TécnicosEl dimensionamiento de los cables eléctricos es un paso crucial para garantizar la seguridad y el rendimiento de una instalación eléctrica. Una selección incorrecta del cable puede provocar un calentamiento excesivo, pérdidas de energía o una degradación prematura de la red.
Para la determinación de la sección transversal de los conductores activos, se deben tener en cuenta varios factores:
- Verificación de la corriente de ampacidad en estado estacionario
- Caída de tensión
- Verificación de la resistencia al estrés térmico
La corriente de diseño
En el caso más común en que el cable esté protegido por un dispositivo de protección contra sobrecarga, se deben cumplir las siguientes condiciones
- la ampacidad del cable (Iz) es mayor que la corriente nominal (In) o la corriente de ajuste (Ir) de la protección
- la corriente de disparo de protección convencional (I2) es inferior a (1,45 x Iz)
Esto se traduce en la protección del disyuntor por: Iz ≥ Iny para la protección de fusibles gG/gM mediante:
- si In ≤ 4 A entonces Iz ≥ 1.45 x In
- si 4A < en < 16 A, entonces Iz ≥ 1,31 x In
- si In ≥ 16 A entonces Iz ≥ 1.10 x In
Determinación de la ampacidad en estado estacionario
Entre las características intrínsecas de un cable o conductor, la que permite calcular su ampacidad es la temperatura máxima del núcleo en estado estacionario.
Debido a su impedancia, el calor que se produce por el efecto Joule en los núcleos conductores, cuando son atravesados por una corriente, pasa a través de las diversas capas exteriores aislantes por conducción y finalmente es evacuado por el medio fuera del cable, ya sea por convección o por conducción.
Cuando las pérdidas de calor producidas son iguales a las pérdidas de calor disipadas en el ambiente ambiente, se establece un estado de equilibrio caracterizado por una temperatura central en estado estacionario. Esto no debe exceder el aguante máximo a la temperatura establecida por el aislamiento para garantizar que el cable tenga una vida útil óptima.
La corriente de estado estacionario máxima permitida es el valor de la corriente que hace que la banda del conductor se caliente hasta el valor máximo permitido para un entorno del cable definido.
La serie de normas IEC 60287 especifica los métodos de cálculo que permiten predeterminar las corrientes permitidas de los conductores de acuerdo con su entorno. Sin embargo, la complejidad de esta serie de normas hace que sea poco práctico para el diseñador, que puede necesitar dimensionar una gran cantidad de cables al estudiar una instalación eléctrica de BT.
Afortunadamente, los normalizadores han introducido en las normas relativas a las instalaciones de BT (IEC 60364-5-52 o los equivalentes nacionales) métodos de instalación típicos que facilitan la determinación de las intensidades admisibles a partir de los siguientes elementos, que se detallarán en los siguientes párrafos:
- El tipo de cable o conductor
- El método de instalación
- El método de instalación de referencia
- Factores de corrección relacionados con el método de instalación
- La tasa de armónicos que circulan por el neutro
Tipos de cables y conductores
Naturaleza del alma de los conductores
La resistividad, es decir, la resistencia de un conductor, depende de la naturaleza del núcleo. En la práctica, los siguientes materiales se consideran en la estandarización:
- Cobre recocido, desnudo o recubierto por una capa metálica
- Aluminio o aleación de aluminio
Los núcleos pueden ser macizos o hilados. La norma IEC 60228 especifica los límites de construcción y las características de resistencia.
En la práctica, los valores de resistividad a 20 °C (ρ0) utilizados en los cálculos son los siguientes:
| Cobre | Aluminio | |
| ρ0 en mΩ.mm2/m | 18,51 | 29,41 |
Las resistividades a otras temperaturas vienen dadas por la siguiente fórmula:
Naturaleza del aislamiento del conductor
La naturaleza del aislamiento del conductor determinará la temperatura máxima del alma en estado estacionario. Las dos principales familias de aislamientos utilizadas en la práctica son las siguientes:
- Termoplásticos (PVC) con una temperatura central máxima en estado estacionario de 70 °C.
- Termoestables (caucho, XLPE o EPR) con una temperatura central máxima en estado estacionario de 90 °C.
Cables conductores unipolares, multipolares y aislados
Dado que la ampacidad depende de un equilibrio térmico entre el núcleo de los conductores y su entorno, no hace falta decir que el tipo de construcción del cable influirá en su cálculo.
Por lo tanto, es necesario especificar el tipo de cable utilizado:
Conductor aislado: consta de un núcleo, una envolvente aislante y las pantallas eventuales. No se puede utilizar como conductor activo sin una protección mecánica adicional (conducto, bandeja, moldura, etc.).
Cable: un conjunto que consta de uno o más conductores aislados, cualquier recubrimiento individual de los mismos, cualquier protección del conjunto y cualquier recubrimiento o revestimiento protector. Se puede utilizar sin protección mecánica adicional. Se puede distinguir entre:
- Cables multipolares: compuestos por varios conductores aislados
- Cables unipolares: formados por un único conductor aislado. En este caso, se debe especificar si los cables del mismo circuito están tendidos en trébol o en línea.
Número de conductores cargados
Métodos de instalación y métodos de referencia
En este párrafo, se hace referencia a IEC 60364-5-52. Las variaciones nacionales pueden ser ligeramente diferentes, pero el principio de determinación de la intensidad permisible es el mismo.
En el Anexo A de esta norma (Tabla A.52.3) se presentan unos cincuenta métodos de instalación normalizados numerados entre el 1 y el 73. Estos métodos de instalación se refieren a métodos de instalación de referencia (o métodos de referencia) para los que la ampacidad se ha determinado mediante ensayo o cálculo: A1, A2, B1, B2, C, D1, D2, E, F y G.
Extracto de la tabla de métodos de instalación y método de instalación de referencia (A.52.3 de IEC 60364-5-52):
Sobre la base de los métodos de referencia, la norma IEC 60364-5-52 presenta tablas de ampacidad según la sección transversal de los conductores. Se tienen en cuenta otros parámetros, como la naturaleza del aislamiento, la naturaleza de los conductores, el número de conductores cargados.
A modo de ejemplo, la siguiente tabla (B.52.4 de IEC 60364-5-52) indica las corrientes permitidas de amperaje para cables con aislamiento de PVC, tres conductores cargados, cobre o aluminio: temperatura central: 70 °C, temperatura ambiente: 30 °C en el aire, 20 °C en el suelo:
Factores de corrección
Los valores de ampacidad de la tabla anterior son válidos para un solo cable en condiciones dadas de temperatura del aire o del suelo. En lo que respecta al equilibrio térmico, es obvio que el valor real de la corriente permitida se verá afectado si varios cables están cerca unas de otras y si las condiciones de temperatura son diferentes.
Por lo tanto, es necesario aplicar coeficientes de corrección a los valores de las tablas de la norma para tener en cuenta estos factores.
Temperatura del aire
Para los cables tendidos al aire libre (todos los métodos de referencia excepto D1 y D2), el factor de corrección que debe aplicarse a los valores de las corrientes de ampacidad para temperaturas ambiente distintas de 30 °C es el siguiente (B.52.14 de IEC 60364-5-52):
Temperatura y resistividad del suelo
Para cables enterrados (métodos de referencia D1 y D2), el factor de corrección que debe aplicarse a los valores de corriente admisibles para temperaturas del suelo distintas de 20 °C es el siguiente (B.52.15 de IEC 60364-5-5-52):
En el caso de los cables enterrados, la disipación de calor también depende de la resistividad térmica del suelo. El factor de corrección a aplicar a los valores de corriente admisibles para suelos con una resistividad térmica distinta de 2,5 K.m/W es el siguiente (B.52.16 de IEC 60364-5-52):
Agrupación de cables
La ampacidad dada en las tablas de la norma es aplicable a circuitos simples.
Si se instalan más conductores o cables en el mismo agrupamiento, se deben aplicar factores de corrección, que dependen del método de referencia. A modo de ejemplo, la siguiente tabla (B.52.21 de IEC 60364-5-52) proporciona el factor de corrección para el método de referencia F (cables unipolares en bandejas perforadas o escaleras de cables). Se observará que la disposición de los cables (colocados en línea o en trébol para el mismo circuito) conduce a diferentes valores:
Debe tenerse en cuenta que si, en condiciones de funcionamiento conocidas, la corriente que probablemente fluya a través de un cable o conductor aislado es inferior al 30% de la corriente de ampacidad, este cable o conductor puede omitirse al calcular el factor de corrección de la agrupación.
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Conclusión
El dimensionamiento de los cables eléctricos es un gran reto para garantizar el rendimiento y la seguridad de una instalación eléctrica. Tener en cuenta las variaciones en las condiciones de instalación, aplicar coeficientes de corrección y utilizar software de cálculo automatizado como elec calc le permite optimizar el diseño eléctrico.
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Este artículo fue escrito por:
Jérôme MULLIE
Director Técnico - Trace Software
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