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INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES

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INDICE

1.

2.

3.

4.

Índice………………………………………………………………………….…...... 2 Introducción….……………………………………………………………….…….. 4 Conductores eléctricos………………………………………………….…......…... 5 1.1. Definición………………………………………….………………..……….…. 5 1.1.1. Conductor eléctrico………………………….…………………..….….. 6 1.1.2. Aislamiento……………………………………………………..….……. 7 1.1.3. Cubierta externa…………………………………..………...……...…. 7 1.1.4. Flexibilidad………………………………………….…………….…….. 8 1.1.5. Forma………………………………………………………….…….……. 9 1.1.6. Dimensiones………………………………………………...….…….…...9 Tipos de conductores………………………………………………….…......…....10 2.1.1. Clase 1: Conductores de un solo alambre……………………….…. 11 2.1.2. Clase 2: Conductores de varios alambres cableado………………..12 2.1.3. Clase 5: Conductores flexibles……………………………………….. 13 2.1.4. Clase 6: Conductores que son más flexibles que las clase 5………14 Designación del conductor………………………………………………...….……15 3.1.1. Serie americana…………………………………………………………15 3.1.1.1. Sistema circular (CM)……………………………..…….……..15 3.1.1.2. Designación AWG para conductores……………..…….…….17 3.1.1.3. Cables USA comerciales……………………………..…….…..17 3.1.2. Serie europea………………………………………………..……….….18 3.1.2.1. Designación y secciones de cables………………………...….18 3.1.2.1.1. Literal ..…………………………………………….….…19 3.1.2.1.2. Numérica……………………………………………..…. 20 3.1.2.2. Secciones y formas normalizadas de los cables NYY para distribución primaria……………………………….....21 3.1.2.3. Secciones y formas normalizadas de los cables NKY para y NKY para distribución secundaria……………......21 3.1.3. Principales entidades normativas……………………..……..….…...21 Clasificación de los cables…………………………………………………...…….22 4.1. Cables por familias……………………………………………………..….….22 4.1.1. Cables desnudos.…………………………………………………...……22 4.1.1.1. Cables de cobre………………………………………………......22 4.1.1.2. Cables de aluminio…………………………………………..….22 4.1.2. Cables de uso general………………………………………………..…23 4.1.2.1. Cables para instalaciones fijas……………………………..…23 4.1.2.2. Cables para instalaciones móviles…………………………....25

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4.1.2.3. Cables para instalaciones especiales…………………….…..26 4.1.3. Cables de energía………………………………………………….……27 4.1.3.1. Red de distribución primaria…………………………………28 4.1.3.2. Red de distribución secundaria………………………….……29 4.1.4. Cables telefónicos……………………………………………………….30 4.1.5. Cables de alta seguridad………………………………………….…...33 5. Selección de Conductor….…………………………………………………...…….35 5.1.1. Cálculo por capacidad de corriente………………………………………………………………..…...35 5.1.2. Cálculo por caída de potencial…………………………………………………………………....40 6. Bibliografía…………………………………………………………………………..42

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INTRODUCCIÓN

La energía eléctrica sin duda es el energético más utilizado en el mundo, se dice también que la electricidad es el pilar del desarrollo industrial de todos los países, parte importante del desarrollo social de una nación y el elemento esencial para el desarrollo tecnológico y mejorar la vida del hombre. Por lo tanto la electricidad juega un papel muy importante en la vida del ser

humano, con la electricidad se establece una serie de comodidades que con el transcurso de los años se van haciendo indispensables para el hombre. Es por ello que se toman las medidas para su ahorro, ya que las termoeléctricas constituyen nuestra principal fuente de energía eléctrica, al aumentar la demanda eléctrica hay que aumentar la capacidad de generación de las centrales eléctricas, es por eso que la cooperación de cada ciudadano evitando el malgasto es indispensable para eliminar esta situación. Para lograrlo es necesaria la eficiencia en el ahorro energético, tanto en las industrias como en el hogar. El campo eléctrico en los medios materiales por los que se traslada la energía eléctrica es conocido como conductor eléctrico (típicamente metales), Un conductor es una sustancia capaz de transportar carga eléctrica. Esta propiedad se debe a que algunos de los electrones de cada átomo se encuentran débilmente ligados a los núcleos. Entonces, un pequeño campo eléctrico puede ponerlos en movimiento. Dichos conductores son los usados para suministrar energía eléctrica a las naciones a través de líneas de transmisión y redes de distribución formada por conductores eléctricos, desde el inicio de su recorrido en las centrales generadoras hasta llegar a los centros de consumo.

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CONDUCTORES ELÉCTRICOS

1) DEFINICIÓN Un conductor eléctrico es un material que ofrece poca resistencia al paso de la corriente eléctrica. Los mejores conductores eléctricos son metales, tales como el cobre, el oro, el hierro y el aluminio. Todos los metales están constituidos por paquetes compactos de átomos de metal con pequeñísimos electrones libres flotando en los espacios entre los átomos, libres para viajar a lo largo de todo metal. La presencia de esos electrones libres hace a todos los metales buenos conductores. No todos los metales conducirán la electricidad con la misma facilidad.

Fig.1.- Conductor Eléctrico

Fig.1: Obtenido de Manual de Instalaciones Eléctricas en B.T, Edición 9na, Servicion Condumx S.A, Pag.17

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Para el transporte de energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el mejor conductor es el cobre. También se puede utilizar el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60% de la del cobre, es sin embargo un material tres veces más ligero, por lo que su empleo está más indicado en líneas aéreas que en la transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión. Los alambres y cables que se emplean en casas habitación, bodegas, etc., se conocen en el argot de los conductores eléctricos como cables para la industria de

la construcción. Estos cables para la industria de la construcción en baja tensión están formados por los siguientes elementos: 

El conductor eléctrico, que es el elemento por el que circula la corriente eléctrica: es de cobre suave y puede tener diferentes flexibilidades:  Rígida: Conductor formado por un alambre.  Semiflexibles: Conductor formado por un cable.  Flexible: Conductor formado por un cordón.



El aislamiento, cuya función principal es la de soportar la tensión aplicada y separar al conductor eléctrico energizado de partes puestas a tierra. Los materiales aislantes usados desde sus inicios han sido sustancias poliméricas, que en química se definen como un material o cuerpo químico formado por la unión de muchas moléculas idénticas, para formar una nueva molécula más gruesa. Antiguamente los aislantes fueron de origen natural, gutapercha y papel. Posteriormente la tecnología los cambió por aislantes artificiales actuales de uso común en la fabricación de conductores eléctricos. Los diferentes tipos de aislación de los conductores están dados por su comportamiento técnico y mecánico, considerando el medio ambiente y las

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condiciones de canalización a que se verán sometidos los conductores que ellos protegen, resistencia a los agentes químicos, a los rayos solares, a la humedad, a altas temperaturas, llamas, etc. Entre los materiales usados para la aislación de conductores podemos mencionar el PVC o cloruro de polivinilo, el polietileno o PE, el caucho, la goma, el neoprén y el nylon. 

Cubierta Externa, cuya función es la de proteger al cable de factores externos (golpes, abrasión, etc.) y ambientales (lluvia polvo, rayos solares, etc.). Normalmente está cubierta externa es de cloruro de vinilo (PVC) y se aplica en cables multiconductores.

Fig.2. Partes de un Cable

Son cuatro factores que deben ser considerados en la selección de los conductores: material, flexibilidad, forma y dimensiones.

Material Los materiales más usados como conductores eléctricos son el cobre y el aluminio, aunque el primero es superior en características eléctricas y mecánicas (la conductividad del aluminio es aproximadamente 60% de

Fig.2.: Manual de Instalaciones Baja Tensión, 9na. Edición, Serivicios Condumex S.A. Pag.63

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la del cobre y su esfuerzo de tensión a la ruptura, el 40%). Las características de bajo peso del aluminio han dado lugar a un amplio uso de este metal en la fabricación de los cables aislados y desnudos.

¿Por qué el cobre es el metal que se prefiere en la elaboración de conductores eléctricos? Hay muchas razones técnicas que respaldan el uso del cobre como material para los conductores eléctrico, pero la principal es la confiabilidad probada que éste posee. Las razones de éxito que ha tenido el cobre se basan en su conductividad eléctrica y sus propiedades mecánicas, puesto que su capacidad de conducción de corriente lo convierte en el más eficiente conductor eléctrico, en términos económicos. Podemos asegurar que el cobre debido a su mayor capacidad de corriente para un calibre dado, a igual espesor de aislamiento que los cables de aluminio, puede instalarse en tubos, ductos, charolas o canaletas de menor tamaño. Es decir, los conductores de cobre minimizan los requerimientos de espacio. Esto resulta útil si se toma en cuenta que un aumento en el diámetro de los tubos, ductos o canaletas, en conjuntos con el espacio requerido por el alambrado, incrementa los costos de instalación al igual que todos los componentes que integran esta.

Flexibilidad Acorde con los requerimientos de una instalación en particular, las normas de productos clasifican la flexibilidad de los conductores en clases de cableado, combinando diferentes diámetros de alambres y el número de éstos.

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a) Alambres

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Conductores Sólidos

b) Cables (AA, A, B o C) Conductores cableados concéntricos( con o sin compactación) c) Cordones (I, J, K)

Conductores flexibles (aumenta la flexibilidad

con el número de hilos)

Fig.3. Flexibilidad de los conductores.

Forma La forma geométrica de los conductores eléctricos es generalmente redonda, y dependiendo de su aplicación puede ser:

Fig.4. Forma geométrica de los conductores eléctricos

Dimensiones El tamaño o sección transversal o calibre de los conductores eléctricos debe indicarse o el número de la escala de calibres americanos (AWG). Es importante recordar que a nivel mundial se usan dos escalas de calibres para cuantificar el taño de los conductores eléctricos:

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

Escala americana AWG.



Escala Internacional (IEC), mm2.

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2) TIPOS DE CONDUCTORES Según el Número de alambres como este constituido un conductor, depende su clasificación. Así tenemos: Según la norma NTP 370.250.2008 los conductores deben ser de: Cobre recocido, sin o con recubrimiento metálico, o bien aluminio puro. Los conductores han sido divididos en 4 clases: 1, 2,5 y 6. Los de la clase 1 y 2 se destinan para la construcción de cables aislados para las instalaciones fijas. Los de la clase 5 y 6 se utilizan en cables para instalaciones móviles, pero también puede usarse en instalaciones fijas.  Clase 1 : Conductores de un solo alambre  Clase 2: Conductores de varios alambres cableado.  Clase 5 : Conductores flexibles  Clase 6 : Conductores que son más flexibles que las clase 5

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Tabla 1: Norma Técnica Peruana (NTP 370.250.2008) Conductores Eléctricos. Conductores para cables aislados, 2008-06-25, 3ra Edición, Pag.8

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Tabla 2: Norma Técnica Peruana (NTP 370.250.2008) Conductores Eléctricos. Conductores para cables aislados, 2008-06-25, 3ra Edición, Pag.9.

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Tabla 3: Norma Técnica Peruana (NTP 370.250.2008) Conductores Eléctricos. Conductores para cables aislados, 2008-06-25, 3ra Edición, Pag.10.

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Tabla 4: Norma Técnica Peruana (NTP 370.250.2008) Conductores Eléctricos. Conductores para cables aislados, 2008-06-25, 3ra Edición, Pag.11.

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3) DESIGNACION DEL CONDUCTOR El conductor está designado, en cuanto a su tamaño, por un calibre que puede ser:  Americana (AWG – MCM)  Europea 3.1)

Serie Americana

Sistema de cables AWG (American Wire Gage) Según las especificaciones de las normas ASTM (American Society for Testing and Materials). Cuando se expresa en AWG, el más grueso es el 4/0, siguiendo en orden descendente 3/0, 2/0, 1/0, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 14, 16 y 18 que es el más delgado usado en instalaciones eléctricas. En este caso, mientras más grande es el número más pequeña es la sección transversal del conductor. Sistema Circular Mil (CM). Para conductores de área mayor al 4/0, se utiliza una unidad denominada “Circular Mil”. El Circular Mil se define como el área de una circunferencia cuyo diámetro es una milésima de pulgada. Este sistema de unidad es para cable de alta tensión, lo colocamos para completar dicho trabajo ya que es de suma importancia este sistema.

Fig.5. Mil Circula Mil

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Para conductores con un área mayor del designado como 4/0, se hace una designación en función del su área en pulgadas, denominada CM (circular mil), siguiendo 200,000 CM o 200 KCM.

Fig.6. Calibre de conductores desnudos, designación AWG. TABLA 5. AREA DE LOS CONDUCTORES AWG en mm2 y KCM Calibre (AWG o

Área mm2

Circula mil

18

0.823

1620

16

1.31

2580

14

2.08

4110

12

3.31

6530

10

5.261

10380

8

8.367

16510

6

13.3

26240

4

21.15

41740

3

26.67

52620

2

33.62

66360

1

42.41

83690

1/0

53.49

105600

2/0

67.43

133100

3/0

85.01

167800

4/0

107.2

211600

Kcmil)

Tabla 5: Área de los Conductores AWG en mm2 y KCM, Norma Técnica Peruana (NTP 370.250.2008) Conductores Eléctricos. Conductores para cables aislados, 2008-06-25, 3ra Edición, Pag.19

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Designación AWG para los conductores Se designan con números entre 0 y 40. Algunos códigos utilizados: T: Resistente a la temperatura H: Resistente al calor W: Resistente a la Humedad SB: Retardador de llama. WP: Resistente a la Intemperie. F: A prueba de flama Cables USA comerciales TW: Cable formado por un conductor de cobre, con una cubierta de termoplástico de Cloruro de Polivinilo (PVC), el cual soporta una temperatura de 60ºC y es resistente a la humedad. Se usa en instalaciones interiores y exteriores de baja tensión, al aire o enterrado en ductos. Este cable está aislado hasta 600 V. En la actualidad se consigue en calibres desde 14 hasta el 4 AWG de varios hilos y 14 hasta el 8 AWG sólido. TF: De características similares al TW, pero la diferencia es el calibre, que va desde 16 a 20 AWG. Se usa en instalaciones de alumbrado. THW: Cable formado por un conductor de cobre de varios hilos, con una cubierta de termoplástico de Cloruro de Polivinilo (PVC), el cual soporta una temperatura de 75ºC y es resistente a la humedad. Se usa en instalaciones interiores y exteriores de baja tensión, hasta 600 V. El cable es bastante resistente al calor. Comercialmente se encuentran en calibres desde el 14 AWG hasta el 500 KCM. 3.2)

Serie Europea Designación y Secciones de Cables Normalizados.

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Cada cable tiene una designación según norma que cuenta con diferentes letras y números que hacen referencia a los recubrimientos del cable, a revestimientos metálicos, a la clase de los conductores, y a la composición final del cable. 

Literal (siglas)

Se aplica la simbología utilizada por la VDE (Verband Deutscher Elektrotechniker - Asociación Alemana de Ingenieros Eléctricos) para la designación de la conformación de los cables: N

Conductor de Cobre electrolítico

NA

Conductor de Aluminio

X

En reemplazo de N: Conductor no normalizado.

K

Cubierta de Plomo

EK

Cubierta de Plomo en cada fase(cables multipolares)

Y

Aislamiento y cubierta de PVC : Poli vinil Cloruro (termoplástico)

2Y

Doble Cubierta de Cloruro de PE : Polietileno (Termoplástico)

G

Aislamiento y cubierta de Goma (Termoestable)

S

Pantalla Electrostática de Cobre sobre el aislamiento

SE

Pantalla Electrostática de Cobre sobre cada fase (cables multipolares)

SA

Pantalla Electrostática de Aluminio

SEA Pantalla Electrostática de Aluminio X

Capa de Polietileno Semiconductor Extruido

2X

Aislamiento de Polietileno Reticulado XLPE (Cross= X, Linked=L, Polietileno=PE) (Termoestable)

B

Armadura de flejes de Acero

R

Armadura de alambres de Acero

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

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Numérica

La designación numérica de las secciones de los cables se realiza de la siguiente manera: Ejemplo N°1: 3 Conductores de 35 mm2, aislamiento con polietileno reticulado (XLPE), cubierta exterior con cloruro de polivinilo (PVC).

3x35 mm2 N2XY 0.6/1 KV

Ejemplo N°2: 3 Conductores de cobre con formación triplex de 35 mm2, aislamiento con polietileno reticulado (XLPE), cubierta exterior con cloruro de polivinilo (PVC).

(3-1x35) mm2 N2XY 0.6/1 KV

Fig.7, 8. Designación Numérica de Cables

Fig 7, 8: Catálogo Conductores Eléctricos Lima S.A., Pag.52, 54

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SECCIONES Y FORMAS NORMALIZADAS DE LOS CABLES NKY PARA DISTRIBUCION PRIMARIA

SECCIONES Y FORMAS NORMALIZADAS DE LOS CABLES NYY y NKY PARA DISTRIBUCIÓN SEC

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INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES UNDARIA

3.1)

PRINCIPALES ENTIDADES NORMATIVAS.

SI

Sistema Internacional de Medidas

ANSI

American National Standard Isntitute

ASA

American Standard Asociation

ASTM

American Society for Testing and Materials

API

American Petroleum Institute

BSI

British Standards Institution

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

DIN

Deuchs Industries National

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INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES IEC

International Electrotechnical Commission

JIS

Japanese Industrial Standards

VDE

Asociación de Electrónicos alemanes

NEMA

National Electrical Manufacturers Association

NEC

National Electrical Code

RA

Armadura de alambres de aluminio

C

Alma concéntrico de cobre o aluminio

A

Cubierta exterior de yute

H

Libre de halógenos (F,I,C,CI,Br)

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4) CLASIFICACIÓN DE CABLES 4.1) Cables por Familia 4.1.1) Cables Desnudos 4.1.2) Cables de Uso General 4.1.3) Cables de Energía 4.1.4) Cables Telefónicos 4.1.5) Cables de Alta Seguridad 4.1.1) Cables Desnudos Son especiales para: líneas aéreas para distribución eléctrica primaria y secundaria, circuitos de conexión a tierra, sistema de puesta a tierra de maquinaria y equipo. Cobre Suave: Para tierra Duro: Líneas Aéreas Aluminio Aluminio Puro (AAC): Vanos Cortos Aleación de Aluminio (AAAC): Líneas Aéreas ACSR: Líneas Aéreas Fig.9. Cables Desnudos

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Características de los Conductores* Características

COBRE

ALUMINIO

Suave

Duro

Puro

Aleación

ACSER

8.89

8.89

2,70

2,69

4,00

Conductividad %

100

96,16

61,0

52,5

Resistividad ohm.mm2 /

17,241

17,93

28,265

32,841

44

>18,3

>33,7

Peso Específico kg/mm2. km

km Esfuerzo de rotura kg-

>36,00

f/mm2 El material a utilizar como conductor depende:  Al uso específico que le quiera dar.  A sus características eléctricas y mecánicas  Al costo 4.1.2) Cables de Uso General 4.1.2.1)

Instalaciones Fijas

4.1.2.2)

Instalaciones Móviles

4.1.2.3)

Aplicaciones especiales

4.1.2.1) Instalaciones Fijas Usados para el cableado de vivienda, edificios e instalaciones industriales

Fig.10.-Cables para Instalaciones Fijas *Manual de Instalaciones en Baja Tensión, 9na Edición, Servicios Condumex, Pag.64.

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INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES TIPO DE

TEMPERATURA

CABLES

MÁXIMA DE

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APLICACIÓN

OPERACIÓN Instalaciones generales dentro de tubería, para TW-80

80 °C

ambientes secos y húmedos Instalaciones generales en industrias, dentro de tubería donde se requieran conductores de

THW- 90

90 °C

características superiores al TW-80 Instalaciones interiores, visibles o empotradas,

TWT- 70

70 °C

directamente en el interior de muros y paredes, como alimentadores o en derivaciones.

TW -80 TENSION NOMINAL: 750 V TEMPERATURA DE OPERACIÓN: 80 °C APLICACIÓN: Instalaciones Interiores Fijas Domiciliarias, Dentro de tuberías CONSTRUCCIÓN: Conductor de cobre suave, sólido o cableado. Aislamiento con Cloruro de Polivinilo (PVC) COLOR: