“INSTALACIONES ELECTRICAS”
BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA.
FACULTAD DE INGENIERÍA.
COLEGIO DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA.
INSTALACIONES INSTALACIONES ELÉCTRICAS.
ING. VICTORINO TURRUBIATES GUILLÉN.
Ing. Victorino Turrubiates Guillén
Primavera 2009
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” PROGRAMA. I. II.
Intr Introd oduc ucci ción ón al proy proyec ecto to de una una inst instal alac ació ión n eléc eléctr tric ica. a. Selección de conductores. III. Protección contra sobre corriente IV. Protección contra sobre carga. V. Puesta a tierra. VI. Canalizaciones y Soportes. VII. Subestaciones. VIII. III. Transf ansfor orma mad dor ores es IX. Apartarrayos Alumbrado en interiores (Método de los lúmenes). X.
BIBLIOGRAFÍA. • • •
Norma Norm a ofic oficia iall me mexi xica cana na NOMNOM-00 0011-SE SEDE DE-2 -200 005. 5. Inst Instal alac acio ione ness eléctricas (utilización). El ABC de instalaciones eléctricas, residenciales y comerciales. Editorial Limusa, de Enríquez Harper. El ABC de instalaciones eléctricas industriales. Editorial Limusa, de Enríquez Harper.
UNIDAD I. INTRODUCCIÓN AL PROYECTO DE UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA. Proyecto de una instalación eléctrica. Toda instalación eléctrica requiere de un proyecto, esto es claro, para realizar algo lo primero es pensar en como se llevará a cabo. Luego un pro proyect yecto o eléc eléctr tric ico o es la plan planea eaci ció ón de có cómo mo se efec efectu tuar ará á una instalación eléctrica. Se
tomarán
en
cuenta
los
principios
técnicos
y
científicos
fundam fundament entale aless partie partiendo ndo de las rel relacio aciones nes básica básicas, s, intens intensida idad d de corriente, Potencial, Energía, Potencia eléctrica, Resistencia, etc. Que siempre intervienen en el uso de la electricidad. I = V/R ;
KW = I * Vcos Ө ;
Energía = KW * h
;
Pérdidas
=I*I*R Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” La má máss senc sencil illa la inst instal alac ació ión n requ requie iere re al me meno noss de un cá cálc lcul ulo o de Intensidad de corriente para seleccionar el conductor, de conocer la tensión o potencial aplicado para seleccionar el aislamiento, etc., y todo esto puede ser más y más especializado según la necesidad de respaldar el proyecto de las instalaciones.
Tam Tambi bién én es necesa necesari rio o toma tomarr en cuenta cuenta
todo todoss los los elem elemen ento toss que que
permiten realizar y operar en forma segura las instalaciones eléctricas, como co mo son: son: las las ca cana nali liza zaci cion ones es que que prot proteg egen en a los los co cond nduc ucto tore res, s, interr interrupt uptor ores es para para contro controlar lar la energ energía ía elé eléctr ctrica ica y otros otros equipo equiposs y accesorios que facilitan su uso. La importancia del proyecto es precisamente planear con anticipación todo esto para lograr el uso más eficiente y seguro de una instalación eléctrica. Precisamente para evitar riesgos de falla con respecto a la seguridad de las instalac instalacion iones es se tienen tienen que cumplir cumplir las Normas, Normas, (en nuestr nuestro o caso La Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 13 de Marzo de 2006), que son un conjunto de reglas que nos señalan requisitos mínimos que hay que cumplir para obtener el máximo de 1seguridad en las personas y en las propiedades de los usuarios de las instalaciones eléctricas. Por su importancia trataremos acerca de cómo realizar un proyecto, recordando siempre que se trate de la instalación que sea así la más pequeña como la más grande siempre pero siempre debe proyectarse, claro que cada una a su medida.
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Fuente: Apuntes de la materia de “Instalaciones Eléctricas”, impartida por el Ing. Victorino Turrubiates Guillén, Facultad de Ingeniería-Colegio de IME-BUAP.
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Como iniciar un proyecto de Instalación eléctrica * Nueve pasos a considerar para lograr la mejor instalación eléctrica posible:
1.- Empezar, no deteniéndose en los costos. Por el contrario considérese todas las partes del proyecto, desde las más importantes, como la acometida del servicio, transformadores de tensión, tableros, hasta los detalles más pequeños, como la salida para un contacto de servicio o un alumbrado para un jardín, etc., pensando solamente en lograr resolver todas las necesidades. Desde luego esto no significa que la parte económica no sea importante, pero no es el momento de detenerse en este análisis.
2.- Recopilar la información con datos de toda la gente involucrada En orden de importancia la información se obtendrá de:
La gente de producción, son los que conocen mejor sus necesidades.
La gente de mantenimiento, son los que conocen mejor los problemas.
La gente de seguridad, por los requisitos adicionales.
La
gente
de
servicios
auxiliares,
para
adecuar
convenientemente todo el funcionamiento.
La alta gerencia y los financieros, su recomendación será invert invertir ir lo menos menos posibl posible, e, ¡cuida ¡cuidado do!! Sus decisi decision ones es son determinantes, por tanto hay que hacer notar, lo poco que representa hacer la mejor instalación, contra la pérdida que repre epressenta enta la fábr fábric ica a par arad ada a por defic eficie ien ncias cias en la instalación eléctrica.
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” 3.- Obtener los datos de necesidades con la mayor precisión posible. Generalmente esta estimación sólo puede completarse cuando ya es urgente empezar la construcción, muy importante es pensar en el factor de utilización, por tanto, se requiere consultar con gente de experiencia e informarse exhaustivamente al respecto, para obtener una estimación lo más exactamente posible.
4.- Estudiar las fuentes de abastecimiento. Analizar posibilidades y requisitos, abastecerse del servicio público, propio o combinado, ¿en qué tensión o tensiones?
5.- Colóquese en la posibilidad de observar con amplitud el funcionamiento de todo el proyecto Las instalaciones a fin de cuenta aunque están formadas de partes, func funcio iona nan n co como mo una una sola sola inst instal alac ació ión, n, por por eso eso es muy muy impo import rtan ante te obse obserrvar var
el
func funcio iona nami mien ento to
como co mo
un
con co njunt junto, o,
comp co mprroban obando do
flexibilidad y continuidad de servicio, para lo cual es importante contar con un proyecto. Auxiliarse para estos análisis de diagramas unifilares, sobre un papel los cambios son más baratos. Estudiar la operación y simular fallas, siniestros y catástrofes. ¿Qué sucede al fallar algún elemento de la instalación instalación o al ocurrir ocurrir algún algún imprevisto? imprevisto? La experienci experiencia a indica que mien mientr tras as má máss y má máss se estu estudi die e y revi revise se el func funcio iona nami mien ento to,, má máss económica y mejor será.
6.- Instalar pensando en futuras ampliaciones o modificaciones Aunque les juren y perjuren que las instalaciones jamás crecerán, no existe instalación en el mundo en que esto no haya ocurrido, siempre han crecido. Pensar en un crecimiento razonable. Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Busc Buscar ar una una flex flexib ibil ilida idad d que que perm permit ita a solu soluci cion ones es senc sencil illa lass para para los los camb ca mbio ioss que que nunc nunca a falt faltan an.. Siem Siempr pre e será será me meno norr el co cost sto o de las las instalaciones preparadas para crecer, cuando este se presenta, que las modificaciones que hay que hacer para realizarlo cuando no se ha previsto. Mucho ayudará estudiar estas posibilidades en un diagrama unifilar.
7.- Planear para máxima protección y seguridad. Debe tenerse muchísimo cuidado en la seguridad, considerando que la electr electricid icidad ad forma forma parte parte integr integral al de casi casi todo, todo, ¿pens ¿pensar ar que puede puede hacerse hoy día sin electricidad? Prác Prácti tica came ment nte e todo todo mund mundo o tien tiene e que que ver ver co con n ella ella y por por lo tant tanto o debemos pensar que los avisos que dicen “SÓLO PERSONAL AUTO AUTORI RIZA ZADO DO”” no son son gara garant ntía ía de segu seguri rida dad. d. Cual Cualqu quie iera ra pued puede e cometer un error.
Tres ideas fundamentales pueden ayudarnos a construir una instalación segura: 1) Usar siempre siempre y solamente solamente las proteccio protecciones nes de los circuitos circuitos y los interruptores adecuados. 2) Que Que la instala instalaci ción ón se haga haga de tal tal form forma a que que no sea necesa necesari rio o trabajar en circuitos energizados. 3) Que Que todas odas las par partes viva vivass est estén siem siemp pre ence encerrradas adas en cubiertas metálicas aterrizadas. La mayor causa de falla de una instalación se tiene cuando se han seleccionado elementos de protección inadecuados, hay que buscar que todos los elementos proporcionen la máxima seguridad y facilidad de operación. Son cientos los casos en que debido a una selección inadecuada de una protección de corto circuito, lo que seria una pequeña interrupción en un circuito derivado, abierta por una protección bien seleccionada, se Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” ha co conv nver erttido ido en una fall falla a ma mayo yorr al dest destru ruir irse se la protec otecci ción ón inad inadec ecua uada da,, que que ac acab aba a oper operan ando do la prot protec ecció ción n del del sumi sumini nist stra rado dorr echando fuera una gran cantidad de circuitos. Pensar en el costo por falta de producción que seguramente será mucho mayor que el costo inicial de la protección adecuada.
8.- Seleccionar elementos de fácil adquisición y poco mantenimiento Diseñar para bajo costo de mantenimiento, evitar al máximo el incluir elem elemen ento toss de fabr fabric icac ació ión n espe especi cial al.. Re Reco cord rdar ar que que los los co cost stos os de mantenimiento inciden en los costos de producción.
Tres reglas básicas: 1) Pe Pens nsar ar en flex flexib ibil ilid idad ad de oper operac ació ión, n, por por ejem ejempl plo, o, pode poderr dar dar servicio a una parte sin tener que dejar fuera a otra. 2) Deja Dejarr espa espaci cio o sufi sufici cien ente te alre alrede dedo dorr de los los equi equipo poss a ma mant nten ener er para tener facilidad de acceso. 3) Usar los material materiales es más comunes, comunes, fáciles fáciles de cambiar y de mayor mayor facilidad para su adquisición. Seguramente la instalación costará menos y el mantenimiento será más rápido y seguro.
9.- Cumplir con las normas oficiales que intervienen Cump Cumpli lirr co con n la No Norm rma a Ofic Oficia iall Mexi Mexica cana na NOMNOM-00 0011-SE SEDE DE-2 -200 005, 5, es el aspe aspect cto o má máss impo import rtan ante te en una una inst instal alac ació ión n eléc eléctr tric ica, a, ya que que su cumplimiento proporciona bases muy importantes para su seguridad, además de la necesidad del dictamen de cumplimiento de la NOM, para poder energizarlas.
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” ¡ATENCIÓ ¡ATENCIÓN, N, MUY IMPORTA IMPORTANTE!: NTE!:As Aseg egur urar arse se en que que se cump cumple len n las las normas desde un principio resulta mucho más barato que tener que hacer cambios posteriormente para poder cumplir con ellas.
LOS PUNTOS CLAVE:
Características de la instalación.
Carga, Intensidad de corriente, Tensión.
Conductores, Alimentadores, Canalizaciones.
Protecciones.
Tableros y controles.
Tierras.
Subestaciones.
Condiciones especiales.
1.1 1. 1
Defi Defini nici ción ón de de inst instal alac ació ión n eléc eléctr tric ica. a.
Es un conjunto de elementos, materiales o equipos que se constituyen para proporcionar un servicio eléctrico a las cargas (alumbrado, fuerza) por abastecer. 1.2 Elementos
que constituyen una instalación eléctrica.
Dentro de los principales elementos que constituyen una instalación eléctrica podemos mencionar los siguientes: Acometida. Parte de los conductores que conectan las instalaciones del suministrador con las del usuario (cable de poste hasta medidor) • Interruptores • Cables conductores. Para conducir corriente hasta los puntos de carga. • Canalizaciones. (Tubos ó ductos ) • Cajas de registro. (Ovaladas y Cuadradas) • Apagadores • Contactos. (Receptáculos) • Luminarias. • Lámparas • Motores • Etc… •
Voltajes de baja tensión: Voltajes entre fases y neutro o entre fases. - 220/127 V en estrella Para sistemas trifásicos. Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” - 120/240 120/240 V en estrella Para sistemas monofasicos. - 440/ 440/ 254 V en estrella estrella . Se utiliza en sistemas sistemas trifásicos industriales (Voltaje congelado)
Voltajes de media tensión: Voltajes entre fases. -13200v -34500v -23000v En el centro de la R. Mexicana ( Cia. De Luz y Fuerza del Centro) Voltajes de alta tensión: -85 Kv En el centro de la R. Mexicana ( Cia. De Luz y Fuerza del Centro) -115Kv -230Kv -400Kv Elemento Elementos s que constituy constituyen en un proyecto proyecto.. memoria de calculo.
Planos Planos eléctricos eléctricos y
Planos eléctricos. Un plano eléctrico lo podemos definir como: Una representación gráfica de los los elem elemen ento toss de una una inst instal alac ació ión n eléc eléctr tric ica. a. Un plan plano o eléc eléctr tric ico o contiene los datos del usuario (nombre, razón social, generales, etc.), Nombre del plano ( alumbrado fuerza, etc., ) y la simbología empleada.
Algu Alguno noss de los los plan planos os eléct eléctri rico coss que que pode podemo moss me menc ncio iona narr son son los los siguientes: * Acometida * Subestación * Diagrama unifilar.- Representación grafica del sistema mediante un hilo. * Alimentadores principales * Cuadros de carga * Fuerza * Alumbrado * Contactos * Etc., necesi sitta de planos Para Para la real realiz izac ació ión n de un proy proyec ecto to se nece eléctricos y de una memoria de cálculo.
Memoria de cálculo. La memoria de cálculo . Describe de manera general el contenido del proyecto o de la instalación instalación en cuestión. Contiene el soporte soporte técnico técnico o los cálculos de los elementos que constituyen una instalación eléctrica. Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Dentro de las características que debe incluir una memoria de cálculo son: Datos generales del usuario, acometida, medición en baja tensión, en media tensión o sea una generalidad y el propósito del proyecto en si el sopo soport rte e técn técnic ico o y los los cá cálc lcul ulos os de todo todoss los los elem elemen ento toss de la instal instalaci ación ón elé eléctr ctrica ica.. El sopor soporte te debe debe ser bajo bajo Ingeni Ingenierí ería a y Normas Normas Oficiales Mexicanas y Normas Mexicanas.
Normas Oficiales Mexicanas y Normas Mexicanas. -
Normas NOM son de carácter obligatorio Normas NMX son son de carácter carácter voluntario voluntario Norrma NMX No NMX-170 -17020 20 hac ace e refer eferen enci cia a a los los organi ganissmo moss de verificación (Unidades de Verificación).
Una unidad verificadora de instalaciones eléctricas: verifica el grado de cumplimiento de normas oficiales mexicanas.
UNIDAD II.- SELECCIÓN DE CONDUCTORES Los conductores se seleccionan por: 1).- Corriente 2).- Caída de Tensión y por 3).- Corto circuito
2.1 SELECCIÓN DE CONDUCTORES POR CORRIENTE. Cuando se realiza el cálculo a través de este método, los conductores deben ser capaces de conducir la corriente que van alimentar con las menores pérdidas. Las pérdidas que sufren los conductores son debido al efecto Joule cuya expresión algebraica es la siguiente: P = I2R ------------- Watts Donde: I = La corriente corriente que circula por el conductor en Amperes y R = Resistencia del conductor en Ohms. Entonces en forma general podemos podemos decir que que las pérdidas pérdidas por efecto joule en los conductores están definidas por la expresión:
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” P = n I2R ---------------- Watts n = Número de conductores activos.
Procedimiento para calcular los conductores por corriente: -
Calcular la corriente nominal que demanda la carga. Calcul Cal cular ar la corrie corriente nte correg corregida ida ( Factor Factores es de agrupa agrupamie miento nto y temperatura). Tabla 310-16 de la NOM para seleccionar el calibre del conductor
La selección o el cálculo de los conductores esta en función de la carga que se vaya a alimentar. Como consecuencia de lo anterior planteamos la siguiente pregunta: ¿Qué tipos de carga tenemos en una instalación eléctrica? Respecto a la alimentación. Monofásic Monofásica(1 a(1 hilo de corriente, corriente,1 1 Conforme a NOM se les conoce fase) como conductores activos a las Bifá Bifási sica ca(2 (2 hilo hiloss de co corr rrie ient nte,2 e,2 fases con excepciones. fases) Tri Trifá fási sica ca(3 (3 hilo hiloss de co corr rrie ient nte, e,3 3 fases)
Clasificación de las cargas: Las cargas pueden ser: a) Resi Resist stiv ivas as b) Indu Induct ctiv ivas as c) Ca Capa paci citi tiva vass A continuación se muestra el defasamiento entre corriente (I) y voltaje (V) de cada una de ellas:
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La co corr rrie ient nte e (I) (I) y el volt voltaj aje e (V) (V) se encu encuen entr tran an en fase fase,, por por ,lo ,lo que que el defasamiento tiene un valor de cero grados. Ejemp jemplo loss de est estas car arga gass lo son son: Lámparas incandescentes , plancha y hornos a base de resistencias.
La corriente (I) está atrasada un valor de 90 con respecto al voltaje (V). ο
Ejemplos de este tipo de cargas lo son: Motores de inducción, reactores, transformadores, transformadores, etc.
La corriente (I) está adelantada 90 con respecto al voltaje (V).
ο
Ejemplo de esta carga lo son: capacitares, motor síncrono, etc.
El coseno del ángulo ángulo entre el vector vector de corriente y el vector del voltaje voltaje define el factor de potencia.
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Cuando este factor de potencia es menor del 90% (0.9) la empresa suministradora penaliza económicamente al usuario, en caso de que este este fact factor or este este por por enci encima ma del del 90% 90% (0.9 (0.9), ), la em empr pres esa a boni bonifi fica ca económicamente al usuario. Cuando el factor de potencia permanece en un valor constante del 90% (0.9), la empresa no realiza ninguna de las acciones antes mencionadas. La fórmula para determinar el recargo o penalización para el usuario por tener un factor de potencia menor al 90% (0.9) es: %Penalización = (3/5)*((90/ F.P.)-1)*100 ------- % La fórmula para la bonificación por tener un factor de potencia mayor al 90% (0.9) es: %Bonificación = (1/4)*(1-(90/ F.P.))*100 -------- % Ejemplo: Si el factor factor de potencia F.P. = 0.6 La penalización = 3/5 * ( 90/60 -1) * 100 = 30 % Si el F.P. = 95% entonces la bonificación es del 1.31% del total de la facturación. Los valores resultantes se redondean a un solo decimal. En ningún caso se aplican % de recargo superiores a 120%. En ningún caso se aplican bonificaciones superiores a 2.5%. El consumo de energía se mide en kw-h (kilowatts-hora) y la demanda máxima se mide en kw (kilowatts).
Las cargas se pueden expresar en distintas formas de unidades: Corriente (Amperes) Caballos de fuerza (CP) Pote Po tenc ncia ia Acti Activa va (Wat (Watts ts o KW) • Potencia aparente (KVA) • Potencia reactiva (KVAR) Donde KW = potencia activa ó real, KVA = potencia aparente, KVAR = potencia reactiva. • • •
A continuación se presenta una tabla con cada uno de los 3 tipos de potencia que conforman el triangulo de potencias relacionadas con el tipo de sistema ya sea monofásico, bifásico ó trifásico. POTENCIA
SÍMBOLO
MONOFÁSIC
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BIFÁSICA
TRIFÁSICA
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UNIDA 13
“INSTALACIONES ELECTRICAS” A ACTIVA P= APARENTE S = REACTIVA Q =
V n I nCOS
θ
V n I n V n I n SEN
θ
V ff I nCOS
3V ff I n COS
V ff I n
3V ff
V ff I n SEN
3V ff I n Sen
I n
D W VA VAR
Vn = Voltaje de fase a neutro Vff = Voltaje de fase a fase Las unidades son W, VA y VAR para voltajes en volts y corriente en amperes. Si los voltajes son en KV entonces las unidades resultantes son KW, KVA y KVAR. En todos los casos para seleccionar los conductores por corriente, solo basta despejar la I n para determinar la corriente nominal.
Procedimiento para calcular los conductores por corriente. 1. Calcular la corriente según el tipo de carga que se suministrara. Esta corriente recibe el nombre de corriente nominal (In). In = La corriente que toma a plena carga el equipo que estamos abasteciendo = Corriente Nominal 2. Calculo de la Ic ( La corriente considera erando ndo los corriente corregida corregida), consid factor factores es de correc correcció ción n por agrupa agrupamie miento nto y por temper temperatu atura. ra. Y se calcula mediante la expresión siguiente: Ic =
In FA FA * FT FT
FA = Factor de corrección por por agrupamiento FT = Factor de corrección por temperatura. Con el valor de la corriente corregida consultar la tabla 310-16 de la NOM para seleccionar seleccionar el calibre calibre del conductor conductor por corriente. 3.
Pero esta esta tabla tiene tiene tres columnas columnas de 60°C, 75°C 75°C y 90°C ¿como se emplean? 110-14. Conexio Conexiones nes eléctrica el éctricas s.
Factor de Agrupamiento Agrupamiento La capacidad de conducción que se muestra en la tabla 310-16 es valida solo cuando van como máximo tres conductores conductores activos dentro dentro de una canalización es decir: F.A. = 1.00 P.U. Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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Factores de ajuste. a) Más de tres conductores activos en un cable o canalización. Cuando el número de conductores activos en un cable o canalización sea mayor a tres, la capacidad de conducción de corriente se debe reducir como como se indica en la Tabla. 310-15(g). Número de Por ciento de valor de conductores activos las tablas ajustado para la temperatura ambiente si fuera necesario De 4 a 6 80 De 7 a 9 70 De 10 a 20 50 De 21 a 30 45 De 31 a 40 40 41 y más 35
Ejemplo: Si lleváram lleváramos os en un tubo tubo o cable cable 5 conduc conductor tores es activos activos calibr calibre e 1/0 AWG 75º C su capacidad se reduce al 80% es decir 150 A (0.8) = 120 A. La conexión mas común en México de los transformadores es Delta en el primario y Estrella en el secundario Y se representa gráficamente como sigue:
Es importante señalar que en algunas ocasiones el neutro se vuelve conductor activo y para ello se debe tener presente la seccion 310-15 (i)
Factor de Ajuste Ajuste por temperatura temperatura La capacidad de conducción de los conductores se ve afectada por la temperatura ambiente. Recordar que la capacidad de conducción que se muestra en la tabla 310-16 es para una temperatura ambiente de 30° C y máximo 3 conductores
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Lueg Luego o ento entonc nces es para para dete determ rmin inar ar este este fact factor or bast basta a co con n sabe saberr la temperatura ambiente promedio anual o la máxima en el lugar donde se ubica ubica la insta instala laci ción ón y segú según n co corr rres espo pond nda a la colum columna na de la temperatura del aislamiento del conductor en la parte inferior de la tabla 310-16 -16 se encuentra el valor del factor de ajuste por temperatura. Así por ejemplo para un conductor calibre 1/0 AWG con temperatura de 75 C, el factor de corrección a temperatura ambiente de 37 C es F.T. = 0.88. ο
APLICACIONES CORRIENTE.
ο
DE
SELECCIÓN
DE
CONDUCTORES
POR
a).a).- Selecc Seleccion ionar ar los conduc conductor tores es del prima primario rio de un transf transform ormado adorr trifásico.
Solución: Conforme al procedimiento Paso No. 1.- Calculo de la corriente Nominal de la carga. Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” La corriente nominal que circula por el primario del transformador: Si: Ip =
S =
3 ∗V * I
S 3 * V
=
KVA
75 KVA KV 3 * 13.8 KV
= 3.13 A
Ic = In = 3.13 A Comentario: Cuando el transformador entrega 75 KVA, por el conductor de primario pasan 3.13 amp. Para seleccionar el conductor habríamos de saber si el transformador se alimenta con una línea aérea o subterránea. Suponiendo Suponiendo que la línea línea fuera una transició transición n aérea - subterránea subterránea,, se utiliza la tabla 310-69,
Así mismo suponiendo un aislamiento de 90 , el calibre seria un 6 AWG con 110A. con capacidad de conducción. Sin embargo embargo es important importante e considera considerarr la tab tabla la 310 310-5 -5 de la NOM, señala el calibre mínimo de los conductores. ο
Entonces el calibre que se debe utilizar es : 2 AWG.
b).- Sele eleccio ccion nar los los con condu duct cto ores res del del secund cunda ario rio transformador. ( Considerar una temperatura ambiente de 32°C).
de
un
Solución:
Calcul Calc ulan ando do la co corr rrien iente te nomi nomina nall que que circ circul ula a por por el secu secund ndar ario io del del transformador: Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Paso 1. Calculo de la corriente Nominal s
7 5 K V
S =
=
3 * 0.2 2
=
1 9 6.8 A
3 * 0.2 2
Cuan Cuando do el tran transf sfor orma mado dorr entr entreg ega a 75 KVA, KVA, por por el co cond nduc ucto torr de secundario circulan 196.8 Amps In= 196.8 Amps. Paso 2.- Calculo de la corriente Corregida. Para ca Para calcu lcula larr la co corr rrie ient nte e co corr rreg egid ida a es nece necesa sari rio o dete determ rmin inar ar los los factores de ajuste por agrupamiento y por temperatura. Es importante señalar que en algunas ocasiones el neutro se vuelve conductor activo y para ello se debe tener presente la sección 310-15 (i) Por lo tanto
F.A. = 0.8
por Tabla 310-15 g
F.T.=0.94 por Tabla 310-16 y 110-14(c)(1)(b)
En la tabla 310-16 en la columna de 75 C (cobre), encontramos, que para 32 C el valor del factor de corrección por temperatura es de 0.94. Luego entonces la.. ο
ο
Ic
=
196 .8 0.8 * 0.94
= 261 .702 A
Con este este valor valor consul consultam tamos os 31 3100-16 16 co colu lumn mna a de 75 C de cobre, cobre, encont encontram ramos os que el conduc conductor tor adecua adecuado do para para esta esta corrie corriente nte es un conductor calibre de 300 KCM con capacidad de 285 A y su sección transversal es 152mm 2 . ο
c).c).- Selecció Selección n de los conduct conductore ores s para para el alime alimenta ntador dor de un motor. En la secc secció ión n 430-6 en gene genera rall se util utiliz iza a para para sele selecc ccio iona narr los los cond co nduc ucto tore ress para para los los dive divers rsos os mo moto tore res, s, así así mism mismo o se util utiliz izan an las las siguientes tablas: 430-147; Corriente eléctrica a plena carga (A) de motores de c.c. 430-148;; Corriente eléctrica a plena carga (A) de motores monofasicos 430-148 de c.a. 430-149; Para motores motores de c.a. 2F-4H, 2F-4H, no se usan en México. 430-150; Corriente eléctrica a plena carga de motores trifásicos de c.a Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Ejemplo: Si tenemos tenemos un motor de 1 c.p. monofasico 127 V . Este Este toma 14 A en 127 Volts. Tabla 430-148 Ejemplo: Selección de conductores para un motor.
Por 430-22 , Para un motor la In no debe ser menor al 125% de la corriente a plena carga del motor. In = Ipc motor*1.25 Ejemplo: Seleccionar los conductores para alimentar un motor de 50 C.P., 440V, trifásico, jaula de ardilla. Los conductores que se seleccionen serán instalados en una tubería existente que tiene 2 conductores activos. La temperatura ambiente es de 39 C. ο
Solución: Ipc = 65 A
de tabla 430-150
La corriente nominal seria: In = 1.25 * 65 = 81.25 A por 430-22 F.A. = 0.8 Por tabla 310-15 (g) F.T. = 0.82 de Tabla 310-16 de factores de corrección, y 110-14-(c) (1)(a) columna 60 C a T.A. a 39 C. ο
Ic =
81 .25 0.8 * 0.82
ο
= 123 .85 A
El calibre para 75 C temperatura nominal 310-16 130 A con 1 AWG pero pero co como mo este este ca cali libr bre e co come merc rcial ialme ment nte e no exis existe te en Méxi México co nos nos pasamos a un 1/0 AWG con 150 A. ο
Ejemplo para la selección de los conductores del alimentador de un grupo de motores y otras cargas. Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Segun 430 Segun 430-2 -24; 4; Loss co Lo cond nduc ucto tore ress que que sumi sumini nist stra ran n ener energí gía a eléc eléctr tric ica a a un grup grupo o de motores y otras cargas (alumbrado), deben ser capaces de conducir la corriente nominal nominal plena carga de de todos todos los motores mas el 25% de la corr co rrie ient nte e a plen plena a ca carg rga a del del mo moto torr ma mass gran grande de mas la co corr rrie ient nte e nominal de las otras cargas. I ≥ 125% Ipc del motor mas grande mas la suma de las Ipc de los demás motores mas In de las otras cargas.
Ejemplo para la selección del conductor de un alimentador para un grupo de motores y otras cargas
d)
a) (430 – 24)
b )
M M
= ∑ Ipc 24) In In
de todos los motores
+ 0.25 Ipc
M
M
motor
mayor
+ In In
otras car gas
(430-
Solución: Por tabla 430-150; Ipc 25 cp = 34 A Ipc 100cp = 124 A Ipc 50 cp = 65 A La corriente Nominal para la carga de 10 KW es: Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” P
I =
=
3VCOS ϑ
10 KW KW 3 * .9 * .44
= 14 .57 A
PASO No. 1 In = 1.25 (124)+34+65+14.57=268.5 (124)+34+65+14.57=268.5 A
por 430-24
Si la T.A. =39 C. ο
F.T. = 0.88 de tabla 310-16 en columna a 75 C F.A. = 0.8 Por (310-15 g ) ο
Paso 2 Ic =
268 .5 0.8 * 0.88
= 381 .39 A
Paso 3
Con este valor se requiere un calibre 600 KCM con 420 A. ( Tabla 31016 ) y 110-14(2)
e).- Ejemplo de la selección de los conductores para la carga de 10 KW. Para el cálculo del alimentador de la carga de 10 KW en 440 V y con un F.P. de 0.9 se hace lo siguiente: I =
P
=
3VCOS ϑ
10 KW KW 3 * .9 * .44
= 14 .57 A
F.A. = 0.8 Por (310-15 (310-15 g ) F.T. = 0.82 0.82 de 310-16 en columna de 60 C a T.A. 39 C y 110-14(1) ο
Ic =
14 .57 0.8 * 0.82
ο
= 22 .21 A
El conductor adecuado es un calibre 12 AWG con 25 A por tabla 310-16 columna de 60 C.(tabla 310-16 y 110-14(1)) ο
f).- Selección de los conductores para un capacitor:
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“INSTALACIONES ELECTRICAS”
En la sección 460-8 (a), nos dice que la capacidad de conducción de corr co rrie ient nte e de sus sus co cond nduc ucto tore ress no debe debe ser ser me meno norr del del 135% 135% de la corriente nominal del capacitor Q
=
Partiendo de la formula: Paso 1 Ica
Q
=
3VSEN θ
=
100 KVAR 3 * .44 * 1
= 131 .21 A
In = Ica* 1.35 = 131.21 * 1.35 = 177.13 A
Por 460-8(a)
F. A. = 1 F.T. = 0.88 0.88 de 310-16 310-16 en columna de 75 T.A. 39 C. y 110-14(2) ο
Paso 2 Ic =
177 .13 1 * 0.88
= 201
.21 A
El calibre es un 4/0 AWG con 230 A por tabla 310-16 a 75 C. 110-14 (2) ο
SELE SELECC CCIÓ IÓN N DE COND CONDUC UCTO TORE RES S PARA PARA MAQU MAQUIN INAS AS DE SOLD SOLDAR AR ---------630-11 (a) Ejempl Ejemplo: o: calcul calcular ar los conduc conductor tores es para para ali alimen mentar tar una maquin maquina a de soldar trifásica del tipo autransformador-rectificador de las siguientes características: Corriente de entrada es de 80 Amps. Y su ciclo de Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” trab trabaj ajo o es del del 60 %. El El volta voltaje je entr entre e fases fases es es de 220 220 Volts Volts y temperatura ambiente es de 39 grados centígrados.
la
Maquina de Soldar (630) (630-11a) IPlaca = 80A
Ciclo de Trabajo = 60% I ≥ I placa en amperes * factor conforme a ciclo de trabajo. (a)
630-11
Paso1 In ≥ 80 * 0.78 = 62.4 Amps.
Por 630-11 (a)
Paso 2 F.A. = 1
( encabezado tabla 310-16)
F.T.= 0.82 por tabla 310-16 y 110-14 (1) Ic
=
62 .4 1 * 0.82
= 76 .09 Amps .
El conduct conductor or adecuad adecuado o es del calibr calibre e es cal # 3 awg, Con 85 Amps, Amps, pero por no encontrarlo comercialmente el calibre debe ser 2 awg con 95 Amps. Por tabla 310-16 y 110-14(1).
SELECCIÓN DE CONDUCTORES CONDUCTORES DE UN ALIMENTADOR ALIMENTADOR PARA UN ---------GRUPO DE MAQUINAS DE SOLDAR 630-11(b)
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Seleccionar los conductores del alimentador de las maquinas trifásicas tipo transformador rectificador de las características que se señalan en el diagrama unifilar siguiente y los conductores que se seleccionan se instalaran en un tubo conduit que contiene 4 conductores activos. La temperatura ambiente = 39°C
Alimentador Bus 440 V
Iplaca C.Trabajo
100 80
75 60
60 70
150 90
80 50
150 40
75 20
Solucion: Factor: 100 – 80 -------- 0.89 75– 60 --------- 0.78 60– 70 --------- 0.84 150 – 90 --------- 0.95 80– 50 ---------- 0.71 150 - 40 --------- 0.63 75– 20 ---------- 0.45
} Paso 1 In alim.= [(150 * 0.95) + (150 * 0.63)] + [0.85(100 * 0.89)] + [0.70(80 * 0.71)] + 0.60 [(75 * 0.78) + (75 * 0.45) + (60 * 0.84)] = 442.5 A Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” In alim. = 442.5 A Paso 2 F.T. = 0.88 F.A. = 0.7 PORQUE SON 7 CONDUCTORES ACTIVOS ACTIVOS TABLA 310 – 15 (g) 442.7
Ic =
= 718.66 A
0.88 * 0.7
310-4
El conductor adecuado es: Como se sale de los valores de la tabla 310-16 (columna de 75°C) entonces se seleccionan dos conductores por por fase de calibre calibre 500 kcm con con 380 A (Tabla 31031016) Porque 380*2 =760 A >718.66 A
SEL SELECCI ECCIÓN ÓN DE COND CONDU UCTOR CTORES ES PARA PARA EQUIP EQUIPOS OS DE ACONDICIONADO Y REFRIGERACIÓN
AIRE IRE
La Sección que gobierna gobierna a las unidades de aire acondicionado refrigeración es: 440 – 32 In ≥ 1.25 Ipc de la unidad sellada o In del circuito derivado, la que resulte mayor. Ejemplo: Ejemplo: Seleccionar Seleccionar los los conductores conductores de una una unidad sellada sellada de Aire acondicionado que contiene un motor trifásico de 5 C.P. 440 volts. La placa del equipo señala que la corriente del circuito derivado es de 10 Amps. La temperatura es de 39 ˚C. Solución: Ipc = 7.6 Amps.
(Tabla 430-150)
Ipc = 1.25 x7.6= 9.5 Amps Como la corriente del circuito derivado es de 10 Amps. Entonces: El conductor debe seleccionarse de la siguiente forma: Ic Ic
=
10 0.82 x1
=12 .19 Amps
.
El conductor seleccionado es un calibre 14 AWG con capacidad de 20 Amps. 20>12.19…..Tabla 310-16
SELECCIÓN DE CONDUCTORES POR CAIDA DE TENSION. Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Concepto caída de tensión.- Perdida de voltaje de un punto a otro. L
Z=R+JXL Carga Vr
VS
Vs
=
IZL
Vs
=
Vr
=
Vs
=
Vr
+
e +Vr
Voltaje
de recepción
en Volts
Voltaje
de su su min istro en Volts
e = caída de tensión en Volts o en % = (( Vs-Vr)/Vs)x Vs-Vr)/Vs)x 100
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” VS
VR
IZ
θ
IXL
θ IR I VR
I SEN θ
IR COS θ
IZ = e Dentro de los métodos de cálculo de conductores por caída de tensión encontramos los siguientes: *Exacto *Aproximado
*Chicharrónero
Las ecuaciones que se emplean para el cálculo de la caída de tensión por el método aproximado son las siguientes:
Tipos de sistemas
Formula a emplear e = 2 IZL
Sistema monofásico 1F-2H
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e
%e = Vfn Primavera 2009
* 100
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” e
Sistema bifásico 2F-2H
2 IZl
=
%e =
e Vff
*100
e = IZL
Sistema bifásico 2F-3H
e
%e = Vfn e=
Sistema trifásico 3F-3H
Sistema trifásico 3F-4H
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%e=
* 100
3 IZL e *100 Vff
e= IZL e
%e= Vfn
Primavera 2009
*100
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Donde: e = Caída de tensión en Volts. %e = Caída de tensión en % I = Corriente
No No min al en Amperes .
No es es la I corr corregi egida da ni la que que
mandata la regla. Z = Impedancia conforme a la tabla 9 del NEC Vfn = Voltaje entre fase y Neutro en Volts. Vff = Voltaje entre fases en Volts. L = Longitud del alimentador en Km. nF = Numero de fases nH = Numero de Hilos.
RESISTENCIA Y REACTANCIA PARA CABLES DE 600 VOLTS, 60 C.P.S. Y 75 ºC
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” CALIBR E AWG ó KCM 14 12 10 8 6 4 2 1/0 2/0 3/0 4/0 250 300 350 400 500 600 750 1000
OHMS - Km. AL NEUTRO RCA
Z A 0.85 DE FACTOR DE XL POTENCIA PARA CABLES DE PARA CABLES DE COBRE COBRE CONDUI CONDUI CONDUI CONDUIT CONDUIT CONDUIT CONDUIT CONDUIT T T T PVC ó MATALIC DE METALIC DE METALIC DE PVC ALUMINIO DE PVC ALUMINIO AL O O O 0.19028 0.239501 10.170603 8.858567 8 0.17716 0.223097 6.561679 5.577427 5 0.16404 0.206692 3.937007 3.608923 2 0.17060 0.213254 2.559055 2.263780 2.296588 3 0.16732 1.44357 0.209973 1.607611 1.476378 2 0 0.15748 0.196850 1.017060 0.951443 0.984252 0 0.14763 0.62335 0.187007 0.656168 0.623360 0.656168 7 9 0.14435 0.39370 0.180446 0.426509 0.393700 0.426510 6 0 0.14107 0.177165 0.328084 0.360892 6 0.13779 0.25262 0.28871 0.170603 0.269028 0.259186 0.301837 0.308398 5 4 4 0.13451 0.20341 0.24278 0.167322 0.219816 0.206692 0.255905 0.262467 4 2 2 0.13451 0.17060 0.18372 0.170603 0.187007 0.177165 0.229658 0.239501 4 3 7 0.13451 0.14435 0.19357 0.167322 0.160761 0.147637 0.206693 0.213254 4 6 0 0.13123 0.12467 0.17388 0.164042 0.141076 0.127952 0.190288 0.196859 3 2 4 0.13123 0.10826 0.16076 0.160761 0.124672 0.114829 0.173884 0.183727 3 7 1 0.12795 0.08858 0.14107 0.157480 0.104986 0.095144 0.157480 0.164042 2 2 6 0.12795 0.07545 0.13123 0.157480 0.091863 0.082020 0.144357 0.154199 2 9 3 0.12467 0.06233 0.11811 0.157480 0.078740 0.068897 0.131233 0.140760 2 6 0 0.12139 0.04921 0.10498 0.150918 0.062335 0.059055 0.118110 0.131233 1 2 6
El cálculo de la caída de de tensión puede tener dos enfoques: enfoques: a). a).- Cua Cuando el calibre del conductor se ha sel seleccionado anticipadamente por corriente, se puede calcular la pérdida de tensión o caída de tensión en ese circuito en % o en Volts. Y b).- Que fijado fijado el valor de la caída caída de tensión tensión en un punto se puede puede seleccionar el conductor adecuado, para permitir una caída de tensión menor o igual al valor fijado.
Ejercicios para el caso del inciso a) Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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CALIBR E AWG o KCM 14 12 10 8 6 4 2 1/0 2/0 3/0 4/0 250 300 350 400 500 600 750 1000
“INSTALACIONES ELECTRICAS” La Caída de tensión en el circuito secundario de un transformador transformador trifásico. Línea de 13.2 KV
13 200/220-127V
75 KVA
a ) 300 KCM L = 50 Mts.
e% = ? Cual es su caída de tensión en %, si los conductores se encuentran alojados en un tubo tubo conduit metálico. El sistema es 3 F – 4 H donde: e
= IZL ..........
In =
Volts
75 KVA
K V 3 × .22 KV
=
19 6.82 A
e = (196 .8 A)( 0.213254 )
e% =
e% =
e% =
2.099 099 ×100 100 127 127
Vs − Vr Vs
Km Km
= 1.65%
×100 100
127 127 − 124 124.9 127 127
Ω × 0.050 Km Km = 2.099 Volts
Vr =127-2.099=124.9
100 = 1.65% ×100
Nota: la corriente que se va a tomar siempre es la corriente nominal no la corregida.
Ejercicios para el caso del inciso b) Seleccionar ahora el conductor para una caída de tensión e% =
e ×100 100 Vf − n
⇒e =
e% ×Vn 100
=
1.5 ×127
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100 100
= 1.905 905
≤
1.5%
e = 1.905 Volts Primavera 2009
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Z =
e = IZL
e IL
=
1.905 (196 .8)( 0.050 )
= 0.193597 Ω
Km Km
Con este valor me traslado a la tabla 9 del NEC
Si fuera 350 Kcm e
= (196
e% =
.8 A)( 0.196859 )( 0.050 )
1.937 ×100 127
= 1.52%
∴
= 1.937
1.52 〉 1.5
por lo tanto este calibre no es adecuado al 1.5% y debe ser 400 Kcm La caida de tensión para el cal 400 KCM se calcula: e
= (196
e% =
.8 A)( 0.183727 )( 0.050 ) =1.807 Volts
1.937 ×100 127
= 1.52%
∴
1.52 〉 1.5
por lo tanto este este calibre es adecuado al 1.5% y debe ser 400 Kcm La Caída de tensión en el circuito alimentador de un motor trifásico. ( sistema 3F-3H)
e % =1.42
440 V 1/0
M
Z 1/0 = 0.426510 Ω Km
e ≤ =1.3 % 3F CP = 50 Ipc= 65 A (T 430-150) IA= 1.25 (65) = 81.25 L = 100 m
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” e% = 2.51
Determinar la caída de tensión de acuerdo con los conductores seleccionados por corriente e
=
3IZL
e
=(
e
= 4.801 Volts
e% =
3 )( 65 )( 0.426510
e ×100 V f − f
=
4.801
Ω
Km
×100
440
)( 0.1 Km )
=
=
e% =1.09 %
2.- Caída de tensión acumulativa 1.42 + 1.09 = 2.51 % Si la caída de tensión se prefijara en un valor ≤1.3 % e=
1.3 ×440
Z =
100
e 3 IL IL
=
= 5.72 Volts ⇒e =
5.72 ( 3 )( 65 )( 0.1)
3 IZL
= 0.50806
Ω
Km Km
con Z = 0.50806 Ω / Km y conforme conforme a la tabla 9 NEC el conductor conductor es: 1 / 0 Z = 0.426510 Ω / Km “ El El inmediato inferior” Selección de conductores por corto circuito. La selección de los conductores por corto circuito consiste en que estos, deben ser capaces de soportar las corrientes de cortocircuito que circulan por ellos en condiciones de falla.
Calculo de la caída de tensión tensión por los Métodos: Métodos: Exacto, Aproximado y Chicharronero. Ejemplo: Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Calcular la caída de tensión por los tres métodos anteriores, en las terminales de un motor trifásico de 25 HP, 440 V, Factor de potencia igual a 0.8 (-) y eficiencia η = 0.85 p.u. p.u. y una una distancia de de 50 Mts. Mts. Los conductores de este alimentador están alojados en tubería conduit metálica y deben ser del tipo TW 60º C a temperatura ambiente de 30º C. El circuito serie equivalente monofasico es el siguiente:
MÉTODO EXACTO Ir = Is
o bien
Vr = Vs − IsZ
Volts.
Vr = Vs − e
donde
e = ∆V
en
Si ∆V = IZL Vr =Vs − IZL Vr =Vs − ( Is Is cos θ ± jIssen θ )( R + jxl ) L
Si tenemos un motor trifásico la corriente a plena carga la podemos calcular mediante la siguiente expresión: I =
I =
0.746 * HP 3 * Vff * f . p. *η 0.746 * 25 3 * .44 * .8 * .85
Amps .
= 35 .987 ∠− 36 .86 º
Amps .
La corriente mínima que deben soportar los conductores debe ser: Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” I = 1.25 * 35.98 = 44.97 A
Por 430-22
Como los conductores son TW-60º C y la temperatura ambiente es de es de 30º C FT = 1 FA = 1 Por lo tanto: Ic = 44.97
El conductor adecuado es Cal. No. 6 AWG 310-16 y 110-14(1)
Con 55 Amps.……..… Tabla
Conforme a la tabla 9 del NEC para un conductor de cobre calibre No. 6 R75
= 1.6076
Ω km
X L 75
= 0.209973
Ω km
Para corregir a 60º C se emplea la siguiente expresión: R2 R1
=
T + t 2 T + t 1
Donde: R2 es igual a la resistencia del conductor a 75º C conforme tabla 9 del NEC R1 es igual a la resistencia del conductor a la temperatura de 60º C T es la tem empe perratu atura en ºC (baj (bajo o 0) en la cual cual el mater ateria iall tien tiene e resistencia eléctrica teóricamente nula igual a 234.5º C para el cobre. t1 es la temperatura máxima de operación del conductor igual a 60º C t2 es igual a la temperatura máxima de corto circuito del aislamiento en ºC igual a 75º C De la formula anterior R1 = R2
R1
T + t 1 T + t 2
= 1.6076
234 .5 + 60 º 234 .5 + 75 º
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” R60 = 1.5296 Ω/km R = 1.5296 Ω/km × 0.050 Km. = 0.07648 Ω XL = 0.209973 Ω/km × 0.050 Km. = 0.01049 Ω Calculo de la impedancia Z = R + jXL Z = 0.07648 + j 0.01049 = 0.07719∟7.8º Ω I = 35.98 ∟-36.86º
∆ V = 35.98 ∟-36.86º × 0.07719∟7.8º ∆ V = 2.777 ∟-29.06º Volts. ∆ V = 2.4274 – j1.34885 Volts Si regresamos al circuito equivalente Vs =
Vff 3
=
440 440 3
= 254 .03 Volts
VR = VS - ∆V
VS = 254.03 ∟ 0º VS = 254.03 + j0
VR = 254.03 – (2.4274 – j1.34885) VR = 251.6036 + j 1.34885 VR = 251.6062 ∟0.3071º La caída de tensión = regulación % Reg =
V S
−V R
V R
×100
254 .03 − 251 .6062 ×100 % Reg = 254 .03
% Reg = 0.9541
METODO APROXIMADO
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” ∆V =
( R cos φ + X L senφ ) × LI
∆V = (1.5296 ×0.8 + 0.20997
×0.599
) ×35 .98 ×0.050
∆V = 2.42 V VR = 254.03 – 2.42 = 251.61 % Reg =
254 .03 − 251 .62 254 .03
×100 = 0.9526
METODO CHICHARRONERO Tomando en cuenta que e% =
e% =
2 × 3 × L × I V f × Sc
=
V f
=Vn
3
2 LI LI Vn Sc
2 × 3 × 50 × 35.98 440 440 ×13.3
= 1.06
Comparando los 3 métodos: Método exacto
% R = 0.9541 %
Método aproximado
% R = 0.9526
Méto Método do chi chich char arro rone nero ro % R = 1.0 1.06 6%
2◦ Trabajo: ۫
Realizar el levantamiento de las instalaciones eléctricas de su casa, este plano debe mostrar en planta todos los elementos de la I.E. ; En un cuadro de cargas mostrar los tableros de alumbrado, el numero de circuitos, elementos de la I. E. por circ circui uito to con con su carg carga a corr corres espo pond ndie ient nte, e, volt voltaj aje, e, corr corrie ient nte, e, potencia por circuito; tipo y dimensiones de las canalizaciones; condu conducto ctores res,, protec proteccio ciones nes de sobre sobrecor corrie riente nte,, tamañ tamaño o de los conductores de fase, de tierra física por circuito; balanceo de cargas etc.,
UNIDAD III Protección Protección contra sobre sobre corriente corriente. Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Fusibles.- listón o Edison Protección de sobre corriente (termomagnético)
Tiem emp po
Interruptores Automáticos
(magnéticos)
inverso
Disparo instantáneo
Es importa importante nte selecci selecciona onarr adecua adecuadam dament ente e los interr interrupt uptor ores es alterar el valor requerido ya que desprotege la instalación.
y no
T T1 = Tiempo mínimo de fusión
Curvas de Tiempo- Corriente
T1 T1 T2 = Tiempo máximo de I1
I2
I
Amps. Termo magnético(tiempo
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39
“INSTALACIONES ELECTRICAS” T Tiempo de largo
T
T Tiempo de corto
I
Interruptores de disparo fijo, no se pueden ajustar en campo 1.- Selecci Selección ón de las Protecc Proteccion iones es de sobre sobre corrie corriente nte en el primar primario io y secundario de un Transformador. Transformador. (450-3(a)(1)
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40
“INSTALACIONES ELECTRICAS” 13 200 V. 450-3 (a) (1)
I
75 KVA Z=4% 450-3 (a) (1)
220/127 V
M Jaula de Ardilla
M
M
M
Calculo de la protección de sobre corriente en el primario del transformador trifásico a través de un fusible. S = 3V ff In =
S
( 3) V
In=
ff
75 KV
( 3 ) ( 13.2 KV )
= 3.28
Por tabla 450 – 3 (a) (a) (1)
A
I f = 3 × 3.28 = 9.84
Amps.
El fusible adecuado sería de 10 A por 240 – 6 y excepción (1) de 450 – 3 (a) (1). Pero podría ser 6 A. Por 450-3 (a)(1) y tabla 450-3(a)(1) Ajuste máximo de la protección de sobrecorriente . Y Si la protección fuera un interruptor automático entonces por 450 – 3 (a) (1) se calcula: I = 600% In
(Ajuste máximo)
I = 6 x 3.28 = 19.68 A Entonces por 240 – 6 El valor valor sería sería de de 20 A [Excepción 1 450 – 3 (a) (1) ]
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41
“INSTALACIONES ELECTRICAS”
b) Selección de la protección secundaria del transformador transformador La protección se calcula en La corriente en el
=I 125% .I.n...( tabl4a50 − 3( )a (1) 75 = 196.82 secundario es In = = Is 3 × .22
1.25 ×196. 196.82 82 = 246. 246.02 02 A I = 1.2
A
por tabla 450-3(a)(1)
Por 240 – 6 el fusible o interruptor debe ser de 225 A
c) Prote Protección cción de cortocircu cortocircuito ito y falla a tierra tierra para un motor (430 – 52) tabla (430 – 152) Ejemplo: Calcular Calcul ar la protecci protección ón de corto circui circuito to y falla a tierr tierra a mediante mediante un interruptor termo magnético (Automático de tiempo inverso) de un motor de 50 CP 220 Volts trifásico trifásico jaula de ardilla entonces: entonces: La corriente a plena carga de un motor de 50 cp. A 220 Volts es: Ipc= 130 .A..... Tabl4a30 −150
Como la protección protección es un termomagnético, la corriente corriente del interruptor se calcula: I = 250 % Ipc I = 2.5 *130
(Tabla 430 = 325
−152
)
Amps .
Por 240 – 6 El interruptor debe ser: 350 A por excepción 1 de 430 – 52
d ) Protección Protección contra corto corto circuito y falla a tierra tierra de un circuito derivado para un grupo de motores. El valor de la corriente de la protección contra cortocircuito y falla a tierra debe ser ≤ al tamaño de la protección de C. C. Y falla a tierra del dispositivo mayor, más las corrientes a plena carga de los demás motores. (430-62) I= Idis.p mayor+ ∑ Ipc delos elos demas motores
Ejemplo: Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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42
“INSTALACIONES ELECTRICAS” Seleccionar las características del interruptor termo magnético que protege el circuito alimentador del grupo de motores de jaula de ardilla, con las características que se muestran en el diagrama unifilar
M
I pc1( 25CP )
=34 A
I pc 2(100 CP )
=124 A
I pc3( 50CP )
=
I pc 2
= 124
I pc 3
(tabla 430
34 A × 2.5 = 85 A
A × 2.5 = 310 A
=
M
−150 )
=65 A
I = 250 % × I pc pc I pc1
Por Tabla (430
M
65 A × 2.5 = 162.5 A
−152
) 90 A
350 A
por 240-6 Excp. 1
175 A
Por 430 – 62 Protección de un grupo de motores I pt pt
≤ 350 A + 34 A + 65 A = 449 A
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por 240
−6 es
un int erruptor
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de 400 Amps
43
“INSTALACIONES ELECTRICAS”
Protección de sobre corriente para maquinas de soldar
630-12 (a). Protección contra sobrecorriente para maquinas de Soldar. Cada maquina de soldar debe tener protección contra sobrecorriente nominal o ajustable que no sea mayor a 200% de la corriente eléctrica primaria de la máquina de soldar.
630-12 (a)
I primaria
= 80 A
La protección contrasobrecorriente Debe ser ≤ 200% I primaria
Para este ejemplo la protección contra sobrecorriente sobrecorriente es: I ≤2 ×80
≤160
A
Conforme 240 – 6. El interruptor debe ser de: 150 A
Protección de sobrecorriente para Bombas contra incendio (695-3(c) Excepción 1 (a) Corrientes a rotor bloqueado. bloqueado. Tablas 430-151A y 430-151B Ejemplo: Calcular Calcul ar la protec protecció ción n contra contra sobreco sobrecorri rrient ente e de una bomba bomba contra contra incendio que es alimentada en 440 V si la potencia del motor principal es de 100 caballos y cuenta con 2 mototes auxiliares de 5 caballos cada cada uno. uno. Esta Esta protec protecció ción n a base base de interr interrupt uptore oress automá automátic ticos os de tiem tiempo po inve invers rso o (ter (termo mona nagn gnét étic ico) o).C .Con onsi side dera rarr que que los los mo moto tore ress son son diseño B Por 695-3c Excepción (1)(a).- Los dispositivos de sobrecorriente sobrecorriente se deben elegir o programar de modo que soporten indefinidamente la suma de las corrientes eléctricas a rotor bloqueado de todos los motores de las bombas contraincendios y de las bombas auxiliares. Los motores son diseño B. Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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44
“INSTALACIONES ELECTRICAS” I=∑
disp
I
rot .bloq
= 725 + 2(46) = 817
Aabla 430-151B T
100 CP 5CP El interruptor adecuado es 1000 A por 240 – 6
BCD E 725 937 46 61
PROTECCION DE SOBRECORRIENTE DE CAPACITORES 460-8b(2) 460-8b (2) Calcular la protección de sobrecorriente de un capacitor de 100 KVAR en 440 V Solución: I =
100 .44 x1 *1.73
=131
.21 A
por 240-6 el interruptor debe ser de 150 A
IV PROTECCION DE CONTRA SOBRECARGA.430-31 Relevadores de sobrecarga
ajustar
Disp Dispar aro o en
campo Protección de sobre carga puede ajustar en campo
Se pueden
Elementos Elementos bimetálicos bimetálicos (ele (eleme ment ntos os térm térmic icos os))
no se disp dispar aro o
Relevador de Sobrecarga de 2.6 a 9.8 ABimetalico 7.0 9.8 2.6
Tornillo de bimetalico Características de Bimetalico
Catalogo MCA
2.6-9.8 A Todos los Todos los motores mayores Nota: (7.0protecciones A) Disparo de sobre carga. 430-32
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de 1 HP deben tener las
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45
“INSTALACIONES ELECTRICAS” Si hay dudas sobre motores buscar 430 – 1 y relacionar figura (430 – 1) Servicio continuo en definiciones (Articulo100) Servicio para tiempo corto Factor de servicio (F. S.).- es la sobrecarga sobrecarga a la que puede trabajar trabajar un motor. Ejemplo: Seleccionar Seleccionar la protecci protección ón de sobrecarga sobrecarga por medio medio de un relevador relevador separado para un motor trifásico de 50 C. P. 220 Volts. El factor de servicio es de 1.25 Protección sobre carga ≤ Ipc ×125% (430-32(a)(1))
Si el F. S. (factor de servicio) es de 1.25 y de servicio continuo. La protección de sobre carga se calcula: I=sc( 125 ) (
150) ∴
)Ip..c......430 − 32(3)(1) = ( 1 .2 Is5c) ( 130 ) = 162.5
y como la Ipc = 130 A........(tabla 430 430 – A
Si la protección fuera por relevador de sobre carga. El elemento es DD 185 con rango 157 – 166 A Para elemento bimetálico es AF – 159 con rango 150 – 163 A Investigar en que consiste el método de Alumbrado de “LUMEN” y aplicarlo un ejemplo particular para entregar en 15 días a partir de hoy es decir para el 20 de Junio /2007.
UNIDAD V Puesta a tierra (250) Tipos de Fallas: Falla a tierra Una fase a tierra ( falla monofasica ) a
∴
b
a-T, b-T, c-T
c
Dos Fases A Tierra (falla bifásica a tierra )
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” a ∴
b
ab-T , bc-T, ca-T
c Representación Representación del Conductor Puesto a Tierra ( Neutro.)
Gabinete Metalico
b
a
N c
Puente de union
R>>>>
Objetivo de conexión a tierra: ¿Porqué poner a tierra? 1. Operación Operación corr correcta ecta de de las proteccio protecciones nes 2. Protección Protección de persona personas, s, equipos equipos e inmuebles inmuebles 3. eli elimin minaci ación ón de cargas cargas estát estática icass 4. conducir la corriente de falla a tierra (con una impedancia baja)
¿Cuáles son los tipos de conductores de puesta a tierra.? (25091 (b) conductor de puesta puesta a tierra o tierra física (cable, tubo, placa metálica, etc) b) Tubo conduit (pesado, semi pesado, ligero, metálico flexible etc.,) c) Armad Armadur ura a de un un cable cable tipo tipo AC AC d) Blindaje de cobre de un cable con blindaje metálico y aislamiento mineral a)
a.1) trayectoria efectiva de puesta a tierra (250 – 51) a. 2) Tamaño del conductor de puesta a tierra (tierra física) (250 – 95 y tabla 250 – 95) Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” De que calibre serían los conductores de puesta a tierra con las protecciones señaladas 13 200
75 KVA
200 T.F. (6 AWG )
70 T.F. (8 AWG )
150 T.F. (6 AWG ) 220/127 V
M M
M
30 T.F. (10 AWG )
M
Nota: Por el conductor de tierra física nunca debe circular corriente en condiciones normales.
Diferencia entre: a) conductor conductor de puest puesta a a tierra tierra (tierra (tierra física) física) b) conductor conductor puesto puesto a tierra tierra (neutr (neutro) o) Neutro
vs.
1.- circulan las corrientes de desbalanceo del sistema en condiciones normales.
En Sistema 3F – 4H corriente en el neutro corriente en el conduzca
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Tierra física 1.- Circula solamente corriente. en condiciones de falla
Si hay debalanceo va a circular Si esta balanceado no va a circular neutro (ejemplo un motor trifásico pero ideal que por las 3 F la misma corriente)
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Neutro vs. Tierra física Color blanco o gris natural (200-6) Verde continuo o verde con una o más franjas amarillas desnudo [210 – 5(b) ]
c
Fase a
a
Medidor Neutro
b Puente de unión 250-94 tabla
250-79 (d) 1100 Kcm- cobre 1750 Kcm- Aluminio
N
Interruptor Principal
T.F.
Conductor del Electrodo a Tierra 250-94 Tabla
Tierra Fisica
250-95 Tabla
¿Dónde se coloca el puente de unión? En la base de medición o en la entrada de acometida (interruptor principal)
Neutro N
Tierra Fisica
Electrodo o Varilla de Tierra
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Ejercicio ¿Cuál sería la sección transversal (mm2) del puente de unión y del conductor del electrodo a tierra para un conductor calibre 2000 Kcm de entrada de acometida? Solución: La sección transversal transversal del 2000 Kcm = 1010 1010 mm2 (tabla 310 – 16) Por 250 – 79 (d) 12.5% (1010) = 126.25 mm2 Para 126.25 mm2 corresponde un calibre 250 Kcm con 127 mm2 Por Tabla 310 – 16 para un calibre calibre 250 Kcm corresponde corresponde 127 mm2 Por 250 – 79 (d) para 127mm2 corresponde un calibre 250 Kcm – 127 mm Tipos o sistemas De Electrodos de tierra ( 250 – 81 )
a) tubería metálica subterránea b) estructura metálica c) electrodo empotrado en concreto d) anillo de tierra
Estructura Metálica Varilla dentro con una Varilla o Electrodo E Empotrado en concreto Puente de union
Tubería metálica subterránea
250-82 2
Anillo de Tierra
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” VI Canalizaciones y soportes Art. 100 definiciones Tubos
Canalización
Ductos Soportes = charolas (318) Soporte tipo escalera escalera o charola para para cable para la norma norma es un soporte para cable.
Charola para cable tipo escalera
“Tarea hacer una tabla de los artículos leídos que se llamara - usos permitidos - usos no permitidos” Importante para tomar juicio Clase I.- líquidos y gases inflamables.Gasolineras, estaciones de gas, etc. lugares peligrosos
331 332 Tubos conduit → 346 347 348 349 350
Clase II Polvos inflamables Clase III .- pelusas
Usos permitidos 345 → Usos no permitidos
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” 351 “Número máximo de conductores en un tubo (331 – 6)” → Tabla 10 – 1
331.- Tubo ( conduit) no metálico
Usos permitido - (331 – 3) usos no no permitido (331 – 4)
Tabla 10 – 1 Factores Factores de relleno en tubo ( conduit) conduit) (Cáp. 10) Tabla 10-1
a) 53 % 1 conductor de 2 conductores
a) b) c)
b)
c)
31 % 2 conductores
40 %
Más
sección transversal del conductor incluido el aislamiento ≤ 53 % sección transversal total disponible del tubo. ∑ sección de los 2 conductores incluido su aislamiento ≤ 31%. ecci ció ón transv ansver ersa sall de los los co con nduct ducto ore ress incl inclu uido idos sus ∑ sec aislamientos ≤ 40 %.
“Selección del del diámetro diámetro de tuberías” Ejemplo. Seleccionar el diámetro del tubo conduit de servicio pesado que alojara los siguientes circuitos: 1 circuito de fuerza 3 F – TF; TF; 1/0 - 6 AWG Aislamiento tipo THHW – Desnudo (para la tierra física) 1 circuito de alumbrado N – 2 F – TF; 10, 10, 12 Aislamiento THW – LS Solución: Circuitos 1
No. Conduc/Cali bre 3F – 1/0
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Aislamiento THHW
Sección transversal mm2 143
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Sección trans. Total mm2 429 = (143 52
“INSTALACIONES ELECTRICAS” 1
TF – 6 N – 10 2 F - 10 TF – 12
Desnudo THW – LS THW – LS THW – LS
x 3) 13.3 15.7 31.4 11.7 ∑ 501.1 mm2 = 5.011 cm2 En tabla (10 – 4)
13.3 15.7 15.7 11.7
La designación adecuada es de: 41 (1 1/2) porque 501.1 < 526 mm2
(Tabla 10-4) Ejemplo circuitos 1C. alumbrado 1 F – N – TF 3C. de fuerza 3 F – T. F.,
8 – 6 – 10 – RHW – desnudo 2 – 8 – RHW – 2
Circuitos
Calibre
Aislamiento
1 1 1 3 3
1–8 1–6 1 – 10 3F–2 1 TF – 8
RHW RHW Desnudo RHW – 2 RHW – 2
Sección transversal mm2 53.9 67.2 5.26 113.00 53.90
La designación designación correcta es de 78 78 (3) porque 1305.06
≤
Sección transversal total 53.90 67.20 5.26 1017.00 161.7 1305.06 mm2 = 13.05 cm2 1904. mm2
“Ductos metálicos y no metálicos” (362) (362 – 5); número de conductores en un ducto.- No más de 30 conductores de fase. La suma suma de las las secc seccio ione ness tran transv sver ersa sale less de todo todoss los los co cond nduc ucto tore ress incluidos sus aislamientos no debe ser mayor de 20% de la sección transversal disponible del ducto.
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“INSTALACIONES ELECTRICAS”
Área ocupada por los conductores≤ 20% Ductos comerciales en México ocupar Estos son los cm2 Ductos comerciales
Área total 5cm x 5cm
20 % del área a
= 25 25 cm2
10cm x 10cm = 100 cm2 15cm x 15cm = 225 cm2
5 20 cm2 45 cm2
Ejemplo: Ejemplo: Seleccionar el ducto cuadrado cuadrado adecuado adecuado para alojar los siguientes circuitos: 1 circuito de fuerza 3 F – TF; TF; 1/0 - 6 AWG Aislamiento tipo THHW – Desnudo (para la tierra física) 1 circuito de alumbrado N – 2 F – TF; 10, 10, 12 Aislamiento THW – LS
Solución: Circuitos
No. Conduc/Cali bre
Aislamiento
1
3F – 1/0
THHW
1
TF – 6 N – 10 2 F - 10 TF – 12
Desnudo THW – LS THW – LS THW – LS
Tabla 10-5 Sección transversal mm2 143 13.3 15.7 15.7 11.7
Sección trans. Total mm2 429 = (143 x 3) 13.3 15.7 31.4 11.7 ∑ 501.1 mm2 = 5.011 cm2
El ducto adecuado es de 10 x 10 cm. porque el 20% de 100 cm2 es 20 cm2. Y 20 cm2 es mayor que 5.01 cm2. cm2. Soportes tipo charola para cables 318 Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Escalera malla
fondo sólido
318 – 3 Usos permitidos
318 – 3 (b)(1) → 318 – 3(12) 318 – 8 (e)
A = Ancho
ED
D
CONDUCTORES CALIBRES 4 AL 4/0
318-10 a)4
Ejemplo: Determinar el ancho de charola tipo escalera para soportar los siguientes circuitos de cables monoconductores calibres 4 al 4/0 conforme 318-10 a)4). 2 circuitos de fuerza fuerza 3F – TF 3/0 – 4 THHW THHW - LS y desnudo desnudo 2 circuitos de fuerza 3F – TF 4/0 – 2 THW – LS 3 circuitos de alumbrado alumbrado 2F – N-TF 10 – 12 -12 THW – LS (estos circuitos no se consideran, porque solo se acepta calibres de 4 en adelante) Referencia.: 318-3 b)1) Circuitos
Num. Tipo de Conductores/c Aislamiento alibre
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∅
aproximado en (mm) Tabla 10-5
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total en (mm) ∅
55
“INSTALACIONES ELECTRICAS” (2 x 3 F) = (2 x 1TF) = (2 x 3F) = (2 x 1TF) =
6 – 3/0 2–4 6 - 4/0 2–2
THHW – LS Desnudo THW –LS THW –LS
16 5.19 17.5 10.5
96 10.38 105 21 232.38 mm = 23.24 cm
Calculo del diámetro aproximado para el calculo de conductores 4 AWG A =
d2
π
4
d =
21.2 mm2 (tamaño nominal en mm2 ) A ×4
(21.5)(4)
π
π
=
=
5.18 mm
5.19
Conforme tabla 318 – 10 el ancho de la charola debe ser de 30 cm. Porque 30 > 23.23 cm 318-10 a)4).
- 318 – 10(a)(1)
∑
∅≤
1000 kcm o mayores Ancho de la charola
Ejemplo: Determinar el ancho de charola tipo escalera para soportar los siguientes cables monoconductores: 5 cables monoconductores 1000 kcm THHW – LS 5 cables monoconductores 1250 kcm THHW-LS Solución : Por 318-10 a) 1)
Cables
Calibre KCM
Aislamiento
5 5
1000 1250
THHW – LS THHW – LS
(mm) tabla 10-5 34.8 39.1 ∅
total (mm) 174.0 195.5 369.5 mm ∅
La charola debe ser de 45 cm porque 45 cm > 36.95 cm (tabla 318 – 10) - 318. – 10(a)(2) 250 - 1000 kcm La suma de las secciones transversales de todos los cables, incluidos los aislamientos debe ser menor o igual que lo que señala la columna 1 de la tabla 318-10 Ejemplo: Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Determinar el ancho de charola tipo escalera para soportar los siguientes circuitos con cables monoconductores: 3 circuitos de fuerza 3F ; 250 THHW-LS; 3 circuitos de fuerza 3F ; 750 THHN THHN 3 circuitos de fuerza 3F ; 1000 THWN Circuitos
3
Fuerza
3
Fuerza
3
Fuerza
Numero Tipo de Sección Cond./cali Aislamient transvers bre o al mm2 tabla 10-5 3 F – 250 THHW – 297 kcm LS 3 F – 750 THHN 677 kcm 3FTHWN 870 1000 kcm
Sección transvers al total 2673 6093 7830
16596 mm2 = 165.96 cm2 El ancho de la charola debe ser de 60 cm. Porque 168 cm2> 165.96 cm2 (tabla 318–10)
318 – 10 (a)(3) cables 1000 kcm y mayores con cables menores de 1000 kcm [Área de cables < 1000 kcm ≤ columna 2 (tabla 318 – 10) ] Ejemplo: Seleccionar la charola tipo escalera adecuada para soportar los siguientes cables monoconductores monoconductores - 2 alimentadores 3 F – N; 1000 kcm THHW - LS - 3 circuitos fuerza 3 F – TF; 500 kcm; 4/0 THHN – desnudo - 1 alim alimen enta tado dorr 3 F . N; 1500 1500 kcm kcm TH THW W – LS a. Sd (suma (suma de diámet diámetro ros) s)
∑
∅
cables 1000 y mayores
∅
8 cables 4 cables
1000 kcm 1500 kcm
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THHW – LS THW –LS
unitario(mm ) Tabla 10-5 34.8 42.2
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∅
total
278.4 168.8 447.2 mm = 57
“INSTALACIONES ELECTRICAS” 44.72 cm 2.8 Sd = 2.8 x 44.72 = 125.216 cm Suma de áreas o secciones secciones transversales transversales menores de 1000 kcm son: son: Aislamiento 9 cables 3 cables
500 kcm 4/0
THHN Desnudo
Áreas aprox. Área total (mm2) Tabla 10-5 456 4104 107 321 4425 mm2 = 44.25 cm2 R 2 − (2.8 Sd )
2.8 sd sd = 2.8 * 44 .72 = 125 .21 Columna 2 75 cm - - - - - 210 - 125.21 = 84.7
84.7 > 44.26 318-10 a3 Por lo tanto la charola adecuada es de 75 cm. SOPORTES PARA CABLES MULTICONDUCTORES MULTICONDUCTORES 318-9 a(2) Para cables multiconductores calibres menores del 4/0 awg la suma de las secciones transversales no debe superar lo indicado en la columna 1 de la tabla 318-9 Seleccionar la charola adecuada tipo malla para soportar los siguientes cables multiconductores: 5 cables multiconductores con 3 conductores del calibre 3/0 con un diámetro de 32 mm. 2 cables multiconductores con 3 conductores del calibre 1/0 con un diámetro de 26 mm. 3 cables multiconductores con 3 conductores del calibre 4 con un diámetro de 22 mm. Calculo de las secciones transversales de los cables: A =
A =
π
* D 2 4
π
* D 2 4
=
=
π
* 32 2 4
π
* 26 2 4
= 804 804 .24mm
2
= 530 530 .92mm
2
A =
π
* D 2 4
=
π
* 22 2 4
= 380 380 .13 mm
2
La suma de las secciones es 5( 804.24) +2( 530.92) + 3(380.13) = 6223.43 mm 2 = 62.23 cm 2
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” 2 Conforme a la tabla 318-9 318-9 en la columna 1 encontramos un valor de 68 cm mayor que 62.23 para un ancho de charola de 21 Cm.
Por lo tanto la charola adecuada es de 21 Cm. De ancho, porque 62,23 Cm²<68 Cm² 318-9 a(3) a(3) Si en el mismo soporte se instalan cables multiconductores del 4/0 o mayores con cables multiconductores menores menores del 4/0; La suma de las secciones transversales de los conductores menores del 4/0 no debe superar lo señalado en la columna 2 de tabla 318-9 para el correspondiente ancho de la charola.
Ejemplo: Seleccionar la charola tipo escalera adecuada para soportar los siguientes cables multiconductores - 5 alimentadores 3 F – N; 4/0 awg con un diametro de 40 mm - 5 circuitos fuerza 3 F – TF; 500 kcm; con un diametro de 65 mm - 5 alimentadores3 F . N; 2 awg con un diametro de 24 mm Calculando la seccion seccion transversal transversal de los cables multiconductores multiconductores menores del 4/0 en este caso el calibre 2 AWG A =
cm
π
* D 2 4
=
π
* 24 2 4
2
452 .38mm = 4.52cm = 452
2
el area total es de d e 5x 4.52 = 22.6
2
Calculando la suma de diámetros SD= 40(5) + 65(5)= 525 mm Ahora bien : 3SD= 3 x 525 = 1575 mm = 157.5 cm
Para una charola de 60 Cm. La columna 2 de la tabla 318-9 resulta ser: 180- 3SD = 180-157.5 = 22.5 Para este valor 22.6> 22.5 por lo tanto esta charola no es la adecuada. Para una charola de 75 Cm. La columna 2 de la tabla 318-9 resulta ser: 225- 3SD = 225-157.5 = 67.5 Para este valor 22.6< 67.5 por lo tanto esta esta charola adecuada o correcta correcta es la de 75 Cm.
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“INSTALACIONES ELECTRICAS”
UNIDAD VII.- Subestaciones Subestaciones
Definición Conjunto de elementos que transfieren energía de un circuito a otro con modificación o no en el voltaje, corriente sin variar la frecuencia. Sus elementos: estructuras, interruptores, transformador (es), cuchillas, barras, tableros, sistema de tierra, apartarrayos, etc. Las subestaciones.- por su operación se clasifican en: - elevadoras - reductoras - switcheo Las subestaciones pueden ser: Potencia o Transmisión Transmisión (400 KV y 230 KV) KV) Subtransmision ( 115 y 85 KV) Distribución (33, 23 y 13,8 KV) Esta clasificacion esta en funcion de los voltajes de operación Tipos de Subestaciones por su construcción
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” - tipo subestación abierta - Tipo Compacta.
La energía la transfieren mediante el transformador. transformador. Transformador Vp = Voltaje Primario
Vs = Voltaje de salida
D eva na doP rim im ario io
D evana doS oS ecund ario io
Secu ecundar ndario io:: Es el circ circu uito ito dond dondee entr entreg egaa la ener energí gíaa el transformador a la carga
Primario: Es por donde recibe la alimentación
El transformador puede ser elevador o reductor según sea la fuente de alimentación.
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” La magnitud de esa relación se define por la relación de transformación transformación y se expresa mediante la siguiente expresión: a=
V 1 V 2
=
N 1 N 2
=
I 2 I 1
donde: a = Relacion de transformación V1 = Voltaje primario Volts V2 = Voltaje secundario Volts. N1 = Numero de espiras en el primario N2 = Numero de espiras en el secundario I2 = Corriente en el secundario en Amp. I1 = Corriente en el primario en Amps. Definición: Transfiere energía de un circuito a otro mediante una conexión magnética ( Φ ). No tiene conexión eléctrica. El transformador tiene perdidas magnéticas y eléctricas (por el fierro o acero del núcleo y por el cobre) Devanado. Primario.- se hace de cobre Devanado. Secundario.- se hace de aluminio o cobre La conexión de los devanados es a través del núcleo (Acero al silicio) Los transformadores por su tipo se clasifican en: - tipo poste - tipo (bóveda) sumergible - tipo pedestal Clasificación de transformadores transformadores por el número de fases fases o piernas.: - Monofásicos - Bifásicos - Trifásicos
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13.2 / 400 KV 400 / 115 KV “INSTALACIONES ELECTRICAS” Transmite a altos
13.2 V
voltajes
Planta generadora S.E.
S.E.
(Su (Subest bestac ació ión n Elev Elevad ador ora) a)
(Sub (Subes esta taci ció ón Reduc Reducto tora ra))
115 / 13.2 KV S.E. (Subestación Reductora)
13.2 / .22-.127 KV
S.E. (Subestación Reductora)
Por su conexión: Delta / Estrella salidamente aterrizada
Las capacidades más comunes normalizadas en transformadores transformadores son:
Monofásicos
5 10 15 25 37.5 50 75 100
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KVA
Trifásicos
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15 30 45 75 112.5 150 225 300 500 750 1000
KVA
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” ¿Cómo se seleccionar la capacidad de un transformador? transformador? 1. Conocer las necesidades de las cargas por abastecer.
Lista de necesidades a) Alumbrado y Receptáculos 600 lamp de 2 x 75 w x 1.25 = 112 500 W 400 lamp de 2 x 38 w x 1.25 = 38000 watts 150 Receptáculos de 180 VA = 27 000 watts 177 500 watts 177.5 Kw b) fuerza
20 motores de 5 C. P. = 74.6 10 motores de 7.5 C. P. = 55.95
( 430 – 150)
30 motores de 10 C. P. = 223.80 10 motores de 50 C. P. = 373.00 727. 35 + 177.50
04.85 KW carga instalada ¿Como se calcula la capacidad de un transformador? transformador? KVA
= C . I .
F . D. F .Div . × F . P .
9
× F .C .
C. I. = carga instalada en KW F. D. = factor de demanda ≤ 1
0.7
F . D. =
Demanda C arg a
Maxima
Instalada
F. Div. = factor de diversidad ≥ 1 =1.02 F. P. = Factor de potencia ≤ 1 = cos de θ = 0.9 F. C. = Factor de crecimiento = 25% F .Div : =
anda máxim áxima a individu individual al ∑ Dmi ( demanda
)
Dms(Dem Demanda anda máxima áxima del del sistema sistema)
S is te m a 13 0
30
50
80
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” . FD : i=v
30 +50 +80 = 1.23 130
KW
Solucion:
= 904 .85 0.7 ×1.25 = 862 .46 KVA 1.02 × 0.9 La capacidad seleccionada debe ser de 1000 KVA. KVA
Categoría A (Distribución) 13.8 KV 23.0 KV 34.5 KV Tabla 4
Niveles de aislamiento
Categoría B (Subtransmisión) 115 KV 230 KV Tabla 5
Categoría C (Transmisión) 400 KV Tabla 6
Tensiones Nominales 4.4 KV(1) 6.4 KV(1) 13.8 KV (2) 23.0 KV (2) 34.5 KV (2) 52.0 KV (3)
Tensiones Nominales 69 KV(1) 115 KV(1) 138 KV(2) 161 KV(2) 230 KV(1)
Tensiones Nominales 400 KV(1) 765 KV(2)
NBAI = NBI = BIL = Nivel Básico de aislamiento al impulso por rayo (categoría A y B). NBS=NBM= Nivel Básico de aislamiento al impulso por maniobra (categoría C). Curva de daño de un transformador debida al aislamiento
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” KV
KV1
*BIL del Transformador
Vd
Curva de Daño Curva de operación de Apartarrayo T1 Tf Tc
TF = Tiempo de frente de onda (KV) TC = Tiempo de cola (KV) T F
Tc
= 1.2
50 µ seg onda
normalizada del rayo.
Vd = Tensión de descarga * Se refiere al voltaje ( impulso ) que puede recibir o al que e esta diseñado el transformador en caso de que haya un esfuerzo o sobrevoltaje. Características de apartarrayos Estación (tabla 7) → para subestación subestación
Intermedio (tabla 8) → Para proteger ciertos equipos de cierto valor y su diferencia es la robustez.
Tipos de apartarrayos
Distribución (tabla 9) → para transformadores tipo postes .
¿Cómo se selecciona un apartarrayo? Selección del Voltaje Nominal: Vd = Tensión de descarga (KV) VN = Tensión de nominal del apartarrayos a partarrayos (KV) Vn =KV Max Dise.ño
K = constante Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” K = 0.8 si el sistema donde se conecta el apartarrayos es multiaterrizado (predominante en México) K = 1.0 si no esta aterrizado o aislado. V Max D. iseño = Tensión máxima de diseño según la categoría del aislamiento (A, B o C) Ejemplo: ¿Cuál es la VN de un apartarrayos clase intermedio. para proteger un TR-750KVA 34.5KV en un sistema multiaterrizado (3F-4H)? KV(Tabla Niveles de Aislamiento Normalizados para equipos de la categoría A). Considerar los apartarrayos apartarrayos para: 30 y 36 KV. KV. V Max .
=38.0
V N
=38(0.8 = (0.8) )
Para: 30 KV …….. Vd = 94-105 KV.
30.4
(tabla 8)
Para: 36 KV …….. Vd = 111-125 KV . Para: 30 KV …….. S = 250 KV. Para: 36 KV ……..
S= 300 KV
Índice de elevación de tensión (pendiente) = s Para conocer la distancia máxima a la que debe instalar el apartarrayos del transformador se utiliza la siguiente expresión:
X
=
V D 300 [ V X −
]
2 s
---------------------(mts)
V X
=0.8 NBAI
X = Distancia en metros. del apartarrayos al equipo por proteger Vx=
0.8 * 150= 120 Kv
La distancias máximas a instalar los apartarrayos para garantizar un margen de proteccion del 20 % son: Para el de 30 KV X
300 (120
=
−105 )
2 * 250
Para el de 36 KV = 9Mts .
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X
300 (120
=
−111 )
2 * 300
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= 4.5Mts .
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“INSTALACIONES ELECTRICAS”
X = Distancia del equipo a Tierra
El margen de de protección debe ser ≥ al 20% 20% MP
NB NBAI − V D
=
×
V D
100
V D
TR-750 KVA NBAI = 150
por tabla 4 considerando la nota 5)
El margen de protección para 30 KV es: 150 − 105
=
MP
×
105
= 100
42.85 .85%
Para 36 KV MP =
150 150 −111 111 111 111
*100 100 = 35.13%
ID = corriente de descarga del apartarrayos (KA) I D =K 2
NBAI Z 0
ID = Corriente de descarga descarga del apartarrayos en KA Z 0 =
Impedancia característica de la línea Z 0
=
L
C
L = Inductancia de la línea (Hy Henry) C = Capacitancía de la línea (Fd Farday) Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Depende en el diseño a la distancia que se suponga que cae la descarga k =
Valores de K D ( metros ) 700 1600 3200
Factor K 3 2
1
Ejemplo: Si se tiene una Z 0 = 200 Ohms y considerando una D
=( I1)2
150 =
200
1.5
k = 1
KA
La corriente de descarga del apartarrayos seria de 5KA En resumen las caracteristicas de los apartarrayos serian: Vn S Vd Id MP X Vr
30 KV 250 KV 94-105 KV 5 KA 42.55 % 9 mts. 70-90 KV
36 KV 300 KV 111-125 KV 5 KA 35.13 % 4.5 mts. 88-116 KV
Seleccionar Seleccionar las caracterís características ticas de los apartarray apartarrayos os clase estacion estacion,, en 115 115 y 34.5 34.5 de un tran transf sfor orma mad dor de 12. 12.5 MVA MVA, si el siste istem ma es multiaterrizado y la impedancia característica de la línea son: 250 Ω y 180 Ω respectivamente. Calcular los márgenes de protección y las distancias máximas a la que debe instalarse el apartarrayos para cubrir el 20% de MP (margen de protección); considere que el rayo cae a una distancia de 1500 mts. Hacia cada lado de las líneas.
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” Zc = 250 Ω
Zc = 180 Ω
34.5
115 KV V
kv
12.5 MVA
VN = Voltaje nominal apartarrayos
Características del Apartarrayos Apartarrayos en 115 V. Si es clase estación nos vamos a la tabla 5 Vn =KV Max Di Dise.ño Vn
= (0.8 = (0.8)) (12 3)
KV 98.4
Para este encontramos apartarrayo tipo
450.0
96 y 108 KV Vd para 96 KV = 288 - 304 304 KV
Estación de NBAI =BIL=
tabla 7
Vd para 108 KV = 315 - 340 KV
tabla 7
Margen de Protección para apartarrayo apartarrayo de 96 96 KV MP
NB NBAI − V D
=
×
=
V D
100
450 − 288 = 100 56.25% 288
×
Margen de Protección para apartarrayo apartarrayo de 108 108 KV MP
NB NBAI − V D
=
×
V D
=
100
450 − 315 = 100 42.8% 315
×
La corriente corriente de descarga se se calcula con la siguiente expresión: K=2 Porque d = 1500 Mts. Ing. Victorino Turrubiates Guillén
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“INSTALACIONES ELECTRICAS” I6 D 9
=2
NBAI K = 2(2)= Z c
450 7≅ .2 KA 10 KA 250
Calculo de la distancia X :
96
V X
108
=
−[ 288 300 [ V X − V ]300 360 X= D = 2 s 2(800)
=0.8 NBAI=
=
]
mts
13.5
= 0.8(4 50) 360 KV
300 [ V X −V D ] 300 3[60− 315 X = = 2 s 2(900)
]
7.5 7.5
mts
S también se puede calcular por la siguiente siguiente formula: S
100 V 12
=
N
----------------(KV)
Resumiendo las características de los apartarrayos son: Vn S Vd Id MP X Vr
96 KV 800 KV 288-304 KV 10 KA 56.25 % 13.5 mts. 213-280 KV
Ing. Victorino Turrubiates Guillén
108 KV 900 KV 315-340 KV 10 KA 42.8 % 7.5 mts. 240-316 KV
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