Universidad de la República Facultad de Ingeniería. Electrotécnica 1. Clase 7 - Dimensionado de conductores. Curso 2018
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- María Isabel Soler
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1 Universidad de la República Facultad de Ingeniería Clase 7 - Dimensionado de conductores Curso 2018
2 Contenido de la presentación Bibliografía de referencia Dimensionamiento de conductores - Generalidades Criterio de caída de tensión Criterio de sección mínima admisible
3 Bibliografía de referencia Contenido Bibliografía de referencia Dimensionamiento de conductores - Generalidades Criterio de caída de tensión Criterio de sección mínima admisible
4 Bibliografía de referencia Los contenidos de esta presentación se encuentran desarrollados en la siguiente bibliografía: Material teórico del curso Instalaciones Eléctricas (IIE) - Tema 6 - Canalizaciones Eléctricas Reglamento BT de UTE
5 Dimensionamiento de conductores - Generalidades Contenido Bibliografía de referencia Dimensionamiento de conductores - Generalidades Criterio de caída de tensión Criterio de sección mínima admisible
6 Dimensionamiento de conductores - Generalidades Alimentación de receptores Los distintos receptores eléctricos o cargas, sean monofásicos o trifásicos, deben ser alimentados desde la respectiva fuente de alimentación mediante conductores. Dependiendo de la potencia de la instalación que se trate, se utilizan distintos niveles de tensión, de forma de mantener acotada la corriente hasta niveles manejables (algunos ka). En función de esto se clasifican las instalaciones en distintos tipos, según la tensión nominal (tensión de operación normal de diseño) de los mismos 1 Baja Tensión (BT): U < 1kV Media Tensión (MT): 1 U < 35kV Alta Tensión (AT): U 35kV 1 Según IEC
7 Dimensionamiento de conductores - Generalidades Tableros de distribución Desde un tablero de distribución se alimentarán las diferentes cargas. Los tableros tienen distintas dimensiones según la potencia que se maneje. Tablero de distribución secundaria:
8 Dimensionamiento de conductores - Generalidades Tableros de distribución Para manejar corrientes elevadas se utilizan barras de cobre, para conectar los interruptores principales:
9 Dimensionamiento de conductores - Generalidades Cables de BT En este curso se trabajará con instalaciones de BT. Los cables eléctricos de BT tienen una disposición como la de la figura: En la figura se muestra un conductor unipolar. Básicamente se tiene el conductor y un aislante que lo recubre.
10 Dimensionamiento de conductores - Generalidades Cables de BT En el caso de conductores multipolares: Se observa que en este caso se tienen varios conductores (cada uno con su respectivo aislante) y una cubierta exterior (éstos últimos pueden ser de distinto material).
11 Dimensionamiento de conductores - Generalidades Dimensionamiento de un conductor Para dimensionar un conductor para una aplicación específica, se consideran usualmente tres criterios: Corriente admisible. Caída de tensión máxima. Secciones mínimas. El conductor elegido deberá satisfacer simultáneamente los tres criterios. Se elegirá el conductor más económico que cumpla los criterios.
12 Contenido Bibliografía de referencia Dimensionamiento de conductores - Generalidades Criterio de caída de tensión Criterio de sección mínima admisible
13 Corriente admisible en un cable Para un cable con conductor y aislante dados, la corriente admisible es el valor eficaz de corriente AC (o corriente DC) que genera en régimen permanente la temperatura de operación máxima admisible para el mismo. Esta corriente admisible depende de: Material conductor y aislante. Temperatura ambiente (cada catálogo asume una temperatura de referencia) Método de instalación. Cercanía de otros conductores.
14 Cobre vs Aluminio Como material conductor se utilizan comúnmente dos: Cobre (Cu): Resistividad: 1, 71x10 8 Ω.m Densidad: 8960 kg/m 3 Aluminio (Al) : 1 U < 35kV Resistividad: 2, 82x10 8 Ω.m Densidad: 2700 kg/m 3
15 Cobre vs Aluminio La comparación entre ambos metales es la siguiente: Para igual corriente: Sección Al = Sección Cu x 1,42 Peso Al = Peso Cu x 0,40 Actualmente el precio del cobre es aproximadamente el triple que el del aluminio.
16 Aislante Como materiales aislantes se utilizan comúnmente dos: PVC Material termoplástico (se ablanda y cambia de forma con la temperatura) Temperatura máxima de operación en régimen permanente: 70ºC Temperatura máxima en cortocircuito: 160ºC XLPE (polietileno reticulado) Material termoestable (no se deforma con la temperatura). Temperatura máxima de operación en régimen permanente: 90ºC (admite mayores corrientes para la misma sección de conductor.) Temperatura máxima en cortocircuito: 250ºC
17 Evacuación de calor en el conductor El conductor alcanzará el régimen térmico una vez que el calor generado en el mismo (por efecto Joule) se evacúa al ambiente a la misma velocidad. La disipación de calor del conductor se produce esencialmente por convección: Donde: Q conv = h.a.(t s T a ) h: coeficiente que depende de las características del flujo de aire. A: área expuesta. T s : temperatura de la superficie del cable. T a : temperatura del aire lejos del cable.
18 Efecto de la temperatura ambiente Entonces a mayor temperatura ambiente para asegurar una temperatura máxima de conductor dada, se debe reducir la potencia de pérdidas Joule en el conductor, lo que para una sección dada implica reducir la corriente. Los fabricantes de cables entregan tablas con factores de reducción de la corriente admisible con la temperatura. Se dan los valores a una temperatura de referencia, y luego se aplica un coeficiente (mayor o menor a 1 según la temperatura ambiente sea menor o mayor a la de referencia).
19 Efecto del tipo de instalación El tipo de instalación también afecta la corriente admisible (afectando la circulación del aire alrededor del conductor). Cuanto más restringida la circulación de aire alrededor del conductor menor será la corriente admisible. Los métodos de instalación más comunes son: Directamente al aire Bandeja (lisa o perforada) Escalerilla Ductos enterrados o en mampostería Directamente enterrado
20 Efecto del tipo de instalación Bandeja lisa o perforada:
21 Efecto del tipo de instalación Escalerilla: Para cada tipo de instalación se utilizan distintos coeficientes de corrección de la corriente admisible.
22 Efecto del agrupamiento No es lo mismo que el conductor se encuentre solo en su canalización, a que la misma sea compartida con otros conductores cargados (situación usual). En este caso los conductores adyacentes se calientan entre sí, por lo tanto se reduce la corriente admisible da cada uno. Los catálogos de los fabricantes incluyen también factores de corrección para contemplar el agrupamiento de conductores.
23 Corriente admisible en las condiciones reales En definitiva la corriente admisible en un conductor resulta: Donde: I adm = I adm ref.f t.f inst.f agr I adm : corriente admisible en las condiciones reales. I adm ref : corriente admisible en las condiciones de referencia. f t : factor de corrección por temperatura ambiente. f inst : factor por tipo de instalación. f agr : factor de agrupamiento. Según el catálogo utilizado la información puede ser presentada de esta forma o con más o menos factores de corrección.
24 Criterio de caída de tensión Contenido Bibliografía de referencia Dimensionamiento de conductores - Generalidades Criterio de caída de tensión Criterio de sección mínima admisible
25 Criterio de caída de tensión Caída de tensión en un conductor Una vez seleccionado un conductor cuya corriente admisible es superior a la corriente a circular por el mismo (y por tanto apto según ese criterio), debe verificarse que se cumpla la caída de tensión máxima admisible. Por qué? Debido a que la resistencia del conductor es dependiente de la longitud: R = ρ.l S Un conductor que puede conducir la corriente, si tiene longitud muy grande, puede tener resistencia (o impedancia) demasiado elevada, y por tanto generar una caída de tensión inadmisible.
26 Criterio de caída de tensión Caída de tensión en un conductor Las caídas de tensión máximas admisibles 2 son: 3 % para circuitos de iluminación. 5 % para circuitos generales (fuerza motriz, tomacorrientes). La caída de tensión se define de la siguiente manera: U = 1 U carga U fuente Nota: la caída de tensión en el conductor conduce a resultados que pueden diferir levemente del cálculo anterior, debido al desfasaje entre corriente y tensión en la carga. 2 Reglamento de BT de UTE.
27 Criterio de sección mínima admisible Contenido Bibliografía de referencia Dimensionamiento de conductores - Generalidades Criterio de caída de tensión Criterio de sección mínima admisible
28 Criterio de sección mínima admisible Secciones mínimas La norma IEC Instalaciones eléctricas en edificios define secciones mínimas a utilizar. Estas secciones mínimas aseguran la integridad mecánica del conductor:
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