OPTIMIZACION DE OPTIMIZACION DE LAS LAS

INSTALACIONES INSTALACIONES ELÉCTRICASELÉCTRICAS

CONTENIDO TÉCNICO

DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS

CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

PROTECCIONES ELÉCTRICAS

SISTEMAS DE PUESTAS A TIERRA.

DIMENSIONAMIENTO DE DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTORES CONDUCTORES

ELÉCTRICOSELÉCTRICOS

DIMENSIONAMIENTO DE DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTORES ELÉCTRICOSCONDUCTORES ELÉCTRICOS

El dimensionamiento de Conductores Eléctricos El dimensionamiento de Conductores Eléctricos

debe cumplir , con los requerimientosdebe cumplir , con los requerimientos : :

Capacidad de Transporte.Capacidad de Transporte.

Control de la Tensión de Control de la Tensión de Pérdida.Pérdida.

Soportar las Solicitaciones de Soportar las Solicitaciones de los Corto Circuitos.los Corto Circuitos.

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN Las instalaciones eléctricas hoy en día, presentan

una serie de problemas originados en la calidad de la energía eléctrica..

· Variaciones de voltaje.· Variaciones de voltaje.

· Variaciones de frecuencia.· Variaciones de frecuencia.

. Señal de tensión, con alto . Señal de tensión, con alto contenidos contenidos

de impurezas. de impurezas.

· Etc...· Etc...

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

Lo anterior , origina en los Sistemas Eléctricos :

Funcionamiento irregular , donde se acrecientan Funcionamiento irregular , donde se acrecientan las Pérdidas de Energía por Calentamiento en :las Pérdidas de Energía por Calentamiento en :

Maquinas Eléctricas.Maquinas Eléctricas.

Líneas Eléctricas.Líneas Eléctricas.

La norma ANSI/IEEE C57.110-1986 , recomienda que

los equipos de potencia que deben servir cargas no

lineales ( Computadoras ), deben operar a no más de

un 80% su potencia Nominal ; es decir , los sistemas

deben ser Sobredimencionados a un 120% la potencia

nominal que el sistema de cargas requiera.

Capacidad de Transporte de Capacidad de Transporte de los Conductoreslos Conductores

La energía Eléctrica , transportada a través de los La energía Eléctrica , transportada a través de los conductores eléctricos, debe estar presente en elconductores eléctricos, debe estar presente en el momentomomento y y en lasen las cantidadescantidades que el usuario requiere enque el usuario requiere en las mejores las mejores condiciones decondiciones de Seguridad y OperaciónSeguridad y Operación para los fines para los fines requeridos.requeridos.

La seguridad y la operación están en directaLa seguridad y la operación están en directa relación relación con la calidad econ la calidad e Integridad de las AislacionesIntegridad de las Aislaciones de los de los conductores eléctricos ; y estas están en directaconductores eléctricos ; y estas están en directa relación con relación con lala Carga servidaCarga servida por los conductores y porpor los conductores y por lala SecciónSección de los de los mismos.mismos.

Capacidad de Transporte de Capacidad de Transporte de los Conductoreslos Conductores

La corriente eléctrica Al circular , a través de un La corriente eléctrica Al circular , a través de un conductor origina un Calentamiento conductor origina un Calentamiento queque obedece a obedece a la expresión de :la expresión de :

JouleJoule ::

Esta elevación de Temperatura ,genera en los Esta elevación de Temperatura ,genera en los aislantes :aislantes :

* · Disminución de la Resistencia de Aislación.· Disminución de la Resistencia de Aislación.* · Disminución de la Resistencia Mecánica.· Disminución de la Resistencia Mecánica.

R I 2

Capacidad de Transporte de Capacidad de Transporte de los Conductoreslos Conductores

• · Sobrecalentamiento de las líneas.· Sobrecalentamiento de las líneas.• · Caídas de tensión.· Caídas de tensión.• · Corto circuitos y Riesgos de incendios.· Corto circuitos y Riesgos de incendios.• · Fallas de aislación a tierra.· Fallas de aislación a tierra.• · Cortes de suministro.· Cortes de suministro.• · Pérdidas de energía.· Pérdidas de energía.

Representan algunos de los Principales efectos de Representan algunos de los Principales efectos de un un mal usomal uso ò ò dimensionamientodimensionamiento de los de los conductores, en una instalación eléctrica.conductores, en una instalación eléctrica.

Intensidad de Corriente Admisible Intensidad de Corriente Admisible para Conductores de Cobre (Secc. para Conductores de Cobre (Secc.

milimetricas.)milimetricas.)SECCIÓN SECCIÓN NOMINAL NOMINAL TEMPERATURA DE SERVICIO = 70°CTEMPERATURA DE SERVICIO = 70°C

22(mm) (mm) GRUPO I GRUPO II GRUPO IIIGRUPO I GRUPO II GRUPO III

1.51.5 15 15 19 19 23 23

2..52..5 20 20 25 25 32 32

44 25 25 34 34 42 42

66 33 33 44 44 54 54

1010 45 45 61 61 73 73

1616 61 61 82 82 98 98

GRUPO 1 :Monoconductores Tendidos al Interior de Ductos .GRUPO 1 :Monoconductores Tendidos al Interior de Ductos .

GRUPO 2 :Multiconductores con Cubierta Común, que van al interior GRUPO 2 :Multiconductores con Cubierta Común, que van al interior de Tubos Metálicos Cables Planos , Cables Portátiles o Móviles ,etc..... de Tubos Metálicos Cables Planos , Cables Portátiles o Móviles ,etc.....

GRUPO 3 :Monoconductores Tendidos Sobre AisladoresGRUPO 3 :Monoconductores Tendidos Sobre Aisladores

TEMPERATURA AMBIENTE = 30° CTEMPERATURA AMBIENTE = 30° C

Intensidad de Corriente Intensidad de Corriente Admisible para Conductores de Admisible para Conductores de

Cobre (Secciones AWG)Cobre (Secciones AWG) TEMPERATURA AMBIENTE = 30° CTEMPERATURA AMBIENTE = 30° C

SECCIÓN SECCIÓN NOMINAL NOMINAL TEMPERATURA DE SERVICIOTEMPERATURA DE SERVICIO

22 GRUPO A GRUPO B GRUPO A GRUPO B

(mm)(mm) AWG AWG 60°C 75°C60°C 75°C 60°C 60°C 75°C75°C

.82.82 18 18 7.57.5 7.57.5 -- --

1.311.31 16 16 1010 1010 -- --

2.082.08 14 14 1515 1515 2020 2020 3.313.31 12 12 2020 2020 2525 2525

5.265.26 10 10 3030 3030 4040 4040

8.368.36 8 8 4040 4545 5555 6565

13.3013.30 6 6 5555 6565 8080 9595

21.15 421.15 4 7070 8585 105 105 125125 Grupo A : Hasta 3 Conductores en tubo o en Cable o Directamente Grupo A : Hasta 3 Conductores en tubo o en Cable o Directamente Enterrados.Enterrados. Grupo B : Conductor Simple al Aire LibreGrupo B : Conductor Simple al Aire Libre

Factores de corrección a la Factores de corrección a la capacidad de transporte.capacidad de transporte.

La capacidad de transporte de los conductores

Se define por la capacidad de los mismos para disipar la Se define por la capacidad de los mismos para disipar la temperatura al medio que los rodea ; a efecto que los temperatura al medio que los rodea ; a efecto que los aislantes no sobrepasen su temperatura de servicio.aislantes no sobrepasen su temperatura de servicio.

Las tablas de conductores consignan :Las tablas de conductores consignan :

• Temperatura ambiente = 30°C.Temperatura ambiente = 30°C.

• Numero de conductores por ducto = 3Numero de conductores por ducto = 3

Capacidad de transporte de los Capacidad de transporte de los conductoresconductores

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

Donde:

· : Corriente admisible corregida (A)

: Factor de corrección por N° de conductores.

: Factor de corrección por temperatura.

· : Corriente admisible por sección según tablas (A) .

I T N TI f f

Nf

Tf

TI

I

FACTORES DE CORRECCIÓNFACTORES DE CORRECCIÓN

FACTORES DE CORRECCIÓN POR CANTIDAD DE FACTORES DE CORRECCIÓN POR CANTIDAD DE

CONDUCTORESCONDUCTORES “ “ “ “

Cantidad de ConductoresCantidad de Conductores Factor Factor 4 a 64 a 6 0.8 0.8 7 a 247 a 24 0.7 0.7 25 a 42 25 a 42 0.6 0.6 Sobre 42Sobre 42 0.5 0.5

Nf

FACTORES DE CORRECCIÓNFACTORES DE CORRECCIÓNFACTORES DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA AMBIENTEFACTORES DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA AMBIENTE Secciones Milimetricas “ “Secciones Milimetricas “ “

Temperatura Ambiente ° CTemperatura Ambiente ° C Factor Factor Mas de 30 hasta 35 0.9Mas de 30 hasta 35 0.9 Mas de 35 hasta 40 0.87Mas de 35 hasta 40 0.87 Mas de 40 hasta 45Mas de 40 hasta 45 0.8 0.8 Mas de 45 hasta 50Mas de 45 hasta 50 0.71 0.71 Mas de 50 hasta 55Mas de 50 hasta 55 0.62 0.62 FACTORES DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA FACTORES DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA Secciones AWG “ “Secciones AWG “ “

Temperatura Ambiente ° CTemperatura Ambiente ° C Temperatura de servicioTemperatura de servicio

60 ° C 75 ° C60 ° C 75 ° C Mas de 30 hasta 40Mas de 30 hasta 40 0.820.82 0.880.88 Mas de 40 hasta 45Mas de 40 hasta 45 0.710.71 0.820.82 Mas de 45 hasta 50Mas de 45 hasta 50 0.580.58 0.750.75 Mas de 50 hasta 55Mas de 50 hasta 55 0.410.41 0.670.67 Mas de 55 hasta 60Mas de 55 hasta 60 -- 0.580.58 Mas de 60 hasta 70Mas de 60 hasta 70 -- 0.350.35

Tf

Tf

EJEMPLO 1

Verificar la capacidad de transporte de un conductor en las Verificar la capacidad de transporte de un conductor en las sig...... condiciones :sig...... condiciones :

22

� Sc = 2.5 mmSc = 2.5 mm• Tamb.= 37 ºC.Tamb.= 37 ºC.• Nº de cond./ ducto = 5Nº de cond./ ducto = 5

De tablas por factor de corrección:De tablas por factor de corrección:

fNfN =0.8 =0.8

fTfT =0.87 =0.87

ITIT =20 (A) =20 (A)

Luego :Luego : I T N TI f f A13 9. ( )

DIMENSIONAMIENTO POR VOLTAJE DE PERDIDA

Al circular una corriente eléctrica a través de Al circular una corriente eléctrica a través de los conductores ; se produce una caída de tensión que los conductores ; se produce una caída de tensión que responde a la siguiente expresión :responde a la siguiente expresión :

Vp = I * RcVp = I * Rc

· Vp : Voltaje de Pérdida (V) Vp : Voltaje de Pérdida (V)

· I : Corriente de Carga (A)· I : Corriente de Carga (A)

· Rc : Resistencia de los Conductores (Ohm)· Rc : Resistencia de los Conductores (Ohm)

RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR ELECTRICO

La resistencia de un conductor eléctrico esta dado por laLa resistencia de un conductor eléctrico esta dado por la

siguiente expresión: siguiente expresión:

k*k* * l* l Rc =Rc = AA 22

· : Resistividad especifica del Conductor (Ohm-mm / m ): Resistividad especifica del Conductor (Ohm-mm / m ) 22 ((Cu = 0.018 (Ohm-mm / m ) )Cu = 0.018 (Ohm-mm / m ) )

· l : Longitud del conductor ( m )· l : Longitud del conductor ( m )

22 · A : Sección de Conductor ( mm )· A : Sección de Conductor ( mm )

DIMENSIONAMIENTO POR VOLTAJE DE PERDIDA

Finalmente la expresión , para Determinar la sección del conductor en función del Vp queda :

k * k * ** l 2l 2

A = * A = * I I (mm )(mm ) VpVp

CALCULO DE ALIMENTADORES

La exigencia establece que la La exigencia establece que la Pérdida de Tensión Pérdida de Tensión en la Línea no en la Línea no debe debe exceder a un 3 % la “ Tensión Nominal de Fase “ exceder a un 3 % la “ Tensión Nominal de Fase “ ; siempre ; siempre que la pérdida de voltaje en el punto mas desfavorable de la que la pérdida de voltaje en el punto mas desfavorable de la instalacióninstalación no exceda a un 5 % de la tensión nominal. no exceda a un 5 % de la tensión nominal.

CALCULO DE ALIMENTADORESCALCULO DE ALIMENTADORES

Para determinar la sección de los conductores que alimentan a un Para determinar la sección de los conductores que alimentan a un conjunto de Cargas ( Alimentadores ) , se procede según la conjunto de Cargas ( Alimentadores ) , se procede según la siguiente situación :siguiente situación :

• · Alimentadores con Carga Concentrada.· Alimentadores con Carga Concentrada.

• · Alimentadores con Carga Distribuida· Alimentadores con Carga Distribuida..

ALIMENTADORES CON CARGA CONCENTRADA

En los Alimentadores con carga concentrada , el centro de carga se En los Alimentadores con carga concentrada , el centro de carga se sitúa solo a una distancia del punto de Empalme o alimentación del sitúa solo a una distancia del punto de Empalme o alimentación del

sistema.sistema.

AlimentaciónAlimentación

II Carga Carga

ll

Sección del Conductor La Expresión para determinar la sección del Conductor es:

kk * * ** ll 2 2

A = * A = * I ( mm )I ( mm ) VpVp

k = 2 (Alimentadores Monofásicos)k = 2 (Alimentadores Monofásicos)

k = 1 (Alimentadores Trifásicos)k = 1 (Alimentadores Trifásicos)

EJEMPLO 2• Se tiene un alimentador monofásico con carga

concentrada , que presenta las sig..... características:

• L = 60 m. Ohm-mm / m • Vp = 6.6 V.

2* 2* * L * I * L * I 2 * 0.018 * 60 * 10 22 * 0.018 * 60 * 10 2

S = S = = = 3.27 mm= = 3.27 mm

Vp Vp 6.6 6.6

ALIMENTADORES CON CARGA DISTRIBUIDA

En la situación que las cargas se encuentren distribuidas a lo En la situación que las cargas se encuentren distribuidas a lo largo de la línea , se presentan dos criterios para el largo de la línea , se presentan dos criterios para el Dimensionamiento de Conductores :Dimensionamiento de Conductores :

II11 II22 II33 II44 II55

·· Criterio de Sección Constante. Criterio de Sección Constante. · Criterio de Sección Cónica.· Criterio de Sección Cónica.

CRITERIO DE SECCION CRITERIO DE SECCION CONSTANTECONSTANTE

La Sección del Alimentador, es Constante en toda su extensiónLa Sección del Alimentador, es Constante en toda su extensión

i1; i1; i3 i1; i1; i3 : Corrientes de rama de los consumos asociados al Alimentador (A) Corrientes de rama de los consumos asociados al Alimentador (A)

· l l 1 1 ; l ; l 22 ; l ; l 3 3 :: Longitud de cada uno de los tramos del Longitud de cada uno de los tramos del

Alimentador (m)Alimentador (m)

ii 11 ii 22 ii 33ll11

ll33

ll22

CRITERIO DE SECCION CRITERIO DE SECCION CONSTANTECONSTANTE

La expresión de Cálculo resulta ser:La expresión de Cálculo resulta ser: k k **

A = ( A = ( ll1 * i1 + 1 * i1 + ll2 * i2 + 2 * i2 + ll3 * i 3 ) 3 * i 3 ) ( mm )( mm ) VpVp

• k = 2 (Alimentadores Monofásicok = 2 (Alimentadores Monofásico

• k = 1 (Alimentadores Trifásicos)k = 1 (Alimentadores Trifásicos)

EJEMPLO 3• Se tiene un alimentador monofásico con carga

distribuida , que presenta las sig..... características:

10 A 20 A 50 A

30 m

80m

180m

Ohm-mm / m Ohm-mm / m Vp = 6.6 VVp = 6.6 V

S = (2* S = (2* / Vp ) * ( L1*i1 +L2*i2 + L3*i3 ) / Vp ) * ( L1*i1 +L2*i2 + L3*i3 ) 22

S =(2 * 0.018 / 6.6 ) * ( 30* 10 + 80*20 + 180*50 ) = 59.45 mmS =(2 * 0.018 / 6.6 ) * ( 30* 10 + 80*20 + 180*50 ) = 59.45 mm

CRITERIO DE SECCIÓN CRITERIO DE SECCIÓN CÓNICACÓNICA

La Sección del conductor Disminuye a lo largo del La Sección del conductor Disminuye a lo largo del Alimentador.Alimentador.

I I 11 II 22 I I 33

I I 11 = i = i1 1 + i+ i2 2 + i+ i33 (A) (A) I I 22 = i = i2 2 + i+ i33 (A) (A) I I 33 = i = i33 (A) (A)

i i 11 i i 22 i i 33

LL11 LL33LL22

CRITERIO DE SECCIÓN CRITERIO DE SECCIÓN CONICACONICA

La sección del Alimentador se determina a través de La sección del Alimentador se determina a través de la Densidad de corriente constante. la Densidad de corriente constante.

Vp 2Vp 2 d = ( A/mm)d = ( A/mm) kk* * * L * L TT

L T= L 1 + L 2 + L 3 (m)L T= L 1 + L 2 + L 3 (m)

• k = 2 (Alimentadores Monofásicok = 2 (Alimentadores Monofásico

• k = 1 (Alimentadores Trifásicos)k = 1 (Alimentadores Trifásicos)

CRITERIO DE SECCIÓN CRITERIO DE SECCIÓN CONICACONICA

I I 11 22

AA11 = = ( mm )( mm ) dd

I I 22 22

AA22= = ( mm )( mm ) dd

I I 33 22 AA33 = = ( mm )( mm )

dd

EJEMPLO 4Se tiene un alimentador monofásico con carga

• distribuida , que presenta las sig. características:

80 A 70 A 50 A80 A 70 A 50 A

10 A 20 A 50 A

180m

Ohm-mm / m Ohm-mm / m Vp = 6.6 VVp = 6.6 V

Vp 6.6 2Vp 6.6 2 d = = = 1.01 ( A/mm) d = = = 1.01 ( A/mm)

22* * * L * L T T 2 * 0.018 * 1802 * 0.018 * 180

CRITERIO DE SECCIÓN CRITERIO DE SECCIÓN CONICACONICA

I I 11 80 80 22

• A1 = = = 72.72 ( mm )A1 = = = 72.72 ( mm ) d 1.1d 1.1

I I 22 70 70 22

• A2= = = 63.63 ( mm )A2= = = 63.63 ( mm ) d 1.1d 1.1

I I 33 50 50 22• A3 = = = 45.45 ( mm )A3 = = = 45.45 ( mm )

d 1.1d 1.1

SOLICITACION ANTE LOS SOLICITACION ANTE LOS CORTO CircuitosCORTO Circuitos

Los Conductores antes las solicitaciones de Los Conductores antes las solicitaciones de los corto circuitos , responden según su los corto circuitos , responden según su capacidad de disipación Térmica :capacidad de disipación Térmica : 2

i * t

Icc (A)Icc (A)

t ( s )t ( s )

S 1S 1

S2S2

S3S3

S1 > S2 >S3S1 > S2 >S3

SOLICITACION ANTE LOS SOLICITACION ANTE LOS CORTO CIRCUITOSCORTO CIRCUITOS

11 22 33

1 :Normal1 :Normal

2 :Sobrecarga2 :Sobrecarga

3 :Corto Circuito3 :Corto Circuito

ZONASZONAS

Curva de operación de un disyuntorCurva de operación de un disyuntor

t (s)t (s)

I (A)I (A)