Conductores y sus Caracteristicas de NEC

Conductores y sus Caracteristicas de NEC Luis Estrada Southwest Technology Development Institute

Puntos críticos del NEC Artículo 110-14: Conexiones eléctricas: La temperatura nominal asociada a la intensidad admisible de un conductor, se debe elegir y coordinar de modo que no supere la temperatura nominal mínima de cualquier terminación, conductor o dispositivo conectado. 2

Diagrama de un sistema de potencia eléctrico Arreglo PV Array FV sobre on Roof techo Red Utility eléctrica Centro DC de potencia Power Center DC Centro ACde cargas Load Center AC Banco Battery de baterías Bank DC Inversor to AC DC Inverter a AC y and Recargador AC to DC de Battery Charger baterías de AC a DC Generador AC Generator AC Circuitos DCramales Branch DCCircuits Circuitos ACramales Branch ACCircuits 3

Asuntos de seguridad en instalaciones FV Selección de cable y capacidad de amperaje Protección para el cableado contra sobrecorrientes y cortocircuitos Capacidades nominales de los componentes Corriente, voltaje, DC Seguridad para el operador, usuarios y personal de servicio 4

Métodos de cableado Cables para módulos Métodos y tipos permitidos Cálculos de la capacidad de amperaje Corrientes de cortocircuito Irradiancia intensificada Capacidad reducida de amperaje por efecto térmico Materiales de aislamiento Condiciones ambientales Capacidades térmicas Conductores de tipo fijo o portátiles Conexiones 5

Capacidad de corriente y voltaje FV en cables según NEC. UL prueba módulos FV a 1000 W/m 2 y 25 C (Condiciones Estándares de Prueba) Los módulos funcionan entre 0-1500 W/m 2 y - 50 a +80 C La corriente a cortocircuito (Isc) está en función del sol y la temperatura El voltaje a circuito abierto (Voc) está en función de la temperatura UL indica que Isc debe multiplicarse por 125% (antes de los cálculos del NEC) (Artículo 690. NEC 1999) NEC indica que Isc debe multiplicarse por 125% (después de los cálculos de UL) NEC indica que el voltaje del sistema debe ser el más alto voltaje DC del sistema 6

Efectos de la temperatura en la capacidad de amperaje del conductor 2 1000 W/m Irradiance 40 C Ambient Temperature #10 AWG USE-2 Cable in Free Air Maximum Short-Circuit Current is 20.4 Amps Air Circulation PV Modules65 C Back of Module Temperature Ampacity =55*.58=31.9 31.9 1.56 = 20.4 7

Efectos de la temperatura en la capacidad de amperaje del conductor 2 1000 W/m Irradiance 40 C Ambient Temperature PV Modules Dark Colored Roof No Air Circulation #10 AWG USE-2 Cable in Free Air Maximum Short-Circuit Current is 14.5 Amps 75 C Back of Module Temperature Ampacity =55*.41=22.6 22.6 1.56 = 14.5 8

Efecto de Temperatura Reducción de capacidad de corriente de cables para módulos USE-2 calibre 10 AWG tiene capacidad de 55 amps al aire libre a 30 C - A 65 C, la capacidad es de 31.9 amps (fusible máx 30 amps) RHW-2 calibre 10 AWG tiene capacidad de 40 amps en conduita a 30 C - A 75 C, la capacidad es de 16.4 amps La capacidad reducida de amperaje por efécto térmico debe ser mayor a 125% x Isc del módulo o conjunto de módulos y también debe ser mayor a la capacidad nominal del dispositivo de protección (125% x 125% x Isc) 9

NEC - Ampacidad de Cable de Módulo de Sobrecorriente Módulo tipico tiene Voc = 22 Volts, Isc = 4 Amps, Potencia = 64 Watts 125% Voc = 27.5 volts UL 125% Isc = 5 A NEC 1.25 x 5 = 6.25 A El cable de módulo se requiere una capacidad de 6.25 Amps Equipo de protección contra sobrecorrientes tiene que ser igual o más de 6.25 Amps pero también menos de la ampacidad del cable. El cable y el equipo de protección contra sobrecorrientes se requiere de prueba para 27.5 volts DC o más. Equipo de protección contra sobrecorrientes protege el conductor del módulo contra corrrientes altas de la bateria y/ó módulos conectados en paralelo Aprobados para DC, UL- Fusibles listados suplementarios (tamaño enano (midget fuses) y ceramica) son aceptables Aprobados para DC, UL- Interruptores (Circuit Breakers) listados suplementarios son aceptables 10

Selección de cables acuerdo al NEC MODULOS Se permite el uso de cables USE-2, SE y UF, unipolar Cableado por conduita y otros tipos son aceptables Todos los cables a la intemperie deben ser resistentes al sol Necesario usar cable de 90 C La capacidad nominal de amperaje debe reducirse de acuerdo a la temperatura de operación Los conductores a la intemperie y en conduita enterrada deben ser resistentes al agua (USE-2, XHHW- 2, RHW-2, THWN-2) 11

Módulos FV Marcas (690-51) - También UL-1703 Polaridad Dispositivo de protección contra sobrecorrientes Voltaje a circuito abierto nominal, Voltaje de operación, Máximo voltaje del sistema, Corriente de operación, Corriente a cortocircuito, Máxima potencia. Conexiones (690-33,34) Conexiones y aditamentos encubiertos Polarizadas, protegidas, asegurables, aterrizables, interruptoras de carga Acceso a caja de uniones Sujetadores desmontables, cableados flexibles. 12

Nomenclatura de Conductores Tipo Descripcón T Aislante de termoplástico H Aislante de 75 o C. * HH Aislante de 90 o C N Cubierta de Nylon W Resistente a la humedad R Aislante de caucho U Uso subterráneo USE Cable de acometida subterránea ** UF Cable de alimentación subterránea ** SE Cable de acometida ** -2 Aislante de 90 o C en lugares mojados * Ausencia de "H" significa aislante de 60 ** Puede ser cable monoconductor o de varios conductores o C 13

Métodos de cableado - Módulos Métodos y Tipos Cables: unipolar UF, USE-2, SE Cables recubiertos, Conduita Sólidos, Trensado, Flexible Portátiles, aceptables para seguidores Cáclulo de la capacidad de amperaje 125% de Isc Dos veces Factores de corrección por efecto térmico (Tablas 310-16 y 310-17) Aislamiento Intervalo de temperaturas 90 C Resistente a la luz solar y al agua Identificación por colores (blanco para conductor; conectado a tierra, verde, verde/amarillo o desnudo para puesta a tierra del equipo) Terminales Conexiones Presionadas, engarzadas o soldadas. 14

15

Interconexión de los Módulos Monoconductores resistentes a la luz solar con aislante de 90 o C en lugares mojados (LM) NEC-99 acepta los tipos USE-2 y UF resistente a la luz solar Se acepta tipos USE y SE (aislante de 75 o C en LM) si hay suficiente ventilación 16

Interconexión de los Módulos Cables monoconductores o policonductores en tubos con aislante de 90 o C NEC-2002, NOM-2002 acepta tipos RHW-2, THW-2, THWN-2 17

Cables en Conduit NEC- No se permite usar cables monoconductores sin ductos, excepto en el arreglo FV Todo el cableado cable multiconductor para interiores monoconductores tambien en ductos 18

Calibre de Conductores En ningún momento se debe exceder la ampacidad del conductor La ampacidad depende de la temperatura de operación y el aislante del conductor Tipo Cables Monoconductores En Aire libre Cables monocondutores En Conduit Calibre (AWG) 14 12 10 8 14 12 10 8 Temp. Ampacidad máxima (amperios) Aislante a 30 o C a 60-70 o C 90 o C 35 17.4 75 o C 30 8.3 90 o C 40 23.2 75 o C 35 11.5 90 o C 55 31.9 75 o C 50 16.5 90 o C 80 46.8 75 o C 70 23.1 90 o C 25 14.5 75 o C 20 6.6 90 o C 30 17.4 75 o C 25 8.3 90 o C 40 23.2 75 o C 35 11.5 90 o C 55 31.9 75 o C 50 16.5 19

Código de Colores Sistemas de corriente alterna Blanco para el neutro (puesto a tierra) Negro o Gris para el conductor no puesto a tierra Sistemas de corriente contínua Blanco o Gris para el negativo (puesto a tierra) Se puede usar otro color con marcas blancas en los extremos si el conductor es 6 AWG o menor. Se permite usar negro para conexiones en el arreglo solamente Negro o Rojo para el positivo 20

Código de Colores Puesto a Tierra Conductores de tierra Verde Verde con Amarillo Desnudo, o aislante transparente 21

Puesta a Tierra Sistema FV Interruptor Punto de conexión a tierra del sistema Controlador (si se aplica) Gabinetes (conecte a tierra si son metálicos) Conductor de tierra conectado al marco de cada módulo y a la estructura Protección contra rayos Conductor de puesta a tierra del sistema (Consulte el fabricante sobre esta conexión) Electrodo de tierra (varilla o ademe metálico) Conductores de tierra de los equipos Bomba y Motor, (sumergible o no sumergible) 22

Apartarrayos Elección del apartarrayos Los apartarrayos instalados en circuitos de menos de 1000 V deben estar aprobados y listados para ese fin Instalación en sistemas FV Los conductores protectores deben conectarse al conductor positivo y negativo El conductor de tierra del apartarrayos debe conectarse a tierra del sistema, tierra de los equipos o conductor negativo puesto a tierra 23

Otros requerimientos Todas las conexiones eléctricas de conductor deben tener alivio de tensión Se debe tapar cualquier orificio que no se esté usando en las cajas y gabinetes. Hay que usar tapones apropiados Todas las cajas que contengan conexiones eléctricas deben ser accesibles para mantenimiento Se deben usar accesorios listados 24

Abrazaderas de anclaje 25

Terminales y uniones Use terminales y uniones listadas para uso c.c. Uniones Terminales 26

Calibre de conductores y Capacidad nominal de dispositivos de protección Determine la corriente del circuito esperada Determine la corriente de diseño Seleccione el tamaño del fusible Seleccione el conductor Evalúe la capacidad de amperaje Evalúe en las temperaturas de las terminales 27

Métodos de cableado Ejemplo 1 Seis módulos Siemens M55 en paralelo, cableado al aire libre Isc = 6 x 3.4 amps = 20.4 amps Voc = 22 Volts 125% x Isc = 1.25 x 20.4 = 25.5 amps (UL) 125% x 25.5 = 31.9 amps (fusible y cable) Capacidad nominal de 90 C en las terminales de los módulos, Terminales de fusibles: 75 C Estimación de temperatura del respaldo del módulo 60-69 C Con fusible de 31.9 amp mínimo, seleccione calibre AWG USE-2/RHW-2. De la tabla 310-17, cap. de amp es 80 amps x.58 factor de corrección = 46.4 amps. Esto es mayor que la corriente del circuito de 25.5 amp. OK. Esto es mayor que el amperaje mínimo de 31.9 amp del fusible (o 35 amp). OK. Comprobación de la temperatura en las terminales Con aislamiento de 75 C, cable calibre 8 AWG tiene a 30 C una capacidad de amperaje de 70 amps. OK. Esto es mayor que la corriente en el circuito de 25.5 amp. OK. Si la temperatura fuera mayor a 30 C, debemos reducir. 28

Conductores: Table 310-16 y Tabla 310-17 Tipo Table 310-17 Cables Monoconductores En Aire libre Tabla 310-16 Cables monocondutores En Conduit Calibre (AWG) 14 12 10 8 14 12 10 8 Temp. Ampacidad máxima (amperios) Aislante a 30 o C a 60-70 o C 90 o C 35 17.4 75 o C 30 8.3 90 o C 40 23.2 75 o C 35 11.5 90 o C 55 31.9 75 o C 50 16.5 90 o C 80 46.8 75 o C 70 23.1 90 o C 25 14.5 75 o C 20 6.6 90 o C 30 17.4 75 o C 25 8.3 90 o C 40 23.2 75 o C 35 11.5 90 o C 55 31.9 75 o C 50 16.5 29

Métodos de cableado Ejemplo 2 Módulo FV grande, montado sobre techo, cables en conduita Isc = 27 amps, Voc = 8 Volts Terminales de módulo nominales a 90 C, Interruptor de circuitos nominal a 75 C Temperatura de respaldo de módulo: 60-68 C UL 125% Isc = 33.75 amps corriente del circuito. NEC 125% x 33.75 = 42.2 amps (dispositivo de protección y cable) (45 amps) De la tabla 310-16, seleccione cable calibre 8 AWG RHW-2 Reducir cap. de amp a 55 x 0.58 = 31.9 amps (necesita proteccion de 35 amp). Cap. de amperaje reducida es menos de la corriente del circuito 33.75 amp. No es bueno. 35 amp es menor a la corriente del dispostivo de protección de 45 amp. No es bueno. Comprobación del cable calibre 6 AWG RHW-2 Capacidad de amp. reducida es 75 x 0.58 = 43.5 (45 amp) OK. Capacidad de amp. reducida es mayor a corriente del circuito de 33.75 amps. OK. Con aislamiento de 75 C, calibre 6 AWG: 65 amps, mayor a 33.75 amps OK. 75 C RHW no funcionará porque 65 x.33 = 21.45 amps. Si temperatura fuera más de 30 C, debemos reducir capacidad. 30