Instalaciones electricas

“INSTALACIONES ELECTRICAS”

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA.

FACULTAD DE INGENIERÍA.

COLEGIO DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA.

INSTALACIONES ELÉCTRICAS.

Mtro. VICTORINO TURRUBIATES GUILLÉN.

PROGRAMA.

Mtro. Victorino Turrubiates Guillén OTOÑO 2014


I. Introducción al proyecto de una instalación eléctrica. II. Estructura de la NOM.III. Selección de conductores. IV. Protección contra sobre corriente V. Protección contra sobre carga. VI. Puesta a tierra y Unión VII. Canalizaciones y Soportes. VIII. Subestaciones. IX. TransformadoresX. ApartarrayosXI. Alumbrado en interiores (Método de los lúmenes).

BIBLIOGRAFÍA.

Norma oficial mexicana NOM-001-SEDE-2012. Instalaciones eléctricas (utilización).

UNIDAD I. INTRODUCCIÓN AL PROYECTO DE UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA.

La energía es la fuerza que mueve al mundo y si consideramos que la materia es una concentración intensa de energía, podemos darnos cuenta de su presencia en todo lo que nos rodea.

Estamos acostumbrados a usarla en formas tan diversas que no es difícil pensar en algún momento el porqué de las cosas, ¿nos inquieta pensar que es la luz?

Han tenido que transcurrir muchos años para que observaciones e investigaciones de hombres de diferentes épocas, sentaran las bases que en la actualidad nos permiten disfrutar de la energía en sus diferentes manifestaciones.

Puede afirmarse que una de estas manifestaciones de la energía eléctrica, determina en gran medida el grado cultura, económico y social de los pueblos. De aquí la enorme responsabilidad que tienen quienes se dedican a su manejo y control, de garantizar la presencia de este fluido eléctrico en todos los sectores de la sociedad con un máximo de seguridad y eficiencia.

Surge aquí la necesidad de contar con el elemento humano capaz de entender este concepto de

energía, de comprender que una instalación eléctrica es una obra de ingeniería sujeta a reglas

bien definidas y con el propósito de servir, por tiempo ilimitado, a las necesidades domésticas,

comerciales e industriales relacionadas con el consumo de este energético

Toda instalación eléctrica requiere de un proyecto, esto es claro, para realizar algo lo primero es

pensar en como se llevará a cabo. Luego un proyecto eléctrico es la planeación de cómo se

efectuará una instalación eléctrica.

Mtro. Victorino Turrubiates Guillen Otoño 2014


Se tomarán en cuenta los principios técnicos y científicos fundamentales partiendo de las

relaciones básicas, intensidad de corriente, Potencial, Energía, Potencia eléctrica, Resistencia, etc.

Que siempre intervienen en el uso de la electricidad.

I = V/R; KW = I * Vcos Ө ; Energía = KW * h ; Pérdidas = I * I * R

La más sencilla instalación requiere al menos de un cálculo de Intensidad de corriente para

seleccionar el conductor, de conocer la tensión o potencial aplicado para seleccionar el

aislamiento, etc., y todo esto puede ser más y más especializado según la necesidad de respaldar

el proyecto de las instalaciones.

También es necesario tomar en cuenta todos los elementos que permiten realizar y operar en

forma segura las instalaciones eléctricas, como son: las canalizaciones que protegen a los

conductores, interruptores para controlar la energía eléctrica y otros equipos y accesorios que

facilitan su uso.

La importancia del proyecto es precisamente planear con anticipación todo esto para lograr el uso

más eficiente y seguro de una instalación eléctrica.

Precisamente para evitar riesgos de falla con respecto a la seguridad de las instalaciones se

tienen que cumplir las Normas, (en nuestro caso La Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-

2012, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 29 de Noviembre de 2012), que son un

conjunto de reglas que nos señalan requisitos mínimos que hay que cumplir para obtener el

máximo de 1seguridad en las personas y en las propiedades de los usuarios de las instalaciones

eléctricas.

Por su importancia trataremos acerca de cómo realizar un proyecto, recordando siempre que se

trate de la instalación que sea así la más pequeña como la más grande siempre pero siempre debe

proyectarse, claro que cada una a su medida.

Como iniciar un proyecto de Instalación eléctrica

* Nueve pasos a considerar para lograr la mejor instalación eléctrica posible:

1.- Empezar, no deteniéndose en los costos.

1 Fuente: Apuntes de la materia de “Instalaciones Eléctricas”, impartida por el Ing. Victorino Turrubiates Guillén, Facultad de Ingeniería-Colegio de IME-BUAP.



Por el contrario considérese todas las partes del proyecto, desde las más importantes, como la

acometida del servicio, transformadores de tensión, tableros, hasta los detalles más pequeños,

como la salida para un contacto de servicio o un alumbrado para un jardín, etc., pensando

solamente en lograr resolver todas las necesidades. Desde luego esto no significa que la parte

económica no sea importante, pero no es el momento de detenerse en este análisis.

2.- Recopilar la información con datos de toda la gente involucrada

En orden de importancia la información se obtendrá de:

La gente de producción, son los que conocen mejor sus necesidades.

La gente de mantenimiento, son los que conocen mejor los problemas.

La gente de seguridad, por los requisitos adicionales.

La gente de servicios auxiliares, para adecuar convenientemente todo el

funcionamiento.

La alta gerencia y los financieros, su recomendación será invertir lo menos posible,

¡cuidado! Sus decisiones son determinantes, por tanto hay que hacer notar, lo

poco que representa hacer la mejor instalación, contra la pérdida que representa la

fábrica parada por deficiencias en la instalación eléctrica.

3.- Obtener los datos de necesidades con la mayor precisión posible.

Generalmente esta estimación sólo puede completarse cuando ya es urgente empezar la

construcción, muy importante es pensar en el factor de utilización, por tanto, se requiere consultar

con gente de experiencia e informarse exhaustivamente al respecto, para obtener una estimación

lo más exactamente posible.

4.- Estudiar las fuentes de abastecimiento.

Analizar posibilidades y requisitos, abastecerse del servicio público, propio o combinado, ¿en qué

tensión o tensiones?

5.- Colóquese en la posibilidad de observar con amplitud el funcionamiento de todo el

proyecto.

Las instalaciones a fin de cuenta aunque están formadas de partes, funcionan como una sola

instalación, por eso es muy importante observar el funcionamiento como un conjunto,

comprobando flexibilidad y continuidad de servicio, para lo cual es importante contar con un

proyecto.

Auxiliarse para estos análisis de diagramas unifilares, sobre un papel los cambios son más

baratos. Estudiar la operación y simular fallas, siniestros y catástrofes. ¿Qué sucede al fallar algún



elemento de la instalación o al ocurrir algún imprevisto? La experiencia indica que mientras más y

más se estudien y revise el funcionamiento, más económica y mejor será.

6.- Instalar pensando en futuras ampliaciones o modificaciones

Aunque les juren y perjuren que las instalaciones jamás crecerán, no existe instalación en el

mundo en que esto no haya ocurrido, siempre han crecido. Pensar en un crecimiento razonable.

Buscar una flexibilidad que permita soluciones sencillas para los cambios que nunca faltan.

Siempre será menor el costo de las instalaciones preparadas para crecer, cuando este se

presenta, que las modificaciones que hay que hacer para realizarlo cuando no se ha previsto.

Mucho ayudará estudiar estas posibilidades en un diagrama unifilar.

7.- Planear para máxima protección y seguridad.

Debe tenerse muchísimo cuidado en la seguridad, considerando que la electricidad forma parte

integral de casi todo, ¿pensar que puede hacerse hoy día sin electricidad?

Prácticamente todo mundo tiene que ver con ella y por lo tanto debemos pensar que los avisos que

dicen “SÓLO PERSONAL AUTORIZADO” no son garantía de seguridad. Cualquiera puede

cometer un error.

Tres ideas fundamentales pueden ayudarnos a construir una instalación segura:

1) Usar siempre y solamente las protecciones de los circuitos con los interruptores

adecuados.

2) Que la instalación se haga de tal forma que no sea necesario trabajar en circuitos

energizados.

3) Que todas las partes vivas estén siempre encerradas en cubiertas metálicas aterrizadas.

La mayor causa de falla de una instalación se tiene cuando se han seleccionado elementos de

protección inadecuados, hay que buscar que todos los elementos proporcionen la máxima

seguridad y facilidad de operación.

Son cientos los casos en que debido a una selección inadecuada de una protección de corto

circuito, lo que seria una pequeña interrupción en un circuito derivado, abierta por una protección

bien seleccionada, se ha convertido en una falla mayor al destruirse la protección inadecuada, que

acaba operando la protección del suministrador echando fuera una gran cantidad de circuitos.

Pensar en el costo por falta de producción que seguramente será mucho mayor que el costo inicial

de la protección adecuada.

8.- Seleccionar elementos de fácil adquisición y poco mantenimiento



Diseñar para bajo costo de mantenimiento, evitar al máximo el incluir elementos de fabricación

especial. Recordar que los costos de mantenimiento inciden en los costos de producción.

Tres reglas básicas:

1) Pensar en flexibilidad de operación, por ejemplo, poder dar servicio a una parte sin tener

que dejar fuera a otra.

2) Dejar espacio suficiente alrededor de los equipos a mantener para tener facilidad de

acceso.

3) Usar los materiales más comunes, fáciles de cambiar y de mayor facilidad para su

adquisición.

Seguramente la instalación costará menos y el mantenimiento será más rápido y seguro.

9.- Cumplir con las normas oficiales que intervienen

Cumplir con la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012, es el aspecto más importante en

una instalación eléctrica, ya que su cumplimiento proporciona bases muy importantes para su

seguridad, además de la necesidad del dictamen de cumplimiento de la NOM, para poder

energizarlas.

¡ATENCIÓN, MUY IMPORTANTE!:Asegurarse en que se cumplen las normas desde un principio

resulta mucho más barato que tener que hacer cambios posteriormente para poder cumplir con

ellas.

LOS PUNTOS CLAVE:

Características de la instalación.

Carga, Intensidad de corriente, Tensión.

Conductores, Alimentadores, Canalizaciones.

Protecciones.

Tableros y controles.

Tierras.

Subestaciones.

Condiciones especiales.

1.1 Definición de instalación eléctrica.

Es un conjunto de elementos, materiales o equipos que se constituyen para proporcionar un servicio eléctrico a las cargas (alumbrado, fuerza) por abastecer.



1.2 Elementos que constituyen una instalación eléctrica.

Dentro de los principales elementos que constituyen una instalación eléctrica podemos mencionar los siguientes:

Acometida. Parte de los conductores que conectan las instalaciones del suministrador con las del usuario (cable de poste hasta medidor)

Interruptores Cables conductores. Para conducir corriente hasta los puntos de carga. Canalizaciones. (Tubos ó ductos ) Cajas de registro. (Ovaladas y Cuadradas) Apagadores Contactos. Luminarias. Lámparas Motores Etc…

Voltajes de baja tensión: Voltajes entre fases y neutro o entre fases.- 220/127 V en estrella Para sistemas trifásicos. - 120/240 V en estrella Para sistemas monofasicos.- 440/ 254 V en estrella. Se utiliza en sistemas trifásicos industriales (Voltaje congelado)

Voltajes de media tensión: Voltajes entre fases.-13200v-34500v-23000v En el centro de la R. Mexicana (Ex- Cía. De Luz y Fuerza del Centro)

Voltajes de alta tensión:-85 Kv En el centro de la R. Mexicana (Ex- Cía. De Luz y Fuerza del Centro)-115Kv-230Kv-400Kv

Elementos que constituyen un proyecto. Planos eléctricos y memoria de cálculo.

Planos eléctricos.

Un plano eléctrico lo podemos definir como: Una representación gráfica de los elementos de una instalación eléctrica. Un plano eléctrico contiene los datos del usuario (nombre, razón social, generales, etc.), Nombre del plano (alumbrado fuerza, etc., ) y la simbología empleada.

Algunos de los planos eléctricos que podemos mencionar son los siguientes:* Acometida* Subestación* Diagrama unifilar.- Representación grafica del sistema mediante un hilo.* Alimentadores principales* Cuadros de carga* Fuerza* Alumbrado* Contactos* Etc.,



Para la realización de un proyecto se necesita de planos eléctricos y de una memoria de cálculo.

Memoria de cálculo.

La memoria de cálculo. Describe de manera general el contenido del proyecto o de la instalación en cuestión. Contiene el soporte técnico o los cálculos de los elementos que constituyen una instalación eléctrica.

Dentro de las características que debe incluir una memoria de cálculo son: Datos generales del usuario, acometida, medición en baja tensión, en media tensión o sea una generalidad y el propósito del proyecto en si el soporte técnico y los cálculos de todos los elementos de la instalación eléctrica. El soporte debe ser bajo Ingeniería y Normas Oficiales Mexicanas y Normas Mexicanas.

Normas Oficiales Mexicanas y Normas Mexicanas.

- Normas NOM son de carácter obligatorio- Normas NMX son de carácter voluntario- Norma NMX-17020 hace referencia a los organismos de verificación (Unidades de

Verificación).

Una unidad verificadora de instalaciones eléctricas: verifica el grado de cumplimiento de normas oficiales mexicanas.

UNIDAD III.- SELECCIÓN DE CONDUCTORES

Los conductores se seleccionan por:

1).- Corriente

2).- Caída de Tensión y por

3).- Corto circuito 3.1 SELECCIÓN DE CONDUCTORES POR CORRIENTE.

Cuando se realiza el cálculo a través de este método, los conductores deben ser capaces de conducir la corriente que van alimentar con las menores pérdidas.Las pérdidas que sufren los conductores son debido al efecto Joule cuya expresión algebraica es la siguiente:

P = I2R ------------- Watts

Donde:I = La corriente que circula por el conductor en Amperes y R = Resistencia del conductor en Ohms.



Entonces en forma general podemos decir que las pérdidas por efecto joule en los conductores están definidas por la expresión:

P = n I2R ---------------- Watts

n = Número de conductores activos.

Procedimiento para calcular los conductores por corriente:

- Calcular la corriente nominal que demanda la carga.- Calcular la corriente corregida (Factores de agrupamiento y temperatura).- Tabla 310-15(b)(16) de la NOM para seleccionar el calibre del conductor

La selección o el cálculo de los conductores esta en función de la carga que se vaya a alimentar. Como consecuencia de lo anterior planteamos la siguiente pregunta:

¿Qué tipos de carga tenemos en una instalación eléctrica? Respecto a la alimentación.

Monofásica(1 hilo de corriente,1 fase) Conforme a NOM se les conoce como conductores activos a las fases con excepciones.

Bifásica(2 hilos de corriente,2 fases)Trifásica(3 hilos de corriente,3 fases)

Clasificación de las cargas:

Las cargas pueden ser:

a) Resistivasb) Inductivasc) Capacitivas

A continuación se muestra el desfasamiento entre corriente (I) y voltaje (V) de cada una de ellas:

La corriente (I) y el voltaje (V) se encuentran en fase, por, lo que el desfasamiento tiene un valor de cero grados.

Ejemplos de estas cargas lo son: Lámparas incandescentes, plancha y hornos a base de resistencias.



La corriente (I) está atrasada un valor de 90 con respecto al voltaje (V).

Ejemplos de este tipo de cargas lo son: Motores de inducción, reactores, transformadores, etc.

La corriente (I) está adelantada 90 con respecto al voltaje (V).

Ejemplo de esta carga lo son: capacitores, motor síncrono, etc.

El coseno del ángulo entre el vector de corriente y el vector del voltaje define el factor de potencia. Cuando este factor de potencia es menor del 90% (0.9) la empresa suministradora penaliza económicamente al usuario, en caso de que este factor este por encima del 90% (0.9), la empresa bonifica económicamente al usuario. Cuando el factor de potencia permanece en un valor constante del 90% (0.9), la empresa no realiza ninguna de las acciones antes mencionadas.

La fórmula para determinar el recargo o penalización para el usuario por tener un factor de potencia menor al 90% (0.9) es:

%Penalización = (3/5)*((90/ F.P.)-1)*100 ------- %

La fórmula para la bonificación por tener un factor de potencia mayor al 90% (0.9) es:

%Bonificación = (1/4)*(1-(90/ F.P.))*100 -------- %

Ejemplo:

Si el factor de potencia F.P. = 0.6

La penalización = 3/5 * (90/60 -1) * 100 = 30 %

Si el F.P. = 95% entonces la bonificación es del 1.31% del total de la facturación.



Los valores resultantes se redondean a un solo decimal. En ningún caso se aplican % de recargo superiores a 120%. En ningún caso se aplican bonificaciones superiores a 2.5%.

El consumo de energía se mide en kw-h (kilowatts-hora) y la demanda máxima se mide en kw (kilowatts).

Las cargas se pueden expresar en distintas formas de unidades:

Corriente (Amperes) Caballos de fuerza (CP) Potencia Activa (Watts o KW) Potencia aparente (KVA) Potencia reactiva (KVAR)

Donde KW = potencia activa ó real, KVA = potencia aparente, KVAR = potencia reactiva.

A continuación se presenta una tabla con cada uno de los 3 tipos de potencia que conforman el triangulo de potencias relacionadas con el tipo de sistema ya sea monofásico, bifásico ó trifásico.

POTENCIA SÍMBOLO MONOFÁSICA BIFÁSICA TRIFÁSICA UNIDADACTIVA P = WAPARENTE S = VAREACTIVA Q = VAR

Vn = Voltaje de fase a neutro Vff = Voltaje de fase a fase

Las unidades son W, VA y VAR para voltajes en volts y corriente en amperes. Si los voltajes son en KV entonces las unidades resultantes son KW, KVA y KVAR.

En todos los casos para seleccionar los conductores por corriente, solo basta despejar la para determinar la corriente nominal.

Procedimiento para calcular los conductores por corriente.

1. Calcular la corriente según el tipo de carga que se suministrara. Esta corriente recibe el nombre de corriente nominal (In).

In = La corriente que toma a plena carga el equipo que estamos abasteciendo = Corriente Nominal

2. Calculo de la Ic (La corriente corregida), considerando los factores de corrección por agrupamiento y por temperatura. Y se calcula mediante la expresión siguiente:

FA = Factor de corrección por agrupamientoFT = Factor de corrección por temperatura.



3. Con el valor de la corriente corregida consultar la tabla 310-1 5(b)(16) de la NOM para seleccionar el calibre del conductor por corriente.

Pero esta tabla tiene tres columnas de 60°C, 75°C y 90°C ¿como se emplean?

110-14. Conexiones eléctricas.

Factor de Agrupamiento

La capacidad de conducción que se muestra en la tabla 310-15(b)(16 ) es válida solo cuando van como máximo tres conductores activos dentro de una canalización es decir:

F.A. = 1.00 P.U.

Factores de ajuste.

a) Más de tres conductores activos en un cable o canalización. Cuando el número de conductores activos en un cable o canalización sea mayor a tres, la capacidad de conducción de corriente se debe reducir como se indica en la Tabla. 310-15(b)(3)(a).

Número de conductores activos

Por ciento de valor de las tablas ajustado para la temperatura ambiente si fuera necesario

De 4 a 6De 7 a 9

De 10 a 20De 21 a 30De 31 a 4041 y más

807050454035

Ejemplo:Si lleváramos en un tubo o cable 5 conductores activos calibre 1/0 AWG 75º C su capacidad se reduce al 80% es decir 150 A (0.8) = 120 A.

La conexión más común en México de los transformadores es Delta en el primario y Estrella en el secundario Y sólidamente aterrizada se representa gráficamente como sigue:



Es importante señalar que en algunas ocasiones el neutro se vuelve conductor activo y para ello se debe tener presente la sección 310-15 (b) (5)(3)

Factor de Ajuste por temperatura

La capacidad de conducción de los conductores se ve afectada por la temperatura ambiente. Recordar que la capacidad de conducción que se muestra en la tabla 310-15(b)(16) es para una temperatura ambiente de 30° C y máximo 3 conductores

Luego entonces para determinar este factor basta con saber la temperatura ambiente promedio anual en el lugar donde se ubica la instalación y según corresponda la columna de la temperatura del aislamiento del conductor en la parte inferior de la tabla 310-15(b)(2)(a) se encuentra el valor del factor de ajuste por temperatura, para una temperatura ambiente de 30° C, o bien, en la tabla 310-15(b)(2)(b) para una temperatura ambiente de 40 ° C

Así por ejemplo para los conductores con temperatura de 60 C, el factor de corrección a temperatura ambiente de 37 C es F.T. = 0.82, con base en una temperatura ambiente de 30°C. Y con base a una temperatura ambiente de 40°C el factor de corrección para conductores con temperatura de75°C en una temperatura ambiente de 42°C es 0.93.

APLICACIONES DE SELECCIÓN DE CONDUCTORES POR CORRIENTE.- Basados en temperatura ambiente de 30°C.

a).- Seleccionar los conductores del secundario de un transformador trifásico 13200/220-127V. Los cuales se alojaran en una tubería metálica galvanizada. (Considerar una temperatura ambiente de 32°C).



Solución:

Calculando la corriente nominal que circula por el secundario del transformador:

Paso No.1. Calculo de la corriente Nominal o de la carga

Cuando el transformador alimenta una carga total de 75 KVA, por el conductor de secundario circulan 196.8 Amps

In= 196.8 Amps.

Paso No. 2.- Calculo de la corriente Corregida.

Para calcular la corriente corregida es necesario determinar los factores de ajuste por agrupamiento y por temperatura.

Es importante señalar que en algunas ocasiones el neutro se vuelve conductor activo y para ello se debe tener presente la sección 310-15 (b)(5)

Por lo tanto, tendríamos 4 conductores activos dentro de la canalización. Y el factor de agrupamiento para este caso es:

Por lo tanto F.A. = 0.8 por Tabla 310-15(b)(3)(a)

Y con respecto al factor de corrección por temperatura, considerando que la corriente calculada es superior a los 100 A, entonces al conductor le corresponde un rango de 75°C, y por lo tanto el factor de corrección por temperatura es:

F.T.=0.94 por Tabla 310-15(b)(2)(a)

En la tabla 310-15(b)(2)(a) en la columna de 75 C (cobre), encontramos, que para 37 C el valor del factor de corrección por temperatura es de 0.94. Luego entonces la corriente corregida es:

Paso 3



Con este valor consultamos 310-15(b)(16) columna de 75 C de cobre, encontramos que el conductor adecuado para esta corriente es un conductor calibre de 300 KCM con capacidad de 285 A y su sección transversal es 152mm . b).- Selección de los conductores para el alimentador de un motor.

Para la selección de los conductores alimentadores de motores es necesario conocer la corriente nominal a plena carga de los mismos utilizando las siguientes tablas:

430-247; Corriente eléctrica a plena carga (A) de motores de c.c.430-248; Corriente eléctrica a plena carga (A) de motores monofasicos de c.a.430-249; Para motores de c.a. 2F-4H, no se usan en México.430-250; Corriente eléctrica a plena carga de motores trifásicos de c.a

Ejemplo: Si tenemos un motor de 1 h.p. Monofasico 127 V. Este toma 14 A en 127 Volts. Tabla 430-248

Selección de conductores para un motor.

Por 430-22 , Para un motor la In no debe ser menor al 125% de la corriente a plena carga del motor.

In = Ipc motor*1.25

Ejemplo:Seleccionar los conductores para alimentar un motor de 50 C.P., 440V, trifásico, jaula de ardilla.Los conductores que se seleccionen serán instalados en una tubería existente que tiene 2 conductores activos.La temperatura ambiente es de 39 C.

Solución:

Paso 1.- Calculo de la corriente Nominal o de la carga

Ipc = 65 A de tabla 430-250

La corriente nominal seria:

In = 1.25 * 65 = 81.25 A por 430-22

F.A. = 0.8 Por tabla 310-15 (b)(3)(a) ( 3 conductores del motor más 2 conductores activos existentes=5)

F.T. = 0.82 de Tabla 310-15(b)(2)(a) de factores de corrección, columna 60 C( corriente menor de 100 A) a T.A. a 39 C.



Paso 2 Ic =

Paso 3El tamaño del conductor para 75 C temperatura nominal es 1 AWG con 130 A ref. 310-15(b)(16) pero como este calibre comercialmente no existe en México nos pasamos a un 1/0 AWG con 150 A.

c).- Selección de los conductores del alimentador varios motores o motores y otras cargas.

Segun 430-24;Los conductores que suministran energía eléctrica a un grupo de motores y otras cargas (alumbrado), deben ser capaces de conducir la corriente nominal plena carga de todos los motores mas el 25% de la corriente a plena carga del motor mas grande mas la corriente nominal de las otras cargas: 100% para las no continuas y el 125% para las continuas.I ≥ 125% Ipc del motor mas grande mas la suma de las Ipc de los demás motores mas In de las otras cargas.

Ejemplo para la selección del conductor de un alimentador para un grupo de motores y otras cargas

(430-24)

Solución:

Por tabla 430-250;

Ipc 25 cp = 34 AMtro. Victorino Turrubiates Guillen Otoño 2014

a)

10 KW3F-4H cargas no continuas


Ipc 100cp = 124 AIpc 50 cp = 65 A

La corriente Nominal para la carga de 10 KW es:

Paso 1.- Calculo de la corriente Nominal o de la carga

In = 1.25 (124)+34+65+14.57=268.5 A por 430-24

Paso 2.- Calculo de la corriente corregida.

Si la T.A. =39 C.

F.T. = 0.88 de tabla 310-15(b)(2)(a) en columna a 75 C, por ser I > 100AF.A. = 0.8 Por (310-15(b)(3)(a))

Ic =

Paso 3.- Selección del conductor adecuado.

Con este valor se requiere un calibre 600 KCM con 420 A. (Tabla 310-15(b)(16) )

d).- Ejemplo de la selección de los conductores para la carga de 10 KW.

Para el cálculo del alimentador de la carga de 10 KW en 440 V y con un F.P. de 0.9 se hace lo siguiente:

De Paso 1.- Calculo de la corriente nominal o de la carga

F.A. = 0.8 Por (310-15(b)(3)(a))F.T. = 0.82 de T-310-15(b)(2)(a) en columna de 60 C., porque I< 100A


Ic =


El conductor adecuado es un calibre 10 AWG con 30 A por tabla T-310-15(b)(16)columna de 60 C.



e).- Selección de los conductores para un capacitor:

Seleccionar los conductores por corriente de un capacitor trifásico de 100 KVAR en 440 Volts.

En la sección 460-8 (a) , nos dice que la capacidad de conducción de corriente de sus conductores no debe ser menor del 135% de la corriente nominal del capacitorPartiendo de la formula:

1.732 * V*I * sen β

Paso 1.- Calculo de la corriente nominal o de la carga

In = Ica* 1.35 = 131.21 * 1.35 = 177.13 A Por 460-8(a)


Como se trata de un capacitor trifásico lleva 3 conductores activos o de fase, en este caso:

F. A. = 1 F.T. = 0.88 columna de 75 T.A. 39 C. de la tabla T-310-15(b)(2)(a)

Ic =


El calibre es un 4/0 AWG con 230 A por tabla 310-15(b)(16) a 75 C.

f).- SELECCIÓN DE CONDUCTORES PARA MAQUINAS DE SOLDAR DE ARCO 630-11 (a)Mtro. Victorino Turrubiates Guillen Otoño 2014


Ejemplo: calcular los conductores para alimentar una maquina de soldar trifásica de arco del tipo sin motor generador de las siguientes características de placa: Corriente primaria de 80 Amps. Y su régimen de trabajo es 60 %. El voltaje entre fases es de 220 Volts y la temperatura ambiente es de 39 grados centígrados.

Régimen de Trabajo = 60

I ≥ I placa primario en amperes * factor conforme a régimen de trabajo. Tabla 630-11 (a)

Paso1.- Cálculo de la corriente nominal o de la carga

In ≥ 80 * 0.78 = 62.4 Amps. Por 630-11 (a)

Paso2.- Cálculo de la corriente corregida.

F.A. = 1

F.T.= 0.82 por tabla 310-15(b)(2)(a)


El conductor adecuado es del calibre es cal # 3 awg, Con 85 Amps, pero por no encontrarlo comercialmente el calibre debe ser 2 awg con 95 Amps. Por tabla 310-15(b)(16).

g).- SELECCIÓN DE CONDUCTORES DE UN ALIMENTADOR PARA UN GRUPO DE MAQUINAS DE SOLDAR DE ARCO 630-11(b)

Seleccionar los conductores del alimentador de las maquinas de soldar de arco trifásicas tipo sin motor-generador de las características de voltaje y corriente que se señalan en el diagrama unifilar


Maquina de Soldar

(630-11a)

IPlaca = 80A


siguiente. Los conductores seleccionados se instalaran en una tubería existente con 4 conductores activos. La temperatura ambiente = 39°C

Solucion:

Factor:

100 – 80 -------- 0.8975 – 60 --------- 0.7860 – 70 --------- 0.84150 – 90 --------- 0.9580 – 50 ---------- 0.71150 - 40 --------- 0.6375 – 20 ---------- 0.45

Paso1.- Cálculo de la corriente nominal o de la carga Por 630-11(b)

In alim.= [(150 * 0.95) + (150 * 0.63)] + [0.85 (100 * 0.89)] + [0.70 (80 * 0.71)] + 0.60 [(75 * 0.78) + (75 * 0.45) + (60 * 0.84)] = 442.5 A

In alim. = 442.5 A

Paso2.- Cálculo de la corriente corregida.

F.T. = 0.88 (Tabla 310-15(b)(2)(a)F.A. = 0.7 PORQUE SON 7 CONDUCTORES ACTIVOS TABLA 310 –15(b)(3)(a)

Ic = 442.7 = 718.66 A

0.88 * 0.7


AlimentadorBus 440 V

Iplaca

C.Trabajo10080

7560

6070

15090

8050

15040

7520



El conductor adecuado es: Como se sale de los valores de la tabla 310-15(b)(16) (columna de 75°C) entonces se seleccionan dos conductores por fase de calibre 700 kcm con 380 A (Tabla 310-15(b)(16))

Porque 380*2 =760 A >718.66 A en dos tuberías independientes 300-3(b)(1)

SELECCIÓN DE CONDUCTORES POR CAIDA DE TENSION.

Concepto caída de tensión.- Perdida de voltaje de un punto a otro.

e = caída de tensión en Volts o en % = ((Vs-Vr)/Vs) x 100


L

CargaVr

VS

Z=R+JXL


IZ = e

Dentro de los métodos de cálculo de conductores por caída de tensión encontramos los siguientes:

*Exacto

*Aproximado

*Chicharrónero

Las ecuaciones que se emplean para el cálculo de la caída de tensión por el método aproximado son las siguientes:

Tipos de sistemas Formula a emplear

Sistema monofásico 1F-2H%e


IZVR

IR COS

VS

IR

IXL

I

VR I SEN


Sistema bifásico 2F-2H %e =

Sistema bifásico 2F-3H %e

Sistema trifásico 3F-3He=

%e=

Sistema trifásico 3F-4He=

%e=

Donde: e = Caída de tensión en Volts. %e = Caída de tensión en % No es la I corregida es la I sin ningún factor Z = Impedancia conforme a la tabla 9 de la NOM-001-SEDE-2012Vfn = Voltaje entre fase y Neutro en Volts.Vff = Voltaje entre fases en Volts. L = Longitud del alimentador en Km. nF = Numero de fases nH = Numero de Hilos.

El cálculo de la caída de tensión puede tener dos enfoques:

a).- Cuando el calibre del conductor se ha seleccionado anticipadamente por corriente, se puede calcular la pérdida de tensión o caída de tensión en ese circuito en % o en Volts. Y

b).- Que fijado el valor de la caída de tensión en un punto se puede seleccionar el conductor adecuado, para permitir una caída de tensión menor o igual al valor fijado.

Ejercicios para el caso del inciso a). Calculado el conductor por corriente determinar la caída de tensión.



1.- La Caída de tensión en el circuito secundario de un transformador trifásico.

e% = ?

Cual es su caída de tensión en %, si los conductores se encuentran alojados en un tubo conduit de acero galvanizado. El sistema es 3 F – 4 H donde: Z = 0.213

Vr =127-2.0959=124.9 Volts

Nota: la corriente que se va a tomar siempre es la corriente nominal no la corregida. Es decir la corriente de la carga sin ningún factor

Ejercicios para el caso del inciso b)

Seleccionar ahora el conductor para una caída de tensión 1.5%

e = 1.905 Volts

De:


Línea de 13.2 KV

75 KVA13 200/220-127V

L = 50 Mts.

a) 300 KCM


Con este valor me traslado a la tabla 9 de la NOM-001-SEDE-2012

Si fuera 350 KCM Z= 0.197 Ω al neutro/Km (Tabla 9)

1.526% > 1.50%

Por lo tanto este calibre 350 KCM no es adecuado al 1.5% y debe ser 400 Kcm

La caida de tensión para el cal 400 KCM Z= 0.184 Ω/Km se calcula:

1.425% < 1.5%

Por lo tanto este calibre es adecuado es 400 Kcm

2.-La Caída de tensión en el circuito alimentador de un motor trifásico.( sistema 3F-3H)


440 V

3FCP = 50Ipc= 65 A (T 430-250)IA= 1.25 (65) = 81.25L = 100 m

1/0

e % =1.42

Z 1/0 = 0.43

e =1.3 %


e% = 2.51

Determinar la caída de tensión de acuerdo con los conductores seleccionados por corriente

2.- Caída de tensión acumulativa

1.42 + 1.10 = 2.52 %

Si la caída de tensión se prefijara en un valor ≤1.3 %

con Z = 0.508 Ω / Km y conforme a la tabla 9 el conductor es:

1 / 0 Z = 0.43 Ω / Km “El inmediato inferior”

Selección de conductores por corto circuito.

La selección de los conductores por corto circuito consiste en que estos, deben ser capaces de soportar las corrientes de cortocircuito que circulan por ellos en condiciones de falla.

3.- Calculo de la caída de tensión por los Métodos: Exacto, Aproximado y Chicharronero. Ejemplo:



Calcular la caída de tensión por los tres métodos anteriores, en las terminales de un motor trifásico de 25 HP, 440 V, Factor de potencia igual a 0.8 (-) y eficiencia = 0.85 p.u. a una distancia de 50 Mts. Los conductores de este alimentador están alojados en tubería conduit metálica y deben ser del tipo TW 60º C a temperatura ambiente de 30º C.

El circuito serie equivalente monofasico es el siguiente:

MÉTODO EXACTO

o bien donde en Volts.

Si tenemos un motor trifásico la corriente a plena carga la podemos calcular mediante la siguiente expresión:

La corriente mínima que deben soportar los conductores debe ser:

Por 430-22

Como los conductores son TW-60º C y la temperatura ambiente es de es de 30º C

FT = 1FA = 1Mtro. Victorino Turrubiates Guillen Otoño 2014


Por lo tanto: Ic = 44.97

El conductor adecuado es Cal. No. 6 AWG Con 55 Amps.……..… Tabla 310-15(b)(16)

Conforme a la tabla 9 de la NOM-001-SEDE-2012 para un conductor de cobre calibre No. 6, para tubería metalica rigida o de acero

Para corregir a 60º C se emplea la siguiente expresión:

Donde:

R2 es igual a la resistencia del conductor a 75º C conforme tabla 9 de la NOM-001-SEDE-2012.

R1 es igual a la resistencia del conductor a la temperatura de 60º C

T es la temperatura en ºC (bajo 0) en la cual el material tiene resistencia eléctrica teóricamente nula igual a 234.5º C para el cobre.

t1 es la temperatura máxima de operación del conductor igual a 60º C

t2 es igual a la temperatura máxima de corto circuito del aislamiento en ºC igual a 75º C

De la formula anterior

R60 = 1.53 Ω/km

R = 1.53 Ω/km × 0.050 Km. = 0.0765 Ω

XL = 0.210 Ω/km × 0.050 Km. = 0.0105 Ω

Calculo de la impedancia Z = R + jXL

Z = 0.0765 + j 0.0105 = 0.0766∟7.4º Ω

I = 35.98 ∟-36.86º

Calculo de la caída de tensión:



∆ V = 35.98 ∟-36.86º × 0.0766∟7.4º

∆ V = 2.756 ∟-29.46º Volts.

∆ V = 2.399 – j1.355 Volts

Si regresamos al circuito equivalente

VR = VS - ∆V VS = 254.03 ∟ 0º VS = 254.03 + j0

VR = 254.03 – (2.399 – j1.355)VR = 251.631 + j 1.355VR = 251.634 ∟0.308º

La caída de tensión = regulación

% Reg. =

% Reg. =

% Reg. = 0.943

METODO APROXIMADO

∆V = 2.42 V

VR = 254.03 – 2.42 = 251.61

% Reg =

METODO CHICHARRONERO

Tomando en cuenta que



Comparando los 3 métodos:

Método exacto % R = 0.943 %

Método aproximado % R = 0.9526

Método chicharronero % R = 1.06 %

2 Trabajo:

Realizar el levantamiento de las instalaciones eléctricas de su casa, este plano debe mostrar en planta todos los elementos de la I.E. ; En un cuadro de cargas mostrar los tableros de alumbrado, el numero de circuitos, elementos de la I. E. por circuito con su carga correspondiente, voltaje, corriente, potencia por circuito; tipo y dimensiones de las canalizaciones; conductores, protecciones de sobrecorriente, tamaño de los conductores de fase, de tierra física por circuito; balanceo de cargas etc.,

UNIDAD IV.- PROTECCIÓN CONTRA SOBRE CORRIENTE.

Fusibles.

Protección de sobre corriente Tiempo inverso (termomagnético)

InterruptoresAutomáticos Disparo instantáneo (magnéticos)

.




Curvas de Tiempo- Corriente FUSIBLES

I


Es importante seleccionar adecuadamente los interruptores y no alterar el valor requerido ya que desprotege la instalaciónInterruptores de disparo fijo, y variable no se pueden ajustar en campo



1.- Selección de las Protecciones de sobre corriente en el primario y secundario de un Transformador. (450-3)

Calculo de la protección de sobre corriente en el primario del transformador trifásico a través de un fusible.

Por tabla 450 – 3 (a) Amps.

El fusible adecuado sería de 10 A por 240 – 6

Si la protección fuera un interruptor automático entonces por tabla 450 – 3 (a) se calcula:

I = 600% In (Ajuste máximo) I = 6 x 3.28 = 19.68 A

Entonces por 240 – 6


Z = 4 %450-3 (a) (1)

75 KVA

13 200 V.

Jaula de Ardilla

450-3 (a) (1)

220/127


El valor sería de 20 A

b) Selección de la protección secundaria del transformador

La protección para cualquier lugar se calcula con I = 125% In conforme tabla 450-3(a) de la NOM.

La corriente en el secundario es In =

por tabla 450-3(a)(1)

Por 240 – 6 el fusible o interruptor debe ser de 250 A

c) Protección de cortocircuito y falla a tierra para un motor (430 – 52 c1) tabla (430 – 52)

Ejemplo:

Calcular la protección de corto circuito y falla a tierra mediante un interruptor termo magnético (Automático de tiempo inverso) de un motor de 50 HP 220 Volts trifásico jaula de ardilla entonces:

La corriente a plena carga de un motor de 50 . A 220 Volts es:

Como la protección es un termomagnético, la corriente del interruptor se calcula:

Por 240 – 6 El interruptor debe ser: 350 A por 430 – 52 (c) excepción 1

d ) Protección contra corto circuito y falla a tierra de un circuito derivado para un grupo de motores. (430-62)

El valor de la corriente de la protección contra cortocircuito y falla a tierra debe ser al tamaño de la protección de C. C. Y falla a tierra del dispositivo mayor, más las corrientes a plena carga de los demás motores.

Ejemplo:



Seleccionar las características del interruptor termo magnético que protege el circuito alimentador del grupo de motores de jaula de ardilla, con las características que se muestran en el diagrama unifilar

INTERRUPTORES

por 240-6 Excp. 1

Por 430 – 62 Protección de un grupo de motores

Protección de sobre corriente para maquinas de soldar de arco



Para este ejemplo la protección contra sobrecorriente es:

Conforme 240 – 6. El interruptor debe ser de: 150 A

Protección de sobrecorriente para Bombas contra incendio (695-4(b)(2)(a).- Fuentes Individuales

Corrientes a rotor bloqueado. Tablas 430-251(a) y 430-251(b)

Ejemplo:

Calcular la protección contra sobrecorriente de una bomba contra incendio que es alimentada en 440 V si la potencia del motor principal trifásico es de 100 caballos y cuenta con 2 motores trifásicos auxiliares de 5 caballos cada uno. Esta protección a base de interruptores automáticos de tiempo inverso (termonagnético).Considerar que los motores son diseño B Por 695-4(b)(2)(a).- Los dispositivos de sobrecorriente se deben elegir o programar de modo que soporten indefinidamente la suma de las corrientes eléctricas a rotor bloqueado de todos los motores de las bombas contraincendios y de las bombas auxiliares. Los motores son diseño B.

Tabla 430-251B BCDE 100 CP 725 5CP 46

El interruptor adecuado es 1000 A por 240 – 6

PROTECCION DE SOBRECORRIENTE DE CAPACITORES

460-8b ()

Calcular la protección de sobrecorriente de un capacitor de 100 KVAR en 440 VSolución:


630-12 (a). Protección contra sobrecorriente para maquinas de Soldar. Cada maquina de soldar debe tener protección contra sobrecorriente nominal o ajustable que no sea mayor a 200% de la corriente eléctrica primaria de la máquina de soldar. O no mayor al 200% de de la Imax.

de la corriente nominal de alimentación a la capacidad nominal máxima

630-12 (a)

La protección contrasobrecorriente Debe ser 200%


Por 240-6 el interruptor debe ser de 150 A

V PROTECCION DE CONTRA SOBRECARGA.430-31 Solo aplica a motores

Relevadores de sobrecarga Se pueden ajustar el Disparo en campo

Protección de sobre carga Elementos bimetálicos no se puede ajustar el(Elementos térmicos) disparo en campo

Relevador de Sobrecarga de 2.6 a 9.6 A

Nota: Todos los motores de servicio continuo mayores de 1 HP deben tener proteccion de sobre carga. 430-32(a).

Si se desea fortalecer el conocimiento sobre motores buscar 430 – 1 y relacionar figura (430 – 1)

Servicio continuo en definiciones (Articulo100)

Servicio por tiempo corto

Factor de servicio (F. S.).- es la sobrecarga a la que puede trabajar un motor.

Ejemplo:Seleccionar la protección de sobrecarga por medio de un relevador separado para un motor trifásico de 50 C. P. 220 Volts. El factor de servicio es de 1.30

Protección sobre carga ≤ (430-32(a)(1))


2.6-9.8 A(5.6 A) Disparo

Características del elemento Bimetálico

Tornillo de bimetalico

5.6

ElementoBimetalico

Catalogo MCA2.6

9.6


Si el F. S. (factor de servicio) es de 1.25 y de servicio continuo. La protección de sobre carga se calcula:

y como la Ipc = 130 A........(tabla 430 – 250)

Si la protección fuera por relevador de sobre carga. El elemento es DD 185 con rango 157 – 166 A

Para elemento bimetálico es AF – 159 con rango 150 – 163 A

Investigar en que consiste el método de Alumbrado de “LUMEN” y aplicarlo un ejemplo particular para entregar en 15 días a partir de hoy.

UNIDAD VI Puesta a tierra y Unión (ARTICULO 250) Los Tipos de Fallas a tierra que se presentan en un sistema eléctrico son las siguientes:

Falla a tierra

Una fase a tierra ( falla monofásica )

Dos Fases A Tierra (falla bifásica a tierra)

Objetivos de la conexión a tierra:

¿Porqué poner a tierra las instalaciones eléctricas?

1. Operación correcta de las protecciones2. Protección de personas, equipos e inmuebles3. Eliminación de cargas estáticas4. Conducir la corriente de falla a tierra (con una impedancia baja)


a a-T, b-T, c-T

b

c

a

ab-T , bc-T, ca-Tb

c


¿Cuáles son los tipos de conductores de puesta a tierra de equipos? (250-118)

a) Un conductor de cobre, aluminio o aluminio recubierto de cobre.b) Tubo conduit metálico pesado tipo RMCc) Tubo conduit metálico semipesado tipo IMCd) Tubo conduit metálico ligero tipo EMT.e) Tubo conduit metálico flexible tipo FMC, cumpliendo las condiciones que marca la NOM.f) Tubo conduit metálico flexible hermético a los líquidos tipo LFMC, cumpliendo las condiciones que marca la NOM.g) Tubo conduit metálico flexible ligero tipo FMT, que termina en accesorios adecuados, cumpliendo las condiciones que marca la NOM.h) La armadura del cable tipo AC.i) La cinta de cobre de cable cn aislamiento mineral y forro metálico tipo MI.j) Cable con blindaje metálico tipo MC.k) Charola portacables.l) El armazón de ensambles de cables aislados.m) Otras canalizaciones metálicas aprobadas, eléctricamente continuas y canales auxiliares aprobados.n) Canalizaciones metálicas superficiales adecuadas aprobadas para puesta a tierra.

Característica de la puesta a tierra. Trayectoria efectiva de puesta a tierra (250 – 68 (b))

Tamaño mínimo del conductor de puesta a tierra (tierra física), para canalizaciones y equipo (250 – 122 y tabla 250 – 122)

De que calibre serían los conductores de puesta a tierra con las protecciones señaladas


Gabinete Metalico

Representación del Conductor Puesto a Tierra (Neutro.)

Puente de union


Nota: Por el conductor de tierra física nunca debe circular corriente en condiciones normales de operación del sistema eléctrico. Solo en condiciones de fallas a tierra.

Diferencias entre los conductores:

a) conductor de puesta a tierra (tierra física)b) conductor puesto a tierra (neutro)

Conductor puesto a tierra (neutro) vs. Conductor de puesta a tierra (Tierra física)

En Sistema 3F – 4H Si el sistema esta desbalaneado va a circular corriente en el neutro.

Si el sistema esta balanceado no va a circular corriente en el neutro.

(Ejemplo un motor trifásico ideal que conduzca por las 3 F la misma corriente)

Medios de Identificación de los conductores puestos a tierra y de puesta a tierra.

Neutro vs. Tierra físicaColores blanco, gris claro (200-6(a)) Tres franjas blancas.

Verde continuo o verde con una o más franjas amarillas o desnudo (250 – 119 )


1.- circulan las corrientes de desbalanceo del sistema en condiciones normales.

1.- Circula solamente corriente, en condiciones de fallas a tierra.

13 200

220/127 V

200T.F. (6 AWG )

75 KVA

150T.F. (6 AWG )

30T.F. (10 AWG )

70T.F. (8 AWG )


¿Dónde se coloca el puente de unión? En la base de medición o en la entrada de acometida (interruptor principal)

Ejercicio ¿Cuál sería la sección transversal (mm2) del puente de unión y del conductor del electrodo a tierra para un conductor calibre 2000 Kcm de entrada de acometida?Solución: La sección transversal del 2000 Kcm = 1013 mm2 (tabla 310 – 15(b)(16))Por 250 – 102 (c) 12.5% (1013) = 126.625 mm2


250-102(c) cuando los conductores de fase son mayores 1100KCM o 557 mm2 cobre o 1750KCM o 887mm2 aluminio

1750 Kcm- Aluminio

Tabla 250-122

Puente de unión250-102(c) y Tabla 250-66

Conductor del Electrodo a Tierra 250-66 yTabla 250-66

Electrodo o Varilla de Tierra

Neutro

Tierra Fisica


Para 126.625 mm2 corresponde un calibre 250 Kcm con 127 mm2

Por Tabla 310 – 15(b)(16)para un calibre 250 Kcm corresponde 127 mm2

Tipos o sistemas a) Tubería metálica subterránea para agua De b) Acero estructural del edificio o estructura Electrodos de tierra c) Electrodo recubierto en concreto 250 – 52(a) d) Anillo de puesta a tierra.

e) Electrodos de varilla y tubería. f) Otros electrodos


Anillo de Tierra

Estructura Metálica

Puente de union

h h

Varilla dentro con una

Tubería metálica subterránea

Varilla o Electrodo Empotrado en concreto


VIII Canalizaciones y Charolas portacables (Métodos de alambrado Capitulo 3)

Tubos

Canalización (Art. 100)

Ductos

342 Tubo conduit metálico semipesado tipo IMC 344 Tubo conduit metálico pesado tipo RMC

Tubos conduit → 348 Tubo conduit metálico flexible tipo FMC 350 Tubo conduit metálico flexible hermético a los líquidos tipo LFMC

352 Tubo conduit rígido de policloruro de vinilo tipo PVC353 Tubo conduit de polietileno de alta densidad tipo HDPE356 Tubo conduit no metálico flexible hermético a los líquidos tipo LFNC358 Tubo conduit metálico ligero tipo EMT360 Tubo conduit metálico flexible ligero tipo FMT

364 Tubo conduit de polietileno.

“Tarea hacer una tabla de los artículos leídos que se llamara- usos permitidos- usos no permitidos” Importante para tomar juicio

Clase I.- líquidos y gases inflamables.- Gasolineras, estaciones de gas, etc. (Artículo 501)

Áreas peligrosas (clasificadas) Clase II Polvos inflamables.(Artículo 502)(Artículo 500) Clase III.- pelusas. (Artículo 503)

“Número máximo de conductores en un tubo (342 –22) → Tabla 1 del capítulo 10

a) b) c)Mtro. Victorino Turrubiates Guillen Otoño 2014


53 % 31 % 40 % 1 conductor 2 conductores Más de 2 conductores

a) sección transversal de un conductor incluido su aislamiento 53 % sección transversal total disponible del tubo.b) sección de los 2 conductores incluido sus aislamientos 31%, sección transversal total disponible del tubo.c) sección transversal de los tres o más conductores incluidos sus aislamientos 40 %. sección transversal total disponible del tubo.

“Selección de la designación métrica y tamaño comercial de canalizaciones (tubo conduit)”

Ejemplo. Seleccionar el diámetro del tubo conduit metálico pesado tipo RMC que alojara los siguientes circuitos:1 circuito de fuerza 3 F – TF; 1/0 - 6 AWG Aislamiento tipo THHW – Desnudo (para la tierra física)1 circuito de alumbrado N – 2 F – TF; 10, 10, 12 Aislamiento THW

Solución: ( Ver Tabla 5 capitulo 10 )

Circuitos No. Conduc/Calibre

Aislamiento Área aproximada mm2

Area aprox. Total mm2

1 3F – 1/0 THHW 143.40 430.20TF – 6 Desnudo 8.37 8.37

1 N – 10 THW 15.68 15.682 F - 10 THW 15.68 31.36TF – 12 THW 11.68 11.68

497.29 mm2

En tabla 4 para el tubo conduit metálico pesado (Articulo 344) La designación métrica adecuada es de: 41 Tamaño comercial (1 1/2) porque 497.29 < 533 mm2

Ejemplo: Seleccionar el diámetro del tubo conduit metálico semipesado tipo IMC que alojara los siguientes circuitos 1 Circuito de alumbrado 1 F – N – TF 8 – 6 – 10 – RHW – desnudo3 Circuitos de fuerza 3 F – T. F., 2 – 8 – RHW – 2

Ver tabla 5 del capítulo 10



Circuitos Calibre Aislamiento Area aproximada mm2

Sección transversal total

1 1 – 8 RHW 53.87 53.871 1 – 6 RHW 67.16 67.161 1 – 10 Desnudo 5.26 5.263 3 F – 2 RHW – 2 112.90 1016.103 1 TF – 8 RHW – 2 53.87 161.61

1304.00 mm2

En tabla 4 para el tubo conduit metálico semipesado (Articulo 342) La designación métrica adecuada es de: 63 Tamaño comercial (2 1/2) porque 1304 < 1323 mm2

“Ductos metálicos (Art. 376) y no metálicos” (Art 378)

(376-22(a)); número de conductores en un ducto.- No más de 30 conductores de fase.

La suma de las secciones transversales de todos los conductores incluidos sus aislamientos no debe ser mayor de 20% de la sección transversal disponible del ducto.

Área ocupada por los conductores≤ 20%

Ductos comerciales en México

Área total 20 % del área a ocupar Estos son los 5cm x 5cm = 25 cm2 5 cm2

Ductos comerciales 10cm x 10cm = 100 cm2 20 cm2

15cm x 15cm = 225 cm2 45 cm2

Factores de ajuste:

Ductos metálicos 376-22(b).- Se aplican cuando el número de conductores portadores de corriente son mayores de 30.

Ductos no metalicos(378-22).- Se les debe de aplicar los factores de ajuste a los conductores portadores de corriente que lleguen hasta incluyendo el 20% de ocupación.

Ejemplo:

Ejemplo: Seleccionar el ducto metálico cuadrado adecuado para alojar los siguientes circuitos:1 circuito de fuerza 3 F – TF; 1/0 - 6 AWG Aislamiento tipo THHN – Desnudo (para la tierra física)1 circuito de alumbrado N – 2 F – TF; 10, 10, 12 Aislamiento THWN; 15 conductores de señalizacion calibre 16 AWG com aislamiento RFH-2.



Solución:

Circuitos No. Conduc/Calibre

Aislamiento Tabla 5 Sección transversal mm2

Sección trans. Total mm2

1 3F – 1/0 THHN 119.7 359.1TF – 6 Desnudo 8.37 8.37

1 N – 10 THWN 13.61 13.612 F - 10 THWN 13.61 27.22

TF – 1215-16

THWNRFH-2

8.581 11.1

8.581 166.5

583.38mm2 = 5.8338 cm2

El ducto adecuado es de 10 x 10 cm. porque el 20% de 100 cm 2 es 20 cm 2 . Y 20 cm 2 es mayor que 5.83 cm 2 .

Soportes tipo charola para cables (Art.392)

Escalera fondo sólido malla

Usos permitidos (392-10 y Tabla 392-10(a))

Instalación de cables y conductores (392-20)

Conductores Individuales (392-20(d)) Conectados en paralelo (392-20(c))

CHAROLAS PORTA CABLES PARA CABLES MONOCONDUCTORES EN CHAROLAS TIPO ESCALERA, TIPO MALLA O FONDO VENTILADO (392-22(b))

Numero de cables de un solo conductor (cables monoconductores) de 2000 v o menos (392-22 (b))


D ED

A = Ancho


Numero de cables en charolas portacables tipos: malla, de escalera o de fondo ventilado tamaños de 21.2 mm2 (4) AWG, hasta 107 mm2 (4/0)………………….. (392-22(b) (1)(d)

Ejemplo:

Determinar el ancho del soporte tipo charola para cables, tipo escalera, malla o fondo ventilado para soportar los siguientes circuitos de cables monoconductores calibres 4 al 4/0 conforme 392-22(b)(1)(d).

2 circuitos de fuerza 3F – TF 3/0 – 4 aislamiento THHW y desnudo2 circuitos de fuerza 3F – TF 4/0 – 2 aislamiento THW 3 circuitos de alumbrado 2F – N-TF 10 – 12 -12 aislamientos THW (estos circuitos no se consideran, porque solo se acepta en soporte tipo charola calibres de 4 en adelante) Referencia.: 392-10(b)(1)(a) y (c)

Circuitos Num. Conductores/calibre

Tipo de Aislamiento

aproximado en (mm) Tabla 5

total en (mm)

(2 x 3 F) = 6 – 3/0 THHW 16.00 96.00(2 x 1TF) = 2 – 4 Desnudo 5.19 10.38(2 x 3F) = 6 - 4/0 THW 17.48 104.88(2 x 1TF) = 2 – 2 THW 10.46 20.92

232.18 mm = 23.22 cm

Calculo del diámetro aproximado de conductores

4 AWG - 21.2 mm2 (tamaño nominal en mm2)

Conforme tabla 392-22(b1) el ancho de la charola debe ser de 30 cm. Porque 30 > 23.22 cm 392 – 22(b)(1)(a) Cables de un solo conductor con tamaños 1000 kcm o mayores

Ancho de la charola

Ejemplo:

Determinar el ancho de charola tipo escalera, malla o fondo ventilado para soportar los siguientes cables monoconductores: 5 cables monoconductores 1000 kcm RHW 5 cables monoconductores 1250 kcm THHW

Solución:

Cables Calibre KCM Aislamiento (mm) tabla 5

total (mm)

5 1000 RHW 38.15 190.755 1250 THHW 39.09 195.45

386.20 mm=



38.62 cm La charola debe ser de 40 cm porque 40 cm > 38.62 cm (tabla 392-22(b1))

392-22(b)(1)(b) cables de un solo conductor 250 - 900 kcm La suma de las secciones transversales de todos los cables, incluidos los aislamientos debe ser menor o igual que lo que señala la columna 1 de la tabla 392-22(b)(1), para el correspondiente ancho de la charola.

Ejemplo:

Determinar el ancho de charola tipo escalera para soportar los siguientes circuitos con cables monoconductores:

3 circuitos de fuerza 3F; 250 THHW 3 circuitos de fuerza 3F; 750 THHN3 circuitos de fuerza 3F; 900 THWN

Circuitos Numero Cond./calibre

Tipo de Aislamiento

Sección transversal mm 2 tabla 5

Sección transversal total

3 Fuerza 3 F – 250 kcm THHW 296.50 2668.503 Fuerza 3 F – 750 kcm THHN 677.20 6094.803 Fuerza 3 F - 900 kcm THWN 794.30 7148.70

15912 mm2 El ancho de la charola debe ser de 60 cm. Porque 16,800 mm2> 15,912 mm2 (tabla 392–22(b) (1))

392-22(b)(1)(c) cables de un solo conductor 1000 kcm o mayores con cables menores de 1000 kcm

[Suma de Áreas de cables < 1000 kcm ≤ columna 2 (tabla 392–22(b)(1))

Ejemplo: Seleccionar la charola tipo escalera adecuada para soportar los siguientes cables monoconductores- 2 alimentadores 3 F – N; 1000 kcm THHW - 3 circuitos fuerza 3 F – TF; 500 kcm; 4/0 THHN – desnudo- 1 alimentador 3 F - N; 1500 kcm THW

Suma de áreas o secciones transversales menores de 1000 kcm son:

Aislamiento Áreas aprox. (mm2) Tabla 5

Área total

9 cables 500 kcm THHN 456.30 4106.703 cables 4/0 Desnudo 107.00 321.00

4427.70 mm2

Sd (suma de diámetros)

cables 1000 y mayores

unitario(mm) total



Tabla 58 cables 1000 kcm THHW 34.85 278.804 cables 1500 kcm THW 42.21 168.84

447.64 mm

28 Sd = 28 x 447.64 = 12,533.92 mm

Columna 2 Para 75 cm - - - - - 21000 - 28Sd= 21000- 12533.92 = 8466.08 mm2

4427.70 < 8466.08 mm2

Por lo tanto la charola adecuada es de 75 cm.

CHAROLAS PORTA CABLES PARA CABLES MULTICONDUCTORES EN CHAROLAS TIPO ESCALERA, TIPO MALLA O FONDO VENTILADO.(392-22(a))

392-22(a)(1)(b) Para cables multiconductores calibres menores del 4/0 awg la suma de las secciones transversales no debe superar lo indicado en la columna 1 de la tabla 392-22(a)

Seleccionar la charola adecuada tipo malla para soportar los siguientes cables multiconductores:

5 cables multiconductores con 3 conductores del calibre 3/0 con un diámetro de 32 mm.2 cables multiconductores con 3 conductores del calibre 1/0 con un diámetro de 26 mm.3 cables multiconductores con 3 conductores del calibre 4 con un diámetro de 22 mm.

Calculo de las secciones transversales de los cables:

La suma de las secciones es 5(804.24) +2(530.92) + 3(380.13) = 6223.43 mm2

Conforme a la tabla 392-22(a) en la columna 1 encontramos un valor de 6800 mm2 mayor que 6223.43 mm2 para un ancho de charola de 22.5 Cm. Es decir 6223.43 mm2 < 6800 mm2

Por lo tanto la charola adecuada es de 22.5 Cm. De ancho interior

392-22(a)(1)(c) Si en el mismo soporte se instalan cables multiconductores del 4/0 o mayores con cables multiconductores menores del 4/0; La suma de las áreas de las secciones transversales de los conductores menores del 4/0 no debe superar lo señalado en la columna 2 de tabla 392-22(a) para el correspondiente ancho de la charola.

Ejemplo: Seleccionar la charola tipo escalera adecuada para soportar los siguientes cables multiconductoresMtro. Victorino Turrubiates Guillen Otoño 2014


- 5 C. multiconductores 3 F – N; 4/0 awg con un diametro de 40 mm- 5 C. multiconductores 3 F – TF; 500 kcm; con un diametro de 65 mm- 5 C. multiconductores 3 F . N; 2 awg con un diametro de 24 mm

Calculando la seccion transversal de los cables multiconductores menores del 4/0 en este caso el calibre 2 AWG

La sección transversal total seria: 5x 452.38= 2261.9 mm2

Calculando la suma de diámetros SD= 40(5) + 65(5)= 525 mmAhora bien:

30SD= 30 x 525 = 15750 mm

Para una charola de 60 cm. La columna 2 de la tabla 392-22(a) resulta ser:18000- 30SD = 18000-15750 = 2250 Para este valor 2261.9> 2250

Por lo tanto la charola de 60 cm no es la adecuada.

Para una charola de 75 Cm. La columna 2 de la tabla 392-22(a) resulta ser:22500- 30SD = 22500-15750 = 6750 Para este valor 2261.9< 6750

Por lo tanto esta charola adecuada o correcta es la de 75 Cm.

UNIDAD VII.- SubestacionesDefinición

Conjunto de elementos que transfieren energía de un circuito a otro con modificación o no en el voltaje, corriente sin variar la frecuencia.

Sus elementos: estructuras, interruptores, transformador (es), cuchillas, barras, tableros, sistema de tierra, apartarrayos, etc.

Las subestaciones.- por su operación se clasifican en:- elevadoras- reductoras- switcheoLas subestaciones pueden ser:Potencia o Transmisión (400 KV y 230 KV)Subtransmision ( 115 y 85 KV)Distribución (33, 23 y 13,8 KV)Esta clasificacion esta en funcion de los voltajes de operación

Tipos de Subestaciones por su construcción



- tipo subestación abierta - Tipo Compacta.

La energía la transfieren mediante el transformador.

Transformador

El transformador puede ser elevador o reductor según sea la fuente de alimentación.


Vs = Voltaje de salida

Primario: Es por donde recibe la alimentación

Vp = Voltaje Primario

Secundario: Es el circuito donde entrega la energía el transformador a la carga


La magnitud de esa relación se define por la relación de transformación y se expresa mediante la siguiente expresión:

donde:a = Relacion de transformaciónV1 = Voltaje primario VoltsV2 = Voltaje secundario Volts.N1 = Numero de espiras en el primarioN2 = Numero de espiras en el secundarioI2 = Corriente en el secundario en Amp.I1 = Corriente en el primario en Amps.Definición:Transfiere energía de un circuito a otro mediante una conexión magnética ( Φ ). No tiene conexión eléctrica.El transformador tiene perdidas magnéticas y eléctricas (por el fierro o acero del núcleo y por el cobre)Devanado. Primario.- se hace de cobreDevanado. Secundario.- se hace de aluminio o cobreLa conexión de los devanados es a través del núcleo (Acero al silicio)Los transformadores por su tipo se clasifican en:- tipo poste- tipo (bóveda) sumergible- tipo pedestalClasificación de transformadores por el número de fases o piernas.:- Monofásicos- Bifásicos- Trifásicos



Por su conexión: Delta / Estrella salidamente aterrizada

Las capacidades más comunes normalizadas en transformadores son:


Planta generadora

Transmite a altos voltajes13.2 V

S.E.

13.2 / 400 KV 400 / 115 KV

S.E.

(Subestación Elevadora) (Subestación Reductora)

S.E.

(Subestación Reductora)13.2 / .22-.127 KV

115 / 13.2 KV

S.E.

(Subestación Reductora)

Monofásicos TrifásicosKVA

510152537.55075100

15304575112.51502253005007501000

KVA


¿Cómo se seleccionar la capacidad de un transformador?

C. I. = carga instalada en KW

F. D. = factor de demanda 0.7

F. Div. = factor de diversidad =1.02F. P. = Factor de potencia ≤ 1 = cos de θ = 0.9F. C. = Factor de crecimiento = 25%

1. Conocer las necesidades de las cargas por abastecer.



Lista de necesidades

a) Alumbrado y Contactos 600 lamp de 2 x 75 w x 1.25 = 112 500 W 400 lamp de 2 x 38 w x 1.25 = 38000 watts

150 Contactos de 180 VA = 27 000 watts 177 500 watts

177.5 Kw b) fuerza

20 motores de 5 C. P. = 74.610 motores de 7.5 C. P. = 55.95 (TABLA 430 – 250)30 motores de 10 C. P. = 223.8010 motores de 50 C. P. = 373.00

727. 35 + 177.50

904.85 KW carga instalada¿

Solucion:

La capacidad seleccionada debe ser de 1000 KVA.

NBAI = NBI = BIL = Nivel Básico de aislamiento al impulso por rayo (categoría A y B).Tablas 4 y 5 NBS=NBM= Nivel Básico de aislamiento al impulso por maniobra (categoría C). Tabla 6

Curva de daño de un transformador debida al aislamiento


Niveles de aislamiento

Categoría A(Distribución)13.8 KV23.0 KV34.5 KVTabla 4

Categoría B(Subtransmisión)85 KV115 KV230 KVTabla 5

Categoría C(Transmisión)400 KVTabla 6

Tensiones Nominales4.4 KV(1)

6.4 KV(1) 13.8 KV(2)

23.0 KV(2)

34.5 KV(2)

52.0 KV(3)

Tensiones Nominales69 KV(1)

115 KV(1) 138 KV(2)

161 KV(2)

230 KV(1)

Tensiones Nominales400 KV(1)

765 KV(2)


TF = Tiempo de frente de onda (KV)TC = Tiempo de cola (KV)

onda normalizada del rayo.

Vd = Tensión de descarga

* Se refiere al voltaje ( impulso ) que puede recibir o al que e esta diseñado el transformador en caso de que haya un esfuerzo o sobrevoltaje.

Características de apartarrayos

¿Cómo se selecciona un apartarrayo?

Selección del Voltaje Nominal:Vd = Tensión de descarga (KV)VN = Tensión de nominal del apartarrayos (KV)

K = constanteK = 0.8 si el sistema donde se conecta el apartarrayos es multiaterrizado (predominante en México)K = 1.0 si no esta aterrizado o aislado.

= Tensión máxima de diseño según la categoría del aislamiento (A, B o C)Mtro. Victorino Turrubiates Guillen Otoño 2014

Curva de operación de Apartarrayo

Curva de Daño

*BIL del Transformador

T1

KV

Vd

Tc

Tf

KV1

Estación (tabla 7) → para subestación

Intermedio (tabla 8) → Para proteger ciertos equipos de cierto valor y su diferencia es la robustez.

Distribución (tabla 9) → para transformadores tipo postes .

Tipos de apartarrayos


Ejemplo: ¿Cuál es el VN de un apartarrayos clase intermedio. Para proteger un TR-750KVA 34.5KV en un sistema multiaterrizado (3F-4H)?

KV(Tabla Niveles de Aislamiento Normalizados para equipos de la categoría A). Considerar los apartarrayos para: 30 y 36 KV.

Para: 30 KV …….. Vd = 94-105 KV. (tabla 8)

Para: 36 KV …….. Vd = 111-125 KV.Para: 30 KV …….. S = 250 KV.

Para: 36 KV …….. S= 300 KV

Índice de elevación de tensión (pendiente) = s

Para conocer la distancia máxima a la que debe instalar el apartarrayos del transformador se utiliza la siguiente expresión:

--------------------- (mts)

X = Distancia en metros. del apartarrayos al equipo por proteger

Vx= 0.8 * 150= 120 Kv

La distancias máximas a instalar los apartarrayos para garantizar un margen de proteccion del 20 % son:

Para el de 30 KV Para el de 36 KV



El margen de protección debe ser ≥ al 20%

TR-750 KVA NBAI = 150 por tabla 4 considerando la nota 5)

El margen de protección para 30 KV es:

Para 36 KV

ID = corriente de descarga del apartarrayos (KA)

ID = Corriente de descarga del apartarrayos en KA

Impedancia característica de la línea

Inductancia de la línea (Hy Henry)Capacitancía de la línea (Fd Farday)

Depende en el diseño a la distancia que se suponga que cae la descarga


X = Distancia del equipo a Tierra


Valores de K

D ( metros ) Factor K

700 31600 2 3200 1

Ejemplo: Si se tiene una Ohms y considerando una

La corriente de descarga del apartarrayos seria de 5KA

En resumen las características de los apartarrayos serian:

Vn 30 KV 36 KVS 250 KV 300 KVVd 94-105 KV 111-125 KVId 5 KA 5 KAMP 42.55 % 35.13 %X 9 mts. 4.5 mts.Vr 70-90 KV 88-116 KV

Seleccionar las características de los apartarrayos clase estacion, en 115 y 34.5 de un transformador de 12.5 MVA, si el sistema es multiaterrizado y la impedancia característica de la línea son: 250 y 180 respectivamente. Calcular los márgenes de protección y las distancias máximas a la que debe instalarse el apartarrayos para cubrir el 20% de MP (margen de protección); considere que el rayo cae a una distancia de 1500 mts. Hacia cada lado de las líneas.


12.5 MVA

Zc = 250

34.5 kv

Zc = 180

115 KV


VN = Voltaje nominal apartarrayos

Características del Apartarrayos en 115 V. Si es clase estación nos vamos a la tabla 5

Para este encontramos apartarrayo tipo Estación de 96 y 108 KV

Vd para 96 KV = 288 - 304 KV tabla 7 Vd para 108 KV = 315 - 340 KV tabla 7

Margen de Protección para apartarrayo de 96 KV

Margen de Protección para apartarrayo de 108 KV

La corriente de descarga se calcula con la siguiente expresión: K=2 Porque d = 1500 Mts.

Calculo de la distancia X :

S también se puede calcular por la siguiente formula:

---------------- (KV)

Resumiendo las características de los apartarrayos son:



Vn 96 KV 108 KVS 800 KV 900 KVVd 288-304 KV 315-340 KVId 10 KA 10 KAMP 56.25 % 42.8 %X 13.5 mts. 7.5 mts.Vr 213-280 KV 240-316 KV


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