Dimensionamiento de Conductores

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Curso de Actualización en Cables de Energía Dimensionamiento de Conductores

Marzo 2008


Curso de Actualización en Cables de Energía Módulo 14 – Dimensionamiento

• Grupo PRYSMIAN• Dimensionamiento de Conductores• Instalaciones con presencia de Armónicas • Software Di Cab 2.0

• Conclusiones


Presencia en 25 paPresencia en 25 paíísesses

5252 Plantas IndustrialesPlantas Industriales

12,50012,500 EmpleadosEmpleados

Ventas 2006 = Ventas 2006 = 5107 M 5107 M €€

EnergEnergíía:a: 4570 M 4570 M €€

Telecom:Telecom: 537 M 537 M €€

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Curso de Actualización en Cables de Energía Módulo 14 – Dimensionamiento


• Conclusiones


Corriente de Proyecto

• Es la intensidad en régimen permanente que soportará el cable.• Algunas consideraciones para calcularla son:

– Considerar la potencia nominal de los equipos– Prever oscilaciones de consumo – Prever ampliaciones futuras– considerar posibles sobrecargas.

• Se debe conocer el tipo de cargas para verificar la distorsión armónica que introducen.


La SECCIÓN dependerá de:

• Modo de Instalación• Potencia a Transportar• Agrupamientos• Temperatura ambiente• Número de conductores por fase• Tipo de cable• Caída de Tensión admisible• Cortocircuito admisible• Secciones mínimas permitidas

Dimensionamiento de Conductores



Cálculo de la sección por

calentamiento

Cálculo de la sección por

calentamiento

Condiciones Distintas a las de referencia

Condiciones Distintas a las de referencia

VerificacionesVerificaciones

• Caída de Tensión admisible• Cortocircuito admisible• Secciones mínimas permitidas

• Modo de Instalación• Agrupamientos• Temperatura ambiente• Nº conductores por fase• Tipo de cable

• Potencia a transportar• Sobrecargas• Ampliaciones• Armónicas


Instalaciones de Referencia

- Cables unipolares instalados al aire libre, sin contacto mutuo, sobre una bandeja perforada o tipo escaleraModo G

– Cables unipolares instalados al aire libre en contacto mutuo, sobre una bandeja perforada o bandeja tipo escalera, separados de la pared una distancia superior al diámetro del cable.

Modo F

– Cables multiconductores instalados al aire libre, sobre una bandeja perforada o bandeja tipo escalera, separados de la pared una distancia superior a 0,3 veces su diámetro.

Modo E

– Un cable multiconductor o cables unipolares en contacto, sobre una bandeja no perforada o de fondo sólido. Modo C

– Cables multiconductores en tubos embutidos en una pared térmicamente aislante o caños colocados a la vista. Modo B1 y B2

– Conductores aislados en tubos empotrados en paredes térmicamente aislantes. Modo A

El RIEI indican "modos de instalación" adecuados a las distintas situaciones previstas en la obra. Los mismos se resumen en una serie de “instalaciones tipo", cuya capacidad de disipación del calor generado por las pérdidas es similar.


Modos de Instalación

Método de referencia

B1

AGRUPACIONES EN TUBO O CONDUCTOAGRUPACIONES EN TUBO O CONDUCTO

AGRUPACIONES EN TUBO O CONDUCTOAGRUPACIONES EN TUBO O CONDUCTO

Método de referencia

E


Capacidad de Carga del

Cable

Tipo de “Instalación de

Referencia”

Corrientes admisiblesCondiciones de Referencia


Corrientes admisiblesCondiciones distintas a las de Referencia

•Las capacidades de carga de tablas se deben afectar por los coeficientes de corrección para las condiciones reales de instalación, como ser: Temperatura ambiente, Agrupamiento, Profundidad de enterrado, Etc.•Estos coeficientes son acumulativos. Por ejemplo, si tenemos 0,7 por agrupamiento y 0,9 por temperatura, el coeficiente a aplicar será 0,7 x 0,9 = 0,63


Verificación por Caída de Tensión

∆ U = K * I * L * ( R. cos ϕ + X. sen ϕ) ; donde:

• K = 2 para líneas monofásicas

• K = 1.73 para líneas trifásicas (raíz de 3)

• L = longitud de la línea, en km.

• I = corriente transportada, en A

• R = resistencia eléctrica a la temperatura de ejercicio, en Ohm / km.

• X = reactancia inductiva del cable a 50 hz, en Ohm/km

• cos ϕ = factor de potencia de la carga

El cable puede ser considerado como un elemento de parámetros concentra-dos con cierta resistencia y cierta reactancia, y cuando conduce corriente la variación de tensión que por su causa se produce es:

La caída de tensión se puede verificar también por Tablas de los fabricantes, donde se indica la caída de tensión en V/A Km, mediante ábacos que indican la distancia máxima de las líneas para caídas de tensión máximas del 3 y 5% o a través de software de cálculo


Verificación por corrientes de cortocircuito

t = (k * S / I)2 ; donde: • t = duración del cc en segundos• S = Sección nominal de los conductores en mm2• I = Intensidad de corriente de cortocircuito, en A • k = coeficiente que tiene en cuenta las características del conductor

– K = 115 para Cu + PVC– k = 135 para Cu + XLPE– k = 74 para Al + PVC– k = 87 para Al + XLPE

Utilizando dispositivos con tiempos de apertura entre 0,1 y 5 seg. Se considera protegido el conductor cuya sección nominal cumpla con la siguiente expresión:

Es decir que se determina una sección mínima que ocasione que actúen las protecciones antes que se dañe el cable.


Secciones Mínimas de acuerdo al RIEI

2,5 mm²Vinculan a tierra las corrientes de fallaConductor de Protección

1,5 mm²Posibilitan interrumpir el conductor de fase en los circuitos de iluminación

Derivaciones y retorno de los interruptores

2,5 mm²Líneas de circuitos de conexión fija

2,5 mm²Líneas de circuitos de uso especial

1,5 mm²

vinculan los bornes de salida del último tablero con los puntos de utilización

Líneas de circuitos de uso general

2,5 mm²vinculan los bornes de salida del tablero ppal. con los bornes de entrada del siguienteLíneas seccionales

4 mm²vinculan los bornes de salida del medidor con los bornes de entrada del tablero principal.

Líneas principales

Sección Mínima

CaracterísticasTipo


Cables de Alta Performance paraUso Industrial

• Grupo PRYSMIAN• Dimensionamiento de Conductores• Instalaciones con presencia de Armónicas• Software Di Cab 2.0

• Conclusiones


Cargas Lineales y No Lineales

• En los circuitos de corriente alterna con cargas lineales el valor eficaz de la corriente se incrementa de forma proporcional a la tensión.

• En los circuitos de corriente alterna con cargas no lineales el valor eficaz de la corriente no se incrementa de forma proporcional a la tensión


Forma de Onda - Valores Instantáneos

• En la Figura 1 se puede observar la forma de onda de la corriente fundamental (senoidal) con terceras y quintas Armónicas.

Figura 1 Figura 2

• En la Figura 2 se muestra la onda resultante, distorsionada por el agregado de un 20% de terceras Armónicas y un 10% de quintas Armónicas


Armónicas

• Las Armónicas son tensiones o corrientes sinusoidales con frecuencias que son múltiplos enteros de la frecuencia a la que está diseñada para operar el sistema de alimentación (llamada frecuencia fundamental; en nuestro país de 50 Hz).

• Se originan en elementos tales como:– Computadoras y otros equipos de oficinas que tienen una

alimentación de corriente continua de tipo switch.– Balastos fluorescentes.– Variadores electrónicos de velocidad.– UPS.– Rectificadores.– Filtros de ruidos.


Parámetros para caracterizar la presencia de Armónicas

• Tasa Individual de Armónica: representa la amplitud de cada armónica individual (an) expresada como porcentual de la fundamental (a1);

Dn = 100 (%)

• Tasa Global de Distorsión: expresa el disturbio global presente.

(%)


Circulación de corriente por el Neutro

• Las Armónicas de secuencia Cero (3ra y 9na) se suman en el neutro en vez de cancelarse como sucedería en cargas lineales balanceadas. El problema se denomina del Neutro Recalentado

Corriente con 50% de 3ras. ArmónicasCargas equilibradas y sin Armónicas• En sistemas trifásicos de 4 hilos las corrientes

de cargas fase a neutro fluyen por cada fase del conductor y retornan por el neutro común. Si las cargas trifásicas son lineales y están balanceadas la corriente en el neutro es igual a cero



Circuito de neutro separado para cada línea

Circuito de neutro compartido entre varias líneas

Conductor de neutro de sección mayor o igual a la adoptada para los conductores de fase y correlacionada a las corrientes reales que lo atraviesan

Conductor de neutro de sección inferior o igual a la adoptada para los conductores de fase

Neutro

Aumento de las secciones de los conductores considerando las corrientes reales, las condiciones de sobrecarga, la caída de tensión y las variaciones de la misma

Aplicación de los valores de portada tabulados, corregidos según las diversas modalidades de tendidoFase

Solución correctaPráctica corrienteElemento a dimensionar


Coeficientes de Reducción de la Portada considerando la Presencia de Armónicas

1-> 45%

0.86-33% – 45%

-0.8615% – 33%

-10 – 15%

Conductor seleccionado en base a la corriente de

neutro

Conductor seleccionado en base a la corriente de

fase

Corriente de tercera armónica

en la fase

Para una primera aproximación se puede utilizar el método de la IEC 60364, válido para sistemas trifásicos equilibrados, donde la única armónica

significativa que no se cancela en el neutro es la tercera


Consideraciones adicionales

• Cuando por razones prácticas no se puede aumentar la sección del neutro se debe limitar las cargas o dimensionar en forma concordante las secciones de fase.

• Para los circuitos terminales debe preverse circuitos de neutro separados para cada línea y circuitos separados para cada carga deformante.

• El recurso de balancear las cargas entre las fases evita ulteriores contribuciones a la corriente de neutro ligadas al desequilibrio.

• Cuando ocurre una deformación de las corrientes de carga debido a una componente de tercera Armónica la sección del circuito de neutro nunca debe ser inferior a la del conductor de fase.

• El Contenido Armónico se puede estimar utilizando los manuales o catálogos de las cargas de la instalación o de mediciones realizadas sobre instalaciones similares.




• Conclusiones


Software Di-Cab 2.0

• Permite realizar:– Consulta del Catálogo de Productos (Características y Datos

Técnicos).– Dimensionamiento de Conductores por Criterio Tradicional.– Dimensionamiento de Conductores por Criterio de Máxima

Eficiencia Energética.– Cálculo Mecánico de Líneas Aéreas.– Presupuesto del Proyecto (computo de conductores y sus

costos).


Ingreso al Programa

Familias de cables y sus características

Módulo de dimensiona-miento de conductores


Selección de Cálculo de Baja / Media Tensión


Selección de las Condiciones de Utilización


Selección de la forma de tendido


Selección del tipo de Cable


Ingreso de los datos de la Fuente de Energía


Acceso a Menús Contextuales


Datos de la Carga Eléctrica


Datos del Tipo de Conductor


Selección de la forma de tendido


Datos de Caída de Tensión


Resultados del Cálculo


Resumen del Proyecto


Guardar Resultados


Cálculo Mecánico de Líneas Aéreas


Dimensionamiento “Energéticamente Eficiente”

• La selección del conductor incide directamente en las pérdidas de energía y en el costo del mismo.

• Es posible obtener una sección óptima (mayor que la mínima) la que, al incrementar los ahorros por pérdidas de energía, compensa los costos asociados al aumento de la sección.


Interpretación del Modelo

Cs = costo del cable en función de la sección.

Perd (s) = Costo de las pérdidas en función de la sección del cable.

S min = Sección Mínima del conductor por requisitos eléctricos.



• El problema consiste en determinar para que sección es mayor el beneficio (B) expresado como la diferencia entre el ahorro de pérdidas (Ah) y el aumento de costo (dC). Se puede representar por las ecuaciones



Existe una sección óptima para el conductor (Sopt), superior a la sección mínima, que reporta un

beneficio máximo para el usuario.


Eficiencia Energética



• Grupo PRYSMIAN• Dimensionamiento de Conductores• Instalaciones con presencia de Armónicas • Software Di Cab 2.0 • Conclusiones


Verificación por Caída de Tensión

• La estimación o el cálculo aproximado de la sección de los conductores suele originar errores importantes que pueden poner en riesgo la instalación. • Para evitar esto, Prysmian coloca carteles en los Puntos de Venta que indican la distancia máxima de las líneas para caídas de tensión máximas del 3 y 5%.


Muchas gracias !


Grupo Prysmian

90 años llevando energía a los hogares Argentinos y acompañando el crecimiento de su industria.

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