Resumen de lo expuesto.
Comentábamos en la entrega anterior,
que el aislamiento de los cables tenía la mala costumbre de perder rápidamente sus
propiedades en cuanto superábamos una determinada temperatura; que para cada
tipo de aislamiento se establecía una temperatura máxima a partir de la cual se
degradaba rápidamente, y que esa temperatura final que adquiría el aislamiento
de un cable era función de un circuito de flujo de calor desde un cuerpo en el
que parte de la energía transportada se convertía en calor (e conductor) y el ambiente
circundante. Ambiente que tampoco tenía siempre la misma temperatura, por lo
cual era necesario que las autoridades electrotécnicas internacionales fijaran estas
temperaturas límites en las Normas (IEC 60287-3-1:2017, UNE 21144-3-1 para
España).
Finalmente, argumentábamos que el
proceso de cálculo de la sección eléctrica de un conductor que tuviera en cuenta
todos estos aspectos, presentaba muchas dificultades para la mayoría de los profesionales
del Mercado Eléctrico, por lo que, con muy buen criterio, se había acordado establecer
un sistema de intensidades admisibles para cada sección de conductor en función
do material de este, tipo de aislamiento, situación, composición y tensión
nominal del cable, y MOI IMPORTANTE!, la Norma que le fuera de aplicación. Este
último aspecto, la norma a aplicar, es el error más habitual en los cálculos de
los profesionales del sector, que aplican tablas inadecuadas obteniendo resultados
aproximados, PERO NO CORRECTOS. El manejo de estas tablas es el objeto de esta entrega.
Descubriendo el
Océano Atlántico.
¿Por qué la mesma sección no admite siempre
el mismo valor de amperes? Me vais a permitir que, aprovechando el origen portugués
de mi familia, ejerza de descubridor. En este caso no sé muy bien si de algo desconocido
para ustedes, o algo tan conocido como el océano del título. La respuesta es
bien sencilla: Porque la ecuación del flujo de calor que corresponde a cada una
de las situaciones, y por lo tanto que la modeliza correctamente, no es la misma.
Y no es la misma porque en cada instalación de referencia, en cada método de instalación:
- Hay circuitos de evacuación distintos.
- Organizados entre ellos en arreglos distintos: serie, paralelo ...
- Con distintas resistencias térmicas: resistividades y dimensiones longitudinales y transversales distintas.
- Con importancias distintas das tres formas de transferencia de calor: radiación, conducción e convección.
El equipo de trabajo que hay detrás
de cada uno de los comités (en este caso el CTN 211/SC 20-CABLES ELÉCTRICOS)
elabora modelos teóricos y compara sus resultados con los obtenidos en la práctica,
modificando los circuitos equivalentes, los modos de transferencia, etc., hasta
obtener la ecuación matemática principal y las ecuaciones de cada una de las
partes de esta, a aplicar para obtener los valores que servirán para la
elaboración de las tablas a aplicar en cada caso. Por darles una idea
aproximada de la complejidad de esta parte sirva el apuntar el hecho de que su explicación,
y no muy pormenorizada, ocupa desde la página 76 hasta la 122 del libro de cables
de mi autoría y citado en la bibliografía recomendada.
Los
“Propósitos”.(De l00a instalación, que no de la enmienda!)
Siempre dispuesto a inventar novas aplicaciones
de las palabras, escogí esta de “propósito” para denominar el destino
donde va a ser instalada la canalización eléctrica; el escenario en el
que va a representar su función. Lo que va a determinar las acciones mecánicas,
físicas, químicas, que van a resultar relevantes para el funcionamiento sin
averías de la citada canalización eléctrica a lo largo del tiempo de vida
establecido.
Propósitos de la instalación hay muchos,
y tan distintos como puedan ser la Distribución de energía eléctrica, con sus Acometidas,
Instalaciones de enlace, en edificios ...; as instalaciones a bordo de buques,
de automóviles, aeronaves, ferrocarriles, en el fondo de minas o en explotaciones
a cielo abierto, el cableado de máquinas o de cuadros de distribución, etc. Cada
uno de estos escenarios presenta situaciones características que
condicionan los modos de transferencia de calor y, en consecuencia, el valor de
la intensidad permanente adecuada para cada sección eléctrica[1]
que obtendremos de la aplicación de la tabla que corresponde a ese escenario
y sus circunstancias concretas.
¡Aplicando que
es gerundio!
Como las cosas siempre se entienden mejor con un ejemplo, vamos a desarrollar el cálculo de la sección de un conductor necesaria para transportar el mismo valor de la corriente permanente en dos situaciones diferentes, o más exactamente con dos propósitos diferentes.
Primer
propósito: distribución.
En el primero de ellos el técnico
responsable de la “Compañía Eléctrica del Carulo” debe llevar una línea de
alimentación en BT desde un CT prefabricado hasta la Caja General de Protección
de un nuevo abonado que va a contratar una potencia trifásica de 200 kW. Con cálculo
rápido (200kW/0,69V = 290 A) obtiene que debe transportar algo menos de 300 A.
Como la distancia es corta, menos de 50 m, e no hay temporización en las protecciones,
la única hipótesis relevante es la de equilibrio térmico. El terreno es
adecuado para hacer una zanja con un coste reducido, e la disposición aérea
presenta problemas de cruzamientos. Para cables de las redes soterradas de
distribución en BT se aplican las tablas de la ITC-BT 07 del REBT 2002. La Tabla
4 para cables con conductores de aluminio y la Tabla 5 para conductores de
cobre. En artículos pasados ya hemos analizado ventajas e inconvenientes de uno
y otro material. Para este caso concreto necesitaríamos una terna de cables unipolares
aislados con XLPE de 120 mm2 de sección en aluminio; con lo que tendríamos
una capacidad teórica de 295 A, o la misma composición y aislamiento de 95 mm2
de sección en cobre, que nos otorgaría una capacidad, igualmente teórica antes
da aplicación dos factores de corrección, de 335 A. Para abreviar los cálculos establecemos
que la temperatura del terreno y la profundidad de instalación son los que
corresponden a factores de corrección unitarios, con lo que el resultado sería seleccionado,
después de la comprobación de otros criterios como el precio de compra, disponibilidad,
etc., de:
200 m (4x50 m) de Al XLPE de 1x120 mm2
Segundo
propósito: línea instalación receptora.
No segundo propósito el técnico
responsable de “Madeireiras Arrexuntadas do Noroeste” debe calcular la línea que
llevará los mismo 290 A desde el secundario del transformador de su CT de
abonado hasta el Cuadro General de BT. Para abreviar, haremos igualmente
irrelevantes la 2ª y 3ª hipótesis de cálculo. En este caso el “propósito” de la
instalación ya no es una “red soterrada de distribución en BT” sino “cables de
las instalaciones interiores o receptoras en BT”. Las tablas a aplicar, por lo
tanto, ya no serán las de la ITC-BT 07 sino las de la norma UNE-HD 60364-5-52.
Para poder realizar correctamente la comparación debemos reproducir en este segundo ejemplo las condiciones estándar del primero. Es decir una terna de cabos unipolares en contacto mutuo, directamente soterrados en toda su longitud, en una zanja de 0,70 m de profundidad, en un terreno de resistividad térmica media de 1 K·m/W y temperatura del terreno a dicha profundidad de 25ºC.
Inmediatamente procedemos
a identificar la figura de la columna 1 de la Tabla B.52.1 del Anexo B de la UNE-HD
60364-5-52 como la que corresponde más exactamente al método de instalación propuesto.
Comprobamos que encontraremos las intensidades admisibles, para cualquier opción
de aislamiento y número de conductores, en la misma columna, concretamente la
8, del método de instalación D2.
Menos mal que en medio de
la desesperación recordamos que otra de las condiciones que la norma tenía en cuenta
para el cálculo de las intensidades admisibles era que los cables estaban
directamente enterrados en un terreno de resistividad térmica media de 1,5 K·m/W,
y que lo utilizado para el cálculo anterior, y por lo tanto a tener en cuenta
para la comparación, era de 1 K·m/W. ¡Albricias! ¡El factor de corrección a
aplicar por este concepto es, nada menos que, de 1,5! Por lo tanto la
intensidad que debemos buscar en la tabla será de: 290 /( 0,96 * 1,5) = 201 A,
por lo que una sección de 150 mm2 será suficiente para nuestro propósito,
si bien es cierto que mayor que la necesaria para el “propósito” anterior.
200 m (4x50 m) de Al XLPE de 1x150 mm2
(continuará …)
Bibliografía recomendada:
Cabos
illados para o transporte e distribución de enerxía eléctrica (2ª
Edición)/Servizo de Publicacións da Universidade de Vigo. 2007 . Rústica con solapas.
528 p; 24 cm. En idioma gallego.
[1] Insistimos unha e outra volta no concepto
“sección eléctrica” dun condutor, como non equivalente ao de “sección
mecánica”.
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