Cálculo de Conductores Eléctricos


¿Cómo Calcular la Sección de un Cable Eléctrico?


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Resumen Aplicación para el Cálculo de Cables Eléctricos
         
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Como miembro de la redacción de Eidos Series(n) Engineering Sebastián Moya Pérez ha aportado el diseño de los programas encaminados al cálculo de estructuras de acero, madera y elementos de hormigón, además de algún artículo docente. A lo largo de toda su carrera profesional ha sabido aglutinar sentido común, experiencia, técnica y tecnología para de una forma sencilla compartir sus conocimientos a través de este Proyecto Web.

Sebastián Moya Pérez   Sebastián Moya Pérez

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¿Cómo Calcular una Cable Eléctrico?
Cálculo de la Sección de Conductores Eléctricos
       
       

Caida del Suministro Eléctrico

Uno de los aspectos a tratar en el Cálculo de la Sección de un Conductor Eléctrico es el Voltaje Nominal.

Es cierto que la definición del voltaje nominal debe ser uno de los criterios fundamentales a la hora de calcular la sección de un conductor eléctrico. Esto es evidente. Pero... ¿y si ese voltaje nominal no fuese el que la red eléctrica proporciona realmente?

De hecho, es así. Las compañías suministradoras no pueden garantizar un voltaje estable para toda la red eléctrica. Por este motivo lo que establecen es un rango de voltaje alrededor del voltaje nominal, que es el que cada punto de conexión tiene reflejado en su contrato. Esta variación se mide porcentualmente, y lo normal es que sea del 5%, aunque puede tomar otros valores. Esto es fácil de comprobar. Tan solo necesitamos un Multímetro o Polímetro y colocar los terminales sobre las bornas de entrada de nuestra instalación. Comprobarán que el voltaje no es en absoluto 230V.

Tomemos por ejemplo un suministro eléctrico a 230V (voltios) y una diferencia máxima de la red del 5%.

VRealMáximo = VNominal + (VNominal * 5/100)

VRealMáximo = 241.5 V

VRealMínimo = VNominal - (VNominal * 5/100)

VRealMínimo = 218.5 V

Como puede apreciarse, la diferencia merece consideración. Y esto es porque pueden producirse problemas de Sobretensión y Subtensión en los equipos receptores, además de modificar el amperaje que circula por los cables o conductores eléctricos, y por tanto, su sección mínima.

Para tener en cuenta estos extremos en los valores de voltaje de red, la propuesta es realizar el cálculo de los conductores eléctricos para cada situación de voltaje, es decir, para el mínimo, nominal y máximo.

Caída de Tensión Máxima Admisible

La caída de tensión máxima admisible es el máximo valor del voltaje que puede perder una instalación eléctrica sin afectar al funcionamiento de los equipos. Esta caída de tensión viene determinada por cada tipo de instalación y normativa, tanto general como específica.

En este artículo no pretendemos hacer una descripción extensa de estos valore, pero sí mostrar los más representativos:

Línea Repartidora

Contadores Individuales o Concentrados por Planta

1%

Contadores Totalmente Concentrados

0.5%

Derivación Individual

Contadores Individuales o Concentrados por Planta

0.5%

Contadores Totalmente Concentrados

1%

Circuitos

Alumbrado -> 3%

Usos Generales -> 5%

Viviendas -> 1.5%

Cálculo de la Sección Mínima

En este "post" vamos a describir las fórmulas empleadas para el cálculo de la sección mínima de conductores o cables eléctricos. El usuario debe tener en cuenta que en Eidos Series(n) nos dedicamos a la programación, por lo cual deberá traducir los conceptos que mostramos de manera que coincidan con las formulaciones clásicas de la electrotecnia.

Sct(Monofásica) -> Sección Mínima del Conductor Eléctrico en Sistema Monofásico. (mm2)

Sct(Trifasica) -> Sección Mínima del Conductor Eléctrico en Sistema Trifásico. (mm2)

V -> Voltaje Nomina, Mínimo y Máximo (Voltios)

ΔV - > Caída de Tensión Máxima Admisible para Voltaje Nominal, Mínimo y Máximo (Voltios)

Pt - > Potencia de la Instalación o Línea (W)

ρ -> Resistividad del Material a la temperatura T(ºC)

(Ω * mm2/m)

c -> Coeficiente Corrector de la Resistencia Eléctrica para Corriente Alterna (Adimensional) (Se utiliza el valor 1.02)

L -> Longitud de la Línea Eléctrica (m)

Con estos datos podemos montar las ecuaciones que definirán la sección mínima del conductor eléctrico para corriente alterna en sistema Monofásico y Trifásico.

Sct(Monofásica) = K1(Monofásica)/K2(Monofásica)

K1(Monofásica) = 2*c*ρ*Pt*L

K2(Monofásica) = ΔV*V

Sct(Trifásica) = K1(Trifásica)/K2(Trifásica)

K1(Trifásica) = c*ρ*Pt*L

K2(Trifásica) = ΔV*V

Por suspuesto, la aplicación calcula el valor de la sección mínima del conductor eléctrico para el rango de temperaturas de 0ºC a 100ºC.

 

Conductividad y Resistividad Eléctrica

La conductividad eléctrica es la medida de la capacidad (o de la aptitud) de un material para dejar pasar (o dejar circular) libremente la electricidad. En cambio, la resistividad eléctrica es la capacidad de un material para oponerse al paso de la corriente eléctrica. Ambos elementos están intimamente relacionados. Tal es así que uno es el inverso del otro.

Conductividad Eléctrica (y)

Resistividad Eléctrica (ρ)

El tema principal de este artículo es advertir sobre el error que cometen muchos estudiantes, diseñadores y profesionales del mundo de la electricidad a la hora de calcular la sección mínima de un conductor eléctrico, ya sea en MONOFASICA o en TRIFASICA.

El error principal lo constituye el hecho de que la mayoría de los cálculos emplean un valor erróneo de la Conductividad Eléctrica, ya sea para el caso del Cobre o del Aluminio. El valor de cálculo para ambos materiales no debe ser el normalizado a 20ºC, sino el valor máximo que puede alcanzar el conductor durante el servicio eléctrico.

Normalmente la temperatura de servicio de los cables eléctricos puede oscilar entre los siguientes valores (existen más):

-> Cables Termoplásticos = 70ºC

-> Cables Termoestables = 90ºC

Si un cable eléctrico tiene una temperatura máxima de servicio, es en esta temperatura donde deberíamos calcular los valores de la sección, pues en la puesta en servicio se podrían alcanzar dichos valores de temperatura, y siempre se debe calcular una instalación eléctrica en el convencimiento de que la hipótesis de diseño más extrema podría materializarse.

El cálculo que proponemos en la aplicación adjunta a esta página trata de ofrecer los valores de la sección del conductor eléctrico para un rango de temperaturas que oscilaría entre los 0ºC y los 100ºC. La forma más efectiva de proporcionar una explicación clara al usuario es mediante un ejemplo:

Resistividad del Cobre (20ºC)

ρCu= 1/58 * Ω * mm2/m

Resistividad del Aluminio (20ºC)

ρAl= 0.0280 * Ω * mm2/m

Por tanto, al ser la conductividad la inversa de la resistividad, ambos valores quedarían de la siguiente manera:

Conductividad del Cobre (20ºC)

yCu= 58 m / Ω * mm2

Conductividad del Aluminio (20ºC)

yAl= 35.71 m / Ω * mm2

Pero regresemos a la Resistividad. La resistividad de un material varia con la temperatura, y para describir este efecto, se define el "Coeficiente de Variación de la Resistencia con Respecto a la Temperatura", que para estos dos materiales quedaría de la siguiente manera:

αCu = 0.00393/ºC

αAl = 0.00407/ºC

Una vez conocemos cuanto varía la Resistividad de un Conductor Eléctrico, debemos aportar una formulación que relaciones estos efectos. La fórmula más habitual es la que sigue:

ρCu (T) = ρCu(20º) * [1+αCu*(T-20)]

ρAl (T) = ρAl(20º) * [1+αAl*(T-20)]

Las fórmulas se solucionan por simple sustitución. Así podremos saber la Resistividad de un Conductor a cualquier temperatura. Teniendo en cuenta que Conductividad y Resistividad son inversos, el cálculo de la Conductividad a partir de la Resistividad es inmediato.

yCu = 1/ρCu

yAl = 1/ρAl

¿Y qué proponemos? La idea es sencilla. La aplicación adjunta crea un Bucle (Loop) desde T=0ºC a T=100ºC y calcula la sección del conductor eléctrico para cada temperatura.

Cálculo de Cables Eléctricos

Selección del Conductor Eléctrico

Una vez calculada la sección mínima del cable o cunductor eléctrico, el siguiente paso será el de terminar la sección real de este conductor.

Hasta ahora el cálculo eléctrico solo ha sido teórico, pero deberemos resolver el problema desde el punto de vista del material existente. Existen diámetros nominales normalizados para los cables eléctricos, y será el valor de la sección inmediatamente superior (en principio) el que debamos emplear en la instalación.

Si por ejemplo la aplicación nos devueve un diámetro mínimo de 1.10 mm2, la sección que debemos emplear será la normalizada mayor a esta cantidad, es decir, 1.50 mm2. Si la sección es de 1.96 mm2, la sección que seleccionaremos será de 2.50 mm2, y así sucesivamente.

¿Y ya está resuelto el problema? Pues no. Aún hay que determinar la intensidad máxima admisible de ese mismo cable según el sistema de montaje e instalación. Normalmente el valor del cable seleccionado es el idóneo para la instalación, pero puede haber montajes que corrijan la intensidad máxima admisible del cable según sea un sistema empotrado, enterrado, en superficie, bandeja, etc.

Seleccionar el cable o conductor eléctrico correspondiente es una tarea de lectura de la normativa al respecto y la labor principal del diseñador eléctrico.

 

 

     
       
COMPLEMENTOS
Información Adicional de Interés
       

Video Tutoriales

A continuación se expone el listado completo de los video-tutoriales y ejemplos audiovisuales relacionados con la aplicación de Cálculo de Cables Eléctricos.

YouTube   https://youtu.be/JKV1_n72n9M
    Video explicativo de la aplicación de cálculo de la sección de un conductor eléctrico.
   
 

Documentación - Electricidad

Adjuntamos a esta página información de interés que puede ayudar a desarrollar los conocimientos del usuario sobre el Cálculo de Conductores y Cables Eléctricos.

 

 

 

Enlaces de Interés - Electricidad

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