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Cálculo eléctrico de líneas (Parte 1).
Cálculo de la
sección de los conductores en las líneas de baja tensión
El cálculo eléctrico de una línea consiste en calcular la sección del conductor de forma que satisfaga unas condiciones (cálculo preliminar) o escogida una sección verificar que esas condiciones se cumplen (cálculo de comprobación).
En el cálculo de la sección de los conductores se consideran tres criterios:
- Calentamiento del conductor. La densidad de corriente en el conductor debe ser limitada para disminuir el calentamiento producido al circular la corriente eléctrica. Este criterio fija la máxima intensidad de corriente por el conductor.
- Caída de tensión en el conductor. La caída de tensión se limita para evitar el efecto que la disminución de la tensión de utilización tiene sobre el funcionamiento de los receptores, los cuales deben ser conectados a la tensión nominal para su correcto funcionamiento.
En el cálculo de la caída de tensión de las líneas de B.T. se tiene en cuenta la resistencia eléctrica de los conductores que la forman:
· Resistencia óhmica, Es directamente proporcional a la longitud del conductor, inversamente proporcional a su sección y depende del tipo de material y de la temperatura.
A la inversa de la resistividad se le denomina conductividad “c”
La resistencia de los conductores metálicos aumenta al aumentar la temperatura.
· Efecto pelicular o afecto Kelvin. En corriente alterna, debido a que el flujo magnético producido por la corriente es alterno, se inducen fuerzas electromotrices en el interior del conductor que originan un desplazamiento de las cargas eléctricas a la periferia del mismo, produciendo un aumento de resistencia cuando la sección es grande. (El aumento de resistencia es menor del 2% para secciones de 300 mm2 a la frecuencia de 50 Hz).
Efecto de proximidad. Cuando dos o más conductores están paralelos y próximos entre sí, el campo magnético producido por la corriente eléctrica que recorre un conductor actúa sobre las corrientes de los otros, produciendo una modificación de la distribución de densidad de corriente, lo que hace aumentar la resistencia del conductor.
En el cálculo eléctrico de líneas de B.T. suele considerarse solamente la resistencia óhmica de los conductores. Para cálculos más exactos en las líneas largas y secciones elevadas (superior a 120 mm2) se deben tener en cuenta también la reactancia inductiva.
- Capacidad del conductor para soportar la corriente de cortocircuitos. Debe limitarse la intensidad de corriente de cortocircuito, porque su valor muy elevado produce un excesivo calentamiento del conductor y puede originar las fuerzas que tienden a separar o a juntar conductores próximos recorridos por esa corriente. En las instalaciones de interiores o receptores de baja tensión, alejadas del centro de transformación que las alimenta, no se suele tener en cuenta este criterio para el cálculo de sección, porque se considera que la intensidad de corriente y el calentamiento producido no llegan a valores peligrosos antes de que actúen las protecciones contra cortocircuitos.
Sección mínima
de los conductores por criterio térmico
Cuando circula corriente por un conductor se produce
un calentamiento del mismo (debido fundamentalmente a la pérdida de energía
en forma de calor o efecto Joule), aumentando su temperatura hasta que
llega al equilibrio térmico cuando todo el calor producido es cedido al
exterior. La temperatura de equilibrio térmico es directamente proporcional
al volumen del conductor y al cuadrado de la densidad de corriente
(relación entre la intensidad I que circula por el conductor y su sección s,
= l / s), dependiendo de las condiciones
de enfriamiento.
Para mantener una determinada temperatura, la densidad de corriente admisible debe disminuir al aumentar la sección del conductor.
En los conductores aislados el calor puede deteriorar los aislamientos y las máximas temperaturas admisibles dependen del material aislante.
En los conductores desnudos o sin aislamiento utilizados en líneas aéreas, la temperatura límite viene fijada por la constancia de las características mecánicas del conductor.
El cálculo de la sección de los conductores en B.T. según el calentamiento se realiza mediante tablas que se encuentran en el Reglamento de baja tensión de la RED COMERCIAL y los folletos técnicos del DISTRIBUIDOR, que fijan las intensidades o las densidades de corriente máximas admisibles en función de la sección, del material conductor, del aislamiento y según el tipo de instalación que marca las condiciones de enfriamiento.
- Redes aéreas. La sección se fija por las tablas del reglamento de baja tensión de RED COMERCIAL o folleto técnico del DISTRIBUIDOR, que indican las intensidades admisibles para conductores, desnudos o aislados hasta una tensión de aislamiento de 1 kV y temperatura ambiente de 40° C.
- Redes subterráneas. La sección se fija por las tablas del reglamento de baja tensión de RED COMERCIAL o folletos técnico del DISTRIBUIDOR, que indican las intensidades admisibles para conductores aislados, con una tensión de aislamiento de 1 kV, profundidad 0,7 m, temperatura del terreno 25°C y resistividad térmica 1 K.m/W.
- Instalaciones interiores. La sección se fija por las tablas del reglamento de baja tensión de RED COMERCIAL, que indican las intensidades admisibles en conductores aislados con termoplásticos (PVC o similares) o termoestables (XLPE, EPR y similares), para una tensión de aislamiento de 1 kV y a la temperatura ambiente de 40°C.
Cuando la temperatura ambiente o las condiciones de la instalación no coinciden con las de las tablas se utilizan unos factores de corrección para las intensidades admisibles, que están fijados en las instrucciones correspondientes del reglamento de baja tensión.
El cálculo según
este criterio puede efectuarse de dos formas:
- Cálculo preliminar. Para calcular la sección del conductor necesaria para que por él circule una determinada intensidad de corriente (carga de la instalación), se divide esta intensidad por los factores de corrección necesarios y con el valor resultante se elige en las tablas la sección que admita una intensidad igual o superior.
- Cálculo de comprobación. Escogida una sección, para determinar la intensidad admisible, se escoge en las tablas la intensidad correspondiente a esa sección y se multiplica este valor por los coeficientes de corrección necesarios. El valor resultante es la intensidad admisible en las condiciones de la instalación.
Cálculo de líneas
por caída de tensión
La sección del conductor es función de la caí da de tensión admisible en la línea. Las empresas distribuidoras de energía eléctrica suelen limitar la caída de tensión en las líneas distribuidoras de B.T. como máximo a un 5%.
Para transporte, distribución, comercialización y autorización de instalaciones eléctricas, la máxima variación de tensión a los consumidores finales no debe ser superior a 7%. En las instalaciones interiores, según el RBT, la caída de tensión desde el origen de la instalación interior, considerando todos los aparatos susceptibles de funcionar simultáneamente, debe ser inferior al 3% para alumbrado y al 5% para los demás usos.
Para instalaciones industriales que se alimentan en media tensión con transformador de distribución propio, el origen de la instalación se considera en la salida del transformador. Las caídas de tensión máximas serán del 4,5% para alumbrado y del 6,5% para los demás usos.
En las líneas de poca longitud, el criterio de calentamiento suele dar secciones con las que se obtienen caídas de tensión inferiores a las permitidas. En las líneas largas, por el criterio de caídas de tensión se suelen obtener secciones que permiten más intensidad que la que circula por el conductor.
En el cálculo de las líneas de B.T. deben tenerse en cuenta los dos criterios y escoger la sección normalizada superior o igual a la más elevada que resulte. El cálculo se puede realizar de dos formas:
- Cálculo preliminar. Fijada la máxima caída de tensión admisible en las condiciones de la instalación y la carga, se realiza el cálculo de la sección y se evalúa si la intensidad permitida por calentamiento es superior a la que circulará por el conductor.
- Cálculo de comprobación. Fijada la sección del conductor y la carga de la instalación, se verifica que la caída de tensión es admisible y que la intensidad permitida por calentamiento es superior a la de carga.
De no cumplirse las condiciones es necesario aumentar la sección hasta otra normalizada que verifique esas condiciones
