Cálculo de la sección del conductor en instalaciones eléctricas

Cálculo de la Sección del Conductor en las Instalaciones Eléctricas

Consideraciones previas

El cálculo de la sección de los conductores constituye una pieza fundamental del diseño de una instalación eléctrica. Las dimensiones escogidas han de ser capaces de soportar las intensidades de corriente para las que ha sido concebida la instalación, garantizando la seguridad y el funcionamiento adecuado de los receptores a lo largo de su vida útil. De ahí que se establezcan unos valores de sección mínimos reglamentarios que nunca deben rebasarse. Así, el proceso de diseño comienza siempre por determinar estos valores umbrales y se aplican posteriormente consideraciones como las posibilidades de ampliación, la eficiencia energética, criterios económicos, la protección de los cables, etc. La decisión final de la magnitud de la sección corresponderá al proyectista quien hará uso de sus propios criterios y experiencia, siempre respetando los mínimos requeridos.

De forma previa a cualquier cálculo debe haberse decidido el tipo de cable que se va a emplear, sus características esenciales y su forma de instalación, todo ello partiendo de las consideraciones expuestas en apartados anteriores. A partir de ese momento se inicia el cálculo de la sección de cada uno de los conductores de la instalación aplicando diferentes criterios. De manera general, los criterios más empleados en el dimensionado de las instalaciones eléctricas son:

• Intensidad máxima admisible o criterio térmico en régimen permanente.
• Caída de tensión.
• Pérdida de potencia.
• Intensidades de cortocircuito o criterio térmico en régimen transitorio.
• Esfuerzos electromecánicos susceptibles de producirse en caso de cortocircuito.
• Otros esfuerzos mecánicos a los que pueden someterse los conductores (peso propio, tensado de catenaria, hielo, etc.).

Asunción León Blasco 1Tema 12. Cálculo de la Sección del Conductor en las Instalaciones Eléctricas

• Económico, que resulta de confrontar el coste de las pérdidas con el de la inversión en una mayor sección.

De todos estos criterios, el de intensidad máxima admisible y el de caída de tensión son reglamentarios para la selección de secciones en instalaciones interiores en baja tensión. Además, también se utiliza el criterio de cortocircuito pero aplicado con posterioridad a la elección de la protección contra sobreintensidades, ya que depende del tiempo de actuación de la protección. Por ello, este último se plantea como una comprobación posterior.

En cuanto a los restantes criterios, o no se usan en este tipo de instalaciones, o su utilización tiene un carácter opcional.

Así, partiendo de que inicialmente únicamente se emplean los dos métodos primeros, existen dos posibilidades para abordar el cálculo de secciones dependiendo de si el criterio de caída de tensión se quiere realizar de forma exacta o, por contra, se prefiere simplificar el procedimiento recurriendo a un cálculo aproximado. Sin entrar todavía en detalles de cómo implementar cada una de las dos opciones, de manera general se procede de la siguiente forma:

• Adoptando el cálculo exacto por caída de tensión: se determina la sección mínima normalizada que satisface el criterio de intensidad máxima admisible, y a continuación se calcula la caída de tensión que se produciría en dicha sección y se compara con el límite reglamentario establecido. Si el valor obtenido es inferior al admisible, la sección es válida; en caso contrario, se prueba con los valores de sección normalizados sucesivos hasta encontrar uno adecuado. (Figura 1a).
• Adoptando el cálculo aproximado por caída de tensión: en este caso se realiza de forma independiente el cálculo de sección por intensidad máxima admisible y por caída de tensión, obteniéndose un valor determinado en cada caso. La sección mínima válida que satisface simultáneamente los dos criterios es la mayor de las dos deducidas anteriormente. (Figura 1b).

a b Asunción León Blasco 2Tema 12. Cálculo de la Sección del Conductor en las Instalaciones Eléctricas

Cálculo por Intensidad Máxima Admisible

Cálculo por Intensidad Máxima Admisible

Cálculo por Caída de Tensión

NO

Comprobación de criterio de Caída de Tensión

Aumentar Sección

Mayor am bo s Criterios

SI

SECCIÓN VÁLIDA

SECCIÓN VÁLIDA

Figura 1. Procedimiento general de cálculo de secciones para instalaciones interiores de BT: a) Empleando cálculo exacto en el criterio de caída de tensión, b) Con cálculo aproximado de la sección por caída de tensión

Cabe resaltar que la elección de la sección para un determinado circuito no concluye hasta que se ha seleccionado la protección contra sobreintensidades que se instalará en su origen; no sólo porque es a partir de ese momento cuando se tiene en cuenta el criterio de intensidad de cortocircuito, sino también porque en ocasiones la inexistencia de un calibre adecuado para proteger una sección obliga a utilizar una sección mayor de la inicialmente calculada.

A continuación se desarrollan detalladamente los procedimientos de cálculo en cada caso.

Cálculo de Secciones por Intensidad Admisible

En condiciones estándar

Los materiales conductores empleados en la fabricación de cables eléctricos poseen una pequeña resistencia eléctrica. Esto hace que la circulación de corriente a través de ellos genere un calor (Qg) cuyo valor depende tanto del material conductor como de la magnitud de la intensidad de corriente. Exactamente se determina mediante la expresión 1:

Qg = R . 12.t |[1]

donde: Qg - Calor generado, en julios (J) R - Resistencia del conductor, en ohmios (2) I - Intensidad de corriente, en amperios (A) - Tiempo, en segundos (s) t

Asunción León Blasco 3Tema 12. Cálculo de la Sección del Conductor en las Instalaciones Eléctricas

Parte de ese calor producido es evacuado al exterior a través de la superficie del aislante (Qe) y el resto se acumula en el interior del cable (Qa) contribuyendo al aumento de temperatura tanto del conductor como del aislante. Inicialmente, cuando la corriente eléctrica empieza a circular, el calor evacuado es elevado debido a la diferencia de temperatura entre el conductor y el medio ambiente. Poco a poco, la temperatura del cable se va elevando hasta alcanzar el equilibrio térmico en el cual el valor de la temperatura se estabiliza y el calor evacuado y el generado se igualan. Para un cierto valor de la intensidad de corriente, la temperatura a la que se alcanza el equilibrio depende, entre otras cosas, de las condiciones ambientales que rodean al cable (Figura 2).

Qe I 0.0 Qa -Tt Tmax

Figura 2. Calentamiento de un conductor aislado producido por la circulación de corriente eléctrica

Como medida de prevención frente a contactos directos de las personas con las partes activas, los conductores eléctricos se recubren con materiales aislantes. Los más comúnmente empleados son los plásticos, cuya integridad y durabilidad está supeditada a que no se sobrepase una temperatura máxima, por encima de la cual se produce el deterioro del cable y la alteración de sus propiedades dieléctricas. Su valor está en función de la sustancia empleada, distinguiéndose entre dos tipos de materiales: termoplásticos (PVC y poliolefina) y termoestables (polietileno reticulado y etileno propileno). Ambos son materiales poliméricos pero mientras que los primeros al aumentar la temperatura pierden propiedades mecánicas y se deforman al aplicarles una presión, los segundos, debido a la reticulación de sus cadenas poliméricas, al aumentar la temperatura ni se funden ni se deforman.

La Tabla 1 refleja los límites de temperatura para los aislantes más comunes:

4 Asunción León BlascoTema 12. Cálculo de la Sección del Conductor en las Instalaciones Eléctricas

Tabla 1. Temperaturas máximas de funcionamiento según los tipos de aislamiento (UNE-HD 60364-5-52:2014 que sustituye a la UNE 20460-5-523:2004)

Tipo de Aislamiento Tipo de material Límite de temperatura en servicio permanente

Polietileno reticulado (XLPE) Material termoestable 90 ℃ En el conductor

Goma Etileno propileno (EPR) Policloruro de vinilo (PVC) Poliolefina (Z1) Material termoplástico 70 °℃ En el conductor

Mineral (con cubierta termoplástica o desnudo y expuesto al contacto) Mineral 70 ℃ En la cubierta

Mineral (desnudo, no expuesto al contacto y no en contacto con materiales combustibles) Mineral 105 ℃ En la cubierta

De lo expuesto anteriormente se concluye que para un cable concreto, una forma de instalación determinada y unas condiciones ambientales fijas, la temperatura que se alcanza en el cable depende exclusivamente de la intensidad de corriente que circula. Consecuentemente, limitar la temperatura de los aislantes es equivalente a acotar el paso de la intensidad a un valor máximo por encima del cual no está garantizada ni la seguridad ni la integridad del cable. Consecuentemente, se han confeccionado las denominadas tablas de intensidad admisible que reflejan los valores máximos de corriente que deben circular a través de cada sección normalizada de los distintos cables en unas ciertas condiciones de instalación.

A lo largo del REBT aparecen algunas de estas tablas, concretamente en las ITC-BT-06 e ITC-BT-07 empleadas para el cálculo de líneas de distribución en baja tensión, y en la ITC-BT-19 que se aplica en el diseño de instalaciones de enlace e interiores. Sin embargo, todas estas tablas están referenciadas a normas UNE que han sido anuladas y reemplazadas por nuevas UNE, por lo que para un cálculo de secciones hay que recurrir siempre a la UNE actualizada. En la Tabla 2 se exponen las normas actualizadas donde se deben buscar las tablas de intensidades máximas admisibles para cada tipo de instalación.

Tabla 2. Normas UNE de consulta para el cálculo de sección por criterio de intensidad máxima admisible en cada tipo de instalación junto con las ITC-BT del REBT en donde hacen referencia

Tipo de instalación Instrucción Técnica Complementaria del REBT Norma UNE en Vigor

Asunción León Blasco 5Tema 12. Cálculo de la Sección del Conductor en las Instalaciones Eléctricas

Líneas aéreas de distribución en BT ITC-BT-06 UNE 211435-1:2021

Líneas subterráneas de distribución en BT ITC-BT-07 UNE 211435-1:2021

Instalaciones de enlace e interiores ITC-BT-19 UNE-HD 60364-5-52:2022

La norma UNE HD 60634-5-52 trata de la selección e instalación de canalizaciones en baja tensión (hasta 1000 V en corriente alterna y 1500 V en corriente continua), entendiendo por estas el conjunto de cables desnudos o aislados que transportan energía eléctrica. Pertenece a un conjunto de normas aplicables en el diseño y ejecución de instalaciones de baja tensión que garantizan la seguridad de las personas, animales y bienes durante frente a los peligros y riesgos que pueden producirse en el uso razonable de estas instalaciones, además de asegurar su buen funcionamiento. Esta norma consta de un Anexo A normativo donde se establecen los distintos sistemas de instalación de referencia y la equivalencia a estos de muchos otros sistemas de instalación. A continuación está el Anexo B, con carácter informativo, donde aparecen 12 tablas de intensidad admisible (de la B.52.2 a la B.52.13) que corresponden a diferentes aislamientos, tipos de suministro y sistemas de instalación. Para localizar la tabla adecuada en cada situación particular se debe partir del sistema de instalación adoptado.

En la citada norma, los sistemas de instalación se clasifican en dos grupos:

• Métodos de instalación de referencia: Son aquellos cuya intensidad máxima admisible ha sido determinada o bien mediante cálculos, o bien a través de ensayos. Se designan como: o A1: Conductores aislados en tubos en una pared termicamente aislante. o A2: Cable multipolares en tubos en una pared termicamente aislante. o B1: Conductores aislados en tubos sobre una pared de madera. En paredes de mampostería son equivalentes a este sistema. o B2: Cable multipolares en tubos sobre una pared de madera. En paredes de mampostería son equivalentes a este sistema. o C: Cable unipolar o multipolar en una pared de madera. o D1: Cable multipolar en conductos en el suelo.

Asunción León Blasco 6