calculo de conductores

CALCULO DE SECCIÓN DE CONDUCTORESCALCULO DE SECCIÓN DE CONDUCTORES

1. Sistema de medidas para la sección de los conductores

2. Cálculo por capacidad de corriente (Ampacity)

3. Cálculo por regulación de tensión

4. Cálculo optimizando la inversión

5. Restricciones impuestas por las reglamentaciones

6. Programa EVASEL para el cálculo de la sección

7. Procedimiento de cálculo de la sección

8. Ejemplo de cálculo de la sección de conductores

Distribución de la Energía Eléctrica, Luis Ortiz N.

Sistema de medidas para la sección de los conductoresSistema de medidas para la sección de los conductores1

Sistema Norteamericano: Calibres o números y Circular Mil American Wire Gage (AWG): Se define de una progresión geométrica basadaen los 39 pasos de las máquinas trefiladoras. El diámetro mayor corresponde al Nº 4/0 de diámetro 0,46 pulgadas y el menor a Nº 36 AWG de diámetro 0,005 pulgadas

Sistema métrico: Se miden en mm2 . La sección base es 1mm2. Para definir las secciones se usa una progresión basada en la serie normal.

1229,192005,0

46,0 3939

Para tamaños mayores a partir del 4/0 AWG se usa el Circular Mil (CM) o Mil Circular Mil (MCM) que equivale a 1000 CM1Circular Mil (CM) = Área de un circulo de 0,001 pulg. de y 1Mil = 0,001 pulg = 25,4·10-3 mm

Distribución de la Energía Eléctrica, Luis Ortiz N.

[1] J. Córdova, “Distribución industrial de la energía eléctrica”, 1994

Equivalencias de la sección de los conductores

Tabla 1: Secciones de conductoresnormalizados en el sistema métrico

Tabla 2: Equivalencia dela sección de conductores entre el sistema métricoy norteamericano

Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.Distribución de la Energía Eléctrica, Luis Ortiz N.

Materiales empleados en la fabricación de conductores

Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N. Distribución de la Energía Eléctrica, Luis Ortiz N.

Capacidad de corriente (Ampacity) de los conductores2

Ecuación de equilibrio térmico en los conductores de líneas aéreas

Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N. Distribución de la Energía Eléctrica, Luis Ortiz N.

PPJ J ++ PPM M ++ PPS S == PPC C ++ PPR R ++ PPVV

PJ : ganancia de calor por efecto Joule (W/m)PM : ganancia de calor por efecto magnético (W/m)PS : ganancia de calor por efecto de la radiación solar

(W/m)PC : pérdida de calor por convección (W/m) PR : pérdida de calor por radiación emitida por el conductor (W/m)PV : pérdida de calor por evaporación de humedad desde la superficie del conductor (W/m)

[2] C. Sanchez, “Cálculo de la sobrecarga dinámica en líneas aéreas de distribución de A.T.”, Tesis IEE, 2000

Considerando las ganancias de calor por efecto Joule y por la radiaciónsolar y las pérdidas por convección y radiación, se obtiene:

acSRC )/RPP(PI I : Capacidad de corriente del conductor (Ampacity) Rac : resistencia a la corriente alterna del conductor

Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.

Temperatura Ambiente 25°C Temperatura Ambiente 40°C Nominación Sección (mm2) N° de hebras Sin viento Con viento Sin viento Con viento

6 AWG 6 AWG

13.3 13.3

1 3

76 83

134 140

58 63

110 116

4 AWG 3 AWG

21.2 26.7

3 7

114 128

188 211

86 97

154 174

2 AWG 1 AWG

33.6 42.4

7 7

150 177

244 282

114 133

201 232

1/0 AWG 2/0 AWG

53.5 67.4

7 7

207 243

326 378

156 183

267 309

3/0 AWG 4/0 AWG

85.0 107

12 19

292 337

444 507

219 252

362 414

250 MCM 300 MCM

127 152

19 19

377 427

563 630

282 319

459 513

350 MCM 400 MCM

177 203

19 19

475 520

694 753

355 387

565 612

500MCM 600 MCM

253 304

37 37

606 685

865 968

450 509

702 784

700 MCM 800 MCM

355 405

37 37

759 826

1062 1147

563 612

860 927

900 MCM 1000 MCM

456 507

37 37

894 973

1233 1333

662 719

995 1075


Conductores de cobre desnudocobre desnudo en líneas aéreas. Temperatura del conductor 75°CEmisividad=0.5, Absorsividad=0.5, 30°N a las 11 a.m. en atmósfera clara, velocidad del viento=2 ft/s, nivel del mar

[3] T.A .Short “Electric power distribution handbook, CRC Press, 2003. Valores basados en la IEEE Std. 738-1993



Cables expuestosa viento transversalmínimo de 2.2 km/hy temperaturamáxima admisible de 80 ºC en elconductor

El valor de aumento de la temperatura en el conductor es sobre la ambiente

Conductores decobre desnudocobre desnudo enlíneas aéreas

[4] J. Córdova, “Distribución industrial de la energía eléctrica”, 1994, Valores basados en el NEC Tabla 4.16 J.C.

Partes constructivas de cable de media tensión


Tipos de cables de media tensión


Cable XAT, Polietileno reticulado XLPE

Cable SHD-GC,Etileno Propileno EPR

Uso en ductos,directamenteen tierra,en bandejas

Uso en ductos o directamente enterrados.

Cable EMTPolietilenoReticuladoXLPE

Uso sobre la superficie, faenas mineras

Disposición de cables instalados directamente en tierra


Disposiciones de ductos en media tensión


Disposición de ductos, conductores en ductos o canalizaciones subterráneasDisposición de ductos, conductores en ductos o canalizaciones subterráneas


Distancias en mm; g, h : cables multiconductores. i, j : cables triplexados k, l : cables monoconductores

Disposición recomendada para tenerel menor desequilibrio de corrientes

Conductores por fase

Distribución de los alimentadores

Instalación subterránea un monoconductor por ducto 0-2000V


Temperatura de la tierra 20°C, Temperatura de servicio 75°C

Tabla 4.26 J.C.

Instalación subterránea 3 conductores por ducto 0-2000V Temperatura de la tierra 20°C, Resistividad del suelo 90 ohm-m, Temperatura de servicio 75°C

Tabla 4.28 J.C. Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.

Instalación subterránea 3 monoconductores por ducto


Instalación subterránea, tres conductores por ducto, temperatura de la tierra 20ºC, temperatura de servicio 90ºC, Referencia NEC

Temperatura de la tierra 20°C, Resistividad del suelo 90 ohm-m, Temperatura de servicio 75°C

Tabla 4.29 J.C.

Instalación subterránea 3 monoconductores por ducto


Temperatura de la tierra 20°C, Resistividad del suelo 90 ohm-m, Temperatura de servicio 75°C

Tabla 4.29 J.C.

Cálculo por regulación de tensión

Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.

)cos( senXRIV

pFT

T

S

LR

1

2

5,234

5,234

RMG

DMGnLfX 0

donde:

= resistividad el conductorL = longitud del conductor en mS = sección del conductorμ0 = permeabilidad del vacío 410-7 f = frecuencia en HzDMG = distancia media geométrica en mRMG = radio medio geométricoFp = factor pelicular

Cálculo de radio medio geométrico


Tabla 4.9 J.C.

Factor pelicular

Distribución de la Energía Eléctrica: Luis Ortiz N.Tabla 4.15 J.C.

Cables subterráneos


dD

nC

0555,0

Capacidad para un cable subterráneo monoconductor:

C = capacidad en μF/Km = permeabilidad relativa de la aislaciónd = diámetro interno de la aislación D = diámetro externo de la aislación

Corrección de la reactancia considerado la canalización


PARA CABLE TRIPOLAR:

• en ducto ferromagnético: el valor de la reactancia, se multiplica por 1,251,25

PARA CABLES MONOPOLARES:

• En ducto no magnético: el valor de la reactancia se multiplica por 1,20

• En ducto ferro magnético: el valor de la reactancia, se multiplica por 1,5

Cable de cobre duro concéntrico, clase B


Características constructivas y físicas - Norma NCh-1236 y ASTM-B8

Tabla 4.44: Distribución Industrial de la Energía Eléctrica, Jaime Córdova

Cable de Aleación de Aluminio 6201


Características eléctricas y constructivas

Tabla 4.45 y 4.46: Distribución Industrial de la Energía Eléctrica, Jaime Córdova

Elevación de temperatura:40ºC, Temperatura ambiente 40ºC, viento transversal 0,61 m/s, Factor de emisión 0,5 sin sol

Características eléctricas y constructivas de cables de BT


Pag.136: Distribución Industrial de la Energía Eléctrica, Jaime Córdova

Características eléctricas y constructivas de cables de BT


Tabla 4.53: Distribución Industrial de la Energía Eléctrica, Jaime Córdova

Cable tipo XTU – COCESA - 600 V

Sección mínima de los conductores de líneas aéreas


Líneas AéreasArt. 94: Clasificación: Clase A: B.T. menores a 1000 V.

Clase B: A.T. hasta 25000 V Clase C: A.T.: sobre los 25000 V

Art. 95: En las líneas categoría A, no se adoptarán tramos que sobrepasen los 100 mArt. 99: Secciones de los conductores y capacidades de ruptura: deberán ser por menos:Líneas clase A: 6mm2 de sección y 200 Kg de tensión de rupturaLlíneas clase B y C : 10 mm2 de sección y 350 Kg de tensión de ruptura

Norma: NSEG. E.n. 71, Instalaciones de Corrientes Fuertes

Canalizaciones subterráneasArt. 129: Se deberán colocar subterráneamente los cables fabricados para tal efectoArt. 131: La profundidad a la cual los cables cables se colocarán es determinada por lascondiciones locales. En general, deberá ser suficiente que la cubierta que protege los cablessea recubierta por una capa de tierra de 50 cm por lo menos

Art. 8.2.13.9 de la norma NCh Eléc. 4/84: se aceptará una distancia máxima de recorrido entre cámaras de 90 m un un máximo de 2 curvas de max. 60°. En tramos rectos se aceptahasta 120 m (8.2.13.10)


Factores de demanda para cálculo conductores


Norma: NCH Elec. 4/84, Electricidad, Instalaciones Interiores en Baja Tensión

La carga nominal de un alimentador, no será menor que la suma de las cargas de todos losque sirve el alimentador, sujetos a las disposiciones pertinentes

En donde las demandas máximas de los distintos alimentadores no coincidan en el tiempo, se podrá aplicar a la carga del alimentador un factor de diversidad de acuerdo al caso.

No se podrá aplicar factores de diversidad a las cargas de subalimentadores


Dimensionamiento de conductores para motores


Norma: NCH Elec. 4/84, Electricidad, Instalaciones

Interiores en Baja Tensión

Sección mínima: 1,5 mm2

Motores:La sección de los conductores que alimentan un motor enrégimen permanente, se calcula considerando : 1,25 In


Cálculo de la sección de conductores optimizando la inversión


ccp FFF 1,09,0 2

2)( IsRPperd SksC · )(

Factor de pérdidas

Pérdidas de potencia Costo del conductor

)()()( sdCsAhsB )()( 0 sPerdPsAh 0)()( CsCsdC

Se debe determinar cuando es mayor el beneficio :

Ahorro de pérdidas Aumento del costo


Programa EVASEL para el cálculo de la sección de conductores


Ejemplo de cálculo de la sección de conductores


Tarifa BT-3 Chilectra M.02/1992 presente en puntaFactor de carga: 0,3Fp=0,15Fc+0,85Fc2 Carga concentrada equilibrada

La mayor inversión inicial enconductores, se financia conel ahorro de las pérdidas enaproximadamente 9 meses

Si se considera un horizontede 10 años y una tasa de actualización de 16 %, se consigue un beneficio de $ 414.500 con la alternativa 2



[1] Norma chilena oficial Nch 2772, “Electricidad, conductores eléctricos, cables de poder apantallados de 5 kV a 46 kV”, primera edición, Instituto Nacional de de Normalización, Chile, 2003.[2] Norma chilena oficial Nch 2736, “Electricidad, conductores eléctricos, métodos de ensayo del dieléctrico extraído para cables de poder, de control, de instrumentación y portátiles”, primera edición, Instituto Nacional de Noramalización, Chile, 2002.[3] Norma ICEA Insulated Cable Engineers Association, “%-46 kV Shielded Power Cable for use in the Transmission & Distribution of Electric Energy”, NEMA Standards Publication Nº WC 74-2000. [4] Sierra Madrigal y otros, “Manual técnico de cables de energía”, 2da edición, McGraw-Hill y Condumex, México, 1985.[5] Pino Guitriot, Cristián, “Cálculo de parámetros y modelación de líneas aéreas y cables”, Trabajo de Titulación de Ingeniería Civil Electricista, Depto. de Ing. Eléctrica, USACH, 1996.[6] Wong Basoalto, Sandra, “Cálculo de parámetros de líneas aéreas y cables” Trabajo de Titulación de Ingeniería Civil Electricista, Depto. de Ing. Eléctrica, USACH, 2002.

REFERENCIAS

calculo de conductores

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