CONSULTA TECNICA A LESM: USO DE LAMINAS DIAMAGNETICAS A LA ENTRADA DE GABINETES
Gustavo Pirela
omar graterol
Gustavo, saludos.
Que buena tu pregunta, y aunque sea muy poco visto, el problema es importante y causa muchas fallas que originan deterioro del aislamiento, debido al calentamiento por inducción cuando se pasa un solo conductor (una fase de un circuito trifásico), por una tapa de un gabinete, CCM, switchgear o cualquier caja de conexión o entrada de cables o lámina metálica.
Cuando se hace neceasario, pasar los cables de un circuito trifásico por separado (Generalmente cables de dimensiones mayores), se exige un “Pasatapas”, aislante o no-magnetico, como puede ser el caso del aluminio.
Este punto es tratado en el Código eléctrico nacional (NEC), del cual extraigo algunos párrafos que se refieren a este requerimiento:
*********************************Articulo del NEC copiado*******************************
300.20 Induced Currents in Ferrous Metal Enclosures or Ferrous Metal R*aceways.
(A) Conductors Grouped Together. Where conductors carrying alternating current are installed in ferrous metal enclosures or ferrous metal raceways, they shall be arranged so as to avoid heating the surrounding ferrous metal by induction. To accomplish this, all phase conductors and, where used, the grounded conductor and all equipment grounding conductors shall be grouped together.
Exception No. 1: Equipment grounding conductors for certain existing installations shall be permitted to be installed separate from their associated circuit conductors where run in accordance with the provisions of 250.130(C).
Exception No. 2: A single conductor shall be permitted to be installed in a ferromagnetic enclosure and used for skineffect heating in accordance with the provisions of 426.42 and 427.47.
(B) Individual Conductors. Where a single conductor carrying alternating current passes through metal with magnetic properties, the inductive effect shall be minimized by
(1) cutting slots in the metal between the individual holes through which the individual conductors pass or (2) passing all the conductors in the circuit through an insulating wall sufficiently large for all of the conductors of the circuit.
Exception: In the case of circuits supplying vacuum or electric-discharge lighting systems or signs or X-ray apparatus, the currents carried by the conductors are so small that the inductive heating effect can be ignored where these conductors are placed in metal enclosures or pass through metal.
Informational Note: Because aluminum is not a magnetic metal, there will be no heating due to hysteresis; however, induced currents will be present. They will not be of sufficient magnitude to require grouping of conductors or special treatment in passing conductors through aluminum wall sections.
*****************************Fin del Articulo del NEC copiado*****************************
A continuación incluyo grafico que describe este fenómeno, que se deriva la circulación de corrientes inducidas en la lámina, cuyo calentamiento es conocido también como corrientes de Eddy o corrientes circulantes.
Saludos, Omar Graterol
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omar graterol
Rubén, saludos.
Excelente la participación en el tema de todos los colegas que han participado. No obstante en el archivo anexo a la nota de Rubén, se ven dos gráficos, uno (El de la izquierda), se evidencia el cortocircuito, y se ve claramente que en la chapa hay un circuito cerrado que origina el calentamiento y se debe evitar, no obstante en el gráfico de la derecha, al estar la chapa metálica en dos mitades, y tener una goma aislante entre las dos mitades de la chapa, se ve que se rompe el cortocircuito (Espira abierta), no obstante en la figura se indica que en los dos gráficos existe el corto-circuito.
¿Hay algo que no se ve en la gráfica que completa el circuito para que las corrientes inducidas originen el corto-circuito?... o yo estoy interpretando mal el grafico, más bien esa es una solución, y muchos "Pasatapas", utilizan ese arreglo como una solución (Rompen el circuito de las corrientes inducidas).
Cualquier comentario, se agradece.
Saludos, Omar Graterol
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Javier Reyes
Que tal Omar, Ruben,
Interesante el tema, me pregunto cómo sería el tratamiento en equipos eléctricos que se encuentren empotrados por ejemplo en una pared de concreto. Asimismo como se practicaría el corte de la lámina metálica en un switchgear, MCC o en cualquier otro equipo de dimensiones mayores.
Javier Reyes B
Managua, Nicaragua
Jose M. Burbano O.
omar graterol
Ingro. Electricista
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Ruben Ceballos Paz
Gustavo Pirela
omar graterol
Rubén, saludos.
Gracias por la aclaración, ahora veo que la espira en cortocircuito que tu mencionas es la estructura, y no obstante las dos laminas están cortadas o seccionadas, hay un flujo que va a inducir una corriente en la "espira" formada por la estructura.
En todo caso es bueno aclarar, que en el caso de la chapa seccionada el flujo magnético "B", es menor, y la corriente inducida en la estructura depende entre otros parámetros de la distancia del cable a la espira formada por la estructura.
En todo caso excelente.
Omar Graterol
Ingro. Electricista
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Sergio Iniguez
omar graterol
Gustavo, saludos.
Voy a usar tu nota para mis comentarios, y en rojo resalto algunos párrafos de tu nota, y en azul, mis comentarios numerados del 1 al 5.
Buenas tardes estimados de la LESM, en especial a todos los colegas que han respondido de antemano muchas gracias a Omar, Humberto, Carlos, Ruben, Sergio, Javier y Jose. Por todos los comentarios los cuales nutren e ilustran el tema. Dado que inicie la consulta tecnica, estamos sacando conclusiones las cuales obedecen a lo escrito en la NEC y particularmente a las Normas GP (Global Practice) de Exxonmobil la cual solo hace mencion a esta practica en gabinetes que contengan capacitores para corregir el factor de potencia y los pasamuros de los trasnformadores de potencia. (Comentario OAG1)
OAG 1 - Que esa norma solo hace mención a la práctica de instalar pasatapas con material antimagnético para gabinetes que contengan capacitores, no significa que no se aplica para otras intalaciones. Recuerda que es una exigencia del NEC artículo 300-20.
Por otro lado y como comente en el primer correo no veo justificado el hecho de hacer extensiva esta práctica a todos los tableros eléctricos autosoportados. (Comentario OAG2) Y menos aquellos que puedieran manejar intensidades de corriente menores de 300 amperios @ 480 VCA que es tension normal para el area industrial. (Comentario OAG 3)
Definitivamente el punto es la "corriente", cuanta se necesita para inducir en una lamina corriente que pueda calentar la lamina y comprometer el aislaminento del conductor electrico (Comentario OAG 4). Mas alla de las normas creo que debe prevalecer el criterio tecnico donde no se justifica colocar laminas de aluminio a todos los cuadros electricos.
OAG 2 - Las únicas excepciones que permite el código son, la que aplica según los artículos 426-42 y 427-47, según los cuales se aprovecha el efecto de calentamiento para otros propósitos. Esto está indicado en mi nota original.
OAG 3 – 300 Amperios, es una corriente sumamente alta para efectos de calentamiento por inducción, y si llegaras a hacer esta instalación para conductores con corrientes cercanas a estos 300 Amperios, podrías observar al rojo vivo la chapa en muy poco tiempo (solo minutos). Además sería una violación clara de lo requerido por el NEC 300-20.
(Comentario OAG 4) En este punto te puedo decir que hay prácticas de empresas que tratando de ahorrase unos $$, limitan a 20 Amp. este requerimiento, lo cual nos permite concluir qque esto se debe a: Para un cable menor a 20 Amp (Cable +/-· 12 AWG), no se justifica nunca pasar un solo cable por un hueco en la entrada de un gabinete metálico……Lo cual quiere decir, que cuando nos vemos obligados a pasar una sola fase por el hueco en la entrada de un gabinete metálico, el cable debe ser mucho mayor diámetro, y por supuesto siempre llevará más de 20 Amp,, quedando de esta forma obligado el uso de separadores no magnéticos según lo especifica el NEC-300-20 ya comentado. Además sobre este aspecto (Calculo de la corriente mínima que se puede permitir en la entrada de un cable sin el uso de pasatapas de material antimagnético, esta bien claro en el documento enviado por José Burbano, para lo cual solo tienes que aplicar la fórmula 2 del documento anexo enviado por el en su nota (No aplique la fórmula 1 porque hay un término In, que no logre identificar).
Quedo atento a más comentarios en el debate....reitero mil gracias por sus aportes verdaderamente profesionales.
OAG 5 - Mi comentario final es que te debes regir por el NEC, y uses el material antimagnético (Puede ser otro material diferente al aluminio, como Bakelita, Fibra de virio, etc), en todo caso puedes usar el documento enviado por Jose Burbano, para los cálculos, y definir las dimensiones y separaciones correspondientes, como otra opción es que uses los tres cables entrando por el mismo hueco (De esta forma se eliminan los campos entre ellos), también puedes unir los tres huecos, por medio de una abertura o canal entre los huecos, como lo indica el NEC.
A continuación te copio un párrafo (Precauciones especiales para cables de una sola fase de circuitos AC) que refleja mi comentario relacionado con los requisitos que deben cumplir los cables que lleven mas de 20 Amp, entre los cuales esta que los cables de un mismo circuito deben instalarse en el mismo ducto, llegada (Entrada a gabinete) a menos que el ducto o pasatapas sea de material antimagnético, e incluso las grapas usadas para sujetar un cable deben ser de material antimagnético.
******************************Parrafo de documento *****************
Special precaution for single-core cables for a.c. wiring
A.C. wiring should be carried out, as far as possible, in twin or multicore cable. When, however, it is necessary to use single-core cables for circuits rated in excess of 20 A, the following precautions should be observed;
· The cables should either be non-armoured or they should be armoured with non-magnetic material. In order to avoid current loops, the metallic screen should be earthed at one point only.
· Conductors belonging to the same circuit should be contained within the same pipe, conduit or trunking, or the clamps which fix them should include all the phases, unless they are made of non-magnetic material.
· In the installing of two, three, or four single-core cables forming respectively single phase-circuits, three-phase circuits, or three-phase and neutral circuits, the cables should, as far as possible, be in contact with one another.
· In every case, the distance measured between the external covering of two adjacent cables should not be greater than one cable diameter.
· When single-core cables having a current rating greater than 250 A must be installed near a steel bulkhead, the clearance between the cables and the bulkhead should be at least 50 mm, unless the cables belonging to the same A.C. circuit are installed in trefoil formation.
· Magnetic material should not be used between single-core cables of a group. Where cables pass through steel plates, all the conductors of the same circuit should pass through a plate or gland, so made that there is no magnetic material between the cables, and the clearance between the cables and the magnetic material should be not less than 75 mm, unless the cables belonging to the same A.C. circuit are installed in trefoil formation.
· In order to equalize to some degree the impedance of three-phase circuits of considerable length consisting of single-core cables of a conductor cross-section of 185 mm2 or over, a transposition of the phases should be effected at intervals not exceeding 15 m.
Alternatively, the cables may be installed in trefoil formation.
The above precautions are, however, not necessary when the length of the run is less than 30m.
********************************* Fin del parrafo **************************************
Anexo documento fuente del parrafo anterior.
Omar Graterol
Ingro. Electricista
Maracaibo - Zulia - Venezuela
Tlf. 58-261-7436648
Cel. 58-414'6338693
Javier Reyes
Que tal Sergio,
Gracias por tu inmediata repuesta. Durante muchos años he trabajado en diseño e instalaciones de sistemas eléctricos de una potencia considerable tanto en el sector comercial como industrial y utilities. La verdad nunca me he encontrado con problemas de recalentamiento en la periferia de entradas o salidas de alimentadores. Creo que esto se debe a que los alimentadores de regular tamaño siempre se han corrido acompañados con todas sus fases, conductores de neutro y puesta a tierra por lo tanto cualquier efecto de corrientes eddys se anula. Por otro lado si estamos hablando de SWGR y MCC la verdad nunca he visto que de esos equipos de gran tamaño salga un solo conductor para eso se instalan paneles o subpaneles auxiliares de donde se extrae cualquier señal necesaria.
Me llamo la atención la preocupación de Gustavo J Pirela y de ahí mi correo del día de ayer. Considero que el efecto de recalentamiento siempre va a existir al correr un solo conductor a través de una superficie metálica. Al utilizar materiales no ferrosos se consigue atenuar el efecto del calentamiento pero no se elimina. En todo caso la preocupación de Gustavo estaría más bien dirigida a conductores o alambrado de baja capacidad que entran o salen de algún equipo eléctrico con envoltura metálica lo cual hasta cierto punto lo podría hacer tolerable. Ahora al estar el equipo empotrado cual sería el problema en cuanto a operatividad del circuito?. Generalmente cuando se instalan circuitos derivados por ejemplo de un panel estos se acomodan en la misma tubería en donde se corren varios circuitos con el objeto de no tener una gran cantidad de tubería de esta manera se podría eliminar el efecto de calentamiento por la presencia de algún campo electromagnético.
De nuevo Sergio muchas gracias por tu aclaración la cual la considero valida y espero no haberte aburrido. Creo que en este caso antes de aplicar cualquier medida de corrección se debería de determinar la cargabilidad en amperios del componente eléctrico y si lo amerita pues entonces proceder a su debida corrección.
Javier Reyes B
Managua, Nicaragua
Sergio Arregui
omar graterol
Sergio, saludos.
Muy bien, a continuación mis comentarios sobre tu consulta:
1- Es correcto, el aluminio, es un material no magnético, pero si existe inducción.
Esto significa, que habrá una circulación de corriente generada por la inducción, la cual obliga a un movimiento de electrones, que es lo que conocemos como corriente (Esto se puede considerar como una fuente de corriente), la cual circula con una dirección de 90o (Leyes de física o 1ra. ley de la mano derecha, ley de Lenz, etc.) y en el caso del aluminio la corriente inducida también existe. Lo que no existe es la magnetización de las moléculas del aluminio (Orientación y polarización de sus moléculas), o sea que no se generan polos + y - que configuran en cada ciclo un imán, que de existir como en el caso del hierro, generan otra circulación de corriente, que origina el fenómeno de histéresis, y por consecuencia las perdidas debido a esta circulación de corriente.
2- Toda circulación de corriente genera calor, lo que se conoce como efecto Joule, o pérdidas por efecto joule, destacando que en el hierro las mayores pérdidas se originan por histéresis.
3-Por otra parte, la circulación de la corriente inducida, en el caso del aluminio para una misma inducción, generan menores perdidas por efecto Joule, que en el hierro, debido a su baja resistencia eléctrica.
Como puedes ver hay dos razones que impulsan y justifican el uso placas de aluminio, o ventanas para la entrada de cables con una sola fase, como solución para la disminución de la generación de calor por inducción.
Copio a continuación párrafo basado en el NEC, que trata de explicar este punto.
**************************Pàrrafo Copiado************************
The current NEC also includes the following:
"FPN: Because aluminum is not a magnetic metal, there will be no heating due to hysteresis; however, induced currents will be present. They will not be of sufficient magnitude to require grouping of conductors or special treatment in passing conductors through aluminum wall sections."
Although, a higher harmonic content may increase the induced currents.
*********************fin del Pàrrafo********************************
Saludos, Omar Graterol
Ing. Electricista
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Sergio Iniguez
CARLOS ALBERTO GOLD
Ing. Carlos A. Gold
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Corrientes; Argentina
Tel Móvil Ctes: 54-9-379-4777519
Mail: cagol...@gmail.com
Skipe: carlos.gold5
Sergio Iniguez
CARLOS ALBERTO GOLD
omar graterol
Carlos /Sergio, saludos.
No había contestado porque estoy fuera de mi base, pero para cerrar el tema y en especial por la pregunta de Carlos, reconociendo el problema del calentamiento por efecto de inducción, cuando llegamos con cables de las tres fases separados, o sea que va un solo cable por cada entrada, suficientemente tratado en este foro, debemos usar pantallas con materiales no ferrosos, o no antimagnéticos. De igual forma en el caso de tener que usar una abrazadera para cables monopolares (Una sola fase), se deberían usar abrazaderas aisladas, conocidas por su término en ingles "Single Cable Clamps", de las cuales hay varios fabricantes que ofrecen estas abrazaderas. A continuación Link sobre este tipo de abrazaderas
|
Definitivamente usar abrazaderas de material ferroso,
o magnéticas, es colocar una espira sobre el cable, que tiende a manejar la
misma corriente que el cable (Efecto transformador con relación 1 a 1), es una
mala práctica, y como dice Sergio, aunque el calentamiento es menor, por la dirección
de los vectores de las corrientes inducidas.
No obstante lo anterior, no se debe correr el riesgo, y existiendo las abrazaderas específicas para esta aplicación, dependiendo de la importancia de la instalación, es mejor prevenir y usar estas abrazaderas específicas para esta aplicación.
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Gracias Sergio. Saludos.
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