IE-04cab - DIMENSIONAMIENTO DE CABLES

IE-04cab - DIMENSIONAMIENTO DE CABLES
Apéndice 3 - Características de cables de una planta industrial

Aplicando los criterios de dimensionamiento explicados se seleccionan los cables de una dada instalación.

Cuando se dispone de la instalación realizada es interesante observar las características de los motores (cargas) y cables que los alimentan. A modo de ejemplo se desarrolla este análisis sobre la lista de cables que corresponde a una importante planta industrial.

La distribución de energía a las cargas esta realizada en dos niveles de tensión, 2.3 kV y 0.38 kV, se presentan entonces grupos de tablas dos para cada nivel de tensión, el total de motores es casi 900, por un total de 40 MW (potencia eléctrica absorbida por los motores, y manejada por los cables).

Motores de media tensión 2.3 kV

	p eje kw	rend	pot. kw	per kw	per %	q kvar	q per	q per %	Cosfi
Promedio	253,4		271.32	2.09		155.5	1.02
Máximo	1347		1417.8	10.2		726.3	11.8
Suma	24577		26318	203		15085	98.9
Ponderado		0.934			0.771			0.656	0.86
Cantidad	97

La potencia promedio (consumida) de los 97 motores de 2.3 kV es 253.4 kW la perdida promedio en cables es 0.76 %, y la caída de tensión promedio es 0.69%, el volumen total de cables de media tensión es 3410 dm3, y la longitud total (de tendido trifasico) es 19.8 km, la cantidad de ternas es 103 porque algunos motores tienen dos ternas, el factor de relación entre la corriente permanente del cable, y la capacidad de transporte del mismo es en promedio 0.34.

	caída %	perd %	per / dv	a/mm2	dm3	s mm2	l m	cant	factor
Promedio	0.69	0.76	1.12	2.12	35.2	47.05	204.60	1.06	0.34
Máximo	2.54	3.14	1.46	4.52	377	240.00	680.00	1.00	0.74
Suma					3410		19845	103
Ponderado	0.90					57.27
Cantidad	97

Cables de media tensión (2.3 kV)

s mm2	l m tot	l medio	cant	l%	vol%
240	560	280.00	2	2.82	11.83
185	1566	313.20	5	7.89	25.49
150	0	0.00	0	0.00	0.00
120	610	203.33	3	3.07	6.44
95	1571	224.43	7	7.92	13.13
70	1646	149.64	11	8.29	10.14
50	4085	226.94	18	20.58	17.97
35	1501	166.78	9	7.56	4.62
25	814	90.44	9	4.10	1.79
16	3789	180.43	21	19.09	5.33
10	3703	205.72	18	18.66	3.26
Total	19845	192.67	103.00	100.00	100.00

También puede observarse la distribución de material para las distintas secciones, nótese la distribución porcentual de la longitud total y del volumen total.

Los valores análogos para 0.38 kV son potencia (consumida) promedio de los 795 motores 23.24 kW, la perdida promedio en cables es 2.83 %, y la caída de tensión promedio es 2.16 %, el volumen total de cables de baja tensión es 9410 dm3, y la longitud total (de tendido trifasico) es 110 km, en 805 ternas, también puede observarse la distribución de material para las distintas secciones.

Motores de baja tensión 0.38 kV

	p eje kw	Rend	pot. kw	per kw	per %	q kvar	q per	q per %	cosfi
Promedio	20.78		23.24	0.70		14.19	0.19
Máximo	110.4		122.66	5.42		74.83	3.25
Suma	16527		18480	558		11284	150.0
Ponderado		0.894			3.02			1.33	0.85
Cantidad	795

	caída %	Perd %	per / dv	a/mm2	dm3	s mm2	l m	cant	factor
Promedio	2.16	2.83	1.36	2.04	11.83	25.09	138.48	1.01	0.25
Máximo	5.70	7.87	2.29	10.3	120.75	185.00	805.00	2.00	0.74
Suma					9409		110093	805
Ponderado	2.81					28.49
Cantidad	795

Cables de baja tensión (0.38 kV)

s mm2	l m tot	l medio	cant	l %	vol %
240	0	0	0	0.00	0.00
185	570	142.50	4	0.52	3.36
150	519	173.00	3	0.47	2.48
120	1387	173.38	8	1.26	5.31
95	2729	143.63	19	2.48	8.27
70	5442	136.05	40	4.94	12.15
50	13082	266.98	49	11.88	20.86
35	15702	218.08	72	14.26	17.52
25	17872	155.41	115	16.23	14.25
16	15724	104.83	150	14.28	8.02
10	12365	103.04	120	11.23	3.94
6	10930	120.11	91	9.93	2.09
4	13771	102.77	134	12.51	1.76
Total	110093	136.76	805	100.00	100.00

Apéndice 4 - Datos para el calculo de los cables

Partiendo de la lista de cargas, y conociendo desde que centros de carga se las alimenta, se deben determinar los cables.

Frecuentemente la lista de motores del proyecto, simplemente informa su potencia, su velocidad, y el tipo de maquina impulsada.

La potencia que el motor entrega es en el eje, se debe determinar el rendimiento, y con el se determina la potencia eléctrica que el motor absorbe, luego se determina el coseno fi, y se obtiene la potencia aparente absorbida, el producto de rendimiento y coseno fi permite calcular directamente la corriente. Otra figura muestra los tres gráficos superpuestos, haciendo practico el uso.

P = Pmec * 100 / rend

S = P / cosfi

Q = raiz(P^2 + Q^2)

Corriente = S / (1.73 * U) si el sistema de alimentación es trifasico U es la tensión compuesta

Corriente = S / U si el sistema de alimentación es monofasico, U es la tensión aplicada al motor.

Otras figuras muestran en función de distintas velocidades y para baja y media tensión el rendimiento, el coseno fi, y el producto rendimiento por cosenofi.

Las curvas que se han representado son:

Serie 1 - para 3000 vpm, y 380 V (violeta)

Serie 2 - para 3000 vpm, y 2300 V

Serie 3 - para 1500 vpm, y 380 V (azul)

Serie 4 - para 1500 vpm, y 2300 V

Serie 5- para 1000 vpm, y 380 V (verde)

Serie 6 - para 1000 vpm, y 2300 V

Serie 7 - para 750 vpm, y 380 V (rojo)

Serie 8 - para 750 vpm, y 2300 V

El rendimiento y el cosfi varían con el estado de carga del motor, que puede estar por arriba o por debajo del valor nominal, estos datos son útiles cuando se debe determinar la carga eléctrica de un conjunto de motores que no están cargados con el 100% de su carga nominal.

Quien selecciona un motor para una maquina impulsada, lo elige con cierta mayoracion para las condiciones normales, y que pueda soportar condiciones de carga excepcionales. Finalmente el motor comercial se elige dentro de las potencias disponibles, por lo que en condiciones normales un motor que acciona una maquina es fácil que este cargado solo al 70 - 80 %.

El rendimiento en función del estado de carga, el cosenofi en función del estado de carga, se determinan con los gráficos y sirven para realizar balances de cargas en situaciones de cargas reales.

Otros datos de los motores que son útiles cuando se trata de desarrollar algunos estudios son: la corriente de arranque, el par de arranque, el resbalamiento en condiciones de carga nominal.

Un dato interesante que permite evaluciones económicas es el peso especifico de los motores (kg / kW).

La corriente de arranque es útil para verificar la caída de tensión durante el arranque, que particularmente afecta la cupla de arranque, y en la medida que esta se reduce el tiempo de aceleración.

La corriente de arranque por otra parte se reduce por influencia de los cables (que aumentan la impedancia del circuito en condiciones de arranque).

La corriente de arranque también esta relacionada con el aporte de corriente de cortocircuito de los motores (en primera aproximación se los supone iguales) por lo que se puede observar la influencia de los cables también en este valor.

Motores de media tensión 2.3 kV

	dv %	iarr	iarr cab	cosfi a	cosfi c	iarrc /ia	du arr	dua/du
minimo	0.038	5.3	5.05	0.3	0.3	0.94	0.2	2.3
Medio	0.687	6.1	5.96	0.3	0.33	0.98	3.06	3.5
Máximo	2.538	7.7	7.42	0.3	0.42	1	10.4	7.3

Motores de baja tensión 0.38 kV

	dv %	iarr	iarr cab	cosfi a	cosfi c	iarrc /ia	du arr	dua/du
minimo	0.011	3.2	2.933	0.3	0.309	0.74	0.034	2.176
Medio	2.158	6.7	6.088	0.4	0.506	0.91	9.636	4.283
Máximo	5.694	8.5	8.397	0.5	0.671	1	29.19	7.072

En las sucesivas columnas de la tabla se observan, caída de tensión con carga normal, corriente de arranque relativa (referida a la corriente normal), corriente de arranque con la influencia del cable, coseno fi de arranque (adoptado 0.3 para los motores mas grandes, y 0.5 para los pequeños), y valor con la influencia del cable, relación entre corriente de arranque reducida por el cable, y valor de la misma sin cable, caída de tensión en arranque, y relación de caída de tensión en arranque a caída de tensión con corriente normal.

Se observa que el máximo de caída de tensión en arranque para los motores de baja tensión es casi 30%, esto se da en los motores mas distantes, y lógicamente estos motores no son con arranque directo.