Introduccion y comprension de la electricidad

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBA FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, FÍSICAS Y NATURALES

INTRODUCCIÓN ELECTRICIDAD:  Movimiento (flujo) de electrones.  No es un flujo de algo material pero así lo consideramos para poder interpretar la corriente eléctrica.  Es una forma de energía que se percibe por sus efectos (lumínica, calórica, potencia de motores, etc.).  Los electrones en la materia se mueven de forma desordenada, pero si a un conductor se le aplica una fuerza (tensión eléctrica) los electrones libres pasan a tener un movimiento ordenado y se origina el efecto denominado electricidad.

NATURALEZA DE LOS EFECTOS ELÉCTRICOS 

Si se conecta una lámpara a un circuito, circulará una determinada corriente por esa lámpara.  Si se conectan varias lámparas, cada lámpara tomará su correspondiente corriente y por el cable de la alimentación general de todas las lámparas circulará cada vez más corriente cuanto más lámparas en paralelo se conecten.  El efecto resultante del movimiento de electrones es la acumulación de una creciente cantidad de calor que será soportado principalmente por los conductores, hasta un límite denominado intensidad máxima de corriente admisible.

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Son las aislaciones de los cables lo que impone el valor de corriente admisible que indican las tablas de selección de conductores y cables.

Si se originan sobrecargas o sobre intensidades se pasará el límite de capacidad térmica de la aislación de los cables y se originarán puntos o zonas de calentamiento térmico y el posible inicio de fallas.

Esta posibilidad proviene de las características únicas y propias de la electricidad donde prácticamente toda la corriente que demande la carga a un conductor será brindad por la fuente de energía.

Este fenómeno se menciona con la siguiente analogía: “los conductores eléctricos son como un caño de agua que se adapta a un mayor diámetro a medida que se le exige mayor corriente”.

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En este sentido, otras instalaciones como las de agua, gas, etc., son más rígidas y no es posible pretender que con un mismo diámetro de cañería el flujo aumente para mantener el mismo caudal con diversos consumos.  Pero esta propiedad de la electricidad también implica la necesidad de disponer de las adecuadas protecciones: cuando los consumos demanden sobrecargas, actúen y desconecten los cables ante temperaturas mayores a las que pueden soportar.  La corriente admisible no resulta solo del tipo de conductor o cable, también está condicionada por el método de instalación.

Por ejemplo, no es lo mismo que un cable este enterrado directamente o que ese mismo cable este dentro de un caño y enterrado.

LAS RELACIONES ELÉCTRICAS

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Tensión o fuerza electromotriz La diferencia de potencial entre dos puntos que origina la circulación de corriente eléctrica entre esos puntos, a través de los conductores, se expresa en Volt (V).

Intensidad

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Es el número de cargas eléctricas que se desplazan en la unidad de tiempo, se expresa en Ampere (A).

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Potencia Es el trabajo desarrollado en la unidad de tiempo. Se expresa en Watt (W) y en relación a las magnitudes eléctricas se expresa como: P (W) = E (V) x I (A)

Energía 

El trabajo desarrollado en la unidad de tiempo permite conocer y contabilizar (a través de medidores de energía) la energía consumida por un determinado consumo.

KWh = E (V) x I (A) x t (HORAS)

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Conociendo la potencia instalada y la tensión de alimentación, por ejemplo 220 V, se deduce la intensidad de corriente denominada APARENTE (Ampere) como:

I (A) = P (W) E (V) x cos φ 

El resultado de la corriente aparente es lo que se requiere para establecer la sección de los conductores en mm2.

ď ś

Como ademĂĄs los conductores oponen cierta resistencia a la circulaciĂłn de la corriente, aparecen magnitudes que se vinculan con las anteriores por la denominada ley de Ohm.

R (Ohm) = E (V) / I (A)

E (V) = R (Ohm) x I (A)

P = R x I2

Es importante destacar que:  Todos los cuerpos pueden transmitir la corriente eléctrica.  Existen algunos que son más aptos (cobre, aluminio) y no se degradan en la transmisión.  A otros se los clasifica como malos conductores e incluso como aislantes, ya que cuando se les aplica una tensión no se logra el necesario movimiento de electrones y la circulación de corriente, es de valor muy reducido (PVC, XLPE, etc.).

Circuito 

Es un camino cerrado al cual se le aplica una tensión para originar la corriente eléctrica.  Cuando en un circuito se aplica una tensión eléctrica, de inmediato circula una corriente eléctrica.

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Decir que una corriente eléctrica circula por un circuito no es estrictamente correcto, pero se utiliza para la comprensión del fenómeno.

Cuando se aplica una tensión a un material conductor, se origina un efecto de movimiento de electrones internos de la materia que vuelve a su estado primitivo si se suspende la aplicación de tensión.

Factor de potencia (cos ϕ)  

Es un valor que califica la eficiencia de los circuitos.

Desde el punto de vista de los usuarios, la denominada potencia activa es la única que se transforma en una forma de energía útil (energía lumínica, trabajo de un motor, etc.).

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Por otro lado, existe también una potencia reactiva que se puede asimilar a una circulación de corriente entre el generador y las cargas que no se transforma en energía útil e implica perdidas de energía en las redes y una necesidad de sobredimensionamiento para esa inútil energía reactiva.

Las consecuencias de un bajo factor de potencia origina que no se aprovecha la inversión (efecto Joule).

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Tanto la potencia activa como la potencia aparente y la reactiva se encuentran relacionadas de la siguiente manera:

Potencia activa: Es la que efectivamente se aprovecha como potencia útil en el eje de un motor, la que se transforma en calor en la resistencia de un calefactor, etc.

P = U x I x cos ϕ Potencia reactiva: Es la que los campos magnéticos de los motores intercambian con la red sin significar un consumo de potencia activa en forma directa.

Q =U x I x sen ϕ

Potencia aparente: Es la que resulta de considerar la tensi贸n aplicada al consumo y la corriente que 茅ste demanda.

S=UxI

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En el diagrama se observa que la potencia aparente es la potencia que debe entregar la EPEC; de ella, solo se transforma en energía útil la potencia activa, de manera tal que mientras menor sea la potencia reactiva, es decir, cuanto más cercano a 1 se encuentre el factor de potencia (cos ϕ), mayor será la eficiencia de la instalación.

DETERMINACIÓN DEL GRADO DE ELECTRIFICACIÓN 

El desarrollo siguiente está basado y sigue los lineamientos de la Reglamentación para la Ejecución de Instalaciones Eléctricas en Inmuebles de la Asociación Electrotécnica Argentina (AEA) edición marzo de 2006, denominada AEA 90364, también conocida como RIEI (Reglamentación para las Instalaciones Eléctricas en Inmuebles).

ÁMBITO DE APLICACIÓN DE LA RIEI 

A partir de los bornes de entrada del tablero principal (TP) de la instalación de una vivienda, oficina o local, abarcando la totalidad de los tableros seccionales (TS) y todos los circuitos.

ACOMETIDA

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Vinculación de la instalación con la red de la empresa de distribución.

Las empresas de distribución brindan las especificaciones técnicas para la instalación del medidor de energía.

Posteriormente al tablero principal se debe cumplir la referencia técnica de la RIEI.

CIRCUITO TERMINAL 

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Vincula los bornes de salida del dispositivo de maniobra y protección (interruptor automático) asociado con los puntos de utilización (puntos de iluminación, de tomacorrientes, etc.).

Comprende los conductores activos y de puesta a tierra de protección (PE) y los aparatos de maniobra y protección.

Circuitos para usos generales

La RIEI los designa como IUG y TUG. En las bocas de los circuitos IUG la corriente máxima (teórica) por boca es de 10 A, de 15 bocas máximas y calibre máximo de 16 A de la protección de sobrecarga.

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Si fuera necesario instalar cajas para bocas de salida combinadas (interruptor de efecto y tomacorriente) el tomacorriente estará marcado con ideograma.

Este tomacorriente se conectará al circuito de iluminación IUG presente en la caja y a los efectos de la DPMS a ese circuito se lo considerará como un circuito TUG.

En los circuitos TUG, la corriente máxima (teórica) por boca es 10 A, de 15 bocas máximas y calibre máximo de 20 A de la protección de sobrecarga.

TOMACORRIENTE CON IDEOGRAMA

TOMACORRIENTE NORMALIZADO 2P+T

Circuitos para usos especiales 

Alimentan cargas unitarias (con un máximo de 12 bocas) o consumos mayores a los admitidos en los circuitos para usos generales y para cargas o consumos a la intemperie (parques y jardines).  El calibre máximo de la protección de sobrecarga es de 32 A.

Circuitos IUE 

Conectan bocas de iluminación por medio de conexiones fijas o por medio de tomacorrientes 2P+T de 10 A o de 20 A o 16 A.

Circuitos TUE 

Pueden conectar cargas unitarias hasta 20 A por medio de tomacorrientes 2P+T de 10 A o de 20 A o de 16 A Normas IEC: normas del comité electrotécnico internacional.

CIRCUITOS DONDE LA RIEI ESTABLECE LA DPMS (IUG, TUG, IUE, TUE) 

La RIEI establece valores mínimos de VA para este tipo de circuitos de modo que los usuarios dispongan de circuitos que les permitan utilizar en forma segura y eficiente sus instalaciones.

CIRCUITO SECCIONAL 

Vincula los bornes de salida de un dispositivo de maniobra y protección de un tablero con los bornes de entrada del siguiente tablero.

CLASIFICACIÓN DE VIVIENDAS, OFICINAS Y LOCALES POR EL GRADO DE ELECTRIFICACIÓN 

La RIEI establece el procedimiento de cálculo que define el tipo y número mínimo de circuitos, su DPMS y el grado de electrificación resultante.  El Grado de Electrificación permite clasificar a las viviendas, oficinas o locales por medio de un valor en VA.

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Todo tipo de inmueble dispondrá de un Grado de Electrificación y se lo puede afectar por coeficientes de simultaneidad.

DEMANDA DE POTENCIA MÁXIMA SIMULTANEA DPMS) 

Procedimiento de cálculo que permite determinar el Grado de Electrificación de un inmueble.

INTERRUPTOR AUTOMÁTICO 

Corrientes en las condiciones normales del circuito, así como dispositivo capaz de interrumpir corrientes en condiciones anormales como las de cortocircuito.

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Los definidos en el ámbito de la RIEI para inmuebles son de accionamiento en todos los polos y de modelo bipolar (2P) para circuitos monofásicos y tetrapolar (4P) para circuitos trifásicos con neutro.

ESQUEMA DE INTERRUPTOR AUTOMATICO

INTERRUPTOR AUTOMÁTICO BIPOLAR (2P)

LÍNEA PRINCIPAL 

Vincula los bornes de salida del medidor de energía con los bornes de entrada al tablero principal

DETERMINACIÓN DEL GRADO DE ELECTRIFICACIÓN Y CARGA TOTAL EN VIVIENDAS, LOCALES, ETC. 

La RIEI establece un método normalizado para estimar las cargas de los circuitos y las cargas totales en la etapa de proyecto cuando aun no se conoce con exactitud las cargas que se conectarán en la instalación de los futuros usuarios.

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La demanda de potencia máxima simultánea (DPMS) se calcula sumando la potencia máxima simultánea de los circuitos para usos generales y especiales con los valores de la RIEI.

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Se entiende por punto de utilización a toda caja de luminarias o tomacorrientes se instala en los recorridos de los circuitos. La RIEI exige cantidades mínimas de puntos de utilización.

El proyectista debe realizar la secuencia que sigue: 1) Predeterminar el Grado de Electrificación con la superficie y tipo de inmueble.

2) Con los planos de planta, la utilización de los espacios y el tipo de inmueble (vivienda, local u oficina) establecer: 

Puntos mínimos de utilización para iluminación y tomacorrientes para usos generales y especiales.  Número y tipo de circuitos mínimos resultantes de las cantidades de puntos de utilización y del Grado de Electrificación preestablecido.

3) Con los resultados anteriores realizar, si es necesario, el recálculo del grado de electrificación con los nuevos valores y rediseñar los circuitos.

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La Carga Total resulta del Grado de Electrificación más la demanda de los eventuales circuitos para usos específicos.

TIPO Y CANTIDADES DE CIRCUITOS PARA CADA GRADO DE ELECTRIFICACIÓN 

Una vez que el proyectista ha establecido los puntos mínimos de utilización debe definir los circuitos exigidos por la RIEI.

Una vez que el proyectista ha establecido los tipos de circuitos, debe definir las cantidades mínimas de circuitos para cada Grado de Electrificación.

Cantida Tipo de circuito d Iluminació Tomacorrie Iluminació Tomacorrie Electrificaci mínima n uso nte uso n uso nte uso ón de Variante general general especial especial circuito (IUG) (TUG) (IUE) (TUE) s

Mínimo

Medio

2

3

Única

1

1

-

-

a)

1

1

1

-

b)

1

1

-

1

c)

2

1

-

-

d)

1

2

-

-

Elevado

5

Única

2

2

-

1

Superior

6

Única

2

2

-

1

RECÁLCULO DEL GRADO DE ELECTRIFICACIÓN CONSIDERANDO LA CANTIDAD Y TIPO DE CIRCUITOS

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Cuando el proyectista ha definido el número y tipo de circuitos mínimos para cada tipo de inmueble debe calcular el Grado de Electrificación definitivo asignándole a los circuitos la carga en VA de la siguiente tabla:

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A la demanda de potencia máxima simultánea (DPMS) de los circuitos de la tabla, el proyectista le podrá aplicar los siguientes coeficientes de simultaneidad:

CRITERIOS DE PROYECTOS PARA LAS EDIFICACIONES CRITERIOS DE PROYECTO PARA LOS ESPACIOS COMUNES Y SERVICIOS GENERALES 

Los espacios comunes en edificios son los pasillos, zonas de transito, locales para tableros de ascensores, para equipos de bombeo de agua, etc.  El sistema de servicios generales se conecta habitualmente a un suministro que en general es trifásico con neutro.

Los servicios generales comunes comprenden:    

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El sistema de bombeo de agua.

El sistema de ascensores.

Sistema de emergencia (sistemas de iluminación autónomos y no autónomos).

Los sistemas de iluminación de espacios comunes (iluminación permanente y/o automática).

Un edificio en propiedad horizontal tiene circuitos para sus servicios generales que deben estar diferenciados de los circuitos seccionales de los departamentos, locales u oficinas, de modo que cada uno contabilice su consumo de energía en forma diferenciada.

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Con la estimaciĂłn del consumo de agua diario, con los requerimientos de cantidades de personas a transportar en ascensores y con las necesidades de iluminaciĂłn establecidas en proyecto se determina la carga en todos estos sistemas y se eligen los conductores y protecciones asociadas a los servicios generales.

DETERMINACIÓN DE LA CARGA TOTAL CORRESPONDIENTE A UN CONJUNTO DE VIVIENDAS 

Para este procedimiento se sigue la RIEI. Se debe determinar la carga correspondiente de las viviendas, oficinas o locales, que se calcula sumando los resultados de:

DPMS correspondiente al Grado de Electrificación

DPMS de los circuitos dedicados a cargas específicas

(Afectando ambas cargas de los coeficientes de simultaneidad correspondientes).



Una vez calculada la carga de las unidades de propiedad horizontal y a fin de obtener la carga del conjunto, se procederá de la siguiente manera: En edificios de viviendas o eventualmente con algunos locales comerciales:  Se sumarán las cargas de las unidades de viviendas, oficina o local.  Al resultado se lo podrá afectar de un coeficiente de simultaneidad en función del número total de unidades y su Grado de Electrificación.



Al valor de la sumatoria del procedimiento anterior, se le suma la potencia de servicios generales con un factor de simultaneidad unitario.



Se seleccionan cables unipolares de la misma sección para las fases y el neutro, práctica que permite asegurar un mejor comportamiento del conductor de neutro ante las posibles sobrecargas de este tipo de instalaciones donde no se puede garantizar la simetría trifásica (cargas desequilibradas aleatorias).

En las acometidas, y previo a los medidores, las especificaciones las indican las empresas de distribución (EPEC) e indican fusibles solo en fases y el neutro sin protección.

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

De esta manera, si el neutro se hubiera elegido de sección menor que la sección de las fases (por ejemplo 3 x 120 mm2 + 70 mm2), el neutro no estará protegido por los mencionados fusibles y al ser de menor sección que los cables de las fases podría sobrecargarse y no disponer de la adecuada protección.

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En general las empresas de distribución indican la instalación de una caja ubicada en línea municipal para los fusibles NH de acometida.

Fusible tipo NH – 00

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

En el interior del edificio, en el gabinete principal, previo a los gabinetes de medidores, tanto de servicios generales como de usuarios, se instala un seccionador fusible de corte tetrapolar bajo carga para el corte general de emergencia de toda la carga del edificio.

Un seccionador fusible de corte bajo carga es una muy adecuada protección contra los cortocircuitos pero no contra las sobrecargas, con lo cual los conductores quedan desprotegidos ante consumos excesivos.

En estos casos conviene colocar un interruptor automático en caja moldeada, la cual protege a los conductores ante sobrecargas y cortocircuitos.

Seccionador fusible bajo carga NH

Interruptor automรกtico en caja moldeada

CRITERIOS DE UTILIZACIÓN DE CONDUCTORES 

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En general, a todos los materiales aptos para conducir corriente se los denomina conductores. La RIEI denomina conductor aislado a los construidos con hebras flexibles (cobre, aluminio o aleaciones) con una cubierta aislante; y cables a los conductores aislados con otra cubierta adicional aislante.

La RIEI indica que se deben utilizar en instalaciones fijas exclusivamente conductores aislados o cables no propagantes de llama y no propagantes de incendio.

En edificaciones para baja densidad ocupacional y condiciones fáciles de evacuación, la RIEI establece las siguientes especificaciones: 



Instalación fija en cañerías: conductores y cables no propagantes de llama e incendio según Norma IRAM NM 2473 (ex IRAM 2183), 2178, 62266, 62267. Las canalizaciones serán de materiales no propagantes de llama.

Instalación fija en bandejas: conductores y cables no propagantes de llama e incendio según Norma IRAM 2178, 62266. Los modelos IRAM NM 247-3, 62267 o desnudos IRAM 2004 solo como conductores de protección PE. Las bandejas y accesorios serán de materiales no propagantes de llama.

SELECCIÓN DE CONDUCTORES 

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La selección de conductores se debe realizar de modo que le permita al conductor transmitir la corriente de proyecto con una expectativa de vida y sin ocasionar en la aislación (material que se debe cuidar) temperaturas mayores a las admitidas para un tipo de cable en las condiciones particulares de su instalación.

La utilización de tablas normalizadas de conductores garantiza que la corriente no ocasionará calentamientos que eleven la temperatura de los conductores y cables.

Las temperaturas máximas admisibles en servicio continuo dependen del tipo de aislación. Por ejemplo en cubiertas de PVC es de 70ºC y en cubiertas de XLPE es de 90 ºC.

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Las temperaturas máximas admisibles en condiciones de cortocircuito dependen también del tipo de aislación. Por ejemplo en cubiertas de PVC es de 160 ºC y en cubiertas de XLPE es de 250 ºC.  La siguiente tabla muestra un ejemplo de forma de presentación de valores de corriente admisible de conductores norma IRAM 247-3.

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Conocida la corriente que deben transmitir los conductores eléctricos, la primera selección del conductor se refiere a la sección de cobre que admita esa corriente.

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A esta primera selección de sección del conductor se la denomina “sección mínima del conductor por corriente admisible”

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Ahora bien, todo conductor, por el hecho de tener una impedancia origina una determinada caída de tensión por el paso de la corriente que transporta.

IMPEDANCIA

Tensión aplicada Intensidad de corriente que circula

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Esa caída de tensión debe ajustarse a los límites máximos que la RIEI establece desde los bornes de salida del TP y cualquier punto de utilización.

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Máxima caída de tensión conjunta total en circuitos seccionales y circuitos terminales para iluminación hasta la última boca: 3% Máxima caída de tensión conjunta total en circuitos seccionales y circuitos de conexión fija que alimenten solo motores: 5% en régimen y 15% durante el arranque.



En ningún caso el circuito seccional deberá originar una caída de tensión mayor al 1%.



Finalmente, como es normal que ocurran cortocircuitos, los conductores deben tener la capacidad térmica de tolerarlos en el breve tiempo de su mantenimiento, tiempo que está vinculado directamente al tiempo de actuación de las protecciones asociadas a esos conductores.

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La capacidad térmica al cortocircuito de un conductor está vinculada directamente a:  Su sección de cobre.  El tiempo de permanencia de la corriente de cortocircuito.  El tipo de aislación. 

Una vez seleccionada la sección mínima por corriente admisible, las demás verificaciones (caída de tensión o verificación de sección por cortocircuito) solo podrán aumentar las secciones.

SECCIONES MÍNIMAS EN CIRCUITOS PARA USOS GENERALES 

Las secciones de los conductores no podrán ser menores a las siguientes:



Líneas principales: 4 mm2.

Circuitos seccionales: 2.50 mm2.

Circuitos terminales IUG sin tomacorrientes derivados: 1.50 mm2.

Circuitos terminales IUG con tomacorrientes derivados o circuitos TUG: 2.50 mm2.

Circuitos TUE: 2.50 mm2.

   

    

Circuitos para usos especiales: 2.50 mm2.

Circuitos para usos específicos (alimentación a MBTF): 1.50 mm2.

Alimentación a interruptores de efectos: 1.50 mm2.

Retornos de los interruptores de efectos: 1.50 mm2.

Conductor de protección (PE): 2.50 mm2.

ESQUEMAS DE CONEXIONES

VERIFICACIÓN DE SECCIONES POR MÁXIMA CAÍDA DE TENSIÓN Caída de tensión porcentual en líneas monofásicas (220 V)

ΔUm% = 2 x Im x L (R cos φ + X sen φ) x 100 / 220 V Siendo:  ΔUm% = Caída de tensión porcentual referida a 220 V.  2 = Factor a aplicar para la caída de tensión en tramos monofásicos.  Im = Intensidad de corriente de línea monofásica en A.  L = Distancia entre dos puntos donde se calcula la caída de tensión en Km.  R = Resistencia del conductor a la temperatura de servicio, en Ω/Km.  X = Reactancia de los conductores en Ω/Km. Generalmente y para las secciones utilizadas en circuitos terminales es pequeña y el termino multiplicado por el sen φ la hace despreciable.

Caída de tensión porcentual en líneas trifásicas (380 V) ΔUt% = 1.73 x It x L (R cos φ + X sen φ) x 100 / 380 V Siendo:  ΔUt% = Caída de tensión porcentual referida a 380 V.  1.73 = Factor a aplicar para la caída de tensión en tramos trifásicos.  It = Intensidad de corriente de línea trifásica en A.  L = Distancia entre dos puntos donde se calcula la caída de tensión en Km.  R = Resistencia del conductor a la temperatura de servicio, en Ω/Km.  X = Reactancia de los conductores en Ω/Km.



Comparemos a continuación las dos fórmulas para determinar, respecto a la caída de tensión porcentual, la ventaja de las líneas trifásicas frente a las líneas monofásicas.



ΔUm% = 2 x Im x L (R cos φ + X sen φ) x 100 / 220 V ΔUt% = 1.73 x It x L (R cos φ + X sen φ) x 100 / 380 V Como 380 V = 1.73 x 220 V, la ultima formula queda: ΔUt% = 1.73 x It x L (R cos φ + X sen φ) x 100 / (1.73 x 220 V) Donde se puede simplificar el término 1.73, quedando entonces: ΔUm% = 2 x Im x L (R cos φ + X sen φ) x 100 / 220 V ΔUt% = It x L (R cos φ + X sen φ) x 100 / 220 V

     



A la misma potencia de carga en un sistema trifásico la corriente es tres veces menor que la monofásica (It = Im/3), y en la fórmula de caída de tensión trifásica no interviene el número 2, resulta a igualdad de sección, tipo de conductores y distancia que la caída de tensión porcentual en líneas trifásicas es seis veces menor que la caída de tensión porcentual en líneas monofásicas.



Esta comparación es válida solo si la carga trifásica es equilibrada (motores trifásicos de ascensores, de bombeo de agua, etc.) y por ello la corriente en el neutro es nula.



Cuando las condiciones de caída de tensión no se cumplen, una alternativa es aumentar las secciones de los conductores elegidos en primera instancia solo por corriente admisible.



También se pueden establecer en circuitos seccionales monofásicos la variante de proyectarlos como suministros trifásicos.

VERIFICACIÓN DE SECCIONES POR CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO 

La RIEI indica el procedimiento para seleccionar los dispositivos (interruptores automáticos) de modo que cuando se produzcan cortocircuitos, las protecciones los interrumpan antes de que produzcan daños en los componentes de la instalación.



El procedimiento de la RIEI para la verificación de secciones de conductores por medio de interruptores automáticos asociados que se verá aquí consiste en lo siguiente:



Verificación de energía pasante aguas abajo del dispositivo de protección por medio del cumplimiento de la fórmula: K2 S2 > I2 t





La verificación de secciones por corriente de cortocircuito solo puede aumentar las secciones impuestas por corriente admisible y por caída de tensión.

Los dispositivos limitadores de clase 3 son ventajosos ya que ante un cortocircuito el interruptor automático deja pasar una energía menor que si no fuera un dispositivo limitador, o fuera de una clase menor a 3.



La protección de los conductores queda asegurada si se cumple entonces la siguiente expresión: K2 S2 > I2 t

Siendo: I2 t: máxima energía específica pasante aguas abajo del dispositivo de protección (en A2 S).

K2 S2: máxima exigencia térmica del conductor.

S: sección nominal de los conductores en milímetros cuadrados.

K: coeficiente que tiene en cuenta las características del conductor.

K = 115 para conductores de cobre aislados en PVC K = 143 para conductores de cobre aislados con goma butílica, goma etilénpropilénica o polietileno reticulado (XLPE).





La característica de máxima energía especifica pasante (I2 t) se encuentra ligada a la clase de limitación que posee el dispositivo de protección.

Valores de máxima energía térmica admisible para varias secciones normalizadas:



La aislación XLPE soporta temperaturas mayores capacidad de energía térmica.

mayor

Valores de máxima energía específica pasante aguas abajo del dispositivo de protección:

SELECCIÓN DE CONDUCTORES POR MÁXIMA EFICIENCIA ENERGÉTICA Como se mencionó en el capitulo Nº1, la POTENCIA puede ser expresada mediante la siguiente expresión: P = R x I2 

Conceptos La magnitud de la corriente eléctrica que circula por un conductor depende:  De la fuerza electromotriz aplicada.  De las propiedades del conductor.

Todas las sustancias

TENDENCIA A OPONERSE AL PASO DE LA CORRIENTE

RESISTENCIA ELÉCTRICA O RESISTENCIA La unidad de resistencia es el Ω (ohm).

La resistencia (“R”)

Fricción existente entre dos superficies que están en contacto cuando un cuerpo se mueve respecto de otro.

Calor en el conductor, produciendo pérdidas en las instalaciones eléctricas, ya que parte de la energía suministrada por la distribuidora (EPEC) se convierte en calor en los conductores. 

Esto indica que los materiales de resistencias mayores (menores secciones) constituyen conductores más pobres.



El valor de la resistencia, para las distintas secciones de cobre se puede obtener de las tablas de selección de conductores.  En las instalaciones eléctricas, para la misma carga y utilizando cobre electrolítico, las pérdidas en los circuitos dependen de: 

El tipo de alimentación (monofásico o trifásico con neutro).  De las distancias.  De las secciones de cobre. 

En un edificio en PH donde los medidores de los clientes están instalados en un subsuelo o en la planta baja, las pérdidas en los circuitos seccionales de cada tablero seccional, están a cargo de los clientes.  Es responsabilidad del proyectista o instalador verificar que las pérdidas no sean mayores para el tablero seccional más alejado.





Las pérdidas se calculan mediante la resistencia de los cables de las fases (2 en circuitos monofásicos, 3 en circuitos trifásicos equilibrados).

En una línea trifásica equilibrada la corriente se equilibra entre las fases y por lo tanto en el neutro debería ser nula, por lo tanto intervienen aquí tres conductores de fases.

Determinación de las pérdidas en líneas monofásicas



Las pérdidas por hora en líneas monofásicas se pueden contabilizar a partir de la siguiente expresión:

Pérdidas por hora [Wh] = 2 x R [Ω/Km] x L [Km] x I2 [A]



Con esta expresión se pueden así mismo determinar las pérdidas a lo largo de un año de la siguiente manera:

Pérdidas por año [Wh/año] = pérdidas por hora [Wh] x 8 h x 30 días x 12 meses 

Una vez contabilizadas las pérdidas, conociendo el costo de la energía ($/KWh), se puede estimar el costo anual de pérdidas:

Costo anual de pérdidas [$/año] = pérdidas por año [Wh/año] x costo de la energía [$/KWh]





Se puede hacer un análisis comparativo entre el costo de las pérdidas y el costo de energía a lo largo de un año y así poner de manifiesto la incidencia que, en el valor de las pérdidas, tiene la sección de cobre elegida, caracterizada por su resistencia eléctrica.

El costo de la energía a lo largo de un año se puede determinar conociendo la potencia aparente de una instalación y el costo de la energía mediante la siguiente expresión: Costo de la energía anual [$] = potencia aparente [VA] x 8 horas x 30 días x 12 meses x costo de la energía [$/KWh]



La potencia aparente de una línea monofásica se obtiene de la siguiente manera: Potencia aparente [VA] = I [A] x 220 [V]



De esta manera se puede estimar la magnitud del costo de las pérdidas en relación al costo de la energía anual como sigue:

(Costo anual de pérdidas [$/año] / costo de la energía anual [$]) x 100 

Con este análisis se pone de manifiesto la necesidad de lograr eficiencia energética en los proyectos de instalaciones eléctricas.



Las pérdidas en las instalaciones eléctricas se pueden disminuir de la siguiente manera:



Aumentando la sección de los conductores (disminuye la resistencia eléctrica).

Optando por suministros trifásicos en lugar de monofásicos para la misma carga.



Determinación de las pérdidas en líneas trifásicas 

Las pérdidas por hora en líneas trifásicas se pueden contabilizar a partir de la siguiente expresión: Pérdidas por hora [Wh] = 3 x R [Ω/Km] x L [Km] x I2 [A]



Las restantes expresiones son las mismas que para líneas monofásicas:

Pérdidas por año [Wh/año] = pérdidas por hora [Wh] x 8 h x 30 días x 12 meses

Costo anual de pérdidas [$/año] = pérdidas por año [Wh/año] x costo de la energía [$/KWh] 

Para determinar el costo de la energía a lo largo de un año de debe tener en cuenta la potencia aparente teniendo en cuenta que se trata de un suministro trifásico: Costo de la energía anual [$] = potencia aparente [VA] x 8 horas x 30 días x 12 meses x costo de la energía [$/KWh]



Donde la potencia aparente se obtiene de la siguiente expresión para líneas trifásicas: Potencia aparente [VA] = 1.73 x I [A] x 380 [V]



Y al igual que en líneas monofásicas se puede determinar la magnitud del costo de las pérdidas en relación al costo de la energía anual: (Costo anual de pérdidas [$/año] / costo de la energía anual [$]) x 100



A los efectos de lograr una mejor apreciación de la importancia de la eficiencia energética en las instalaciones eléctricas se va a desarrollar un ejemplo de instalación para un departamento tipo.  El mismo presenta una DPMS de 4700 VA y en principio se plantea con suministro monofásico.  Se va a comparar para diferentes distancias del circuito seccional la magnitud de las pérdidas tanto para el planteo del suministro monofásico como también una variante con suministro trifásica con neutro.  Con suministro monofásico la carga total es de 4700 VA / 220 V = 21.36 A  Se considerará además una utilización referencial de 8 horas por día.



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A los efectos prácticos se va a considerar un valor de la energía de 0.20 $/KWh y se hace una comparación para diferentes distancias del circuito seccional.

Los conductores se eligen primeramente por corriente admisible y luego se verifica la caída de tensión y los resultados para conductores de 6 mm2 son los que muestra la siguiente tabla:

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Si se grafica el aumento del costo de pérdidas en función del aumento en la longitud del circuito seccional se obtiene la siguiente gráfica. En la misma se agrega también el costo de inversión para visualizar mejor las relaciones entra cada una de las variables.

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En el gráfico se observa el aumento de pérdidas en función del aumento de longitud del circuito.  Si se compara el costo de inversión de los conductores con el costo de pérdidas a lo largo de 40 años (vida útil de la estructura) se observa que el costo de inversión solo representa un 12.03% del costo de pérdidas. 

Los resultados para conductores de 10 mm2 son los que se muestran en la siguiente grafica:

Si se hace un anĂĄlisis comparativo de las pĂŠrdidas para distintas longitudes y para conductores de 6 mm2 y de 10 mm2 siempre para una carga de 4700 VA se tiene la siguiente grĂĄfica:

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El hecho de utilizar conductores de menor resistencia eléctrica para aquellos circuitos de mayor longitud se traduce directamente en un ahorro que a lo largo de la vida útil de la instalación supera con creces al costo de inversión en conductores.

El mismo análisis comparativo se puede realizar para una variante de suministro trifásico para los departamentos que se encuentren más alejados del medidor y por lo tanto aquellos cuyos circuitos seccionales producen mayores pérdidas.

Con suministro trifásico la carga total es de: 4700 VA / 1.73 x 380 V = 7.15 A

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En la siguiente gráfica se observa cómo disminuye el costo de pérdidas al optar por suministro trifásico:

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Se puede lograr eficiencia energética en las instalaciones eléctricas de dos manera diferentes:

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Mediante la selección de conductores de menor resistencia eléctrica (mayores secciones).

Optando por suministros trifásicos en lugar de monofásicos, que presenta la ventaja de poder lograr un mejor equilibrio de cargas.

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Mediante estas consideraciones se puede logar que los diferentes circuitos seccionales en edificios en PH presenten las mismas pérdidas y que el costo de la energía para el departamento más alejado del tablero de medidores ubicado en subsuelo o planta baja no sea mayor que para los departamentos más cercanos a los mencionados tableros.

SELECCIÓN DE PROTECCIONES ELÉCTRICAS 

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Las protecciones deben desconectar los conductores de la instalación que transportan una determinada corriente en caso de que se originen sobrecargas y/o cortocircuitos.

Las sobrecargas disminuyen la vida útil de la aislación de los cables, lo que finalmente origina un cortocircuito.

Los interruptores automáticos (termomagnéticos) especificados en la norma IRAM 2169, Norma IEC 60898 (ámbito de uso doméstico), son los dispositivos que se han impuesto en las instalaciones eléctricas de inmuebles.

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El interruptor automático es capaz de interrumpir sobrecargas y cortocircuitos hasta una corriente máxima denominada poder de corte, que es la máxima corriente que el interruptor automático es capaz de cortar.  El poder de corte según Norma IEC 60898 se debe indicar en la unidad Ampere (por ejemplo el modelo C60N de Merlin Gerin) pues la lectura de la capacidad de ruptura debe ser comprensible al operador (ámbito doméstico, personas no capacitadas).