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lunes, 21 de noviembre de 2016

Criterios eléctricos determinantes de la sección de conductores



Para la distribución de la energía eléctrica se utilizan fundamentalmente materiales conductores de la electricidad tales como cables aislados o desnudos.

Para su dimensionamiento es preciso tener en cuenta los siguientes criterios:
  • Calentamiento
  • Caída de tensión
  •  Rendimiento o pérdidas
  • Sobretemperatura máxima admisible en caso de cortocircuito

Cada uno de ellos nos guiará en la elección del más adecuado en cada caso.

Calentamiento

Es una consecuencia del Efecto Joule. El paso de la corriente produce calor en todo conductor, y como consecuencia de ello se establece en el conductor y aislamiento un gradiente de temperatura.

El conductor se va calentando en tanto se desarrolla en él más calor que el que cede llegándose a alcanzar una temperatura final de estabilización cuando todo el calor disipado iguala al calor que se produce.

Esta temperatura final de estabilización viene determinada por los aislantes que no admiten temperaturas altas debido a que se deterioran. De aquí se deriva un límite y por tanto un criterio para determinar la densidad de corriente máxima admisible para un determinado aumento de temperatura.
El cociente entre la intensidad de corriente que circula por un conductor y la sección del mismo se denomina densidad de corriente y determina el calentamiento del conductor indicando los amperios por mm2 que circulan por él.


Al aumentar la sección el calor se disipa peor y la densidad disminuye.


El reglamento de B.T. establece los valores máximos de densidad de corriente y de intensidades máximas admisibles, en las instrucciones: ITC BT 07 e ITC BT 19.

Los fabricantes de cables establecen tablas de intensidades máximas admisibles en los cables que son características de cada uno de los tipos y sistemas de fabricación.

Estos valores vienen afectados por la disposición de los conductores en la instalación, aplicándose unos coeficientes según el tipo de instalación y la proximidad de otros conductores.

Caída de tensión

Cuando hablamos de calentamiento, se supone que hay una parte de energía que se pierde. Esta pérdida de energía es la diferencia entre la entregada por el generador y la absorbida por el receptor.
Al ser la intensidad de la corriente eléctrica la misma en todo el conductor, la menor potencia disponible en el extremo del conductor se debe a la pérdida de diferencia de potencial entre los dos extremos.


A esta diminución de tensión se le denomina caída de tensión (c.d.t) que es proporcional a la longitud de la línea.

Aun cumpliéndose el primer criterio -calentamiento- puede muy bien ocurrir que la caída de tensión a lo largo de la línea resulte excesiva con las consecuencias de un inadecuado funcionamiento de los receptores, tanto los motores como los aparatos de iluminación.

En este caso hay que recalcular la línea prescindiendo de su calentamiento y ateniéndose solamente a la condición de que la caída de tensión no exceda de valores predeterminados (el REBT admite como máximo 3% en alumbrado y 5% en fuerza).

Por regla general en líneas largas se impone el criterio de caída de tensión mientras que en las cortas se impone el de calentamiento.

La caída de tensión viene determinada por la expresión e = R · I

Corriente continua:

Corriente alterna

En corriente alterna monofásica existe un consumo inductivo caracterizado por un desfase entre la tensión y la intensidad. La caída de tensión en alterna es la diferencia geométrica entre U o y U  f, o sea el vector I·R.


Rendimiento o pérdidas

El tercer criterio de rendimiento o pérdidas resulta de la consideración de que las líneas en servicio tienen unas pérdidas en vatios que deben valorarse y esta valoración es la que decide si es más conveniente atenerse a las secciones que fijan los criterios anteriores o es preferible invertir algo más de dinero en el conductor, incrementando su sección con objeto de que las pérdidas de explotación sean menores y por lo tanto la factura energética.


Sobretemperatura máxima admisible en caso de cortocircuito

Un cortocircuito en un cable lo podemos considerar como una sobrecarga de muy corta duración, inferior a cinco segundos, y que viene seguida por una desconexión permanente, por lo que en este caso son admisibles temperaturas momentáneas más elevadas que las de servicio permanente.


Las normas UNE indican los valores máximos de temperatura de cortocircuito del conductor, de acuerdo con la naturaleza del material aislante, así la norma UNE 21123 determina para los cables de 1 a 30 kV una temperatura máxima de cortocircuito en el conductor de 160 ºC para los cables aislados con PVC y de 250 ºC para los aislados con XLKPE y EPR.

Para los cables aislados con PVC para tensiones nominales o inferiores a los 750 V, las temperaturas de cortocircuito indicadas en la Norma UNE 21031 son las de 150 ºC para los cables flexibles y de 160 ºC para los cables de instalaciones fijas.

Los fabricantes de cables suministran curvas de intensidad térmicamente admisible en cortocircuito y tiempo en segundos para cada sección de conductor.


Valoración de los diferentes criterios

El primer criterio, el de calentamiento, debe cumplirse siempre ya que es de absoluta necesidad que el aumento de temperatura del conductor no exceda de los límites reglamentarios, si no queremos que se perjudique el conductor.

El segundo criterio (caída de tensión) es para dar mejor servicio, pero ya no es de absoluta necesidad.
El tercer criterio (rendimiento o pérdidas), no es de absoluta necesidad, ni hace falta para dar mejor servicio, sino que es un criterio puramente económico.

Con respecto al segundo criterio, el Reglamento de Baja Tensión, con relación a las líneas de instalación, dice que la sección del conductor se deberá elegir de forma que, aparte de cumplir la condición de calentamiento, no dé lugar a una caída de tensión superior a unos valores preestablecidos (Ver tabla 1).




TABLA 1

La potencia es proporcional al cuadrado de la tensión.


La potencia útil es menor en porcentaje que la tensión útil porque depende del cuadrado de la tensión.
El reglamento sobre Regularidad del suministro y Verificación en su artículo 65 señala que toda compañía suministradora está obligada a mantener la tensión y la frecuencia con tolerancias del ± 7 % y del ± 5 % respectivamente.

Construir una línea de transporte de forma que desde el funcionamiento en vacío al de plena carga se respetasen los márgenes que dan estas tolerancias exigiría a menudo el empleo de grandes secciones que resultarían antieconómicas. Lo que se hace en la práctica, es fijar en ellos caídas económicas y regular la tensión por algún medio que compense las caídas de tensión, tales como:
  •       Transformadores con tomas, con regulación bajo carga.
  •       Compensadores síncronos.

Más detalles sobre las caídas de tensión en el post “Verificación de las caídas de tensión en instalaciones de BT.” en el siguiente link:



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