistencia kilométrica en ohmios/ km. = Reactancia kilométrica en ohmios/ km = Angulo de desfase entre la intensidad y la tensión. U = Tensión nominal entre fases (400 V en Reglamento de 2002). P L = Potencia en cada tramo, en kw. = Longitud de cada tramo, en km. son Las resistencias kilométricas calculadas para la temperatura de 50 º C CONDUCTOR (Sección mm2) RESISTENCIA /km a 50º C (ohmios) 25 1, , , En cuanto a la reactancia kilométricas se ha considerado el valor X = 0,1 ohmios/ km Que se deduce bajo el supuesto de que la separación entre conductores es el doble del diámetro. 3

4 P L es el denominado momento eléctrico. Para un determinado tramo P es la potencia total que circula por el mismo, y L su longitud. Para cada sección del conductor y valor del factor de potencia se puede calcular un coeficiente k tal que e (en %) = k Σ P L coeficientes que son calculados en cada en cada caso por el programa que presentamos. 5.- DETERMINACIÓN DE LAS POTENCIAS DE CALCULO. En el Reglamento del año 2002 las potencias a considerar vienen contempladas en la Instrucción ITC-BT-10. Se establecen dos grados de electrificación: Electrificación básica. La potencia a prever no será inferior a 5750 vatios a 230 V (interruptor general de 25 A). Debe permitir la utilización de los aparatos eléctricos de uso común en una vivienda. Electrificación elevada. La potencia a prever no será inferior a 9200 vatios (interruptor general de 40 A). Deben encuadrarse en este tipo aquellas viviendas que utilicen calefacción eléctrica o aire acondicionado, o que su superficie útil sea superior a 160 m2. La carga correspondiente al conjunto de las viviendas se determinará multiplicando la media aritmética de las potencias máximas previstas para cada vivienda por el coeficiente de simultaneidad indicado en el cuadro del apartado 3.1. de la Instrucción ITC-BT-10. Sin embargo, en las viviendas previstas para la aplicación de la tarifa nocturna, el coeficiente de simultaneidad será 1. Para locales comerciales y oficinas se considera una potencia mínima de 100 vatios/ m2 y planta, con un mínimo por local de 3450 vatios a 230 V y coeficiente de simultaneidad 1. Para edificios comerciales o de oficinas se consideran las mismas potencias mínimas indicadas en el párrafo anterior. Para garajes se ha de considerar un mínimo de 10 W/ m2 en el caso de ventilación natural, y de 20 w/ m2 cuando existe ventilación forzada. m2. Para industrias se adopta en principio una potencia mínima de 125 w/ No obstante, en los programas, las potencias por m2 pueden ser variadas por el usuario. 4

5 6.- DESCRIPCIÓN DE LOS PROGRAMAS DE CALCULO Información de carácter general. Los programas están confeccionados utilizando la Hoja de Cálculo ExCEL Las celdas a utilizar para la introducción de datos se ha coloreado de amarillo, Las celdas que aparecen en verde corresponden a valores que han sido calculados por el programa. Estas últimas han sido bloqueadas, por lo que no puede accederse a ellas sin previa utilización de la herramienta desproteger hoja. Se pretende que los programas puedan ser utilizados para calcular las redes de alimentación a viviendas, locales comerciales o de oficinas e industrias. En este último caso se ha de distinguir, en nuestra opinión, entre las que están situadas en un edificio destinado a concentraciones de tal tipo de instalaciones y las que se encuentran situadas en edificios independientes (por ejemplo, en un polígono industrial). En el primer caso los reglamentos especifican que el coeficiente de simultaneidad debe ser igual a 1. Estimamos que en el segundo caso, cuando lo que tratamos de calcular son solamente las redes exteriores de alimentación, pueden considerarse determinados coeficientes de simultaneidad en función del número de instalaciones a que alimenta cada tramo de línea. Por ello, y a título orientativo incluimos una tabla con los coeficientes contenidos en la publicación de ASINEL Redes aéreas de Baja Tensión con Cables Trenzados, con los cuales hemos confeccionado e incluido en el programa una base de datos que el proyectista puede cambiar según su criterio. Si en el caso de industrias al que nos estamos refiriendo se decide utilizar coeficiente de simultaneidad 1, se ha de consignar tal valor en la celda correspondiente. Si por el contrario se quieren utilizar los coeficientes contenidos en la base de datos, se ha de consignar en la celda el valor 0. COEFICIENTES DE SIMULTANEIDAD Número de suministros De De De De De Más de 1 a 4 5 a 9 10 a a a ,8 0,7 0,6 0,5 0,4 Los programas determinan la sección mínima necesaria en los conductores en cada tramo, por intensidad máxima admisible. Si la potencia demandada es tal que no es suficiente un solo conductor de la máxima sección disponible, aparecerá el mensaje desdoblar, para lo cual se prevé la posibilidad de que en determinados casos se instale más de un conductor sobre los mismos apoyos. Ello se hará necesario también cuando con una terna de conductores no puedan alcanzarse los valores adecuados de las caídas de tensión en determinados puntos. 5

6 La utilización de ternas de cables en paralelo requiere normalmente la aplicación de coeficientes correctores. En cada caso se determina la relación entre la intensidad real que circula por el cable, y la máxima admisible por una terna considerada aisladamente. Comparando estas relaciones con los coeficientes correctores a utilizar según las condiciones de instalación, podemos determinar muy fácilmente si se cumplen las exigencias reglamentarias Descripción del programa de cálculo. Una vez diseñado el esquema de la distribución, pasamos a cumplimentar los distintos cuadros contenidos en el programa. Para una mejor comprensión se acompaña un ejemplo de cálculo. PRIMER CUADRO. Se Introducen los siguientes valores: Tramos de la distribución Potencia de cada uno de los tipos de viviendas considerados (previstos cuatro). Número de viviendas de cada tipo que alimenta cada tramo, distinguiendo entre las viviendas en las cuales se supone la aplicación de la tarifa nocturna, y aquellas en las que no se prevé dicha aplicación. El programa calcula para cada tramo: El número total de viviendas con tarifa nocturna. El número total de viviendas sin tarifa nocturna. El número total de viviendas. La potencia media de viviendas con tarifa nocturna. La potencia media de viviendas sin tarifa nocturna. La simultaneidad de las viviendas sin tarifa nocturna. La potencia total simultanea en las viviendas. SEGUNDO CUADRO. Se habrán de cumplimentar: Los W/ m2 para el cálculo de las distintas instalaciones, modificando, si procede, los figurados en el programa. Los metros cuadrados de superficie de cada tipo de instalación que alimenta cada tramo. Las potencias correspondientes a los servicios comunes de los edificios, ya sean valores reales o estimados. En el epígrafe otros aquellas potencias que no estén incluidas en los conceptos anteriormente considerados, pero que hayan de ser tenidas en cuenta en los cálculos. 6

7 El programa calcula:: Las potencias totales de cálculo por cada tramo, incluidos todos los conceptos a considerar. TERCER CUADRO Hemos de introducir: El factor de potencia considerado en el cálculo. La longitud de cada tramo. El número de ternas en paralelo (inicialmente se consignará una, y se irán aumentando en la medida que, en su caso, sea necesario). Las secciones adoptadas, que serán como mínimo las que el programa ha calculado como necesarias por intensidad máxima admisible. El usuario deberá ir variando las secciones adoptadas y el número den ternas en paralelo, hasta que las caídas de tensión en los diferentes circuitos, que se calculan en el cuadro siguiente, estén dentro de los valores adoptados o deseados.. En cada caso el programa calcula el coeficiente k a aplicar, y la caída den tensión en cada tramo (en %). CUARTO CUADRO El usuario ha de definir los distintos circuitos hasta llegar a los puntos extremos en los cuales ha de calcularse la caída de tensión máxima producida, y consignar en las columnas coloreadas de amarillo los distintos tramos que componen cada circuito. El programa incorpora la caída de tensión por tramo y calcula la total en cada uno de los circuitos. QUINTO CUADRO En este cuadro quedan incorporados los siguientes valores : Tramos que comprende la instalación. Potencia de cálculo para cada tramo. Sección adoptada en cada tramo. Intensidades reales que circulan por cada terna de cables. Intensidades máximas admisibles para ternas consideradas de forma aislada, que son las figuradas en la Tabla 3 de la ITC-BT-06 con el coeficiente corrector para 50º C Relación entre intensidades máximas reales y admisibles, con las cuales se puede comprobar fácilmente si la sección adoptada es válida para las condiciones de instalación, en el supuesto de que haya que aplicar coeficientes correctores por discurrir varias ternas en paralelo (tabla 8 de la ITC-BT.06).. 7

8 Se acompaña esquema y Hojas de Cálculo correspondientes a un ejemplo. OBSERVACIONES FINALES En el programa se han incluido dos grupos de cuadros de cálculo, uno de los cuales corresponde a un planteamiento inicial, y otro a la solución final adoptada. Sin perjuicio de que habrá casos en los que no sea necesario utilizar las dos series de cuadros, ello se ha hecho con la idea de que se pueda calcular una instalación que pudiéramos llamar de prueba, que nos proporcionará las orientaciones necesarias para adoptar la solución final, aconsejándonos el oportuno desdoblamiento de determinadas líneas o tramos. Para la Comunidad Autónoma de Andalucía se ha preparado un programa especial que se ajusta a la Instrucción de de la Junta de Andalucía. Se acompaña en documento separado información específica. 7.- CALCULO MECANICO DE LINEAS AEREAS CON CONDUCTORES TRENZADOS En el año 2000 publicamos un libro que trataba del cálculo de líneas eléctricas aéreas d baja tensión con conductores trenzados, al cual hemos hecho referencia con anterioridad. Contenía tanto los cálculos eléctricos como los mecánicos. La aparición del Reglamento del 2002 afectó profundamente a los cálculos eléctricos, motivo por el cual se confeccionó el programa presente. No afectó tanto a los cálculos mecánicos, ya que solamente variaron determinadas sobrecargas sobre conductores, lo que se subsanaba introduciendo determinados cambios en la base de datos contenida en el programa. No obstante, se ha confeccionado un nuevo programa actualizado y determinadas informaciones, que se han incorporado al paquete de herramientas técnicas puestas a disposición de los proyectistas. INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA Se acompaña en soporte informático información complementaria sobre el tipo de instalaciones a las que se refiere este documento. -. : 8

9 EJEMPLO- ESQUEMA REGLAMENTO LINEAS AEREAS CON CONDUCTORES TRENZADOS 5,75 kw Viviendas tipo 1 sin T.N. SECCIONES RESULTANTES 7,36 kw Viviendas tipo 2 sin T.N. TRAMOS 9,2 kw Viviendas tipo 3 con T.N. 10 kw Grupos bomba mm2 CAIDA MAXIMA DE TENSION PREVISTA : 5 % mm mm2 9,2 kw kw mm mm2 50 m, mm2 14 9,2 kw 35 m 9,2 kw m 9,2 kw 12 9,2 kw 7,36 kw 60 m 7,36 kw m 6 50 m 40 m 60 m 50 m 40 m 60 m 7,36 kw 7 40 m 7,36 kw 5,75 kw 16 7,36 kw 40 m 7,36 kw 8 35 m 17 5,75 kw 45 m 9 45 m 7,36 kw 5,75 kw m 7,36 kw m 19 5,75 kw m 10 kw T.N. Viviendas previstas para tarifa nocturna. El cáklculo de potencias simultáneas se efectçua: En las viviendas donde se prevé la plicación de tarifa nocturna, en coeficiente de simultaneidad es 1 En las viviendas donde no se prevé la plicación de tarifa nocturna, se utilizan los coeficientes de simultaneidad previstos en la Instrucción ITC-BT-10, considerando que todas las viviendas son del mismo tipo, y obteniendo la media ponderada. NOTA. En el tramo 0-3 existen dos conductores sobre apoyos comunes. Que se bifurcan en el apoyo nº 3 9

10 DETERMINACION DE POTENCIAS EN TRAMOS A) Planteamiento previo TRA- VIVIENDAS MO TIPO 1 TIPO 2 TIPO 3 TIPO 4 P= 5.75 P= 7.36 P= 9.20 P= NUMERO POT. MEDIA Simult. POT, Número Número Número Número T.N. S/T.N. Total T.N. s/t.n. s/t.n. simult, T.N. s/ T.N. T.N. s/ T.N. T.N. s/ T.N. T.N. s/ T.N. kw kw kw P = Potencia por vivienda en kw. T.N. = Viviendas previstas para Tarifa Nocturna, LOCALES COMERCIALES Y OFICINAS,GARAJES, INDUSTRIAS Y OTROS TRA- LOC. Y OFIC. GARAJES SERVICIOS INDUSTRIAS OTROS TOTAL MO W/m W/m 2 20 COMUNES W/m BLOQUES Simult 1 S (m2) P (kw) S (m2) P (kw) kw S(m2) Núm. Simult, P(kW) P (kw) P (kw)

11 CALCULO DE SECCIONES Y CAIDAS DE TENSION LINEAS AEREAS DE BAJA TENSION CON CONDUCTORES TRENZADOS DE ALUMINIO Tensión e/ fases 400 V. Reglamento 2002 P Posada Factorde portencia 0.95 TIPO DE INSTALACION T T Tensada TRAMO POTENCIA SEC. MINIMA SEC, ADOPT. Nº de ternas LONGITUD COEFICIENTE, CAIDA DE TENS (por int. adm.) en paralelo DEL TRAMO EN TRAMO kw mm2 mm2 m, % CAIDAS DE TENSION TOTALES HASTA PUNTOS EXTREMOS CIRCUITO CIRCUITO CIRCUITO CIRCUITO CIRCUITO CIRCUITO CIRCUITO TRAMO Caid ten. TRAMO Caid ten. TRAMO Caid ten. TRAMO Caid ten. TRAMO Caid ten. TRAMO Caid ten. TRAMO Caid ten. % % % % % % % TOTAL % Se han previsto 4 tipos de viviendas según la potencia instalada, Para locales y oficinas, garajes e industrias se han previsto las cargas consideradas en el Reglamento, en W/m2. No obstante, dichas cargas pueden ser modificadas por el usuario. Para locales y garajes el coeficiente de simultaneidad previsto es 1.- Para industrias puede optarse por el coeficiente de simultaneidad 1, o por los contenidos en la base de datos (celdas U3 a V52), que el usuario puede modificar según su criterio. Para optar por una u otra solución consignar 1 o 0 en la celda J41 Los conductoires considerados son los trenzados de aluminio con aislamiento a base de polietileno reticulado, con secciones de 25,50,95 y 150 mm2 con neutro de almelec de 54,6 mm2 para los tres primeros casos y de 80 mm2 para el conductor de

12 COMPARACION ENTRE INTENSIDADES REALES Y ADMISIBLES TRA- MO POTENCIA SEC, ADOPT. INTENSIDADES REAL(1) MAX. ADMIS, RELACION kw mm2 A A (1) Por conductor, en el caso de discurrir varios en paralelo. NOTA.- Como intensidades máximas admisibles se han tomado las figuradas en la tabla 3 de la Instrucción ITC-BT-06 para ternas de cables unipolares de polietileno reticulado. Si es necesario disponer más de una terna de cables en paralelo, han de aplicarse los coeficientes correctores contenidos en la citada Instrucción ITC-BT-06. Comparando los coeficientes correctores con la relación I real / I max adm. el usuario puede comprobar facilmente si la sección adoptada es válida para las condiciones de instalación. 12