INSTALACIONES_ELECTRICAS

“INSTALACIONES ELECTRICAS”

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA.

FACULTAD DE INGENIERÍA.

COLEGIO DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA.

INSTALACIONES ELÉCTRICAS.

MAURICIO ROJAS TORIZ

PROGRAMA.

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“ANALISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA”

I. Introducción al proyecto de una instalación eléctrica.II. Selección de conductores.III. Protección contra sobre corrienteIV. Protección contra sobre carga.V. Puesta a tierra.VI. Canalizaciones y Soportes.VII. Subestaciones.VIII. TransformadoresIX. ApartarrayosX. Alumbrado en interiores (Método de los lúmenes).

BIBLIOGRAFÍA.

Norma oficial mexicana NOM-001-SEDE-2005. Instalaciones eléctricas (utilización). El ABC de instalaciones eléctricas, residenciales y comerciales. Editorial Limusa, de

Enríquez Harper. El ABC de instalaciones eléctricas industriales. Editorial Limusa, de Enríquez Harper.

UNIDAD I. INTRODUCCIÓN AL PROYECTO DE UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA.

Proyecto de una instalación eléctrica.

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

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

efectuará una instalación eléctrica.

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; Energia = KW * h; Perdidas = 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

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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-

2005, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 13 de Marzo de 2006), 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.

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.

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

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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 es más barato.

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.

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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 y 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 sería 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.

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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-2005, 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)

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Apagadores Contactos. (Receptáculos) 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 monofásicos.- 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 (CIA. De Luz y Fuerza del Centro)

Voltajes de alta tensión:-85 Kv En el centro de la R. Mexicana (CIA. 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 gráfica 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.

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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 II.- SELECCIÓN DE CONDUCTORES

Los conductores se seleccionan por:

1).- Corriente

2).- Caída de Tensión y por

3).- Corto circuito

2.1 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

Dónde: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).

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- Tabla 310-16 de la NOM para seleccionar el calibre del conductor La selección o el cálculo de los conductores están 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.

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La corriente (I) está atrasada un valor de 90ο

con respecto al voltaje (V).

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

La corriente (I) está adelantada 90ο

con respecto al voltaje (V).

Ejemplo de esta carga lo son: capacitares, 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.

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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 triángulo de potencias relacionadas con el tipo de sistema ya sea monofásico, bifásico ó trifásico.

POTENCIA SÍMBOLO MONOFÁSICA BIFÁSICA TRIFÁSICA UNIDADACTIVA P = V n I n COS θ V ff I nCOSθ √3V ff I n COS θ W

APARENTE S = V n I n V ff I n √3V ff I nVA

REACTIVA Q = V n I n SEN θ V ff I nSEN θ √3V ff I n Sen θ 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 I n 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:

Ic= InFA∗FT

FA = Factor de corrección por agrupamiento

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FT = Factor de corrección por temperatura.

3. Con el valor de la corriente corregida consultar la tabla 310-16 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 ¿cómo se emplean?

110-14. Conexiones eléctricas.

Factor de Agrupamiento

La capacidad de conducción que se muestra en la tabla 310-16 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(g).

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 se representa gráficamente como sigue:

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

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 310-16 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 o la máxima 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 310-16 se encuentra el valor del factor de ajuste por temperatura.

Así por ejemplo para un conductor calibre 1/0 AWG con temperatura de 75ο

C, el factor de corrección a temperatura ambiente de 37

οC es F.T. = 0.88.

APLICACIONES DE SELECCIÓN DE CONDUCTORES POR CORRIENTE.

a).- Seleccionar los conductores del primario de un transformador trifásico.

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Solución:

Conforme al procedimiento

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

La corriente nominal que circula por el primario del transformador:

Si: S=√3∗V∗I KVA

Ip= S

√3 ¿V=75 KVA

√3∗13 . 8 KV=3 .13 A

Ic = In = 3.13 AComentario:Cuando el transformador entrega 75 KVA, por el conductor de primario pasan 3.13 Amp.

Para seleccionar el conductor habríamos de saber si el transformador se alimenta con una línea aérea o subterránea.Suponiendo que la línea fuera una transición aérea - subterránea, se utiliza la tabla 310-69,

Así mismo suponiendo un aislamiento de 90ο

, el calibre seria un 6 AWG con 110A. Con capacidad de conducción.Sin embargo es importante considerar la tabla 310-5 de la NOM, señala el calibre mínimo de los conductores.

Entonces el calibre que se debe utilizar es:

2 AWG.

b).- Seleccionar los conductores del secundario de un transformador. (Considerar una temperatura ambiente de 32°C).

Solución:

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Calculando la corriente nominal que circula por el secundario del transformador:Paso 1. Calculo de la corriente Nominal

Cuando el transformador entrega 75 KVA, por el conductor de secundario circulan 196.8 Amps In= 196.8 Amps.

Pasó 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 (i)

Por lo tanto F.A. = 0.8 por Tabla 310-15 g

F.T.=0.94 por Tabla 310-16 y 110-14(c) (1) (b)

En la tabla 310-16 en la columna de 75ο

C (cobre), encontramos, que para 32 ο

C el valor del factor de corrección por temperatura es de 0.94. Luego entonces la...

Ic=196 . 80 . 8∗0 . 94

=261. 702 A

Con este valor consultamos 310-16 columna de 75ο

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

2.

c).- Selección de los conductores para el alimentador de un motor.

En la sección 430-6 en general se utiliza para seleccionar los conductores para los diversos motores, así mismo se utilizan las siguientes tablas:

430-147; Corriente eléctrica a plena carga (A) de motores de c.c.430-148; Corriente eléctrica a plena carga (A) de motores monofásicos de c.a.430-149; Para motores de c.a. 2F-4H, no se usan en México.430-150; Corriente eléctrica a plena carga de motores trifásicos de c.a

Ejemplo: Si tenemos un motor de 1 c.p. Monofásico 127 V. Este toma 14 A en 127 Volts. Tabla 430-148Ejemplo: Selección de conductores para un motor.

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Is= S

√3∗¿0 . 22=75KVA

√3∗0 .22=196 .8 A ¿


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

οC.

Solución:

Ipc = 65 A de tabla 430-150

La corriente nominal seria:

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

F.A. = 0.8 Por tabla 310-15 (g)

F.T. = 0.82 de Tabla 310-16 de factores de corrección, y 110-14-(c) (1) (a) columna 60ο

C a T.A. a 39

οC.

Ic =

81 .250 .8∗0 . 82

=123 .85 A

El calibre para 75ο

C temperatura nominal 310-16 130 A con 1 AWG pero como este calibre comercialmente no existe en México nos pasamos a un 1/0 AWG con 150 A.

Ejemplo para la selección de los conductores del alimentador de un grupo de motores y otras cargas.

Según 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 más el 25% de la corriente a plena carga del motor más grande más la corriente nominal de las otras cargas.I ≥ 125% Ipc del motor más grande más la suma de las Ipc de los demás motores más In de las otras cargas.

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

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In=∑ Ipc de todos los motores+ 0 .25 Ipc motormayor + In otras car gas(430-24)

Solución:

Por tabla 430-150;

Ipc 25 cp = 34 AIpc 100cp = 124 AIpc 50 cp = 65 A

La corriente Nominal para la carga de 10 KW es:

I= P

√3VCOS ϑ=10 KW

√3∗.9∗. 44=14 .57 A

PASO No. 1

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

Si la T.A. =39ο

C.

F.T. = 0.88 de tabla 310-16 en columna a 75ο

CF.A. = 0.8 Por (310-15 g)

Paso 2

Ic =

268 .50 .8∗0 . 88

=381 .39 A

a) (430 – 24)

b)

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Paso 3

Con este valor se requiere un calibre 600 KCM con 420 A. (Tabla 310-16) y 110-14(2)

e).- 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:

I= P

√3VCOS ϑ=10 KW

√3∗.9∗. 44=14 .57 A

F.A. = 0.8 Por (310-15 g)F.T. = 0.82 de 310-16 en columna de 60

οC a T.A. 39

οC y 110-14(1)

Ic =

14 . 570 .8∗0 . 82

=22. 21 A

El conductor adecuado es un calibre 12 AWG con 25 A por tabla 310-16 columna de 60ο

C. (tabla 310-16 y 110-14(1))

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

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 capacitor

Partiendo de la fórmula: Q=

Ica= Q

√3 VSEN θ=100 KVAR

√3∗. 44∗1=131. 21 A

F. A. = 1

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F.T. = 0.88 de 310-16 en columna de 75 T.A. 39ο

C. y 110-14(2)In = Ica* 1.35 = 131.21 * 1.35 = 177.13 A Por 460-8(a)

Ic =

177 . 131∗0 . 88

=201 .21 A

El calibre es un 4/0 AWG con 230 A por tabla 310-16 a 75ο

C. 110-14 (2)

SELECCIÓN DE CONDUCTORES PARA MAQUINAS DE SOLDAR ---------- 630-11 (a)

Ejemplo: calcular los conductores para alimentar una máquina de soldar trifásica del tipo autransformador-rectificador de las siguientes características: Corriente de entrada es de 80 Amps. Y su ciclo de trabajo es del 60 %. El voltaje entre fases es de 220 Volts y la temperatura ambiente es de 39 grados centígrados.

Ciclo de Trabajo = 60%

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

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

F.A. = 1 (encabezado tabla 310-16)

F.T.= 0.82 por tabla 310-16 y 110-14 (1)

Ic=62 . 41∗0. 82

=76 . 09 Amps .

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 310-16 y 110-14(1).

C. Trabajo = 60%

Máquina de Soldar(630)(630-11a)

IPlaca = 80A

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AlimentadorBus 440 V

IplacaC.Trabajo

10080

7560

6070

15090

8050

15040

7520


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

Seleccionar los conductores del alimentador de las maquinas trifásicas tipo transformador rectificador de las características que se señalan en el diagrama unifilar siguiente y los conductores que se seleccionan se instalan en un tubo conduit que contiene 4 conductores activos. La temperatura ambiente = 39°C

Solución:

Factor:

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

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

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F.T. = 0.88F.A. = 0.7 PORQUE SON 7 CONDUCTORES ACTIVOS TABLA 310 – 15 (G)

Ic = 442.7 = 718.66 A

0.88 * 0.7

310-4

El conductor adecuado es: Como se sale de los valores de la tabla 310-16 (columna de 75°C) entonces se seleccionan dos conductores por fase de calibre 500 kcm con 380 A (Tabla 310-16)

Porque 380*2 =760 A >718.66 A

SELECCIÓN DE CONDUCTORES PARA EQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACIÓN

La Sección que gobierna a las unidades de aire acondicionado refrigeración es: 440 – 32 In ≥ 1.25 Ipc de la unidad sellada o In del circuito derivado, la que resulte mayor.

Ejemplo: Seleccionar los conductores de una unidad sellada de Aire acondicionado que contiene un motor trifásico de 5 C.P. 440 volts. La placa del equipo señala que la corriente del circuito derivado es de 10 Amps. La temperatura es de 39 ˚C.

Solución:

Ipc = 7.6 Amps. (Tabla 430-150)

Ipc = 1.25 x7.6= 9.5 Amps

Como la corriente del circuito derivado es de 10 Amps. Entonces:

El conductor debe seleccionarse de la siguiente forma:

Ic=100 . 82 x 1

=12. 19 Amps .

El conductor seleccionado es un calibre 14 AWG con capacidad de 20 Amps. 20>12.19…..Tabla 310-16

SELECCIÓN DE CONDUCTORES POR CAIDA DE TENSION.

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

L

21


Vs=IZL+Vr

Vs=e+Vr

Vr=Voltaje de recepción en Volts

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

CargaVr

VS

Z=R+JXL

22


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=2 IZL

%e= e

Vfn∗100

IZVR

IR COS

VS

IR

IXL

I

VR I SEN

23


Sistema bifásico 2F-2He = √2 IZl

%e =

eVff

∗100

Sistema bifásico 2F-3He=IZL

%e= e

Vfn∗100

Sistema trifásico 3F-3He= √3 IZL

%e=

eVff

∗100

Sistema trifásico 3F-4He=IZL

%e=

eVfn

∗100

Dónde: e = Caída de tensión en Volts. %e = Caída de tensión en %

I=Corriente No min al en Amperes . No es la I corregida Z = Impedancia conforme a la tabla 9 del NECVfn = 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.

RESISTENCIA Y REACTANCIA PARA CABLES DE 600 VOLTS, 60 C.P.S. Y 75 ºC

CALIBRE

OHMS - Km. AL NEUTRO CALIBRE

XL

RCA Z A 0.85 DE FACTOR DE

AWG PARA CABLES DE COBRE POTENCIA PARA CABLES DE COBRE AWG

ó CONDUIT CONDUIT CONDUI

T CONDUIT CONDUIT CONDUIT CONDUIT CONDUIT o

KCM PVC ó AL

MATALICO DE PVC DE

ALUMINIOMETALIC

O DE PVC DE ALUMINIO

METALICO KCM

14 0.190288 0.239501 10.170603 8.858567 1412 0.177165 0.223097 6.561679 5.577427 12

24


10 0.164042 0.206692 3.937007 3.608923 108 0.170603 0.213254 2.559055 2.263780 2.296588 86 0.167322 0.209973 1.607611 1.443570 1.476378 64 0.157480 0.196850 1.017060 0.951443 0.984252 42 0.147637 0.187007 0.623359 0.656168 0.623360 0.656168 2

1/0 0.144356 0.180446 0.393700 0.426509 0.393700 0.426510 1/02/0 0.141076 0.177165 0.328084 0.360892 2/03/0 0.137795 0.170603 0.252624 0.269028 0.259186 0.288714 0.301837 0.308398 3/04/0 0.134514 0.167322 0.203412 0.219816 0.206692 0.242782 0.255905 0.262467 4/0250 0.134514 0.170603 0.170603 0.187007 0.177165 0.183727 0.229658 0.239501 250300 0.134514 0.167322 0.144356 0.160761 0.147637 0.193570 0.206693 0.213254 300350 0.131233 0.164042 0.124672 0.141076 0.127952 0.173884 0.190288 0.196859 350400 0.131233 0.160761 0.108267 0.124672 0.114829 0.160761 0.173884 0.183727 400500 0.127952 0.157480 0.088582 0.104986 0.095144 0.141076 0.157480 0.164042 500600 0.127952 0.157480 0.075459 0.091863 0.082020 0.131233 0.144357 0.154199 600750 0.124672 0.157480 0.062336 0.078740 0.068897 0.118110 0.131233 0.140760 7501000 0.121391 0.150918 0.049212 0.062335 0.059055 0.104986 0.118110 0.131233 1000

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)

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

e% = ?

Cuál es su caída de tensión en %, si los conductores se encuentran alojados en un tubo conduit metálico. El sistema es 3 F – 4 H donde: e=IZL .. . .. .. . .. Volts

Línea de 13.2 KV

75 KVA13 200/220-127V

L = 50 Mts.

a) 300 KCM

25


In=75 KVA

√3 ×¿ .22 KV=196 .82 A ¿

e=(196. 8 A )(0 .213254 ) Ω

Km×0 .050 Km=2 .099 Volts

e %=2 . 099×100

127=1 . 65 %

e %=Vs−Vr

Vs×100

Vr =127-2.099=124.9

e %=127−124 .9

127×100=1. 65 %

Nota: la corriente que se va a tomar siempre es la corriente nominal no la corregida.

Ejercicios para el caso del inciso b)

Seleccionar ahora el conductor para una caída de tensión 1.5%

e %= e×100

Vf −n⇒ e= e%×Vn

100=1 .5×127

100=1 .905

e = 1.905 Volts

e = IZL Z= e

IL= 1. 905

(196 . 8 )(0 .050 )=0 .193597 Ω

Km

Con este valor me traslado a la tabla 9 del NEC

Si fuera 350 Kcm

e=(196.8 A )(0 .196859 )(0 .050 )=1 .937

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

La caída de tensión para la cal 400 KCM se calcula:

e=(196. 8 A )(0 .183727 )(0 . 050)=1. 807 Volts

Por lo tanto este calibre es adecuado al 1.5% y debe ser 400 Kcm

26


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

e% = 2.51

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

e=√3 IZLe=(√3 )(65 )(0. 426510Ω

Km)(0 . 1Km )=

e=4 .801 Volts

e %=e×100V f −f

=4 . 801×100440

=

e %=1. 09 %

2.- Caída de tensión acumulativa

1.42 + 1.09 = 2.51 %

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

440 V

3fCP = 50Ipc= 65 A (T 430-150)IA= 1.25 (65) = 81.25L = 100 m

1/0

e % =1.42

Z 1/0 = 0.426510

e =1.3 %

27


e=1 .3×440100

=5 . 72 Volts⇒ e=√3 IZL

Z=e

√3 IL=

5 .72(√3 )(65)(0 .1)

=0 .50806ΩKm

Con Z = 0.50806 Ω / Km y conforme a la tabla 9 NEC el conductor es:

1 / 0 Z = 0.426510 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.

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 η = 0.85 p.u. y 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 monofásico es el siguiente:

MÉTODO EXACTO

Ir=Is

Vr=Vs−IsZ O bien Vr=Vs−e donde e=ΔV en Volts.

28


Si ΔV=IZL

Vr=Vs−IZLVr=Vs−( Is cosθ ± jIssenθ )( R+ jxl ) L

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

I=0 . 746∗HP

√3∗Vff∗f . p .∗ηAmps .

I=0 . 746∗25√3∗. 44∗.8∗. 85

=35.987 ∠−36 . 86 º Amps .

La corriente mínima que deben soportar los conductores debe ser:

I=1 .25∗35 . 98=44 . 97 A Por 430-22

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

FT = 1FA = 1

Por lo tanto: Ic = 44.97

El conductor adecuado es Cal. No. 6 AWG Con 55 Amps.……..… Tabla 310-16 y 110-14(1)

Conforme a la tabla 9 del NEC para un conductor de cobre calibre No. 6

R75=1 .6076 Ωkm

X L75=0 . 209973 Ω

km

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

R2

R1

=T+t2

T+t1

Dónde:

R2 es igual a la resistencia del conductor a 75º C conforme tabla 9 del NEC

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

29


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

De la formula anterior

R1=R2

T+t1

T+t2

R1=1. 6076234 . 5+60 º234 . 5+75 º

R60 = 1.5296 Ω/km

R = 1.5296 Ω/km × 0.050 Km. = 0.07648 Ω

XL = 0.209973 Ω/km × 0.050 Km. = 0.01049 Ω

Calculo de la impedancia Z = R + jXL

Z = 0.07648 + j 0.01049 = 0.07719∟7.8º Ω

I = 35.98 ∟-36.86º

∆ V = 35.98 ∟-36.86º × 0.07719∟7.8º

∆ V = 2.777 ∟-29.06º Volts.

∆ V = 2.4274 – j1.34885 Volts

Si regresamos al circuito equivalente

Vs=Vff

√3=440

√3=254 . 03 Volts

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

VR = 254.03 – (2.4274 – j1.34885)VR = 251.6036 + j 1.34885VR = 251.6062 ∟0.3071º

La caída de tensión = regulación

% Reg. =

V S−V R

V R

×100

30


% Reg. =(254 .03−251.6062254 .03 )×100

% Reg. = 0.9541

METODO APROXIMADO

ΔV =(R cosφ+ X L senφ )×LI

ΔV =(1 .5296 ×0 . 8+0 . 20997 ×0 .599 )×35 .98×0 . 050

∆V = 2.42 V

VR = 254.03 – 2.42 = 251.61

% Reg. =

254 . 03−251. 62254 . 03

×100=0 . 9526

METODO CHICHARRONERO

Tomando en cuenta que V f=Vn√3

e %=2×√3×L×IV f×Sc

= 2 LIVn Sc

e %=2×√3×50×35 .98440×13 .3

=1.06

Comparando los 3 métodos:

Método exacto % R = 0.9541 %

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 número 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.,

31


UNIDAD III Protección contra sobre corriente.

Fusibles.- listón o Edison

Protección de sobre corriente Tiempo inverso (termomagnético)

InterruptoresAutomáticos Disparo instantáneo (magnéticos)

Es importante seleccionar adecuadamente los interruptores y no alterar el valor requerido ya que desprotege la instalación.

Amps.I1

Curvas de Tiempo- Corriente

T1

T1 = Tiempo mínimo de fusión

T1

T2 = Tiempo máximo de despeje

I2

T

I

Termo magnético (tiempo I

32


Interruptores de disparo fijo, no se pueden ajustar en campo

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

T Tiempo de corto

T Tiempo de largoT

I

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

75 KVA

13 200 V.

Jaula de Ardilla

450-3 (a) (1)

220/127

33


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

Por tabla 450 – 3 (a) (1) Amps.

El fusible adecuado sería de 10 A por 240 – 6 y excepción (1) de 450 – 3 (a) (1) pero podría ser 6 Amps. Por 240-60 y Si la protección fuera un interruptor automático entonces por 450 – 3 (a) (1) se calcula:

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

Entonces por 240 – 6

El valor sería de 20 A [Excepción 1 450 – 3 (a) (1)]

b) Selección de la protección secundaria del transformador

La protección se calcula en

La corriente en el secundario es In =

Por tabla 450-3(a) (1)

Por 240 – 6 el fusible o interruptor debe ser de 225 A

c) Protección de cortocircuito y falla a tierra para un motor (430 – 52) tabla (430 – 152)

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 CP 220 Volts trifásico jaula de ardilla entonces:

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

34


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

I =250 % Ipc (Tabla 430−152 )

I= 2 .5∗130 =325 Amps .

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

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

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. (430-62)

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

I pc 1(25 CP )= 34 A Por Tabla (430−150)

I pc 2(100CP ) = 124 A

I pc3 (50 CP ) = 65 A

35


I=250 % × I pc…………( tabla 430−152 ) I pc1=34 A×2 .5=85 A 90 A

I pc2=124 A×2 .5=310 A 350 A

I pc 3=65 A×2 .5=162. 5 A 175 A Por 240-6 Excp. 1

Por 430 – 62 Protección de un grupo de motores

I pt ≤350 A+34 A+65 A=449 A por 240−6 es un int erruptor de 400 Amps

Protección de sobre corriente para máquinas de soldar

Para este ejemplo la protección contra sobrecorriente es:

I≤ 2×80≤160 A

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

Protección de sobrecorriente para Bombas contra incendio (695-3(c) Excepción 1 (a)

630-12 (a). Protección contra sobrecorriente para máquinas de Soldar. Cada máquina 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.

I primaria=80 A

630-12 (a)

La protección contrasobrecorriente

Debe ser ¿ 200% I primaria

36


Corrientes a rotor bloqueado. Tablas 430-151A y 430-151B

Ejemplo:

Calcular la protección contra sobrecorriente de una bomba contra incendio que es alimentada en 440 V si la potencia del motor principal es de 100 caballos y cuenta con 2 motores auxiliares de 5 caballos cada uno. Esta protección a base de interruptores automáticos de tiempo inverso (termomagnético).Considerar que los motores son diseño B Por 695-3C Excepción (1) (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 430-151B BCD E100 CP 725 937 5CP 46 61

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:

I=100. 44 x 1∗1 .73

=131 .21 A Por 240-6 el interruptor debe ser de 150 A

IV PROTECCION DE CONTRA SOBRECARGA.

Relevadores de sobrecarga Se pueden ajustar Disparo en campo

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

Relevador de Sobrecarga de 2.6 a 9.8 A

Características De Bimetálico

Tornillo de bimetálico7.0

Bimetálico

Catalogo MCA2.6

9.8

37


Nota: Todos los Todos los motores mayores de 1 HP deben tener las protecciones de sobre carga. 430-32

Si hay dudas sobre motores buscar 430 – 1 y relacionar figura (430 – 1)

Servicio continuo en definiciones (Articulo100)

Servicio para 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 1.25

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

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 – 150)

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 qué consiste el método de Alumbrado de “LUMEN” y aplicarlo un ejemplo particular para entregar en 15 días a partir de hoy es decir para el 20 de Junio /2007.

UNIDAD V Puesta a tierra (250) Tipos de Fallas:Falla a tierra

Una fase a tierra (falla monofásica)

Dos Fases A Tierra (falla bifásica a tierra)

2.6-9.8 A(7.0 A) Disparo

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

b

c

a

ab-T, bc-T, ca-Tb

c

38


Objetivo de conexión a tierra:

¿Por qué poner a tierra?

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)

¿Cuáles son los tipos de conductores de puesta a tierra? (250-91 (b)

a) conductor de puesta a tierra o tierra física (cable, tubo, placa metálica, etc.) b) Tubo conduit (pesado, semi pesado, ligero, metálico flexible etc.,)c) Armadura de un cable tipo ACd) Blindaje de cobre de un cable con blindaje metálico y aislamiento mineral

a.1) trayectoria efectiva de puesta a tierra (250 – 51)a. 2) Tamaño del conductor de puesta a tierra (tierra física) (250 – 95 y tabla 250 – 95)

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

Gabinete Metálico

Representación del Conductor Puesto a Tierra (Neutro.)

Puente de unión

39


Nota: Por el conductor de tierra física nunca debe circular corriente en condiciones normales.

Diferencia entre:

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

Neutro vs. Tierra física

En Sistema 3F – 4H Si hay desbalanceo va a circular corriente en el neutro Si esta balanceado no va a circular corriente en el

neutro(Ejemplo un motor trifásico pero ideal que conduzca Por las 3 F la misma corriente)

Neutro vs. Tierra físicaColor blanco o gris natural (200-6) Verde continuo o verde con una o más franjas

amarillas desnudo [210 – 5(b) ]

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

1.- Circula solamente corriente. En condiciones de falla

13 200

220/127 V

200T.F. (6 AWG)

75 KVA

150T.F. (6 AWG)

30T.F. (10 AWG)

70T.F. (8 AWG)

40


¿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 = 1010 mm2 (tabla 310 – 16)Por 250 – 79 (d) 12.5% (1010) = 126.25 mm2Para 126.25 mm2 corresponde un calibre 250 Kcm con 127 mm2

250-79 (d)1100 Kcm- cobre1750 Kcm- Alumínio

250-95 Tabla

Puente de unión250-94 tablas

Conductor del Electrodo a Tierra250-94 Tabla

Electrodo o Varilla de Tierra

Neutro

Tierra Física

41

Anillo de Tierra

Estructura Metálica

Puente de unión

80h cm

6L m

Tubería metálica subterránea

Varilla o Electrodo Empotrado en concreto

3L mts


Por Tabla 310 – 16 para un calibre 250 Kcm corresponde 127 mm2Por 250 – 79 (d) para 127mm2 corresponde un calibre 250 Kcm – 127 mm

Tipos o sistemas a) tubería metálica subterránea De b) estructura metálica Electrodos de tierra c) electrodo empotrado en concreto (250 – 81) d) anillo de tierra

42


VI Canalizaciones y soportes

Art. 100 definiciones

TubosCanalización

Ductos

Soportes = charolas (318)Soporte tipo escalera o charola para cable para la norma es un soporte para cable.

“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.

Lugares peligrosos Clase II Polvos inflamables Clase III.- pelusas

331332 Usos permitidos

Tubos conduit → 345 →346 Usos no permitidos347348349350351

“Número máximo de conductores en un tubo (331 – 6)” → Tabla 10 – 1

Usos permitido - (331 – 3)

Charola para cable tipo escalera

43


331.- Tubo (conduit) no metálicoUsos no permitido (331 – 4)

Tabla 10 – 1 Factores de relleno en tubo (conduit) (Cap. 10)

Tabla 10-1a) b) c)

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

a) sección transversal del conductor incluido el aislamiento 53 % sección transversal total disponible del tubo.

b) sección de los 2 conductores incluido su aislamiento 31%.

c) sección transversal de los conductores incluidos sus aislamientos 40 %.

“Selección del diámetro de tuberías”

Ejemplo. Seleccionar el diámetro del tubo conduit de servicio pesado 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 Alisamento THW – LS

Solución:

Circuitos No. Conduc/Calibre

Aislamiento Sección transversal mm 2

Sección trans. Total mm2

1 3F – 1/0 THHW 143 429 = (143 x 3)TF – 6 Desnudo 13.3 13.3

1 N – 10 THW – LS 15.7 15.72 F - 10 THW – LS 15.7 31.4TF – 12 THW – LS 11.7 11.7

501.1 mm2 = 5.011 cm2

En tabla (10 – 4)

La designación adecuada es de: 41 (1 1/2) porque 501.1 < 526 mm2

(Tabla 10-4)

44


Ejemplo circuitos1C. alumbrado 1 F – N – TF 8 – 6 – 10 – RHW – desnudo3C. de fuerza 3 F – T. F., 2 – 8 – RHW – 2

Circuitos Calibre Aislamiento Sección transversal mm2

Sección transversal total

1 1 – 8 RHW 53.9 53.901 1 – 6 RHW 67.2 67.201 1 – 10 Desnudo 5.26 5.263 3 F – 2 RHW – 2 113.00 1017.003 1 TF – 8 RHW – 2 53.90 161.7

1305.06 mm2 = 13.05 cm2

La designación correcta es de 78 (3) porque 1305.06 1904. mm2

“Ductos metálicos y no metálicos” (362)

(362 – 5); 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 cm25 cm2

Ductos comerciales 10cm x 10cm = 100 cm220 cm2

15cm x 15cm = 225 cm245 cm2

Ejemplo:

Ejemplo: Seleccionar el ducto cuadrado adecuado para alojar 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 Alisamento THW – LS

Solución:

Circuitos No. Conduc/Calibre

Aislamiento Tabla 10-5 Sección transversal mm2

Sección trans. Total mm2

1 3F – 1/0 THHW 143 429 = (143 x 3)

45


TF – 6 Desnudo 13.3 13.31 N – 10 THW – LS 15.7 15.7

2 F - 10 THW – LS 15.7 31.4TF – 12 THW – LS 11.7 11.7

501.1 mm2 = 5.011 cm2

El ducto adecuado es de 10 x 10 cm. porque el 20% de 100 cm2 es 20 cm2. Y 20 cm2 es mayor que 5.01 cm2.

Soportes tipo charola para cables 318

Escalera fondo sólido malla

318 – 3 Usos permitidos

318 – 3 (b) (1) → 318 – 3(12)318 – 8 (e)

CONDUCTORES CALIBRES 4 AL 4/0 318-10 a)4

Ejemplo:

Determinar el ancho de charola tipo escalera para soportar los siguientes circuitos de cables mono conductores calibres 4 al 4/0 conforme 318-10 a)4).

2 circuitos de fuerza 3F – TF 3/0 – 4 THHW - LS y desnudo2 circuitos de fuerza 3F – TF 4/0 – 2 THW – LS

DED

A = Ancho

46


3 circuitos de alumbrado 2F – N-TF 10 – 12 -12 THW – LS (estos circuitos no se consideran, porque solo se acepta calibres de 4 en adelante) Referencia.: 318-3 b)1)

Circuitos Núm. Conductores/calibre

Tipo de Aislamiento

aproximado en (mm) Tabla 10-5

total en (mm)

(2 x 3 F) = 6 – 3/0 THHW – LS 16 96(2 x 1TF) = 2 – 4 Desnudo 5.19 10.38(2 x 3F) = 6 - 4/0 THW –LS 17.5 105(2 x 1TF) = 2 – 2 THW –LS 10.5 21

232.38 mm = 23.24 cm

Calculo del diámetro aproximado para el cálculo de conductores

4 AWG - 21.2 mm2 (tamaño nominal en mm2)

mm 5.19

Conforme tabla 318 – 10 el ancho de la charola debe ser de 30 cm. Porque 30 > 23.23 cm318-10 a)4).

- 318 – 10(a) (1) 1000 Kcm o mayores

Ancho de la charola

Ejemplo:

Determinar el ancho de charola tipo escalera para soportar los siguientes cables mono conductores: 5 cables mono conductores 1000 Kcm THHW – LS 5 cables mono conductores 1250 Kcm THHW-LS

Solución:Por 318-10 a) 1)

Cables Calibre KCM Aislamiento (mm) tabla 10-5

total (mm)

5 1000 THHW – LS 34.8 174.05 1250 THHW – LS 39.1 195.5

369.5 mm

La charola debe ser de 45 cm porque 45 cm > 36.95 cm (tabla 318 – 10)- 318. – 10(a) (2) 250 - 1000 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 318-10

47


Ejemplo:

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

3 circuitos de fuerza 3F; 250 THHW-LS; 3 circuitos de fuerza 3F; 750 THHN3 circuitos de fuerza 3F; 1000 THWN

Circuitos Numero Cond./calibre

Tipo de Aislamiento

Sección transversal mm2 tabla 10-5

Sección transversal total

3 Fuerza 3 F – 250 Kcm

THHW – LS 297 2673

3 Fuerza 3 F – 750 Kcm

THHN 677 6093

3 Fuerza 3 F - 1000 Kcm

THWN 870 7830

16596 mm2 = 165.96 cm2

El ancho de la charola debe ser de 60 cm. Porque 168 cm2> 165.96 cm2 (tabla 318–10)

318 – 10 (a) (3) cables 1000 Kcm y mayores con cables menores de 1000 Kcm

[Área de cables < 1000 Kcm ≤ columna 2 (tabla 318 – 10)]

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

a. Sd (suma de diámetros)

Cables 1000 y mayores

unitario(mm) Tabla 10-5

total

8 cables 1000 kcm THHW – LS 34.8 278.44 cables 1500 kcm THW –LS 42.2 168.8

447.2 mm = 44.72 cm

2.8 Sd = 2.8 x 44.72 = 125.216 cm

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

Aislamiento Áreas aprox. Área total

48


(mm2) Tabla 10-59 cables 500 Kcm THHN 456 41043 cables 4/0 Desnudo 107 321

4425 mm2 = 44.25 cm2

Columna 2 2 .8 sd=2 . 8∗44 . 72=125 .21 75 cm - - - - - 210 - 125.21 = 84.7

84.7 > 44.26

318-10 a3

Por lo tanto la charola adecuada es de 75 cm.

SOPORTES PARA CABLES MULTICONDUCTORES

318-9 a (2) 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 318-9

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:

A=π∗D2

4=π∗322

4=804 . 24 mm2

A=π∗D2

4=π∗222

4=380.13 mm2

A=π∗D2

4=π∗262

4=530 . 92mm2

La suma de las secciones es 5(804.24) +2(530.92) + 3(380.13) = 6223.43 mm2 = 62.23 cm2

Conforme a la tabla 318-9 en la columna 1 encontramos un valor de 68 cm2 mayor que 62.23 para un ancho

de charola de 21 Cm.

Por lo tanto la charola adecuada es de 21 Cm. De ancho, porque 62,23 Cm²<68 Cm²

318-9 a (3) 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 secciones transversales de los conductores menores del 4/0 no debe superar lo señalado en la columna 2 de tabla 318-9 para el correspondiente ancho de la charola.

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

- 5 alimentadores 3 F – N; 4/0 awg con un diámetro de 40 mm- 5 circuitos fuerza 3 F – TF; 500 Kcm; con un diámetro de 65 mm- 5 alimentadores 3 F. N; 2 awg con un diámetro de 24 mm

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

A=π∗D2

4=π∗242

4=452. 38 mm2=4 . 52 cm2

El área total es de 5x 4.52 = 22.6 cm2

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

3SD= 3 x 525 = 1575 mm = 157.5 cm

Para una charola de 60 Cm. La columna 2 de la tabla 318-9 resulta ser:180- 3SD = 180-157.5 = 22.5 Para este valor 22.6> 22.5

Por lo tanto esta charola no es la adecuada.

Para una charola de 75 Cm. La columna 2 de la tabla 318-9 resulta ser:225- 3SD = 225-157.5 = 67.5 Para este valor 22.6< 67.5

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 clasificación está en función de los voltajes de operación

50


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

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

51


a=V 1V 2

= N 1N 2

= I 2I 1

Dónde:a = Relación 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 hierro 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

52


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

53


¿Cómo se seleccionar la capacidad de un transformador?

1. Conocer las necesidades de las cargas por abastecer.

Lista de necesidades

a) Alumbrado y Receptáculos 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 Receptáculos 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 (430 – 150)30 motores de 10 C. P. = 223.8010 motores de 50 C. P. = 373.00

727. 35 + 177.50

904.85 KW carga instalada¿Cómo se calcula la capacidad de un transformador?

KVA=C . I .F . D .

F .Div .×F . P .×F .C .

C. I. = carga instalada en KW

F. D. = factor de demanda ¿1 0.7 F . D .=Demanda⋯Maxima

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

Solución:

54


KVA=904 .85 [ 0. 71 .02×0 .9 ]×1 .25= 862 . 46 KVA

La capacidad seleccionada debe ser de 1000 KVA.

NBAI = NBI = BIL = Nivel Básico de aislamiento al impulso por rayo (categoría A y B). Nivel Básico de aislamiento al impulso por maniobra (categoría C).

Curva de daño de un transformador debida al aislamiento

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

Niveles de aislamiento

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

Categoría B(Subtransmision)115 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)

Curva de operación de Apartarrayo

Curva de Daño

*BIL del Transformador

T1

KV

Vd

Tc

Tf

KV1

55


Onda normalizada del rayo. Vd = Tensión de descarga

* Se refiere al voltaje (impulso) que puede recibir o al que se está diseñado el transformador en caso de que haya un esfuerzo o sobre voltaje.

Características de apartarrayos

¿Cómo se diseña un apartarrayos?

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 está aterrizado o aislado.

= Tensión máxima de diseño según la categoría del aislamiento (A, B o C)

Ejemplo: ¿Cuál es la 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

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

56


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

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

Para el de 30 KV Para el de 36 KV

X=300(120−105)

2∗250=9 Mts .

X=

300(120−111)2∗300

=4 .5 Mts .

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:

X = Distancia del equipo a Tierra

57


Para 36 KV

MP=150−111111

∗100=35 .13 %

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)Capacitancia de la línea (Fd Farday)

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

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 serían:

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 estación, 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

58


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. Hacía cada lado de las líneas.

VN = Voltaje nominal apartarrayos

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

Para este encontramos apartarrayos 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 apartarrayos de 96 KV

Margen de Protección para apartarrayos de 108 KV

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

12.5 MVA

Zc = 250

34.5 kv

Zc = 180

115 KV

59


Calculo de la distancia X:

S también se puede calcular por la siguiente fórmula:

---------------- (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

96

300 300 360 28813.5

2 2(800)X DV V

X mtss

60

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