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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELÉCTRICA
INSTALACIONES EN DUCTOS DE BARRAS PARA DISTRIBUCIÓN ELECTRICA EN BAJA TENSION POR DUCTOBARRA
Por:
Karla V. Merentes M.
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Electricista
Sartenejas, Noviembre de 2012
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELÉCTRICA
INSTALACIONES EN DUCTOS DE BARRAS PARA DISTRIBUCIÓN ELECTRICA EN BAJA TENSION POR LA EMPRESA DUCTOBARRAS
Por:
Karla V. Merentes M.
Realizado con la asesoría de:
Tutor Académico: Prof. Juan Carlos Rodríguez.
Tutor Industrial: Ing. Eduardo Calero.
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Electricista
Sartenejas, Noviembre de 2012
iii
iv
INSTALACIONES EN DUCTOS DE BARRAS PARA DISTRIBUCIÓN ELECTRICA EN BAJA TENSION POR DUCTOBARRA
REALIZADO POR:
Karla Vanessa Merentes Monsalve
RESUMEN
Realizar el estudio de la tecnología de barras en ducto fabricadas por la empresa
DUCTOBARRA, definición de sus componentes, características y propiedades.
Exposición de la normativa nacional COVENIN, vigente y legítima, revisada durante la
pasantía, en cuanto a la fabricación y especificaciones de los elementos que componen
el conjunto de barras conductoras en ducto. Presentación de la metodología usada en la
empresa para la implementación de esta tecnología, propuesta de un flujograma a
seguir para establecer valores de cantidad de corriente máxima de cortocircuito
soportada por las barras y caída de tensión por metro de instalación de barras
conductoras, basado en el cumplimiento de las normas actuales que rigen la
implementación de éste medio de transmisión de electricidad. Por último, un ejemplo
de ejecución de las barras en ducto fabricadas por la empresa, desarrollando el
flujograma propuesto.
v
DEDICATORIA
A Carolina Monsalve, mi madre,
a Carlos Merentes, mi hermano.
vi
AGRADECIMIENTOS
Primeramente a Dios, por permitirme respirar cada día, por haberme puesto en
el lugar en el que estoy, por haberme dado la oportunidad, las ganas, la fuerza, la
actitud, la disposición, y hasta las lágrimas necesarias para cumplir esta meta.
Seguidamente, a mi mama, Carolina Monsalve, por hacerme hoy por hoy la
mujer que soy, por darme todo lo que tengo y como dice ella: “Ser su gran obra”.
A Carlos Merentes, mi hermano, y mi papa, Juan Carlos Merentes, por sacarme
grandes sonrisas en esas semanas de mucha presión y ser mi impulso para seguir
adelante.
A mi mejor amiga Jeanette Sammy, por brindarme el cobijo, las atenciones y los
consentimientos con que siempre me trato, estar ahí en todo momento necesario y
hablar, reír, llorar… compartir infinitas horas.
A mi tía Mayra Monsalve, por darme las palabras de aliento, el apoyo
económico, creer y sentirse orgullosa de mí.
A mi abuela amada Mami, por ser mi “angelito” de la guarda y siempre orar por
mi futuro y mandarme las mejores vibras, y a toda mi familia.
A los profesores que marcaron mi estadía en esta universidad: Pedro Paiva,
Manuel Álvarez, Elmer Sorrentino, Juan Carlos Rodríguez y Miguel Martínez, por
haberme formado como profesional, tener la disponibilidad para enseñarme y guiarme
en este camino.
A la REIEEE USB, por ofrecerme la oportunidad de trabajar con ellos, Carlos
Fernández y Roberto Schael y compartir todas las buenas experiencias y malas también
de esta agrupación.
A mis amigos y compañeros de vida: Samer Said, Ricardo Orfei, Oneida
Arteaga, Gilmery Medina, Héctor Cárdenas, Katherine Peña y muchos otros de igual
importancia, por haber estado conmigo y ayudarme siempre.
vii
ÍNDICE GENERAL
INTRODUCCIÓN.………………………………………………………….................. 1
Objetivo general.……………………………………………………………………….. 4
Objetivos específicos…………………………………………………………………... 4
Alcance………………………………………………………………………………… 4
Justificación……………………………………………………………………………. 4
Limitaciones…………………………………………………………………………… 5
CAPÍTULO 1: LA EMPRESA………………………………….…………………… 6
1.1.- Misión…………………………………………………………………………….. 6
1.2.- Visión…………………………………………………………………………….. 6
1.3.- Generalidades de la empresa…………………………………………………...… 6
1.4.- Normas de fabricación a seguir en la empresa………………………………........ 7
1.5.- Proceso de fabricación a seguir en la empresa………………………………........ 7
1.6.- Organigrama…………………………………………………………………….... 9
CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO…..................................................................... 10
2.1.- Definición.............................................................................................................. 11
2.2.- Componentes de un ducto de barras…………………………………………….. 11
2.2.1.- Pletinas o barras…………………………………………………………...…... 11
2.2.2.- Pintura electrostática…………………………………………………………... 13
2.2.3.- Chaqueta aislante……………………………………………………………… 13
2.2.4.- Carcasa o ducto……………………………………………………………...… 14
2.2.4.1.- Ducto de barras no ventilado………………………………………………… 15
2.2.4.2.- Ducto de barras ventilado………………………………………………….… 15
viii
2.2.5.- Aislador…………………………………………………………………...…… 15
2.2.6.- Empalme……………………………………………………………………..… 16
2.2.7.- Tornillería…………………………………………………………………….... 17
2.2.8.- Soportes………………………………………………………………………... 17
2.2.8.1.- Soporte horizontal…………………………………………………………… 18
2.2.8.2.- Soporte vertical…………………………………………………………….... 18
2.2.9.- Accesorio………………………………………………………………….…… 18
2.2.10.- Caja de derivación………………………………………………………….… 18
2.2.11.- Conector a tablero……………………………………………………………. 20
2.2.12.- Reductor de sección………………………………………………………..… 21
2.2.13.- Tapa final…………………………………………………………………..…. 21
2.2.14.- Caja final……………………………………………………………………... 21
2.3.- Clasificación……………………………………………………………………... 23
2.3.1.- Tipo de ejecución…………………………………………………………….... 23
2.3.1.1.- Ducto de barras alimentador……………………………………………….... 23
2.3.1.2.- Ducto de barras enchufable……………………………………………….… 23
2.3.2.- Tipo de ambiente……………………………………………………………… 24
2.3.2.1.- Interiores…………………………………………………………………….. 24
2.3.2.2.- Exteriores……………………………………………………………………. 24
2.3.3.- Tipo de uso……………………………………………………………………. 25
2.3.3.1.- Tipo trole………………………………………………………………….… 25
2.3.3.2.- Tipo iluminación……………………………………………………………. 26
2.3.3.3.- Tipo potencia…………………………………………………………...…… 26
2.3.4.- Según su construcción………………………………………………………... 26
2.3.4.1.- Barras de fases no segregadas……………………………………………..... 26
ix
2.3.4.2.- Barras de fases segregadas………………………………………………….. 27
2.3.4.3.- Barras de fases aisladas……………………………………………………... 27
2.4.- Características nominales……………………………………………………..… 27
2.4.1.- Tensión………………………………………………………………………... 27
2.4.1.1.- Tensión nominal…………………………………………………………..… 27
2.4.1.2.- Tensión máxima…………………………………………………………..… 28
2.4.2.- Frecuencia nominal………………………………………………………...…. 28
2.4.3.- Nivel de aislamiento………………………………………………………..…. 28
2.4.4.- Corrientes……………………………………………………………………... 29
2.4.4.1.- Corriente nominal de barra…………………….……………………………. 29
2.4.4.2.- Corriente de cortocircuito………………………………………………….... 30
2.4.4.3.- Corriente de duración momentánea………………………………………… 31
2.4.4.4.- Corriente de breve duración ……..……………………………………….… 32
2.4.5.- Nivel de cortocircuito………………………………………………………..... 32
2.4.6.- .- Caída de tensión ………..………………………………………………...… 32
2.4.7.- Límites de temperatura ….………………………………………………….… 33
2.4.7.1.- Temperatura límite………………………………………………………….. 33
2.4.7.2.- Temperatura límite para materiales aislantes……………………………….. 33
2.4.7.3.- Límite de temperatura para el aire que envuelve a los conductores aislados.. 34
2.4.7.4.- Límite de temperatura para partes expuestas al contacto de personas……… 34
2.5.- En cuanto a las formas constructivas ................................................................... 35
2.5.1.- Tramo recto (TR) ............................................................................................... 35
2.5.2.- Curvas (LV o LH) ............................................................................................. 36
x
2.5.3.- Desviación “Z” (ZH o ZV) ............................................................................... 37
2.5.4.- Conexión “T” (TH o TV) .................................................................................. 38
2.5.5.- Barra de Tierra ................................................................................................... 39
2.5.6.- Barra de Neutro ………………………………………………………………. 40
2.6.- Otros fabricantes ................................................................................................... 41
CAPÍTULO 3: NORMATIVA REVISADA EN CUANTO A LAS
CARÁCTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LAS BARRAS FABRICADAS POR LA
EMPRESA ………………………………………………………………………..….. 42
3.1.- En cuanto a los componentes………………………………………………….… 42
3.2.- En cuanto a las formas constructivas……………………………………………. 45
CAPÍTULO 4: CÁLCULO TEÓRICO PARA ESTIMAR EL NIVEL DE
CORTOCIRCUITO QUE SOPORTAN LAS BARRAS USADO EN
DUCTOBARRA ………………………………………………………….…….…… 47
4.1.- Esfuerzos térmicos producidos por la corriente de cortocircuito ……………….. 47
4.1.1.- Caso de estudio 1 ................................................................................................ 49
4.2.- Esfuerzos mecánicos producidos por la corriente de cortocircuito ...…………… 51
4.2.1.- Caso de estudio 2 ................................................................................................ 56
CAPÍTULO 5: PROYECTOS DE DISTRIBUCIÓN EN BARRA ......................... 60
5.1.- Selección del material ........................................................................................... 61
5.2.- Especificación de la cantidad de metros requeridos en la instalación ....................62
5.3.- Capacidad amperimétrica de la demanda ............................................................. 62
5.3.1.- Nivel de cortocircuito ......................................................................................... 65
5.3.2.- Verificación de la caída de tensión y su desviación ........................................... 68
CAPÍTULO 6: PROYECTO LAVITAL ................................................................... 69
6.1.- Introducción del capítulo ....................................................................................... 69
xi
6.2.- Diagnóstico y evaluación de las instalaciones eléctricas actuales …………….... 69
6.3.- Estudio de carga actual y proyectada ………………………………………...…. 70
6.4.- Cálculo del nivel de cortocircuito……………………………………………….. 73
5.5.- Verificación de la caída de tensión…………………………………………….... 73
CONCLUSIONES........................................................................................................ 74
RECOMENDACIONES.............................................................................................. 75
BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 77
ANEXO A: GLOSARIO DE TÉRMINOS…………………………………………..79
ANEXO B: CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES………………….. 81
ANEXO C: NORMAS……………………………………………………………...... 83
C.1.- COVENIN 3072:1994, SECCIÓN 5.1, Ensayo sobre dieléctricos …………….. 83 C.2.- COVENIN 3072:1994, SECCIÓN 5.2, Ensayo de corriente nominal ….……… 84 C.3.- Código Eléctrico Nacional 368.4 (B)…………………………………………… 86 C.4.- NEMA BU-1:1999: Parámetros para determinar el nivel de cortocircuito
soportado por las barras ...…………………………………………………………….. 86
C.5.- NEMA BU-1:1999: Para determinar la caída de tensión ….…………………… 90
ANEXO D: CÁLCULO DE Y ...……………………...………………...…
92
D.1.- Tensión de Thévenin ( ) ...……..…………………………………………..... 93
D.2.- Impedancia de Thévenin ...................................................................................... 93
xii
ANEXO E: CARACTERÍSTICAS DE ELEMENTOS DE DUCTOS DE BARRAS SEGÚN DUCTOBARRA …………...………………………………………………. 96
E.1.- Aislador soporte…………………………………………………………….....… 96
E.2.- Dimensión de las rejillas del ducto ventilado fabricado por DUCTOBARRA ... 97
ANEXO F: PROYECTOS ……......………………………………………………… 98
F.1.- Hipermercado Plaza, Guatire ...…………………………………………….....… 98
F.2.- Escuela Don Bosco, Los Cortijo- Caracas .......................................................... 100
F.3.- SUDEBAN, Los Dos Caminos- Caracas............................................................. 101
xiii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1.- Dimensión de fabricación normalizada de las barras de Aluminio [1] .…. 13
Tabla 2.2.- Dimensiones de la caja de derivación fabricada por DUCTOBARRA del
tipo (CDB). Dimensiones en mm [1]……………………………………………….… 20
Tabla 2.3.- Dimensiones de la caja de derivación fabricada por DUCTOBARRA para
el tipo (CDF). Dimensiones en mm [1] ……………………………………………… 20
Tabla 2.4.- Dimensiones de la caja final fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones
de C, D y E en mm [1] ………………………………………………………………. 22
Tabla 2.5.-Tensiones nominales para ductos de barra de distribución según COVENIN
3087:1994[3] …………………………………………………………………………. 28
Tabla 2.6.- Niveles de aislamiento nominales para ductos de barra de distribución
según COVENIN 3087:1994 [3] ……………………………………………...…...… 28
Tabla 2.7.-Tensiones y niveles de aislamiento nominal para ductos de barra de
distribución según norma ANSI C37.23 [5] ………………………………………….. 29
Tabla 2.8.- Corriente de operación para barras de distribución hasta 600V (rms en
amperios) [3, 5, 6] …………………………………………………………………….. 30
Tabla 2.9.- Corrientes de cortocircuito nominales (rms) para barras hasta 600V [3, 6]..31
xiv
Tabla 2.10.-Corrientes de duración momentánea para barras segregadas y no segregadas
[5] ……………………………………………………………………………………... 31
Tabla 2.11.- Corrientes de breve para barras no segregadas según la norma ANSI
C37.23:2003 [6] ………………………………………………………………………. 32
Tabla 2.12.- Límites de temperatura para materiales aislantes usados en ductos de barras
para distribución, según norma venezolana COVENIN 3087:1994 y norma ANSI
C37.23- 2003 [3,5] ……………………………………………………………………. 34
Tabla 3.1.- Normas revisadas en cuanto a los componentes de los ductos de barras
fabricados en DUCTOBARRA …………………………………………………...…. 42
Tabla 3.2.- Normas revisadas en cuanto a las formas constructivas de los ductos de
barras fabricados en DUCTOBARRA ……………………………………………….. 45
Tabla 4.1.- Capacidad de cortocircuito para barras de distribución eléctrica hasta 600 V,
fabricadas por DUCTOBARRA [1] ………………………………………………….. 55
Tabla 6.1.- Carga total en existente y proyectada en kVA en la planta industrial
LAVITAL [12] ……………………………………………………………………..… 70
Tabla E.1.- Componentes del aislador [1] ………………………………………….... 96
Tabla E.2.- Características del aislador [1] ……………………………………...…… 96
xv
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.- Tecnología de barra [1]……………………………………………………... 1
Figura 1.1.- Organigrama organizativo de la empresa [1]……………………………... 9
Figura 2.1.- Pletinas o barras conductoras [1]……………………………………........ 11
Figura 2.2.- Ducto o carcasa metálica [1].…...……………………………………...... 14
Figura 2.3.- Empalme de barras [1] …………………………………………….......... 16
Figura 2.4.- Ducto de barra y sus principales componentes [1]………………………. 17 Figura 2.5.- Tipos de soportes [1]……………………………………………………... 18 Figura 2.6.- Caja de derivación [1]………………………………………………......... 19 Figura 2.7.- Conector a tablero [1]……………………………………………………. 20 Figura 2.8.- Taja final [1]……………………………………………………………... 22 Figura 2.9.- Capa final [1] .…………………………………………………………... 22 Figura 2.10.- Ducto de barra del tipo alimentador [1]………………………………. 23 Figura 2.11.- Ducto de barra del tipo enchufable [1]…………………………………. 24 Figura 2.12.- Ducto de barra para interiores [1]………………………………………. 24 Figura 2.13.- Ducto de barra para exteriores [1]……………………………………… 25 Figura 2.14.- Ducto de barra tipo trole [1]……………………………………………. 25
xvi
Figura 2.15.- Ducto de barra de tipo iluminación [1]…………………………………. 26 Figura 2.16.- Barras de fase no segregadas [6]……………………………………….. 26 Figura. 2.17.- Barras de fase segregadas [6]…………………………………………... 27 Figura 2.18.- Barras de fase aisladas [6]……………………………………………… 27 Figura 2.19.-Tramo recto de barras en ducto fabricada por DUCTOBARRA [1] ...… 36
Figura 2.20.-Curva horizontal fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones (AxB) ver
en tabla 2.1 [1] ………………………………………………………………………. 36
Figura 2.21.-Curva vertical fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones (AxB) ver en
tabla 2.1 [1] ………………………………………………………………………….. 37
Figura 2.22.- Curva de desviación fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones (AxB)
ver en tabla 2.1 [1] ………………………………………………………………….. 37
Figura 2.23.- Conexión “T” horizontal fabricada por DUCTOBARRA [1] ……….. 38
Figura 2.24.- Conexión “T” vertical fabricada por DUCTOBARRA [1] ………….. 39
Figura 2.25.- Configuración de las barras dentro del ducto, fabricadas por
empresas internacionales: Schneider, General Electric, Barras en ducto Zucchini, entre
otras [20] ……………………………………………………………………………. 41
Figura 4.1.- Barras conductoras paralelas y largas …………………………………... 52
xvii
Figura 4.2.- Aplicación de los valores de b y h, de acuerdo a la disposición de las barras
colectoras …………………………………………………………………………….. 54
Figura 5.1.- Diagrama de flujo que sigue la empresa para la implementación de los
ductos de barras para distribución de energía eléctrica que fabrica [1] …………….... 61
Figura 5.2.- Diagrama de flujo propuesto para la implementación de los ductos de barras
para distribución de energía eléctrica que fabrica [1] ………………………………… 64
Figura 5.3.- Circuito equivalente del sistema cuando el ducto de barras es usado como
alimentador [1] ……………………………………………………………………..… 66
Figura 5.4.- Circuito equivalente del sistema cuando el ducto de barras es usado como
barra tipo enchufe [2] ………………………………………………………………… 67
Figura 4.1.- Diagrama de flujo a seguir en la empresa para la implementación de barras para la distribución de energía eléctrica [1]…………………………………………… 54
Figura 4.2.- Circuito equivalente del sistema cuando el ducto de barras es usado como alimentador [1]………………………………………………………………………... 62
Figura 4.3.- Circuito equivalente del sistema cuando el ducto de barras es usado como barra tipo enchufe [1]…………………………………………………………………. 63
Figura 6.1.- Barra de distribución propuesta………………………………………….. 71
Figura 6.2.- Plano de planta con la ubicación de la barra de distribución propuesta…. 72
Figura C.1.- Conexiones necesarias para obtener las medidas de corriente, voltaje y
potencia simultáneamente……………………………………………………………... 87
xviii
Figura D.1.- Diagrama para aplicar el teorema de Thévenin [18]…………………..… 93
Figura E.1.- Características físicas del aislador (en mm) [1] …..…………………..… 96
Figura E.2.- Colocación de las rejillas u orificios en la carcasa o ducto (en mm) [1].... 97
Figura E.3.- Dimensiones de las rejillas u orificios de la carcasa o ducto (en mm) [1]. 97
xix
LISTA DE ABREVIATURAS
cm = Centímetros.
mm = Milímetros.
seg = Segundos.
Hz = Hercios.
kA = Kilo-amperios.
C.E.N = Código Eléctrico Nacional.
= Corriente sub-transitoria de cortocircuito, en amperios.
= Corriente permanente de cortocircuito, en amperios.
= Valor máximo de la corriente sub-transitoria de la falla.
t = 0,3 a 0,15 segundos (en el caso de cortocircuito trifásico).
0,6 a 0,25 segundos (en el caso de cortocircuito bifásico).
= Derivada total de la temperatura con respecto al tiempo, en °C/seg.
a = Difusividad1 térmica del material, en /seg . 113,96 (Cobre)
85,16 (Aluminio)
K = Conductividad térmica del material, en cal/ seg cm °C. 0.93 (Cobre)
0,52 (Aluminio)
R = Resistividad del material, en ohm /cm. 0,00017241 (Cobre)
0,0002828 (Aluminio)
r = Espaciamiento entre los conductores de centro a centro, en cm [in]
1 Definición se encuentra en Glosario.
xx
A = Sección transversal del conductor, en .
Fuerza de corriente de falla, [ ]
Ґ = Constante basada en el tipo de falla y el tipo de conductor.
= Resistencia del transformador.
= Inductancia del transformador.
= Resistencia de la barra.
= Inductancia de la barra.
= Resistencia de la carga.
= Inductancia de la carga.
= Impedancia del transformador.
= Impedancia de la barra.
= Tensión en la parte inicial de recorrido de las barras en ducto según el sentido de
la corriente.
= Tensión final de este recorrido de las barras en ducto según el sentido de la
corriente.
1
INTRODUCCIÓN
Una de las partes más importantes de un sistema eléctrico es sin duda su sistema de
distribución, ya que a través de él se trasmite toda la energía requerida por los usuarios. Para este
momento muchas de las ciudades del país dejaron de ser pequeñas poblaciones para convertirse
en grandes metrópolis, con grandes edificios de más de 20 pisos, amplios centros comerciales,
bancos, hospitales, etc., para que cada uno de los anteriores pueda cumplir su función se necesita
trasladar grandes bloques de energía eléctrica, y el trabajo del ingeniero de hoy, es hacerlo de la
manera más eficaz, confiable, segura y económica posible.
El transporte de energía en baja tensión actualmente se realiza predominantemente a
través de cables conductores en tubo o bandeja. Este trabajo tiene como primer objetivo informar
sobre una alternativa, que bajo ciertos parámetros de diseño, como lo son: demanda de la carga
en amperios y su ubicación con respecto a la fuente que la alimenta, puede llegar a sustituir al
cable favorablemente. Esta nueva forma de canalización consiste en usar barras que pueden ser
de aluminio o cobre, de sección rectangular en paneles o ductos. A esta alternativa se le conoce
como tecnología de barra. Esta tecnología es mostrada en la figura 1:
Figura 1.- Tecnología de barra [1].
2
Como siguiente objetivo, se verifica el cumplimiento de las normas de seguridad
expuestas en el Código Eléctrico Nacional. Art. 368, que deben cumplirse en la implementación
de las barras en ducto, y las normas nacionales: COVENIN 3063:1993, COVENIN 3072:1994 y
COVENIN 3087:1994 en cuanto a las formas constructivas que deben tener éstas además de las
normas internacionales ANSI C37.23:2003 y NEMA-BU1:1999, que aunque no son las únicas
existentes, si son las disponibles por la empresa que tratan directamente de las barras en ducto,
en cuanto a la fabricación de las barras, ya que la fabricación de los ductos de barras de
DUCTOBARRA tiene su principal basamento en la norma internacional UL-857:1971, la cual es
inaplicable en la actualidad, por esta razón y por ser la empresa, una empresa venezolana, en este
informe se verifica sólo el cumplimiento de la normativa nacional e internacional vigente y
disponible, que por propio criterio será a partir de 1999 hasta la actualidad.
Seguidamente se explica el procedimiento a seguir por la empresa para la
implementación en los proyectos de las barras conductoras en ducto, basado en la capacidad
amperimétrica necesaria para el buen funcionamiento de la demanda, (cuyo dato entregado es
proporcionado por el cliente), y el recorrido de barras necesario para suplir esa demanda.
En el catálogo de la empresa se exponen valores referidos a la cantidad de corriente que
puede llegar a soportar un ducto de barras, en caso de cortocircuito en el sistema, y a la caída de
tensión por metros de barras instaladas, pero éstos no tienen validez, ya que las barras fabricadas
en DUCTOBARRA, aunque funcionan en la práctica (ya que la empresa no tiene registros de
fallas en las propias barras instaladas), no cuenta con una certificación legítima que avale estos
valores, por esta razón se expone en este informe cómo se realizan las pruebas que preceden a la
obtención de una certificación fundada en las normas nacionales e internacionales disponibles y
vigentes, que abordan directamente especificaciones para obtener estos valores de forma precisa.
Durante esta pasantía se realizó la supervisión y asistencia a proyectos de distribución de
energía eléctrica en baja tensión a través de esta tecnología, donde se determinó la capacidad de
las barras en cuanto a la cantidad de corriente que transportaría y la cantidad de metros
3
necesarios para cubrir la distancia entre la fuente y la carga; entre estos proyectos pueden
nombrarse: Hipermercado Plaza en Guatire- estado Miranda, Colegio Don Bosco en Los
Cortijos- estado Miranda, VenAmérica en Quinta Crespo- Caracas e industria LAVITAL en
Cua- estado Miranda, realizando dos visitas a las instalaciones por cada proyecto para el
replanteo y verificación de las medidas de los ductos de barra y de la carga que será instalada.
Seguidamente se siguió el proceso de fabricación de las barras, e instalación final de los ductos.
La estructura del este informe será entonces: primeramente descripción de la empresa
(ductos de barras que fabrican y sus elementos, características y propiedades), luego normativas
(anteriormente nombradas) que rigen el funcionamiento e implementación de las barras en ducto,
la verificación del cumplimiento de estas en la empresa y seguidamente un ejemplo de
implementación de las barras en ducto fabricadas por la empresa, con la recomendación de la
determinación del nivel de cortocircuito de las barras y su caída de tensión permisible, basada en
las normas analizadas.
4
Objetivo general
Revisión de normas e implementación de las barras en ducto fabricadas por la empresa
DUCTOBARRA.
Objetivos específicos
1.- Definir el sistema de ductos de barras fabricados por la empresa, todos sus elementos y
formas constructivas.
2.- Verificar las normas venezolanas e internacionales a las que se tuvo alcance, que rigen la
fabricación, el uso y el funcionamiento de las barras conductoras en ducto.
3.- Estudiar el proceso que sigue DUCTOBARRA para la implementación de la tecnología de
ductos de barras.
4.- Ejecución en proyecto de las barras de DUCTOBARRA en la fabrica LAVITAL.
Alcance
Definición, estudio de los elementos usados para la construcción de un ducto de barras,
revisión del cumplimiento de las normas disponibles en la empresa, en cuanto a la fabricación de
las barras conductoras, procedimiento a seguir en DUCTOBARRA para la implementación de
las barras en proyectos y aplicación del mismo.
Justificación
Dar a conocer detalles técnicos sobre esta tecnología e investigar que normas, disponibles
por la empresa que tratan directamente de las barras en ducto, cumplen y no cumplen las barras
5
fabricadas por DUCTOBARRA, y cómo es la implementación de la esta tecnología en la
empresa.
Limitaciones
La normativa nacional en cuanto a los ductos de barras es deficiente en comparación con
la normativa internacional por la que se rigen fabricantes internacionales, en cuanto a
características especificas de los elementos que componen el ducto de barras, y la empresa no
cuenta con la normativa vigente que usan fabricantes internacionales para la fabricación de las
barras en ducto, la cual es la norma UL-857: Underwritter Laboratories.
La empresa no cuenta con alguna certificación válida de los parámetros de las barras que
le permita realizar los procedimientos puntuales y exactos a seguir para la determinación de los
valores de nivel de cortocircuito y de caída de tensión propios de las barras conductoras según su
capacidad amperimétrica, y no se realizaron las pruebas que exponen las normas COVENIN
consultadas ni las normas internacionales (NEMA BU-1:1999, que puede ser tomada como guía,
por la debilidad de la normativa nacional y por ser usado por fabricantes internacionales) que le
permitan obtenerla.
6
CAPÍTULO 1
LA EMPRESA
1.1.- Misión [1]
“En esta empresa tratamos de desarrollar la ingeniería Venezolana en el campo de los
conductores eléctricos modulares, normalizados y prefabricados”.
1.2.- Visión [1]
DUCTOBARRA es una empresa Venezolana con más de 25 años de experiencia que se
dedica a la fabricación e instalación de conductores eléctricos tipo ducto barras. Es decir, un
Sistema de Distribución Eléctrica por barras, con un diseño basado en la tecnología Gould-ITE2
de Estados Unidos, la cual ha sido adecuada al mercado venezolano, con un valor agregado
nacional de 98%. Al incluir la instalación se ofrece una garantía de 50 años. En estos momentos
están en proceso de expansión, se está evaluando la posibilidad de distribuir este producto en el
mercado panameño.
1.3.- Generalidades de la empresa [1]
DUCTOABARRA ofrece también proyectos de autogeneración, donde se incluye la
planta eléctrica, transferencia y conexionado, todo con barras en ducto para:
2La empresa ITE diseñó los primeros ducto de barras para la industria automotriz en los años 30, en Estados Unidos.
ygtvtv
7
Plantas industriales.
Edificios de oficina.
Centros comerciales.
Hoteles.
Hospitales y Clínicas.
Remodelaciones o ampliaciones de las anteriores.
1.4.- Normas de fabricación a seguir en la empresa [1]
UL-857: 1971. Underwritter Laboratories.
COVENIN 3063: Ductos de barra de distribución eléctrica en baja hasta 600V.
Definiciones y clasificación [2].
COVENIN 3072:1994. Ductos de barras para distribución eléctrica hasta 600V.
Métodos de ensayo [4].
COVENIN 3087:1994. Ductos de barras para distribución eléctrica hasta 600V. Requisitos [3].
American National Standards Institute (ANSI C37.23) [5].
National Electrical Manufacturing Association (Nema BU-1) [6].
1.5.- Proceso de fabricación a seguir en la empresa [7]
El proceso de fabricación en DUCTOBARRA se realiza en un galpón ubicado en Cua, calle
Caracol, Sector La Vega, a través de un proceso manufacturero que parte de las barras sin
tratamiento, y puede dividirse en varios subprocesos que son: la perforación de las barras que
8
seguidamente se troquelan, barnizan y platean, luego se empalman y se colocan en los ductos
correspondientes. A continuación se expone una pequeña descripción de estos subprocesos:
Perforación: se agujera la barra de aluminio, que ya viene cortada en tramos de
3.05 m, en los lugares donde va la tornillería necesaria para su empalme e
instalación.
Troquelado: se dobla la barra, para que soporte el esfuerzo mecánico debido a la
corriente circulatoria.
Pintura: subproceso en donde a través de un mecanismo continuo se coloca la
barra en un sostén verticalmente, donde se realiza el decapado de la pieza (se
retiran totalmente las impurezas), seguidamente se coloca la pintura aislante, y
para finalizar pasa por un horno que sella la pintura.
Plateado: en este subproceso los extremos de la barra de aluminio son zincadas
(sumergidos en Zinc), luego cobrizadas (sumergidos en cobre) y finalmente
plateadas (sumergidos en Plata). Todo este subproceso se realiza a través de una
batería, que fusiona electrostáticamente los componentes a la barra.
Ensamblaje: es el proceso final de la producción donde se arman las piezas de
acuerdo al recorrido de la distribución eléctrica de la instalación.
Además de estos subprocesos se realiza un control de calidad que se refleja en el anexo
denominado “control de calidad”, usado en la empresa donde se responsabiliza a los empleados
de ésta en todos los niveles que se fabriquen y despachen productos de óptima calidad, donde se
9
establecen las normas propias de la empresa en varias etapas que son: adquisición de materiales,
fabricación y servicio.
1.6.- Organigrama [1]
Figura 1.1.- Organigrama organizativo de la empresa [1].
10
CAPÍTULO 2
MARCO TEÓRICO
En este capítulo se presentan las definiciones pertinentes a los ductos de barra para
distribución eléctrica hasta 600 V de corriente alterna, bajo el criterio de normas nacionales e
internacionales disponibles por la empresa, que rigen su uso y fabricación, que son:
Nomas venezolanas:
- Código Eléctrico Nacional, Sección 368: Ductos de barra [2].
- COVENIN 3063:1993. Ductos de barras para distribución eléctrica hasta 600V.
Definiciones y clasificación [3].
- COVENIN 3072:1994. Ductos de barras para distribución eléctrica hasta 600V.
Métodos de ensayo [5].
- COVENIN 3087:1994. Ductos de barras para distribución eléctrica hasta 600V.
Requisitos [4].
Normas internacionales:
- NEMA BU-1: 1999. National Electrical Manufacturers Association [7].
- ANSI C37.23:2003. IEEE Standard for Metal-Enclosed Bus [6].
ygtvtv
11
2.1.- Definición
Ducto de barra: es el elemento fundamental de una canalización de distribución eléctrica en
baja tensión compuesta por una carcasa de acero, aisladores, barras conductoras y elementos de
empalme, cuya dimensión normalizada es 3,05m [2].
2.2.- Componentes de un ducto de barras
Según la norma venezolana COVENIN 3063:1993, los componentes de los ductos de
barra son los descritos a continuación.
2.2.1.- Pletinas o barras: son los elementos conductores del sistema, fabricados de aluminio o
cobre, cubiertos por una pintura electrostática y una chaqueta aislante (ver 2.2.2). En la figura
2.1 se muestra este elemento [2].
Figura 2.1.- Pletinas o barras conductoras [1].
Las barras conductoras fabricadas en DUCTOBARRA son de aluminio con secciones que,
según el manual de control de calidad de la empresa, permiten una densidad de corriente máxima
de 1.6 A/mm² (esta especificación ni tiene una certificación legal, por lo cual no puede
asegurarse cierta ni válida).
12
La configuración de las barras dentro del ducto es plana, por requerimiento de la empresa,
es decir, las barras se ubican paralelas entre sí dentro de la envolvente y la disposición de las
fases dentro del ducto se realiza de izquierda a derecha tal como se ven desde la posición de la
instalación del ducto.
En la empresa, las barras dentro del ducto están separadas (cada fase) por 40 mm. Esta
distancia entre fases se mantiene para barras de cualquier capacidad amperimétrica, y según la
norma consultada, (ver sección 3.1) es la distancia mínima que asegura equilibrio térmico entre
las barras conductoras. Este equilibrio térmico no es verificado en la empresa, ya que los ductos
de barras no han sido sometidos a las pruebas de laboratorio expuestas en la norma UL-857, que
es la norma vigente que rige la fabricación de las barras en ductos y la usada por otros
fabricantes.
En el lugar de unión entre tramos de barra (puntos de empalme), las barras están estañadas,
es decir, sobre la juntura se aplica un baño de estaño que según el manual de control de calidad
de la empresa sirve para disminuir la fragilidad del empalme, pero esto no puedo ser asegurado
ni válido hasta realizar las pruebas correspondientes expuestas en las normas vigentes para
fabricantes.
Según el manual del fabricante la sección transversal de las barras fabricadas en la empresa
se refleja en la tabla 2.1 de acuerdo a la ampacidad de las mismas.
13
Tabla 2.1.- Dimensión de fabricación normalizada de las barras de Aluminio [1].
ALUMINIO
Capacidad
(A)
Barras
por
fase*
Sección
¼“ x
Sección
del ducto
(AxB)
250 1 1” 305x88
500 1 2” 305x113
800 2 1,5” 305x100
1000 2 2” 305x113
1350 2 3” 305x138
1600 4 1,5” 305x197
2000 4 2” 305x223
2500 4 3” 305x273
3000 8 1,5” 315x197
4000 8 2” 315x223
*La tabulación del número de barras por fase es impuesto por la empresa. No hay disponibilidad
en la empresa de alguna normativa nacional o internacional vigente que regule esta
especificación en cuanto al arreglo de barras.
2.2.2.- Pintura electrostática: es un tipo de recubrimiento que se aplica sobre la barra, que según
el manual de control de calidad de la empresa, es usado para equilibrar las cargas eléctricas que
pudieran estar libres a lo largo de la barra y también para crear un acabado duro y resistente, lo
cual sólo puede probarse a través de pruebas en el laboratorio, que comprueben su buen
funcionamiento [8].
2.2.3.- Chaqueta aislante: es un cubrimiento que se le coloca a la barra conductora; una suerte
de manga o vestido [1]. En DUCTOBARRA, según el manual de control de calidad de la
14
empresa, las barras son cubiertas con una chaqueta de poliamida3 aislante, aplicada
electrostáticamente a la barra (en toda su longitud exceptuando los puntos de derivación), que
soporta una temperatura de operación de 85ºC y con las características físicas siguientes:
- Rigidez Dieléctrica: 25 kV/mm.
- Resistividad: 2𝑥1015 ohm/cm.
- Resistencia al calor: 130º C.
2.2.4.- Carcasa o ducto: es una envolvente metálica que brinda protección a las barras
conductoras ante situaciones como: resistencia a la corrosión, a la humedad, daños por causas
externas, etc. La norma venezolana COVENIN 3062:1993, distingue dos tipos de ductos, que se
muestran a continuación (ver figura 2.2) [2].
Figura 2.2.- Ducto o carcasa metálica [1].
En la empresa este ducto es fabricado con una lámina de acero pulido, que según su
manual de control de calidad, protege a los conductores de daños físicos. Esta carcasa debe tener
un certificado legítimo obtenido a través de pruebas en laboratorio basada en normativas
vigentes y legales nacionales o internacionales para que la empresa pueda asegurar esta
especificación.
3 Ver definición en Glosario.
15
En DUCTOBARRA los ductos se fabrican ventilados y no ventilados, y según lo requiera
el proyecto se instalan atravesando paredes o pisos.
En la empresa el calibre de esta carcasa es de MSG #16 (1.52mm = 0.0598in) mínimo
(tanto como para ductos ventilados como los no ventilados).
Cada sección de ducto, por criterio de la empresa, lleva dos tapas adicionales en los
extremos para unir mecánicamente las secciones, dichas uniones asegura la empresa que son lo
suficientemente rígidas a tal punto de evitar deformaciones al ducto, pero esta especificación de
la empresa sólo podrá ser válida cuando se hayan realizado sobre las mismas pruebas en
laboratorio, que lo avalen.
El ducto está provisto, cada metro como mínimo, de ventanas especiales para
derivaciones. Esta especificación se basa es un criterio propio de la empresa; la misma sigue
ninguna normativa vigente que acredite esta especificación.
2.2.4.1.- Ducto de barras no ventilado: es aquel que no permite el flujo natural de aire a través
de los conductores. Es decir, no cuenta con ningún tipo de orificio en esta envolvente metálica
[2].
2.2.4.2.- Ducto de barras ventilado: es aquel que contiene provisión especial para permitir el
flujo natural de aire a través de los conductores [2]. El ducto de barras ventilado fabricado en
DUCTOBARRA cuenta con ranuras o rejillas con dimensiones y características ubicadas en el
anexo F.
2.2.5.- Aislador: es una pieza de escasa capacidad de conducción de electricidad, utilizado para
separar y mantener en su posición dentro del ducto a las barras o conductores [1]. En
16
DUCTOBARRA según su manual de control de calidad, los aisladores que soportan a las barras
conductoras dentro del ducto se fabrican con resina de poliéster4 cargada con fibra de vidrio [1],
según la empresa cuenta con gran resistencia mecánica y resistencia al fuego, pero estás
especificaciones sólo pueden ser verificables a través de pruebas de laboratorio.
2.2.6.- Empalme: es el elemento utilizado para la conexión eléctrica y mecánica entre dos piezas
de la canalización (ver figura 2.3) [2]. Según el catálogo de la empresa cada elemento de
empalme está provisto de un tornillo único el cual dispone de un elemento tipo resorte, que actúa
según las especificaciones de la empresa, para absorber las dilataciones y encogimientos
producidos por los cambios de temperatura; para asegurar que sea funcional el empalme es
necesario someter a la juntura a pruebas de laboratorio que no han sido hechas, basadas en las
normativa vigente de la UL-857, avale su buen funcionamiento.
Figura 2.3.- Empalme de barras [1].
Por requerimiento de la empresa, en el área de empalme no se permite el montaje de ningún
elemento que implique una fuerza mecánica en este punto. Éstos están estañados y unidos a
través de la tornillería, aislados totalmente (lo cual no está avalado por ningún certificado
legítimo al no haber sido sometido hasta ahora a ninguna prueba en laboratorio, basada en 4 Ver definición en Glosario.
17
normas nacionales o internacionales vigentes y aplicables) mediante la chaqueta aislante con que
se reviste a las barras conductoras.
2.2.7.- Tornillería: es el elemento del ducto de barra utilizado para la fijación de las estructuras
[2].
El conjunto del ducto de barra que fabrica la empresa cuenta con toda la tornillería
necesaria para la fijación de las piezas que forman la línea total de distribución de energía
eléctrica, según su manual de control de calidad. Esta tornillería no puede asegurar que protege a
las estructuras de posibles vibraciones que puedan generar sobrecalentamiento en las barras, ya
que no ha sido sometida a las pruebas requeridas por ninguna normativa nacional o internacional
que asegure el cumplimiento de factores eléctricos, mecánicos y de seguridad. Toda la tornillería
usada en DUCTOBARRA es de acero galvanizado electrolítico con Zinc, hexagonal y de rosca
unificada5.
En la figura 2.4 se muestra un ducto de barra y los componentes anteriormente
nombrados.
Figura 2.4.- Ducto de barra y sus principales componentes [7].
2.2.8.- Soportes: son todos los accesorios destinados a sostener o apoyar el sistema de ducto de
barras (ver figura 2.5) [2]. Según la norma COVENIN 3063:1993, sección 3.30 y 3.31, pueden
ser de dos tipos:
5 De acuerdo a la norma ASTM-A-307, SAE J429, grado 2.
18
2.2.8.1.- Soporte horizontal: es un elemento para apoyar o sostener horizontalmente una
canalización de ducto de barras, instaladas en posición plana o de canto (Ver definición de
posición Plana y De canto en el anexo A).
2.2.8.2.- Soporte vertical: es el medio de soporte de una canalización de ducto de barras, en cada
piso por el que pasa.
Figura 2.5.- Tipos de soportes [1].
Por su parte, según la norma venezolana COVENIN 3087:1994, se coloca al menos un
soporte por cada tramo de ducto, la distancia mínima entre dos soportes adyacentes es de 1,5 m y
la distancia máxima es de 3 m. Estos no se colocan en elementos de empalme.
2.2.9.- Accesorio: es todo aquello diferente a una barra o parte que sea componente de la
canalización, por ejemplo: Cajas de derivación, conexiones a tablero, etc. [2].
2.2.10.- Caja de derivación: es un orificio de salida o toma mediante superficies conductoras
lisas y deslizantes, convenientemente aisladas de la corriente eléctrica en sus puntos de fijación
mecánica y que sirve para extraer o introducir energía eléctrica, desde o hacia otros circuitos sin
la necesidad de intervenir acoples atornillados.
Este elemento esta designado para enchufar equipos eléctricos a la barra como
interruptores o seccionadores [2] (ver figura 2.6).
19
Figura 2.6.- Caja de derivación [1].
Las cajas de derivación (mostrada en la figura 2.6), según el manual de control de calidad
de la empresa son de tipo enchufable y cuentan con una palanca que asegura (lo cual no es
absolutamente cierto porque no se le han hecho las pruebas en el laboratorio correspondientes,
según la norma UL-857 vigente) su conexión y desconexión de la barra, con indicación del
estado energizado o no del circuito que está alimentando, enclavada mecánicamente de tal forma
que cuando el circuito esta cerrado es imposible desenchufar este elemento de la barra
(especificación que tampoco es absolutamente válida porque no se le han hecho las pruebas en
el laboratorio correspondientes, según la norma UL-857 vigente).
Tienen cavidad para dispositivos de interrupción como: seccionador-fusible y
seccionador-breaker e interruptores6 (con mecanismos de accionamiento desde el piso), con la
misma sensibilidad de corriente del ducto de barras al que esta conectada.
Por criterio de la empresa, sólo se permite a través de la caja de derivación, la conexión de
cargas con capacidades amperimétricas menores a la capacidad nominal del ducto de barras al
que caja está conectada.
En la empresa de fabrican cajas de derivación para contener tanto breaker (CDB) como
fusibles (CDF) y sus dimensiones de muestran en las tablas 2.2 y 2.3.
6 Buscar definición de estos elementos en el glosario.
20
Tabla 2.2.- Dimensiones de la caja de derivación fabricada por DUCTOBARRA del tipo
(CDB). Dimensiones en mm [1]7.
Capacidad (A) A B
0 – 250 192 400
250 – 400 220 600
Tabla 2.3.- Dimensiones de la caja de derivación fabricada por DUCTOBARRA para el tipo
(CDF). Dimensiones en mm [1].
2.2.11.- Conector a tablero: es un elemento que permite la conexión eléctrica de una
canalización de ducto de barras a cualquier tablero o subestación [2] (ver figura 2.7). También es
llamado extensión de barra; con este elemento se realiza el empalme entre el ducto de barra y el
elemento de protección, que es, por lo general, un breaker.
Figura 2.7.- Conector a tablero [1].
7 Donde A y B, se refiere a las figuras 2.6 y 2.8.
Capacidad (A) A B
160 200 400
250 200 500
400 200 600
630 260 650
21
En DUCTOBARRA se fabrican con las dimensiones de AxB en mm mostradas en la tabla
2.1.
2.2.12.- Reductor de sección: es un elemento de la canalización de ducto de barras diseñado
para conectar dos piezas del ducto de barras de diferentes capacidades amperimétricas [2]. Sólo
se requiere reducción de sección cuando el tamaño de las barras del ducto cambia. En la empresa
la fabricación de esta pieza según su manual de control de calidad, permite la conexión de barras
de diferente capacidad de corriente siempre que se conecte su respectivo dispositivo para la
protección ante sobrecorrientes. Las especificaciones de este dispositivo también requieren
pruebas en el laboratorio que validen sus propiedades.
Según la tabla 2.1, expuesta en el manual de control de calidad de la empresa, por
ejemplo, para realizar la conexión entre barras de aluminio de 500A y 250A se requiere cambio
de sección de la barra y por ende un elemento reductor de sección.
2.2.13.- Tapa final: Es un elemento utilizado para el cierre final del extremo de la última sección
de canalización de un ducto de barra [2]. Este componente es fabricado por la empresa con las
mismas características de la carcasa o ducto.
Figura 2.8.- Tapa final [1].
2.2.14.- Caja final: es un elemento del ducto de barras que permite la conexión de cables a las
barras en cualquiera de sus extremos. Permite la conexión de carga hasta la capacidad
amperimétrica nominal del ducto de barras [2] (ver figura 2.9).
22
Figura 2.9.- Caja final [1].
Se utiliza para conectar transformadores al sistema de barras. Este elemento de ducto de
barras se fabrica en la empresa con dimensiones de AxB en mm (ver tabla 2.1) que varían de
acuerdo a la capacidad amperimétrica de las barras y dimensiones de C, D y E en mm con
valores se muestran en la tabla 2.4.
Tabla 2.4.- Dimensiones de la caja final fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones de C, D y
E en mm [1].
Capacidad (A)
C D E
250 288 550 500 500 313 550 500 800 300 700 500 1000 313 700 500 1350 338 700 500 1600 397 700 500 2000 423 700 500 2500 473 700 500 3000 397 1000 850 4000 423 1000 850
23
2.3.- Clasificación
Según la norma venezolana COVENIN 3063:1993, las canalizaciones de ducto de barra
que se utilizan para distribución eléctrica en baja tensión se clasifican según el tipo de ambiente,
el tipo de ejecución y el tipo de uso [3].
2.3.1.- Tipo de ejecución [2]
2.3.1.1.- Ducto de barras alimentador: es aquel desprovisto de puntos de derivación, sin
conexiones a lo largo de éste, destinado fundamentalmente a la distribución primaria de energía,
desde la fuente de alimentación al centro de consumo (ver figura 2.10).
Figura 2.10.- Ducto de barra del tipo alimentador [1].
2.3.1.2.- Ducto de barras enchufable: es aquel provisto de aberturas o entradas espaciadas a
intervalos en uno o ambos lados del ducto permitiendo la conexión eléctrica de equipos por
medio de enchufe a ducto (ver figura 2.11).
24
Figura 2.11.- Ducto de barra del tipo enchufable [1].
2.3.2.- Tipo de ambiente [2]
2.3.2.1.- Interiores: son aquellos diseñados para ambientes cerrados (ver figura 2.12).
Figura 2.12.- Ducto de barra para interiores [1].
2.3.2.2.- Exteriores: son aquellos diseñados para trabajar a la intemperie con rejillas que no
permitan el acceso a través de ellas a partes energizadas y acabados resistentes a condiciones
ambientales como: altura sobre el nivel del mar, temperatura ambiente media y máxima,
25
humedad relativa máxima, requerimientos de protección anticorrosiva y a prueba de hongos (ver
figura 2.13).
Figura 2.13.- Ducto de barra para exteriores [1].
2.3.3.- Tipo de uso [2]
2.3.3.1.- Tipo trole: es una forma de construcción de la canalización de ducto de barras, tal que
puede entregar o alimentar energía eléctrica por un sistema de salidas a herramientas eléctricas
portátiles, grúas y otras cargas eléctricas móviles (ver figura 2.14).
Figura 2.14.- Ducto de barra tipo trole [1].
En la empresa no se fabrican ductos de barras de este tipo.
26
2.3.3.2.- Tipo iluminación: son aquellos que están destinados a suplir energía eléctrica y
soportar mecánicamente instalaciones eléctricas comerciales o industriales de tipo luminoso.
Están diseñados específicamente para usarlas con alumbrado fluorescente o de descarga de alta
densidad (ver figura 2.15). En la empresa no se fabrican ductos de barras de este tipo.
Figura 2.15.- Ducto de barra de tipo iluminación [1].
2.3.3.3.- Tipo potencia: Son aquellos que están destinados a la distribución primaria y
secundaria de energía eléctrica, desde la fuente de alimentación a los centros de consumo dentro
de una planta industrial o comercial, ya sea como alimentador o enchufable (ver figura 2.10 y
2.11).
2.3.4.- Según su construcción [5]:
2.3.4.1.- Barras de fases no segregadas: Aquel donde todos los conductores de fase se
encuentran en una envolvente metálica común sin barreras entre las fases (ver figura 2.16).
Figura 2.16.- Barras de fase no segregadas [5].
27
2.3.4.2.- Barras de fases segregadas: Aquel donde todos los conductores de fase se encuentran
en una envolvente metálica común pero las fases están separadas con barreras metálicas. En la
figura 2.17 se muestra tal disposición de las barras en el ducto.
Figura. 2.17.- Barras de fase segregadas [5].
2.3.4.3.- Barras de fases aisladas: Aquel donde cada conductor de fase está envuelto por una
capa aislante individual. Separado cada conductor de la capa aislante del conductor de fase
adyacente por un espaciamiento de aire. Ver figura 2.18.
Figura 2.18.- Barras de fase aisladas [5].
2.4.- Características nominales
2.4.1.- Tensiones [2]
2.4.1.1.- Tensión nominal: es el valor de tensión que la identifica (ver tabla 2.5).
28
2.4.1.2.- Tensión máxima: es el mayor valor eficaz de la tensión para la cual el equipo ha sido
diseñado y el límite superior al cual podrá funcionar (ver tabla 2.5).
Tabla 2.5.-Tensiones nominales para ductos de barra de distribución según COVENIN
3087:1994[3].
Características nominales de tensiones (rms)
Tensión nominal (V)
Tensión máxima (V)
240 250 480 500 600 630
2.4.2.- Frecuencia nominal: es la frecuencia del circuito para el cual ha sido diseñado. La
frecuencia nominal para el ducto de barras de distribución de corriente alterna es 60 Hz [4].
2.4.3.- Nivel de aislamiento: es la capacidad del elemento de soportar sobretensiones, las cuales
pueden ser de origen atmosférico (BIL) y que ocurren a frecuencia industrial (60 Hz) [2, 9]. En
las tablas 2.6 y 2.7 se muestran las tensiones y los niveles de aislamiento nominales de las barras
de distribución de energía eléctrica en baja tensión en corriente alterna. Según la norma
COVENIN 3087:1994, el nivel de aislamiento nominal para una barra deberá estar basado en la
tensión de prueba durante un minuto, a 60 Hz, según lo establecido en la norma venezolana
COVENIN 2941:2000.
Tabla 2.6.- Niveles de aislamiento nominales para ductos de barra de distribución según
COVENIN 3087:1994 [3].
Características nominales de tensiones(rms)
Nivel de aislamiento (kV)
Tensión nominal (V)
Prueba de 60 Hz8 (rms)
Prueba de tensión continua (rms)*
240 2.2 3.1 480 2.2 3.1 600 2.2 3.1
8Las especificaciones de esta prueba se basa en la norma COVENIN 3072:1994, SECCIÓN 5.1, Ensayo sobre dieléctricos, ubicado en los anexos; Ni en esta norma ni en el catálogo hacen señalización directa sobre el BIL.
29
*La columna titulada prueba de tensión continua, es indicada solo como referencia para el
momento de que este dato sea probado, e indica valores que como se estima, pueden ser
adecuados y aproximadamente equivalentes a los valores correspondientes en 60 Hz indicados
para las tensiones de cada clase de equipo.
Tabla 2.7.-Tensiones y niveles de aislamiento nominal para ductos de barra de distribución según
norma ANSI C37.23 [5].
Tensiones máximas (kV rms)
Nivel de aislamiento (kV)
Prueba de 60 Hz (1 min)
Prueba de tensión continua DC
0.635 2.2 3.1
2.4.4.- Corrientes [3]
2.4.4.1.- Corriente nominal de la barra9: es la corriente en amperios, transportada
continuamente por los componentes del circuito incluyendo las conexiones, sin causar
temperaturas más altas que los límites especificados para cualquier componente del circuito,
cualquier medio aislante o parte de la estructura.
En la tabla 2.8 se reflejan las referencias hechas por la normativa venezolana COVENIN,
y las normas internacionales NEMA BU-1:1993 y ANSI C37.23:2003.
9La norma venezolana COVENIN 3072:1994, sección 5.2 Ensayo de corriente nominal, especifica un procedimiento experimental a seguir para determinar el cumplimiento de los valores nominales de corriente en régimen permanente, este proceso se ubica en el anexo D.
30
Tabla 2.8.- Corriente de operación para barras de distribución hasta 600V (rms en amperios)
[3, 5, 6].
COVENIN
3087:1994
NEMA
BU1-1999
ANSI
C37.23-
200310
- 100 -
225 225 -
400 400 -
600 600 600
800 800 -
1000 1000 -
1200 1200 1200
1350 1350 -
1600 1600 1600
2000 2000 2000
2500 2500 2500
3000 3000 3000
- 3200 3200
4000 4000 4000
5000 5000 5000
- - 6000
- - 8000
- - 10000
- - 12000
2.4.4.2.- Corriente de cortocircuito: es la corriente que puede soportar un ducto de barra en
caso de falla [3]. Las normativas venezolanas COVENIN consultadas no hacen mención directa
al estudio de esta corriente para ductos de barras, así que se toma como referencia la norma
internacional NEMA BU-1:199911 que si reseña explícitamente los valores nominales que
10 En la norma ANSI C37.23-2003, se considera un voltaje mínimo de 0,635 kV para los ductos de barra. 11 Esta no es la versión más reciente de esta norma, pero sí la disponible por la empresa.
31
soportan las barras de distribución eléctrica en ductos en baja tensión. Estos valores se muestran
en la tabla 2.9.
Tabla 2.9.- Corrientes de cortocircuito nominales (rms) para barras hasta 600V [3, 6].
Corriente de cortocircuito (𝒌𝑨𝒓𝒎𝒔 𝒔𝒊𝒎é𝒕𝒓𝒊𝒄𝒂)
5 42 7.5 50 10 65 14 75 18 85 22 100 25 125 30 150 35 200
2.4.4.3.- Corriente de duración momentánea: se define esta corriente como el valor de
corriente rms total (asimétrica) que un ducto de barras debe ser capaz de soportar durante al
menos 10 ciclos, y es medido al pico máximo entre el mayor de los ciclos con la compensación
DC equivalente incluida [5]. La tabla 2.10 muestra los valores de esta corriente (según el voltaje
que maneja la barra) en kA rms simétrica y kA pico, de acuerdo a la norma internacional ANSI
C37.23:2003 (se toma la tabla 2.6 como referencia, ya en las nomas venezolanas COVENIN
consultadas no mencionan directamente alguna restricción de esta corriente). En la empresa no
verifican ni controlan este valor, pero en según la norma ANSI C37.23:2003 debe ser probada a
través de pruebas en laboratorio.
Tabla 2.10.-Corrientes de duración momentánea para barras segregadas y no segregadas
[5].
Voltaje (kV)
Corriente de duración momentánea
(kA rms) asimétrica)
(kA pico)
0,635
29 51 56 97 86 150 113 196
32
2.4.4.4.- Corriente de breve duración: es el valor de corriente simétrica que el ducto de barra
debe ser capaz de soportar por un período de 2 segundos [6]. Las normativas venezolanas
COVENIN consultadas no hacen referencia directa a esta corriente para la distribución de energía
eléctrica en baja tensión con ductos de barras, por ende se toma como reseña la tabla especificada
para esta corriente por la norma internacional ANSI C37.23:2003 (ver tabla 2.11). En la empresa
no verifican ni controlan este valor, pero según la norma ANSI C37.23:2003 ésta es una
especificación que la barra debe poseer y cuyo valor será determinado a través de pruebas en
laboratorio.
Tabla 2.11.- Corrientes de breve para barras no segregadas según la norma ANSI
C37.23:2003 [6].
Voltaje (kV)
Corriente de breve duración
(kArms simétrica)
0,635
22 42 65 85
2.4.5.- Nivel de cortocircuito: es la capacidad máxima de corriente que puede soportar un
sistema en caso de que ocurra una falla durante un tiempo específico [10]. El sistema tiene
diferentes niveles de cortocircuito, es decir, diferentes valores de máxima corriente de falla,
dependiendo del lugar donde ocurra la falla y la red de distribución de energía eléctrica (en este
caso, las barras en ducto) debe soportar el mismo valor de corriente máxima de cortocircuito que
posee el sistema.
2.4.6.- Caída de tensión: podría ser expresado como la diferencia de voltaje línea-línea por cada
100 pies en cada uno de los siguientes casos [7]:
- Carga concentrada al final de la barra (barra tipo alimentador).
- Carga uniformemente distribuida a lo largo de la barra (barra tipo enchufe).
33
La caída de tensión en los circuitos de alimentación, según la norma el Código Eléctrico
Nacional en la sección 210. Circuitos Ramales, Art. 210.19 (A) Circuitos ramales No mayores a
600V, (1) Disposiciones Generales, Nota No. 4 y la norma internacional NEMA BU-1:1999
exponen directamente que hasta el punto de distribución final en la que se divide la carga en
circuitos ramales individuales la caída de tensión no debe superar el 3% para cargas de potencia,
calefacción o iluminación o combinación de las mismas, y también que la caída de tensión total
para los alimentadores y circuitos ramales hasta el punto de utilización final no exceda de 5% en
general entre las dos mediciones a comparar.
En la empresa especifican valores en su catálogo de fabricación correspondientes a la
caída de tensión para cada 100 m a plena carga distribuida uniformemente según la capacidad de
corriente que maneja la barra conductora, pero éstos sólo pueden ser válidos después de la
realización de pruebas en el laboratorio, con base en la norma internacional NEMA BU-1:1999,
que es la norma disponible por la empresa que muestra explícitamente el procedimiento a seguir
para determinar el valor de caída de tensión correspondiente por cantidad de metros de barras
instalados y también según su ampacidad.
2.4.7.- Límites de temperatura [4]
2.4.7.1.- Temperatura límite: es la temperatura máxima permitida, para cualquier componente,
tal como el aislamiento, los conductores, ambiente que rodea a los conductores o para cualquier
otra parte estructural que no transporte corriente. El Código Eléctrico Nacional hace referencia al
valor límite de temperatura para conductores en general en la sección 310.10. Límites de
temperatura para los conductores.
2.4.7.2.- Temperatura límite para materiales aislantes: es la temperatura total a la cual los
materiales aislantes pueden estar sometidos. El Código Eléctrico Nacional no hace ninguna
acotación directa en cuanto a valores seguros de temperatura límite para los aislantes que cubren
34
en específico a las barras en ductos, ya que no es su objetivo, pero según la norma venezolana
COVENIN 3087:1994, todos los materiales aislantes que podrían ser usados para cubrir a las
barras en ducto, no deben tener una temperatura mayor a los valores que se indican en la tabla
2.12.
Tabla 2.12.- Límites de temperatura para materiales aislantes usados en ductos de barras para
distribución, según norma venezolana COVENIN 3087:1994 y norma ANSI C37.23- 2003 [3,5].
Clase de
material aislante
Límite de elevación en
el punto más caliente
(°C)
Límite de
temperatura total en
el punto más caliente
(°C)
Clase Y (90) 50 90
Clase A (105) 65 105
Clase B (130) 90 130
Clase F (155) 115 155
Clase H (180) 140 180
Clase C (220) 180 220
2.4.7.3.- Límite de temperatura para el aire que envuelve a los conductores aislados: la
norma venezolana COVENIN 3087:1994, indica que la temperatura media del aire que envuelve
a las barras conductoras aisladas en ductos no debe ser mayor a de 55ºC, cuando la barra está
transportando la corriente nominal, a la tensión y frecuencias nominales, y está envuelta en aire a
temperatura ambiente media máxima de 40ºC.
2.4.7.4.- Límite de temperatura para partes expuestas al contacto de personas: se refiere a la
temperatura que no deben sobrepasar las estructuras expuestas al contacto de seres humanos. La
normativa venezolana COVENIN 3087:1994, expone que existen 3 condiciones que definen este
límite de temperatura, y son:
35
- La temperatura total de las partes accionadas por un operador no debe ser mayor a 50 ºC.
- Las superficies externas accesibles a un operario no deben tener una temperatura superficial
mayor de 70ºC.
- Las superficies externas no accesibles a un operador no deben tener una temperatura total de
110ºC.
- El incremento de temperatura sobre la temperatura ambiente de las barras conductoras del ducto
según el manual de control de calidad de la empresa, no será mayor a 55ºC.
2.5.- En cuanto a las formas constructivas
2.5.1.- Tramo recto (TR) [1]
En la empresa se fabrican los tramos de barra en tamaño normalizado de 3 m.
Principalmente del tipo potencia ya sea como alimentador o enchufable con sus respectivos
equipos de protección se sobrecorriente para cada circuito que alimenta.
En el caso del ducto tipo enchufable, en cada espacio destinado para esta función, el
ducto cuenta además de con el equipo de protección de sobrecorriente necesario para el circuito
que alimenta, con un elemento de interrupción mecánica (palanca) accionada desde el exterior de
éste. La figura 2.19 se ilustra este elemento.
36
Figura 2.19.-Tramo recto de barras en ducto fabricada por DUCTOBARRA [1].
2.5.2.- Curvas (LV o LH) [1]
Las curvas se fabrican de 90° según el catálogo de la empresa, tanto para configuración
plana como de canto, cuando en la instalación sea necesario un cambio de dirección hacia la
derecha o la izquierda, hacia arriba o hacia abajo. En la empresa no hay disponible ni vigente,
normativas nacionales o internacionales que hagan restricciones sobre dobleces o curvas para
ductos de barras de aluminio para distribución eléctrica, es decir, esta especificación resulta
arbitraria por parte de la empresa, ya que no está sujeta a la norma UL-857 vigente, como lo
están otros fabricantes, como: Shneider Busways, General Electric, etc. Las figuras 2.20 y 2.21
ilustran la fabricación de éstas.
Figura 2.20.-Curva horizontal fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones (AxB) ver en tabla
2.1 [1].
37
Figura 2.21.-Curva vertical fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones (AxB) ver en tabla 2.1
[1].
2.5.3.- Desviación “Z” (ZH o ZV) [1]
Según el catálogo de la empresa, es la combinación de dos curvas y pueden ser verticales
u horizontales y para su fabricación ocurre lo mismo que ocurre en el caso de la fabricación del
tramo recto (su fabricación está basada en una versión de la norma UL-857, que es obsoleta en la
actualidad y la convierte y inaplicable). Su forma se ilustra en las figura 2.22.
Figura 2.22.- Curva de desviación fabricada por DUCTOBARRA, dimensiones (AxB) ver en
tabla 2.1 [1].
38
2.5.4.- Conexión “T” (TH o TV) [1]
Según el catálogo de la empresa, esta forma permite la conexión de ramales, en sentido
horizontal o vertical, a un ducto de barras. Las especificaciones de esta pieza expuestas en el
catálogo del fabricante no pueden ser tomadas como válidas ni certeras, ya que no sigue ninguna
normativa nacional ni internacional vigente que restrinja su fabricación (norma UL-857).
La misma cuenta con una serie de medidas constructivas mostradas en las figuras 2.23 y
2.24. Esta pieza es usada cuando la topología de la red (el recorrido del sistema de barras) lo
requiera.
La conexión que se realiza a través de esta pieza cuenta con los mismos elementos de
protección contra sobrecorrientes, debido a que los circuitos ramales pueden ser de diferentes
capacidades amperimétricas, es decir, se necesite cambio de sección de barra, ya que depende de
la carga que será alimentada.
Figura 2.23.- Conexión “T” horizontal fabricada por DUCTOBARRA [1].
39
Figura 2.24.-Conexión “T” vertical fabricada por DUCTOBARRA [1].
2.5.5.- Barra de Tierra [1]
Según el catálogo de la empresa, todos los ductos de barras que se fabrican, cuentan con un
conductor de Tierra, para proporcionar un camino de retorno a las corrientes de falla en caso de
que ocurran, es decir, según la empresa, este conductor es diseñado para soportar la corriente de
falla máxima a tierra que pueda ocurrir en el sistema (véase 2.4.4.2, corriente de cortocircuito),
por un lapso de tiempo de al menos un segundo; que este conductor soporte la misma cantidad de
corriente de falla máxima que soporta el elemento de protección que esté conectado a la barra.
Este diseño se realiza usando un método explicado en el capítulo 4.
La barra de Tierra es colocada en la misma disposición que los conductores de fase y a lo
largo de todo el ducto. Todas las partes metálicas de la estructura externa del ducto se conectan a
este conductor directa o indirectamente. Antes de realizar la instalación de este conductor en el
ducto, en la empresa, indican que en cualquier caso éste soporte al menos 25% de la capacidad
amperimétrica de las barras de fase, entiéndase que es sólo un valor indicado, no es un valor
40
probado ni medido, lo que implica, no es puede asegurarse a menos que se realice la prueba en
laboratorio indicada en la norma UL-857 vigente, que avale esta estimación.
Esta especificación es teórica y fijada una vez que se determina la capacidad
amperimétrica de las barras de fase a instalar en el proyecto (a la cual le corresponde una
capacidad de corriente de cortocircuito estimada por el cliente).
𝐼𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑐𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒
∗ 25% = 𝐼𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑇𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎 𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎
Ec. 2.1
2.5.6.- Barra de Neutro
Todos los ductos de barra que se fabrican en la empresa incluyen una barra de neutro con
el fin de proporcionar un camino de retorno para las corrientes de desbalance del sistema, en el
caso de que ocurra, esto según el catálogo de la empresa. Esta barra se adecua teóricamente para
transportar todas las corrientes de neutro de las cargas conectadas al ducto de barras, incluyendo
las corrientes armónicas y la capacidad momentánea de cortocircuito correspondiente con los
requisitos del sistema (véase 2.4.4.3, corriente de duración momentánea).
La capacidad de conducción de esta barra es siempre diseñada para soportan una capacidad
de al menos 50% la capacidad de corriente que soportan las barras de fase. Como ocurre en el
caso de la barra de Tierra, estas especificaciones son teóricas y fijadas una vez que se determina
la capacidad amperimétrica de las barras de fase a instalar en el proyecto, pero estas no son
probadas ni medidas, lo que implica que sólo serán válidas después de someter a la barra, a las
pruebas en laboratorio que avalen estas estimaciones, basadas por supuesto en una normativa
legítima y vigente.
𝐼𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑐𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒
∗ 50% = 𝐼𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑁𝑢𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎
Ec. 2.2
41
2.6.- Otros fabricantes
Es importante resaltar la existencia de ductos de barras de fabricantes internacionales como:
General Electric, Schneider Busway, Barras en ducto Zucchini, entre otros (no consultados), que
muestran en sus catálogos, la descripción detalla de cada uno de los elementos y formas
constructivas nombradas a lo largo de este capítulo, bajo las certificaciones UL- 857 (en el caso
de las empresas General Electric y Schneider Busway) y NEMA BU-1:1999 (en el caso de la
empresa General Electric), lo que indica, que la empresa debe para poder ser competitivo dentro
del mercado y expender este producto, estar respaldado legalmente bajo estas normas de
fabricación.
La comparación de las barras que fabrican estas empresas reconocidas y las fabricadas por
DUCTOBARRA, no pueden ser comparadas12, ya que la configuración de las barras dentro de la
envolvente13, es realizada de manera diferente, en la figura 2.25 se ilustra esta configuración:
Figura 2.25.- Configuración de las barras dentro del ducto, fabricadas por empresas
internacionales: Schneider, General Electric, Barras en ducto Zucchini, entre otras [20].
12 Existen características como dimensiones de las barras y formas constructivas que exponen los catálogos de los fabricantes internacionales que también fabricada DUCTOBARRA, como: cruces y derivaciones. 13 Una vez realizada la certificación de la empresa DUCTOBARRA bajo la normativa que respalda a otros fabricantes como General Electric y Schneider, sería atractivo realizar comparaciones que permitan resaltan propiedades de cada una de ambas configuraciones.
42
CAPÍTULO 3
NORMATIVA REVISADA EN CUANTO A LAS CARÁCTERÍSTICAS TÉCNICAS DE
LAS BARRAS FABRICADAS POR LA EMPRESA
En este capítulo se exponen las normas revisadas vigentes y disponibles en la empresa
que incluyen especificaciones de las características técnicas los ductos de barra y algunos de los
componentes fabricados en la empresa.
3.1.- En cuanto a los componentes
Tabla 3.1.- Normas revisadas en cuanto a los componentes de los ductos de barras fabricados
en DUCTOBARRA.
Componente Norma consultada Ítem
Ducto
metálico [1]
Código Eléctrico Nacional, en los
artículos:
- 368.4 (B)(1), sobre la exposición
de carcasas o envolventes a daños
severos o vapores corrosivos.
- 368.4 (B)(4), sobre la exposición
de carcasas o envolventes en
lugares húmedos o mojados.
Protege a las barras
conductoras ante situaciones
como: resistencia a la corrosión,
humedad, daños por causas
externas (según su manual de
control de calidad).
ygtvtv
43
Ducto
metálico [1]
COVENIN 3087:1994, en su
sección 4.1.2, sobre las láminas
metálicas que forman la estructura
externa del ducto de barras.
Código Eléctrico Nacional, sección
110, parte II, sobre los requisitos de
instalaciones eléctricas, en cuanto a
cruce de barras conductoras ventiladas o
no en paredes y pisos.
COVENIN 3087:1994, en los
artículos:
- 368.6 (A), sobre ductos de barras
no ventilados a través de muros
secos14.
- 368.6 (B), sobre la extensión sólo
ductos no ventilados, en el caso de
ductos que atraviesan el piso y
colocados a 1.8 m sobre el piso.
COVENIN 3087:1994, sección
4.3.1, sobre las chapas de acero que
componen esta carcasa y el espesor no
menor de 1,2 mm con el que debe contar.
Cuando se realiza
instalaciones donde es
necesario atravesar paredes o
pisos, en la empresa sólo se
especifica que durante ese
tramo el ducto es cerrado o no
ventilado.
Cumple, según su manual
de control de calidad, con un
calibre de carcasa de 1.52 mm.
14 Ver definición en Glosario.
44
Ducto
metálico [1]
Código Eléctrico Nacional, artículo
368.7, sobre terminales extremos.
Cumple, según las
instalaciones revisadas,
con terminales cerrados en
los extremos.
Barras
conductoras
[1]
COVENIN 542:1999, sobre la
separación entre las barras conductoras
dentro de una envolvente.
COVENIN 3087:199, sección
4.3.5, sobre material, diseño y fabricación
de las barras conductoras.
COVENIN 3087:1994, sección
4.1.7, sobre el estañado de las barras en
los puntos de empalme.
En la empresa no se encuentran
disponibles las normas vigentes que
determinan la sección transversal que
deben tener las barras conductoras para
distribución eléctrica en baja tensión
hasta 600V dependiendo de su
capacidad amperimétrica.
Cumple, según su manual
de control de calidad, con una
distancia entre fases de 40 mm,
mayor que el 25 mm que fija la
norma como mínimo.
Las barras son estañadas
en sus extremos, según
supervisión en fábrica.
Chaqueta
aislante [1]
COVENIN 3087, sección 4.1.12, sobre
los recubrimientos de las barras
conductoras.
Cumple, las barras son
recubiertas con pintura aislante,
según supervisión en fábrica.
Aislador [1]
COVENIN 3087:1994, sección
5.1.2 sobre las características del
aislador.
Según el manual de
control de calidad, este sostiene
a las barras dentro del ducto.
45
Caja de derivación
(CDB o CDF) [1]
Código Eléctrico Nacional, sección
368.29, sobre los dispositivos de
interrupción o puentes de desconexión
provistos en los tendidos de barras.
COVENIN 3087-1994, sección
5.1.4, sobre los requisitos de las cajas de
derivación.
Todas las cajas de
derivación según inspección en
instalaciones, cuentan con el
dispositivo de protección de
sobre corriente correspondiente.
Conector a
tablero (F),
Flange [1]
COVENIN 3063-1993, sección
3.22, en cuanto a la función del conector
a tablero.
Cumple con esta norma,
según inspección propia en
instalaciones; las barras se
conectan a tablero a través de
este elemento.
Reducción de sección (R o
RF) [1]
Código Eléctrico Nacional, sección
368.11, sobre la reducción de la
ampacidad de las barras.
Cumple con esta norma,
según inspección propia en
instalaciones; es usado este
elemento siempre que se
conectan barras de diferente
capacidad amperimétrica.
Tornillería
[1]
COVENIN 3087:1994, sección
4.1.3 y la norma venezolana COVENIN
3087:1994, sección 4.1.4, sobre los
tornillos usados para asegurar las
conexiones de las barras eléctricas de
distribución.
No se realizó durante esta
pasantía revisión sobre este
elemento.
46
Empalme [1]
COVENIN 3087:1994, sección
4.2.4, sobre el diseño de los ductos de
barras.
Cumple, según inspección
en instalaciones, teóricamente,
con las características en esta
norma especificadas para este
elemento.
3.2. En cuanto a las formas constructivas
Tabla 3.2.- Normas revisadas en cuanto a las formas constructivas de los ductos de barras
fabricados en DUCTOBARRA.
Formas
Constructivas
Norma consultada Ítem
Tramo recto [1]
Código Eléctrico Nacional,
sección 368.12, sobre la
protección de los alimentadores.
Cumple, con la
instalación de equipos de
protección resguardando a los
circuitos ramales.
Tierra [1]
COVENIN 3087:1994, sección
4.2.6, sobre la fabricación de la
barra Tierra.
Cumple, ya que se
fabrica, según su manual de
control de calidad, con una
capacidad de 25% de la
capacidad de los conductores
de fase.
Neutro [1]
Código Eléctrico Nacional,
sección 368.24, sobre la barra de
Neutro en los ductos de barras.
COVENIN 3087:1994, sección
4.2.6, sobre la fabricación de la
barra Neutro.
Cumple, ya que se
fabrica, según su manual de
control de calidad, con una
capacidad de 50% de la
capacidad de los conductores
de fase.
47
CAPÍTULO 4
CÁLCULO TEÓRICO PARA ESTIMAR EL NIVEL DE CORTOCIRCUITO QUE
SOPORTAN LAS BARRAS USADO EN DUCTOBARRA
Una característica fundamental para el diseño de las barras es la cantidad de corriente de
cortocircuito que puede soportar. Para realizar el cálculo numérico de esta capacidad, en la
empresa se realiza una aproximación mediante la aplicación de la norma IEEE 605-1998, para el
diseño de estructuras rígidas en subestaciones [12], donde se estudian los esfuerzos térmicos y
mecánicos que según esta norma, sufren las barras conductoras. El método es usado de la
siguiente manera:
4.1.- Esfuerzos térmicos producidos por la corriente de cortocircuito
Por efecto de la corriente de cortocircuito, los conductores sufren un esfuerzo térmico, que
depende, básicamente del cuadrado de la intensidad y de la duración del cortocircuito.
Para determinar el valor del aumento de temperatura, se establece una corriente
permanente de cortocircuito, 𝐼𝑐𝑐 (véase 2.4.4.2), y el tiempo, t, medido desde el inicio del
cortocircuito hasta la desconexión de los interruptores correspondientes, pero además hay que
considerar el calentamiento producido por la corriente sub-transitoria, que se llamará 𝐼𝑐𝑐" (véase
2.4.4.3). Para tomar en cuenta el efecto de 𝐼𝑐𝑐" , se introduce en los cálculos un tiempo adicional
Δt, cuyo valor es:
ygtvtv
48
𝛥𝑡 =(𝐼𝑐𝑐
" )2
𝐼𝑐𝑐. 𝑡 Ec. 4.115
En la empresa, para simplificar los cálculos se asume:
1. El calor cedido por las barras al medio ambiente es despreciable, debido al corto
tiempo de duración del cortocircuito.
2. La resistencia eléctrica del conductor no varía con el aumento de temperatura.
3. El calor específico del material es constante con la temperatura.
Aplicando estas condiciones a la ecuación general de conducción de calor se obtiene:
𝑑𝑇
𝑑𝑡 ´= 𝐶𝑡𝑡𝑒1 ∗ 𝑊𝑖 Ec. 4.2
Donde:
𝑊𝑖 = 𝐶𝑡𝑡𝑒2 𝐼𝐶𝐶
2
𝐴2 . Integrando la ecuación dependiente de dt´:
𝑑𝑇´𝑇
𝑇𝑜=
𝑎
𝐾
𝑡
0 𝑊𝑖𝑑𝑡´ → 𝛥𝑇 = 𝑇 − 𝑇𝑜 = 𝐶𝑡𝑡𝑒1 𝑊𝑖𝑡 Ec. 4.3
𝑇𝑜 es la temperatura inicial del conductor antes del cortocircuito y T la temperatura final
después de un tiempo t. Sustituyendo:
𝛥𝑇 = 𝐶𝑡𝑡𝑒3 𝐼𝑐𝑐
2
𝐴2 𝑡 Ec. 4.4
15 Ver lista de abreviaturas.
49
Para tomar en cuenta el calentamiento producido por la corriente sub-transitoria nombrada
anteriormente se debe sumar un tiempo adicional 𝛥𝑇.
𝛥𝑇 = 𝐶𝑡𝑡𝑒3 𝐼𝑐𝑐
2
𝐴2 𝑡 + 𝛥𝑡 Ec. 4.5
La expresión 4.5 es entonces la expresión final, usada por la empresa, para el
calentamiento del conductor.
Los aumentos de temperatura admisibles en caso de cortocircuito son los siguientes: (1)
para conductores desnudos de aluminio: 180°C y para (2) conductores de cobre: 200°C, según la
norma IEEE 605-1998, para el diseño de estructuras rígidas en subestaciones.
Para desarrollar este método, usado en DUCTOBARRA, en la determinación de la
corriente de cortocircuito máxima que puede soportar la barra conductora, cuando la misma es
sometida a esfuerzos térmicos se realiza un caso de estudio expuesto a continuación.
4.1.1.- Caso de estudio 1
Se necesita hallar el aumento de temperatura en una barra de cobre para baja tensión, con
una sección transversal de 250 𝑚𝑚2, con un tiempo de disparo de los interruptores de 1 seg., en
caso de un cortocircuito trifásico. Corriente sub-transitoria 𝐼𝑐𝑐" = 70 kA y corriente permanente
𝐼𝑐𝑐 = 50 kA. Se tiene,
50
𝛥𝑡 = (𝐼𝑐𝑐
")2
𝐼𝑐𝑐2
𝑡 =(70)2
(50)2 0,3 = 0,59 𝑠𝑒𝑔
El calentamiento sufrido por el conductor es:
𝛥𝑇 = 𝐶𝑡𝑡𝑒3 𝐼𝑠
2
𝐴2 𝑡 + 𝛥𝑡 = 0,0051
50.000 2
2502(1 + 0,59) = 324,4°𝐶
El valor obtenido es mucho mayor al admisible, que es de 200°C. Para obtener un valor
apropiado, se dispone de dos soluciones:
a) Aumentar la sección del conductor.
b) Disminuir el tiempo de disparo de los interruptores ajustando los relés de
sobrecorriente16.
Se replantea el problema aplicando las dos soluciones posibles. Para resolver el problema
aumentando la sección de la barra, primero es calculado el valor teórico mínimo de la sección
para tener un aumento de temperatura de 200°C, y con la utilización de la sección superior más
cercana a ése valor teórico, de la ecuación puede deducirse:
𝐴 = 𝐶𝑡𝑡𝑒3 𝐼𝑠
2
𝛥𝑇 𝑡 + 𝛥𝑡 = 0,0051
50.000 2
200(1,59) = 318,4 𝑚𝑚2
La sección más próxima es 2’’x ¼’’ (322,6 𝑚𝑚2). La cual sería la sección correcta.
16 Ver definición en glosario.
51
Si se quiere mantener la sección y disminuir, por lo tanto, el tiempo de disparo del
interruptor se puede, en forma análoga, hallar el valor mínimo de éste para así obtener un
aumento de temperatura de 200°C.
Despejando de nuevo la ecuación:
𝑡 = 𝐴2. 𝛥𝑇 − 𝛥𝑡
𝐶𝑡𝑡𝑒3. 𝐼𝑐𝑐2
Sustituyendo valores: 𝑡 = 2502 . 200 − 0,59
(0,0051).(50000 2) = 0,39 segundos.
Es decir, que debe ajustarse el tiempo de los relés de forma que le interruptor desconecte a
los 0,3 segundos de producirse el cortocircuito, con esto, se tendrá la seguridad de que el
calentamiento sea menor de 200°C, el cual se ha tomado como valor máximo.
4.2.- Esfuerzos mecánicos producidos por la corriente de cortocircuito
En la norma IEEE 605-1998, para el diseño de estructuras rígidas en subestaciones, se
presenta la ecuación clásica para fuerzas entre conductores largos y paralelos, en configuración
plana, debido a una corriente de cortocircuito, de la forma siguiente:
52
𝐹𝑐𝑐 =2 Ґ 2 2𝐼𝑐𝑐
2
104(𝑟) Ec. 4.617
Según esta norma, la ecuación 4.6 asume que la falla se inicia al producirse la corriente
máxima de falla (véase 2.4.4.3, corriente de cortocircuito) con contribución de corriente directa
incluida. La magnitud de la corriente de falla 𝐼𝑐𝑐 es diferente para cada tipo de falla (trifásica,
bifásica, monofásica, etc.) y para obtener una ecuación equivalente para cada una de ellas es
necesario determinar los parámetros eléctricos del sistema. Una buena aproximación para este
cálculo, transformando las constantes y las unidades es:
𝐹 = 2,04𝑥10−8. 𝐼2.𝐿
𝑟 Ec. 4.7
Con el fin de caracterizar dos conductores largos y paralelos, en la figura 4.1 se representa
un sistema de distribución con barras, separadas una distancia, r, en cm, de longitud, L, también
en cm, y recorridas por una corriente, I, en amperios. Según esta norma, entre estos dos
conductores se produce una fuerza de origen electromagnético, cuyo valor viene dado por la
siguiente ecuación 4.7.
Figura 4.1.- Barras conductoras paralelas y largas. 17 Ver lista de abreviaturas.
53
Los máximos de la corriente de cortocircuito (véase 2.4.4.3) con contribución de corriente
directa incluida, según esta norma, aparecen cuando circula el valor máximo de la corriente sub-
transitoria de la falla (𝐼𝑐𝑐′′ ), este valor máximo se nombra 𝐼𝑐 , y es expresado en la ecuación 4.8.
𝐼𝑐 = 1,8 .2 . 𝐼𝑐𝑐′′ Ec. 4.8
Con 𝐼𝑐 expresado en kA, y eligiendo una longitud base del conductor de 100 cm. Se tiene
que el esfuerzo electrodinámico por metro de conductor tiene un valor de:
𝐹 = 2,04 .𝐼𝑐
2
𝑟 , en 𝐾𝑔
𝑚 Ec. 4.9
Según esta norma, la resistencia mecánica de las barras, se determina a partir de su
momento resistente. El momento resistente de una sección rectangular se presenta en la ecuación
4.10:
𝑀𝑅 = .𝑏2
6 , en 𝑐𝑚3 Ec. 4.10
Con los valores de h y b, según la disposición de las barras colectoras en el ducto (ver
figura 4.2).
54
Figura 4.2.- Aplicación de los valores de b y h, de acuerdo a la disposición de las barras colectoras.
Para evitar la deformación de las barras, se define un momento flector máximo
dependiente del momento flector de las barras y de la carga admisible del material con el cual es
construida (especificaciones definidas en el párrafo siguiente). Este momento, según la norma
consultada por la empresa, puede describirse con la ecuación 4.11:
𝑀𝑓𝑚 á𝑥 =𝑀𝑓
𝐾 Ec. 4.11
Si se considera a las barras como vigas sometidas a una carga uniformemente distribuida,
según la norma internacional IEEE std 605:1998, para estructuras rígidas en subestaciones, el
momento de flexión de las barras se expresa como muestra la ecuación 4.12:
𝑀𝑓 =𝐹.𝐿
16, en Kg.cm Ec. 4.12
55
La carga admisible K, según esta norma, es: para el cobre K= 1000 a 1200 𝐾𝑔𝑐𝑚2 y para
el aluminio K= 400 a 600 𝐾𝑔𝑐𝑚2 .
Para que el valor del momento resistente sea el correcto, es decir, cumpla con la norma
usada en la empresa, debe cumplirse la condición expresada en la ecuación 4.13:
𝑀𝑓
𝐾<
.𝑏2
6 Ec. 4.13
Con el cálculo anterior, en la empresa, se determina por tanteo, la distancia necesaria L
entre los apoyos, la sección más apropiada de las barras, etc., teniendo fijo previamente la
distancia r entre los conductores, y la corriente de cortocircuito estimada en el proyecto.
Mediante los esfuerzos expuestos en las secciones 4.1 y 4.2, y tomando como distancia
entre los soportes 30 cm, en la empresa se tabula el nivel de cortocircuito por capacidad
amperimétrica con los valores establecidos en la tabla 4.1.
Tabla 4.1.- Capacidad de cortocircuito para barras de distribución eléctrica hasta 600 V,
fabricadas por DUCTOBARRA [1].
Capacidad de Cortocircuito (kA)
250 14
500 25
800 37
1000 45
1350 50
56
1600 74
2000 90
2400 100
3000 145
4000 180
Por otra parte, para desarrollar este método, usado en DUCTOBARRA, en la
determinación de la corriente de cortocircuito máxima que puede soportar la barra conductora,
cuando la misma es sometida a esfuerzos mecánicos se realiza un caso de estudio expuesto a
continuación.
4.2.1.- Caso de estudio 2
Si se supone un sistema de distribución con una barra de corriente de operación de 1350 A
donde se requieren 4 barras por fase, por criterio propio de la empresa sin basamento en ninguna
orma legítima usada para el arreglo de múltiples barras, con una corriente de falla de 70 kA, una
distancia entre apoyos de L = 100 cm, y una separación entre fases, establecida por la empresa,
de 4 cm. El esfuerzo electrodinámico resulta:
𝐹 = 2,04 .𝐼𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎
2
𝑟 . 𝐿 = 2,04 .
702
4= 2499 𝐾𝑔 → fuerza que sufren las 4 barras, por ende:
𝐹 =2499
4= 624.75 𝑘𝑔
El momento de flexión es: 𝑀𝑓 =𝐹.𝐿
16=
624.75 . 100
16= 3904.687 𝑘𝑔. 𝑐𝑚
57
Empleando aluminio como material más frecuente de fabricación de las barras con K =
600 𝑘𝑔 𝑐𝑚2 , el momento flector máximo dará como resultado:
𝑀𝑓𝑚 á𝑥 =𝑀𝑓
𝐾=
3904.687 𝑘𝑔. 𝑐𝑚
600 𝑘𝑔/𝑐𝑚2= 6.507 𝑐𝑚3
Si esta barra tiene una sección de 0.635 cm de ancho y 6.35 cm de altura, en
configuración plana como se realiza en la empresa, se tiene que el momento resistente de la
sección resulta:
𝑀𝑅 =0.635 ∗ (6.35)2
6= 4.267 𝑐𝑚3
Como el momento resistente es menor al necesario (𝑀𝑓𝑚 á𝑥 > 𝑀𝑅), se modifican en el
diseño una o más de tres de las alternativas posibles:
a) Aumentar la distancia r, con lo que el esfuerzo F resulta menor.
b) Disminuir la distancia entre apoyos L, con lo que el momento de flexión resulta
menor.
c) Aumentar la sección de la barra, con lo que el momento resistente sería mayor.
d) Suponer una corriente falla menor.
Como la distancia entre las barras no puede cambiar y el tamaño de las mismas tampoco,
ya que los ductos y las barras son estandarizados, y el separar las barras implica un aumento en el
tamaño del ducto, aplicar las opción b) y d) son las factibles en el diseño.
Al variar la distancia entre los apoyos a 60 cm., el esfuerzo electrodinámico permanece
igual ya que la longitud de la barra no varía, y el momento de flexión vale ahora:
58
𝑀𝑓 =𝐹 ∗ 𝐿
16=
624.75 ∗ 60
16= 2342.812 𝑘𝑔. 𝑐𝑚
El momento resistente necesario cambió y ahora tiene un valor de:
𝑀𝑓
𝐾=
2342.812
600= 3.904 𝑐𝑚3
Con esta solución se resuelve el problema, ya que 3.904 𝑐𝑚3< 4.267 𝑐𝑚3.
Aplicando la opción d) con las mismas condiciones iniciales y rehaciendo el mismo
procedimiento anterior, eligiendo por tanteo una corriente de falla de 50 kA:
𝐹 = 318.75 𝐾𝑔
𝑀 = 1992.187 𝑘𝑔. 𝑐𝑚
𝑀𝑓𝑚 á𝑥 = 3.32 𝑐𝑚3
Manteniendo la sección de la barra, el momento resistente de la sección resulta:
𝑀𝑅 =0,635 . (6.352)
6= 4.267 𝑐𝑚3
Como 𝑀𝑅 > 𝑀𝑓𝑚 á𝑥 no se realiza ningún cambio ya que se cumple que el momento
resistente de la barra es mayor que su momento flector. La barra resiste mecánicamente una
corriente de falla de 50 kA.
59
Las corrientes de cortocircuito determinadas a través de los procedimientos 4.1 y 4.2, son
aquellas que aseguran según esta norma, que la barra no sufrirá daños de índole mecánica. Para
poder determinar la corriente de cortocircuito máxima válida para cualquier corriente de
operación, es necesario realizar las pruebas en el laboratorio, avaladas en las normas vigentes y
legítimas propias para ésta especificación.
60
CAPÍTULO 5
PROYECTOS DE DISTRIBUCIÓN EN BARRA
En este capítulo se presenta el procedimiento, usado en la empresa, para realizar la
distribución de energía eléctrica a través de la tecnología de barras, comenzando desde los
requerimientos de la demanda, la selección del material de la barra según su clase, el recorrido de
barra necesario para suplir la carga desde la fuente y la escogencia final de capacidad de corriente
de ésta.
En la figura 5.1 se muestra el diagrama de flujo que sigue la empresa DUCTOBARRA
para la implementación de esta tecnología.
Establecer las condiciones de diseño
Seleccionar la clase de
conductor
Determinar la cantidad de metros requeridos
ygtvtv
61
Figura 5.1.- Diagrama de flujo que sigue la empresa para la implementación de los ductos de
barras para distribución de energía eléctrica que fabrica [1].
Seguidamente se realizar la descripción paso a paso del diagrama de flujo anterior.
5.1.- Selección del material
Como la empresa no se rige por ninguna norma vigente y legítima que indique la clase de
conductor a usar específicamente en una instalación, la selección del material, es dependiente de
Determinar la capacidad
amperimétrica de la barra
Asignación de la barra según la
capacidad amperimétrica
estimada
Digitalización del recorrido de las barras
Fabricación de las barras
Instalación de las barras
62
los requerimientos del encargado de la obra o proyecto donde será implementado el ducto de
barras.
En la empresa se fabrican los ductos con barras de aluminio18 aleación 6101-T6 de 61%
I.A.C.S.19, con resistencia máxima de 13,8 micro-ohms/ 𝑝𝑢𝑙𝑔2/pie [1] y características mecánicas
que se encuentran en el anexo B.
5.2.- Especificación de la cantidad de metros requeridos en la instalación.
La metodología, usada en DUCTOBARRA, para determinar la cantidad de metros de
barra que requiere la instalación se basa en determinar la distancia más corta
(arquitectónicamente posible) entre la fuente y la(s) cargas. Si la barra será del tipo alimentador
se construye la cantidad de piezas normalizadas (3 - 3,05m) necesarias para cubrir la totalidad del
trayecto determinado. Del otro modo, si la barra funcionará como enchufable, se realiza el mismo
procedimiento hecho para la barra tipo alimentador, con la distinción de colocar ahora cajas de
derivación según la ubicación de cargas a ser alimentadas y de la capacidad amperimétrica que le
corresponda a las mismas. Seguidamente después de determinada la obra civil del proyecto se
realiza un replanteo de las medidas y la verificación de éstas con respecto al recorrido inicial
hecho; se corrigen las medidas en caso de ser necesario, por último se digitaliza el recorrido de
las barras y se fabrican para su instalación.
5.3.- Capacidad amperimétrica de la demanda
La capacidad amperimétrica de la barra a usar en la instalación se calcula determinando la
potencia que requieren todos los aparatos que conforman la carga, obteniendo la cantidad de
18 En el caso de ser requerido por el cliente, se fabrican ductos con barras de cobre con características eléctricas y mecánicas ubicadas en el anexo B. 19Estándar Internacional del Cobre Recocido o IACS (siglas en inglés) definición de la conductividad del cobre, medida a 20 °C de valor 58,108𝑥106 𝑆 𝑚 al cual se le asigna un índice de 100%.
63
corriente total requerida. En el capítulo 2, tabla 2.1 se pueden ver las ampacidades usadas en la
empresa para la fabricación de los ductos de barra.
Una vez determinada la demanda en amperios del sistema, la empresa selecciona si el
ducto será ventilado o no ventilado, según la ubicación del sistema de barras que será instalado:
Si el recorrido de barras de distribución de energía cuenta con alguna protección contra el
medio ambiente, esté dentro de la estructura y/o fuera del deterioro que pueda producir el
entorno en que este ubicado, en la empresa se selecciona un ducto de barra ventilado.
Si el recorrido del ducto será colocado exterior a la obra, es decir, al aire libre sin techo o
cobertura, la empresa selecciona un ducto no ventilado para la instalación. Esto, según la
empresa, se establece para proteger a las barras conductoras de las abrasiones del entorno,
incluidas las variaciones climáticas, el contacto directo de personas con las barras
conductoras, los animales silvestres y la vegetación (estos dos últimos en el caso de que la
instalación se ubique fuera de la ciudad).
Esta selección es totalmente subjetiva ya que no se dispone en la empresa DUCTOBARRA
con la normativa vigente y legítima que avala esta escogencia, ni han sido sometidos, los ductos,
a alguna prueba de campo o laboratorio basada en una norma genuina de fabricación, como lo es
la norma UL-857 vigente.
En esta pasantía se propone reformar el diagrama de flujo usado en la empresa, después de la
determinación de la capacidad amperimétrica como se muestra en la figura 5.2.
Establecer las condiciones de diseño
64
Figura 5.2.- Diagrama de flujo propuesto para la implementación de los ductos de barras para
distribución de energía eléctrica que fabrica [1].
Determinar la capacidad
amperimétrica de la barra
Informar la caída de tensión
Escoger el Nivel de cortocircuito
¿Cumple la barra seleccionada con los requerimientos de la carga, las normas COVENIN y las normas
vigentes y disponibles en la empresa?
Si
Digitalización del recorrido de las barras
No
Aumento de la capacidad de la barra
Fabricación de las barras
Instalación de las barras
Seleccionar la clase de
conductor
Determinar la cantidad de
metros requeridos
65
Una vez obtenida la capacidad amperimétrica de las barras y la selección del ducto, en esta
pasantía se propone verificar: (1) que la cantidad máxima de corriente de cortocircuito que
soporta la barra conductora es mayor que el nivel de cortocircuito del sistema y (2) la caída de
tensión por metro de la barra, esté dentro de los rangos admisibles en las normativas
correspondientes.
5.3.1.- Nivel de cortocircuito
Se propone realizar un análisis de malla básico (Ley de Kirchhoff) con la topología de la
red compuesta por el voltaje de la fuente de alimentación y las impedancias de la fuente de
alimentación (cuyo valor siempre es muy grande en comparación con las demás impedancia
componentes de la malla), del transformador, de la red de distribución y de la carga.
Como la empresa sólo cuenta con la parte resistiva de impedancia de la barra conductora20
(red de distribución), y para estimar el valor de la inductancia de la barra es necesario:
Conocer la geometría de las barras dentro del ducto.
Realizar cálculos matemáticos complejos basados en la separación de fases y la influencia
de la circulación de corriente en los conductores21.
Se calcula la corriente de cortocircuito en dos casos:
(1) En el caso de que la barra sea usada como alimentador, cuyo circuito equivalente es
mostrado en la figura 5.3, donde el valor de la corriente máxima de cortocircuito se fija hasta
aguas arriba de la carga:
20 La norma internacional NEMA BU-1:1999 expone la metodología necesaria para la determinación de los parámetros de las barras conductoras. Este procedimiento se ubica en los anexos. 21 Lo cual no es parte del alcance de esta pasantía, pero sí un dato indispensable para la buena estimación de la capacidad de corriente de cortocircuito que puede soportar la barra conductora.
66
Figura 5.3.- Circuito equivalente del sistema cuando el ducto de barras es usado como
alimentador [1].
Considerando el valor de la impedancia de la fuente muy grande, aproximando la
impedancia de la barra, sólo con el valor de la parte resistiva, y la impedancia del transformador
como dato de placa del equipo, para determinar la corriente máxima de falla del sistema se usa la
expresión 5.1:
𝐼𝐶𝐶 =
𝑉𝐿𝐿 3
𝑍𝑇𝑅𝑋 +𝑍𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 Ec. 5.122
(2) En el caso de que la barra sea usada como barra tipo enchufe, donde la impedancia de
la barra se representa en Ω/m ya que la corriente de cortocircuito se calcula hasta cualquier lugar
donde esté enchufada la carga en derivación (ver figura 5.4, donde las cargas 1 – 4 están
colocadas a lo largo de la barra de distribución).
22 Ver Lista de abreviaturas.
67
Figura 5.4.- Circuito equivalente del sistema cuando el ducto de barras es usado como
barra tipo enchufe [2].
Para determinar entonces la corriente de cortocircuito máxima en cada carga derivada se
utiliza la ecuación 4.2:
𝐼𝐶𝐶 =
𝑉𝑇
𝑍𝑇
Ec. 4.223
Este valor de corriente de cortocircuito será el usado para determinar el equipo de
protección correspondiente a cada rama, y la barra debe ser diseñada para soportar la mayor de
estas corrientes de cortocircuito máximas. Por ser el recorrido de menor impedancia, la corriente
de cortocircuito máxima ocurrirá cuanto más cerca del transformador se asuma que ocurrió la
falla.
En busca de aplicar este método y además verificar si la corriente de cortocircuito máxima
es similar a la calculada por el método de la determinación del esfuerzo mecánico, se supone un
23El procedimiento para el cálculo de Vth y Zth se encuentran en los anexos.
68
sistema de barra de distribución tipo alimentador, con tensión de entrada de 480V, impedancia
tomada como dato de placa del transformador24 de (0.231 𝑥 10−3 + 𝑗 0.569 𝑥 10 −3),
impedancia de la barra de 72.441 𝑥 10−3Ω (barra con la misma sección y longitud que la barra
usada en el caso de estudio de la sección 4.2.3.1.1) y aplicando la ecuación 4.1:
𝐼𝐶𝐶 =
480 𝑉
3
[ 0.231 𝑥 10−3 + 𝑗 0.569 𝑥 10 −3 + 72.441 𝑥 10−3 ]Ω≈ 60 𝑘𝐴
Este es el valor de corriente máxima de cortocircuito del sistema, por lo tanto, se requiere
que la barra soporte una cantidad de corriente mayor a este valor.
5.3.2.- Verificación de la caída de tensión y su desviación25
Para la verificación de la caída de tensión se propone realizar lo señalado en la norma
internacional NEMA BU-1: 1999, sobre el cálculo de la caída de tensión en barras de
distribución, que dicta el procedimiento a seguir para determinar la caída de tensión línea- línea
promedio por cada 100 pies de ducto de barra con carga nominal y las desviaciones que tiene este
valor de caída de tensión dependiendo del factor de potencia de la carga. Este procedimiento se
encuentra en el anexo C.
24 Valores típicos para transformadores de baja tensión: %Z= 4%, 150 kVA, X/R=2.47, tomado de la norma ANSI C57.12.10. 25Todas las caídas de tensión y sus desviaciones se cumplen cuando la barra es usada como alimentador. Para barras con carga uniformemente distribuida estos valores podrían ser el 50% de los calculados, según norma NEMA BU.1:1999.
69
CAPÍTULO 6
PROYECTO LAVITAL
6.1.- Introducción del capítulo
La infraestructura de industrias LAVITAL inicialmente contaba con un sistema eléctrico
básico ya que este recinto fue diseñado para ser usado como almacén. En los últimos años se han
realizado remodelaciones convirtiendo este espacio en un complejo formado por oficinas,
laboratorios, talleres, líneas de producción de alimentos y adicionalmente maquinaria (proyección
a futuro).
Esta remodelación es causa de un requerimiento mayor de energía eléctrica, provocando
que los sistemas eléctricos ya instalados sean alterados, por ejemplo: se ha instalando más carga
en una fase que en otras (creándose desbalances de tensión), sobrecargo de los circuitos
eléctricos, etc. Para solucionar los problemas eléctricos que ha acarreado la modificación de los
galpones, se presenta un rediseño de los principales elementos que componen dicha instalación
eléctrica, basada en la distribución de energía a través de la tecnología de ductos de barra con la
empresa DUCTOBARRA.
6.2.- Diagnóstico y evaluación de las instalaciones eléctricas actuales
ygtvtv
70
Se observó que los cables de distribución eléctrica se encontraban en mal estado físico.
Existían empalmes de cables de diferentes calibres, con aparentemente ningún mantenimiento a
los mismos. Por otra razón se sustituyen los cables por las barras en ducto.
6.3.- Estudio de carga actual y proyectada
Teniendo el estudio de carga realizado por la industria LAVITAL, donde la empresa
obtuvo una demanda existente de 410.3 kVA (mostrada en la tabla 6.1), que junto con la
introducción a la planta de nuevas maquinarias de producción que consumen una potencia de
307.79 kVA (ver tabla 6.1), arrojan un total de 718.09 kVA (incluyendo el factor de diversidad).
Tabla 6.1.- Carga total en existente y proyectada en kVA en la planta industrial LAVITAL [12].
Demanda (kVA)
carga total actual 410.30
carga total proyectada 307.79
Demanda total 718.09
Teniendo el dato aportado por la empresa de la carga total y tomando un factor de
seguridad como criterio subjetivo de la empresa de 125%, la demanda total se estima:
1.25 ∗ 718.09𝑘𝑉𝐴 = 897.57 𝑘𝑉𝐴
71
Teniendo estimada la carga total, se propone la implementación de una barra26 de
distribución eléctrica como la que se muestra en la figura 6.1.
Figura 6.1.- Barra de distribución propuesta.
En este recorrido de ducto de barras se buscó cubrir toda la edificación para lograr que no
se necesitara un cableado desde la carga hasta la barra de alimentación de una longitud mayor a 3
m. Desde donde se ubica el tablero principal, sale el ducto de barras (con el ducto ventilado27,
aunque se ubica en la parte externa de la edificación ya que la misma cuenta con un sobre-techo
de láminas de zinc) a través del elemento “conector a tablero” (después de la protección
conectada al tablero principal). De allí para aprovechar el techo de la edificación (ya que cuenta
con cuñas fijas tipo “pie de amigo”) se utiliza un tramo recto subiendo hasta alcanzar las cuñas
que sostienen al techo de la planta. A través de una curva horizontal se componen 30 m de ductos
de barras en tramos rectos estándar, otra curva horizontal para bordear la edificación y se coloca
el primer elemento de derivación (un elemento tipo “TH”). 26De clase aluminio, escogido por el cliente. 27 Escogencia subjetiva del cliente.
72
Este elemento, que está en derivación, es de la misma capacidad amperimétrica del tramo
principal, en este caso como el ducto atraviesa la pared de la edificación, debería cambiarse la
carcasa de las barras a no ventilado durante el espesor de la pared y recubrirse el ducto con un
material aislante según el Código Eléctrico Nacional sección 368.6 (A). Seguidamente de realiza
la siguiente derivación también a través de un elemento tipo “TH” para cubrir la segunda área de
maquinaria de la planta, luego se realizan dos curvas verticales, la primera en ascendencia y la
otra en descendencia para esquivar una tubería de aire acondicionado instalada y se termina el
recorrido con un tramo recto de 25 m compuesto de tramos rectos estándar hasta llegar a la tapa
final. Las cajas de derivación colocadas en las barras para suplir las cargas son de menos de 250
A ya que ningún circuito consume más de esta cantidad de corriente.
Para lograr una mejor visión de la ubicación del ducto de barras se realiza un plano de
planta, donde se señala a través de una línea roja el recorrido de distribución de energía. En la
figura 5.2 se muestra como se propone ubicar el ducto de barra en la industria:
Figura 6.2.- Plano de planta con la ubicación de la barra de distribución propuesta.
73
Se determina la capacidad de la barra según el Código Eléctrico Nacional, sección
210.19(A) de la siguiente manera:
𝐼 =𝑆
3 ∗ 𝑉𝐿𝐿
=897,57 𝑘𝑉𝐴
3 ∗ 480𝑉= 1079.61𝐴 ∗ 1.25 = 1349.52𝐴
Por lo tanto la capacidad de la barra será de 1350 A, con una totalidad de 139,4 m
necesarios para cubrir toda la demanda de la instalación.
6.4.- Cálculo del nivel de cortocircuito
Se propone realizar el procedimiento propuesto en la norma NEMA BU-1, para
determinar los parámetros de la barra y realizar el análisis expuesto en la sección 5.3.1.
6.5.- Verificación de la caída de tensión
De igual manera como ocurre para el cálculo de la corriente de cortocircuito, el no tener la
reactancia de la barra imposibilita realizar la verificación de la caída de tensión. En este caso se
propone realizar la medición de tensión al principio y al final del recorrido de las barras en ducto
y realizar la resta fasorial de las tensiones, en cuyo caso es necesario tener como dato el factor de
potencia de la carga, para obtener el ángulo de las tensiones, y aplicar la ecuación 6.1.
𝛥𝑉 = 𝑉2 − 𝑉1
Ec. 6.128
28 Ver lista de abreviaturas.
74
CONCLUSIONES
1. La empresa presenta total debilidad en cuanto a las especificaciones de los elementos y
piezas que fabrican, ya que no está sujeta a ninguna normativa vigente y legítima que
soporte lo expuesto por ésta en su catálogo de fabricante.
2. No se logró el objetivo de determinar la cantidad máxima de corriente de falla soportada
por las barras conductoras, ya que la empresa no dispone de la inductancia reactiva de las
barras conductoras.
3. Como las barras fabricadas en la empresa no están bajo ninguna norma vigente y legal,
donde se determine la impedancia de la barra y se realicen los cálculos fasoriales
necesarios para definir si la barra seleccionada cumple o no con restricciones especificas,
el objetivo de analizar la caída de tensión en el ducto no fue logrado.
4. De acuerdo a la experiencia en campo obtenida durante la pasantía, cuando en la
edificación las cargas se encuentran dispersas o separadas grandes distancias, el usar
barras conductoras de distribución, no es factible, porque la instalación se vuelve poco
práctica y engorrosa; pero si se tiene un centro carga bien definido, es decir, existe un
conjunto de cargas en un mismo espacio, el uso de las barras es ideal, ya que a través de
punto de derivación, se suple el requerimiento energético de cada una de ellas, de manera
directa y factible.
75
RECOMENDACIONES
1. Crear una normativa venezolana para la fabricación y uso de los ductos de barra, que
cubra todas las especificaciones de los elementos que conforman el ducto de barra (los
materiales de fabricación de cada uno de ellos, las formas constructivas, las dimensiones y
las características mecánicas y eléctricas).
2. Ya que hasta ahora no se tiene un buen reglamento para la fabricación y uso de las barras
en ducto, realizar la actualización de las normas internacionales usadas en la empresa, a
fin de tener un soporte legal que asegure el cumplimiento de normas, estándares de
seguridad y las fortalezas de esta tecnología.
3. Realizar las mediciones correspondiente a la determinación de los parámetros como lo
indica la norma NEMA BU-1:1999, e indicado en este informe en el capítulo 4.
4. Determinar la capacidad de las barras, tomando en cuenta los siguientes parámetros:
Ampacidad.
Caída de tensión.
Nivel de cortocircuito.
Reserva.
5. El diseño de los alimentadores será lo más recto posible para evitar curvas cerradas que
puedan ocasionar concentraciones de campo eléctrico, y por tanto calentamiento de las
barras, que provoque aumento de temperatura en los elementos conectados al ducto.
6. Se debe evitar en lo posible la colocación de ductos ventilados en lugares donde estos
puedan estar al alcance de personas que desconozcan realmente el peligro que ellas
involucran (en cuanto a la temperatura), también se debe evitar instalaciones de las
mismas bajo tuberías de agua, a fin de evitar que puedan presentarse goteras y colocadas a
76
un nivel sobre el piso adecuados. Sobre todo en lugares donde el volumen de personan
circulantes sea grande.
7. Realizar el análisis térmico del comportamiento de las barras, a través de una simulación
con elementos finitos que permita encontrar ventajas entre barras en ductos ventilados y
no ventilados, para verificar si existe o no diferencia entre ambas evolventes.
77
BIBLIOGRAFÍA
[1] Catálogo de la empresa.
[2] COVENIN 3063: Ductos de barra de distribución eléctrica en baja hasta 600V.
Definiciones y clasificación.
[3] COVENIN 3087:1994. Ductos de barras para distribución eléctrica hasta 600V. Requisitos.
[4] COVENIN 3072:1994. Ductos de barras para distribución eléctrica hasta 600V.
Métodos de ensayo [4].
[5] American National Standards Institute (ANSI C37.23).
[6] National Electrical Manufacturing Association (Nema BU-1).
[7] Manual de control de calidad de la empresa DUCTOBARRA.
[8]Pintura Electrostática, 2012. Disponible en internet:
http://es.wikipedia.org/wiki/Pintura_electrost%C3%A1tica
[9] Apuntes: clases de alta tensión. Profesor Juan Carlos Rodríguez.
[10] Nivel de cortocircuito, 2012. Disponible en internet:
www.cooperindustries.com/content/dam/public/bussman/Electrical/Resources/solution%20Center/short_circuit-currente-ratings/BUS_Elec_2008_NEC_SCCR:Requeriments.pdf
78
[11] IEEE std 605-1998: “Guide for desing of substation rigid- bus structures”.
[12] Memoria descriptiva de industria LAVITAL.
[13] Características del estaño, 2012. Disponible en internet:
http://es.wikipedia.org/wiki/Esta%C3%B1o
[14] Catálogo Schneider Electric, Definiciones de breaker, fusible y seccionador, 2012. Disponible en internet:
http://www.schneider-electric.com.co/documents/soporte/telesquemario.pdf
[15] Definición de difusividad, 2012. Disponible en internet:
http://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_difusi%C3%B3n
[16] Definición de muro seco, 2012. Disponible en internet:
http://es.wikipedia.org/wiki/Muro_de_contenci%C3%B3n
[19] Teorema de Thévenin, 2012. Disponible en internet:
http://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Th%C3%A9venin
[20] Definición de Poliamida, 2012. Disponible en internet:
http://es.wikipedia.org/wiki/Poliamida
[21] Definición de Poliéster, 2012. Disponible en internet:
http://lema.rae.es/drae/?val=poliester
79
ANEXO A
GLOSARIO DE TÉRMINOS
Breaker [15]: El interruptor es un aparato mecánico de conexión capaz de establecer, tolerar e
interrumpir corrientes en un circuito en condiciones normales, incluidas las condiciones
especificadas de sobrecarga durante el servicio, y tolerar durante un tiempo determinado
corrientes dentro de un circuito en las condiciones anómalas especificadas, como en caso de un
cortocircuito.
Difusividad [16]: es un valor que representa la facilidad con que cada elemento minoritario en
particular se mueve en un disolvente determinado.
Fusible [15]: es el elemento destinado a evitar que accidente de origen eléctrico, como:
sobretensión, caída de tensión, desequilibrio o ausencia de fases que provocan un aumento de la
corriente absorbida, cortocircuitos cuya intensidad puede superar el poder de corte del contactor y
de origen mecánico, como: calado del rotor, sobrecarga momentánea o prolongada que provocan
un aumento de la corriente que absorbe el motor, haciendo que los bobinados se calienten
peligrosamente, dañen los componentes de un sistema ni perturben la red de alimentación.
Muro seco [17]: Se denomina muro seco a una estructura de contención rígida y resistente.
Poliamida [19]: es un tipo de polímero que contiene enlaces de tipo amida. Las poliamidas se
pueden encontrar en la naturaleza, como la lana o la seda, y también ser sintéticas, como el
nailon.
Poliéster [20]: resina termoplástica obtenida por polimerización de productos químicos. Se
endurece a la temperatura ordinaria y es muy resistente a la humedad, a los productos químicos y
a las fuerzas mecánicas. Se usa en la fabricación de fibras, recubrimientos de láminas, etc.
Posición plana [3]: es el término que se refiere a l forma o posición en la que se instala
horizontalmente la canalización de ductos de barras en la cual los conductores quedan
perpendicularmente al piso.
80
Posición de Canto [3]: es el término que se refiere a la forma o posición en la que se instala
horizontalmente la canalización de ductos de barras en la cual los conductores quedan paralelos
al piso.
Seccionador [15]: corresponde a un aparato que sirve para manipular las instalaciones o las
máquinas y sus respectivos equipos eléctricos con total seguridad, que permite aislar
eléctricamente los circuitos de potencia y de control de la red de alimentación general.
81
ANEXO B
CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES
El Aluminio, es un metal ligero, con una densidad de 2700 kg/m3, y con un bajo punto de
fusión (660,2 °C). Su color es blanco, es decir, refleja bien la radiación electromagnética espectro
visible que evita el calentamiento térmico excesivo. Es buen conductor eléctrico al presentar una
resistividad entre 34 y 38 𝑚Ὠ𝑚𝑚2 y una conductividad térmica de 80-230 𝑊 𝑚. 𝐾 .
Mecánicamente es un material blando y maleable. En estado puro tiene un límite de
resistencia en tracción de 160-200 N/mm2 (160-200 MPa). Todo ello le hace adecuado para la
fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para
mejorar estas propiedades se hacen aleaciones con otros metales, lo que permite realizar sobre él
operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material.
Para la fabricación de estos ductos de barra se utiliza aleación de aluminio 6101-T6 de
61% I.A.C.S. resistencia máx.:13,8 Micro-ohms/pulg2/pie, esta es una aleación que contiene
magnesio y silicona lo que permite aumentar su capacidad de estiramiento y/o resistencia a la
tracción, que representan buenas características mecánicas, lo que conlleva a una reducción de su
conductividad eléctrica, es decir, se sopesan unas características con las otras; es endurecible
(puede aumentarse su resistencia) por tratamiento térmico.
Tiene una buena resistencia a la corrosión, lo cual se debe a la formación espontánea de
una película muy delgada de óxido de aluminio, insoluble en agua, que protege al material del
medio ambiente y si es removida mecánicamente se vuelve a formar.
El cobre, de color rojizo y de brillo metálico es el tercer metal, después del hierro y el
aluminio más usado en el mundo, es el elemento después de la plata con mayor conductividad
eléctrica y térmica, forma aleaciones para mejorar prestaciones mecánicas, es resistente a la
corrosión y a la oxidación.
82
La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica
Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo
el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) o IACS.
Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20 °C es igual a
58,108𝑥106 S/m. A este valor de conductividad se le asigna un índice de 100% IACS y la
conductividad del resto de los materiales se expresa en porcentaje de IACS. La mayoría de los
metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS.
Tanto el cobre como sus aleaciones son fáciles de mecanizar, es decir
acepta operaciones de conformación de piezas mediante la eliminación de material, ya sea por
arranque de viruta o por abrasión.
El cobre posee muy buena ductilidad, que es una propiedad que presentan
algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la
acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse, y buena maleabilidad, la
propiedad de un material sólido de adquirir una deformación metálica mediante
una compresión sin fracturarse, lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos con
él.
Es un metal blando, su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de
33,3 MPa. Admite procesos de laminación o forja, y procesos de soldadura. Sus aleaciones
adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y recocido. En general,
sus propiedades mejoran con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones
criogénicas (conjunto de técnicas utilizadas para enfriar un material a temperaturas muy bajas).
Para la fabricación de estos ductos de barra se utiliza el cobre electrolítico tenaz de 97,4
% IACS, resistencia máx: 8,3 Micro-ohms/pulg2/pie, también conocido como (ETP, Electrolyc
Tough Pitch), que es un cobre refinado térmico, colado en ánodos que luego se refinan
electrostáticamente para producir un cobre de alta pureza (propiamente de 99,9%).
83
ANEXO C
NORMAS
C.1.- COVENIN 3072:1994, SECCIÓN 5.1 Ensayo sobre dieléctricos: Objeto: Determinar la calidad del aislamiento a 60 Hz. Equipo a utilizar: Un medidor de aislamiento capaz de generar tensiones hasta 2200 V c.a. y medir corriente de fuga del orden de un microamper. Preparación de la muestra: La muestra a ensayar consiste en cualquier sección de duco de barra, la cual debe estar limpia, seca y sin ningún tipo de deterioro físico visible. Condiciones de ensayo: - La tensión de prueba será de 1000V, más el doble de la tensión nominal del ducto de barras (1200 V), a una frecuencia no menor que la frecuencia nominal de las barras. - La prueba se realiza para todas las partes componentes del ducto de barras. Prueba en 60 Hz: - La tensión de prueba en corriente alterna debe tener un valor de cresta igual a 1.41 veces el valor efectivo (rms). - La forma de onda debe ser lo más sinusoidal posible. - La frecuencia no debe ser menor que la frecuencia nominal. - La tensión de prueba se aplicará durante un minuto. Procedimiento: 1.- Se toma la sección de ducto de barras a probar y se procede a efectuar la conexión para la realización del ensayo. 2.- Se aplica la tensión de ensayo durante 60 segundos entre las partes siguientes: 2.1.- Partes activas y partes metálicas que normalmente están puestas a tierra. 2.2.- partes activas y tierra. 2.3.- Partes activa, partes metálicas y tierra.
84
Expresión de los resultados: Los resultados deben ser expresados de acuerdo a la lista de verificación, pruebas generales y eléctricas.
Informe
Al finalizar el ensayo, se deberá elaborar un informe que contenga como mínimo la siguiente
información.
1.- Fecha de realizar del ensayo y nombre de la empresa que lo realizó.
2.- Realizado de acuerdo a la norma venezolana COVENIN correspondiente.
3.- Identificación de la muestra.
4.- Resultados parciales y/o finales.
5.- Determinación realizada con sus valores parciales y totales.
6.- Observaciones.
C.2.- COVENIN 3072:1994, SECCIÓN 5.2
Ensayo de corriente nominal
Objetivo:
Determinar el cumplimiento con los valores de corriente nominal en régimen permanente.
Equipos a utilizar:
Termómetro
Preparación de la muestra
La muestra a ensayar consiste en cualquier sección de ducto de barra, la cual debe estar limpia,
seca y sin ningún tipo de deterioro físico visible.
85
Condiciones de ensayo
Es necesario comprobar que la temperatura de los varios componentes del ducto de barras está
dentro de los límites nominales.
Los ensayos de temperatura se efectúan en un cuarto de ensayo, libre de corrientes de aire.
Procedimiento
Las mediciones de temperatura se hacen de acuerdo con lo indicado a continuación:
Límites de temperatura ambiente: las pruebas se hacen a cualquier temperatura ambiente
comprendida entre más 10ºC y más 40ºC.
Mediciones de la temperatura ambiente: la temperatura ambiente interior se determina tomando
el valor de las lecturas de cuatro termómetros colocados como está indicado a continuación:
1.- Uno a nivel de la parte superior de la estructura.
2.- Uno a nivel de la parte inferior de la estructura como se vaya a instalar.
3.- Uno en medio de las dos posiciones arriba mencionadas.
4.- Mediciones de la temperatura del equipo: se usan pares termoeléctricos para medir todas las
temperaturas, con excepción de la temperatura ambiente.
5.- Los pares termoeléctricos se colocan de manera que midan el punto más caliente, aunque esto
requiera la perforación de agujeros que destruyan algunas partes del equipo sometido a prueba.
6.- Se hacen mediciones de temperatura en los puntos de unión (empalme), en la carcasa y en el
material aislante de los conductores, para comprobar que en ningún caso las temperaturas
sobrepasan los límites nominales.
7.- Durante de la prueba: las pruebas de corriente nominal en régimen permanente se prolongan
hasta que los aumentos de temperatura se estabilicen en todos los puntos medidos de la
canalización de ducto de barras, de acuerdo con tres lecturas sucesivas hechas a intervalos de 30
min.
86
Nota 1: Se considera que la temperatura esta estabilizada cuando la mayor diferencia de las tres
últimas medidas no exceda a 2ºC.
8.- Frecuencia de la tensión de prueba: la frecuencia de la tensión de prueba no debe ser menor
que la frecuencia nominal de la canalización objeto del ensayo. La forma de onda debe ser
sinusoidal.
9.- Pruebas dieléctricas en sitio: una vez instalada en sitio, se requiere realizar las pruebas
dieléctricas a 60 Hz, a la canalización de ducto de barra, adoptando para la prueba el 75% de los
valores de tensión nominales ó en su defecto realizar las prueba de megado.
Nota 2: Se requiere realizar pruebas en sitio cuando se agregan nuevos elementos a la instalación,
ya existente o después de haber ejecutado en el sitio modificaciones a la canalización de ducto de
barras. El equipo debe estar limpio, seco y en buenas condiciones físicas.
Expresión de los resultados:
Los resultados deben ser expresados de acuerdo a la lista de verificación, pruebas generales y
eléctricas.
C.3.- Código Eléctrico Nacional 368.4 (B)
“Los ductos de barras para iluminación y del tipo trole no serán instalados a menos de 2.5 m (8
pies) sobre el piso o plataforma de trabajo, excepto si están dotados con una cubierta aprobada
para este fin”.
C.4.- NEMA BU-1:1999.- Parámetros para determinar el nivel de cortocircuito soportado por las barras.
La norma internacional NEMA BU-1: 1999, sección 3 sobre Pruebas Normalizadas,
muestra el siguiente procedimiento:
Después de estabilizada la temperatura y con la lectura exacta de la potencia total de
entrada (𝑊1 + 𝑊2), la potencia de cada fase (𝑊𝐴, 𝑊𝐵y 𝑊𝐶), el voltaje línea- línea en la entrada
87
(𝑉𝐴𝐵 , 𝑉𝐵𝐶 y 𝑉𝐶𝐴) y la caída de voltaje por fase (𝑉𝐴𝑁 , 𝑉𝐵𝑁 y 𝑉𝐶𝑁), la corriente por cada fase (𝐼𝐴, 𝐼𝐵
y 𝐼𝐶) y la longitud (L) medida desde un punto de la barra hasta el punto de intersección de las
fases. Ver figura C.1.
Figura C.1.- Conexiones necesarias para obtener las medidas de corriente, voltaje y
potencia simultáneamente.
Usando las ecuaciones C.1 y C.2, se obtienen la tensión y la corriente promedio. Estas son
empleadas para calcular a través de las ecuaciones C.3, C.4 y C.5, los valores de la impedancia,
resistencia de corriente alterna y reactancia inductiva entre fase y neutro de la barra en ohms por
pie.
𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝑉𝐴𝐵 +𝑉𝐵𝐶 +𝑉𝐶𝐴
3 Ec. C.1
88
𝐼𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝐼𝐴+𝐼𝐵+𝐼𝐶
3 Ec. C.2
𝑧𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚
3∗𝐼𝑝𝑟𝑜𝑚 ∗𝐿 Ec. C.3
𝑅29𝑝𝑟𝑜𝑚
=𝑊
3∗(𝐼𝑝𝑟𝑜𝑚 )2∗𝐿 Ec. C.4
𝑋𝑝𝑟𝑜𝑚 = 𝑍𝑝𝑟𝑜𝑚 2− 𝑅𝑝𝑟𝑜𝑚
2 Ec. C.5
Para calcular ahora los valores de la impedancia, resistencia en corriente alterna y
reactancia inductiva por fase en ohms por pie se usan las ecuaciones C.6- C.16.
𝑍𝐴 =𝑉𝐴
𝐼𝐴∗𝐿 Ec. C.6
𝑍𝐵 =𝑉𝐵
𝐼𝐵∗𝐿 Ec. C.7
𝑍𝐶 =𝑉𝐶
𝐼𝐶∗𝐿 Ec. C.8
𝑅𝐴 =𝑊
𝐼𝐴2∗𝐿
Ec. C.9
𝑅𝐵 =𝑊
𝐼𝐵2∗𝐿
Ec. C.10
𝑅𝐶 =𝑊
𝐼𝐶2∗𝐿
Ec. C.11
𝑋𝐴 = (𝑍𝐴2 − 𝑅𝐴
2) Ec. C.12
𝑋𝐵 = (𝑍𝐵2 − 𝑅𝐵
2) Ec. C.13
29Cuando la temperatura del ambiente de la medida sea inferior a 25°C se debe aumentar el valor de la resistencia R calculada 0.32% por cada 1°C que esta sea inferior, de igual manera se debe disminuir 0.32% el valor de R por cada 1 ° C que esta sea mayor.
89
𝑋𝐶 = (𝑍𝐶2 − 𝑅𝐶
2) Ec. C.14
𝑅𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝑅𝐴+𝑅𝐵+𝑅𝐶
3 Ec. C .15*
𝑋𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝑋𝐴+𝑋𝐵+𝑋𝐶
3 Ec. C.16*
*𝑅𝑝𝑟𝑜𝑚 y𝑋𝑝𝑟𝑜𝑚 que resultan de las ecuaciones C.15 y C.16 deben ser del mismo valor que el
obtenido a través de las ecuaciones C.4 y C.5.
Teniendo entonces calcula la impedancia de la barra, se calcula la corriente de
cortocircuito que ésta soporta en dos casos: (1) en el caso de que la barra sea usada como
alimentador, donde se usa la ecuación C.17:
𝐼𝐶𝐶 =
𝑉𝐿𝐿 3
𝑍𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 Ec. C.17
y (2) en el caso de que la barra sea usada tipo enchufe, en cuyo caso esta corriente se calcula a
través de la expresión C.18, en cualquier punto del sistema que se requiera:
𝐼𝐶𝐶 =
𝑉𝑇
𝑍𝑇
Ec. C.1830
También según la norma NEMA BU-1: 1999, sección 3 sobre Pruebas Normalizadas, se
consideran en el diseño de sistemas de distribución eléctrica a través de ductos, aspectos con
respecto a la corriente de cortocircuito admitida por las mismas, que son:
30El procedimiento para el cálculo de Vth y Zth se encuentran en el anexo E.
90
Los cálculos de corriente de cortocircuito disponibles serán hechos y comparados
con el rango de cortocircuito de la barra conductora, cajas y dispositivos. En
ningún caso la corriente de cortocircuito simétrica31 podrá exceder el rango de
corriente de cortocircuito simétrica que el fabricante le ha asignado al dispositivo
de menor corriente nominal en el circuito.
Para una aplicación apropiada en circuitos de corriente continua, el rango de
corrientes de corto-circuito de las barras debe ser por lo menos tan grande como la
máxima corriente disponible. Los rangos de corriente de cortocircuito de las barras
con dispositivos limitadores de corriente se establecen en base a pruebas de tres
ciclos, ya que no hay aumento de la fuerza mecánica sino después de la máxima
desviación del primer ciclo.
El ducto de barra puede ser utilizado en circuitos que tienen disponibles corrientes
de cortocircuito mayor que el 3 ciclo de la calificación de la barra cuando
correctamente coordinado con dispositivos limitadores de corriente.
C.5.- NEMA BU-1:1999: Para determinar la caída de tensión32
Según la norma internacional NEMA BU-1: 1999, sección 3 sobre Pruebas Normalizadas,
y teniendo los parámetros del sistema, el procedimiento para determinar la caída de tensión es el
siguiente:
El promedio de caída de tensión línea- línea por cada 100 pies con carga nominal en
función del factor de potencia de la carga se calcula de la siguiente manera:
VDprom = 100 ∗ 3I(Rprom cosθ + Xprom senθ) Ec. C.19
31La corriente simétrica consiste en la suma de las contribuciones de corriente de motores y de todas las fuentes e impedancias a la barra. 32Todas las caídas de tensión y sus desviaciones se cumplen para carga concentrada, es decir, la barra usada como alimentador. Para barras con carga uniformemente distribuida estos valores podrían ser el 50% de los calculados.
91
El promedio de caída de tensión línea- línea, la caída de tensión por cada fase y la
desviación de caída de tensión por cada 100 pies con carga nominal en función del factor de
potencia de la carga se calcula de la siguiente manera:
VDAB = 100 ∗ 3
2I[(RA + RB)cosθ + (XA + XB)senθ] Ec. C.20
VDBC = 100 ∗ 3
2I[(RB + RC)cosθ + (XB + XC)senθ] Ec. C.21
VDCA = 100 ∗ 3
2I[(RC + RA)cosθ + (XC + XA)senθ] Ec. C.22
𝑉𝐷𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝑉𝐷𝐴𝐵 +𝑉𝐷𝐵𝐶 +𝑉𝐷𝐶𝐴
3 Ec. C.23*
𝑉𝐷𝑑𝑒𝑣−(𝐴𝐵) = 𝑉𝐷𝐴𝐵 − 𝑉𝐷𝑝𝑟𝑜𝑚 Ec. C.24
𝑉𝐷𝑑𝑒𝑣−(𝐵𝐶) = 𝑉𝐷𝐵𝐶 − 𝑉𝐷𝑝𝑟𝑜𝑚 Ec. C.25
𝑉𝐷𝑑𝑒𝑣−(𝐶𝐴) = 𝑉𝐷𝐶𝐴 − 𝑉𝐷𝑝𝑟𝑜𝑚 Ec. C.26
*El resultado de las ecuaciones C.19 y C.23 deben ser iguales.
El porcentaje de la desviación de la caída de tensión por cada 100 pies se calcula por fase
(AB, BC y CA) a través de la ecuación C.27:
% 𝑉𝐷𝒅𝒆𝒗 =𝑉𝐷𝒅𝒆𝒗
𝑉𝐿𝐿−𝑉𝐷𝑎𝑣𝑔∗ 100 Ec. C.27
Como la caída de voltaje de los ductos de barra varían acorde con el factor de potencia de
la carga conectada, el valor máximo de caída de voltaje a plena carga por cada 100 pies ocurre
cuando el factor de potencia de la carga conectada es igual al factor de potencia de la barra, en
cuyo caso cuando el sistema es trifásico, se calcula a través de la ecuación C.28:
92
cosθ =Rprom
(Rprom2+Xprom
2)
Ec. C.28
𝑉𝐷𝑚á𝑥 = 100 ∗ 3𝐼 ∗ (Rprom2 + Xprom
2) Ec. C.30*
*las fórmulas anteriores de caída de tensión dan aproximaciones muy buenas, siempre y cuando
la caída de tensión de la barra conductora sea pequeña en comparación con la tensión del sistema.
La caída de tensión en los circuitos de alimentación hasta el punto de distribución final en
la que se divide la carga en circuitos ramales individuales no debe superar el 3% para cargas de
potencia, calefacción o iluminación o combinación de las mismas. La caída de tensión total para
los alimentadores y circuitos ramales hasta el punto de utilización final no debe exceder de 5% en
general.
93
ANEXO D
CÁLCULO DE 𝑽𝑻𝑯Y 𝒁𝑻𝑯
D.1.- Tensión de Thévenin (𝑽𝑻𝑯)
Figura D.1.- Diagrama para aplicar el teorema de Thévenin [18].
La tensión de thévenin Vth se define como la tensión que aparece entre los terminales de
la carga cuando se desconecta la resistencia de la carga. Debido a esto, la tensión de thévenin se
denomina, a veces, tensión en circuito abierto (Vca)
D.2.- Impedancia de Thévenin
La impedancia de Thévenin simula la caída de potencial que se observa entre las
terminales A y B cuando fluye corriente a través de ellos. La impedancia de Thevenin es tal que:
94
Siendo el voltaje que aparece entre los terminales A y B cuando fluye por ellos una
corriente y el voltaje entre los mismos terminales cuando fluye una corriente .
Una forma de obtener la impedancia Thevenin es calcular la impedancia que se "ve"
desde los terminales A y B de la carga cuando ésta está desconectada del circuito y todas las
fuentes de tensión e intensidad han sido anuladas. Para anular una fuente de tensión, la
sustituimos por un circuito cerrado. Si la fuente es de intensidad, se sustituye por un circuito
abierto.
Para calcular la impedancia Thevenin, debemos observar el circuito, diferenciando dos
casos: circuito con únicamente fuentes independientes (no dependen de los componentes del
circuito), o circuito con fuentes dependientes.
Para el primer caso, anulamos las fuentes del sistema, haciendo las sustituciones antes
mencionadas. La impedancia de Thévenin será la equivalente a todas aquellas impedancias que,
de colocarse una fuente de tensión en el lugar de donde se sustrajo la impedancia de carga,
soportan una intensidad.
Para el segundo caso, anulamos todas las fuentes independientes, pero no las
dependientes. Introducimos una fuente de tensión (o de corriente) de prueba ( )
entre los terminales A y B. Resolvemos el circuito, y calculamos la intensidad de corriente que
circula por la fuente de prueba. Tendremos que la impedancia Thevenin vendrá dada por:
95
Si queremos calcular la impedancia de Thevenin sin tener que desconectar ninguna fuente
un método sencillo consiste en reemplazar la impedancia de carga por un cortocircuito y calcular
la corriente que fluye a través de este corto. La impedancia Thévenin estará dada entonces
por:
De esta manera se puede obtener la impedancia de Thévenin con mediciones directas
sobre el circuito real a simular.
96
ANEXO E
CARACTERÍSTICAS DE ELEMENTOS DE DUCTOS DE BARRAS SEGÚN DUCTOBARRA
E.1.- Aislador soporte
Resina de poliéster reforzado con fibra de vidrio, y alumina trihidratada (Retardante de llama).
Tabla E.1.- Componentes del aislador [1].
Proporciones Componente %
Resina 50 Suavisador 20
Tabla E.2.- Características del aislador [1].
Características Rigidez dieléctrica 19,8 Kv/mm
Resistencia a la tracción 13 x 10 Kg/cm2 Módulo de flexión 40 x 10 Kgf/cm2
Resistencia a la llama Autoextinguible Absorción de agua 0,5 +/- 0,1 max., a 25 grad C por 72 horas
Tabla E.2.- Características del aislador [1].
Figura E.1.- Características físicas del aislador (en mm) [1].
97
E.2.- Dimensión de las rejillas del ducto ventilado fabricado por DUCTOBARRA
Figura E.2.- Colocación de las rejillas u orificios en la carcasa o ducto (en mm) [1].
Con este patrón se troquelan los espacios o huecos de ventilación para ductos de barra
fabricados por DUCTOBARRA. Por requerimiento de la empresa los orificios no deben permitir
el ingreso ni la salida de barras de dimensiones 1”x¼”.
Figura E.3.- Dimensiones de las rejillas u orificios de la carcasa o ducto (en mm) [1].
98
ANEXO F
PROYECTOS
F.1.- Hipermercado Plaza, Guatire.
Planta Alta
99
PLANTA BAJA
100
F.2.- Escuela Don Bosco, Los Cortijo- Caracas.
101
F.3.- SUDEBAN, Los Dos Caminos- Caracas.