Seleccion del calibre de los cables de BT - CDonsideracion por cortocircuito o no?
gustavo salloum
The indicated wire size and type should be used. Table 3-6 lists what are referred to as Rated
wire sizes for the various terminal currents or circuit currents. From the circuit breaker point
of view, these wire sizes are a necessity. They are the sizes used in proof testing of circuit
breaker designs.
Maintenance personnel should remember that when a fault occurs, the conductors should be
inspected for damage, and all damaged components should be repaired or replaced before reclosing
the circuit breaker
Esta misma Norma referencia a la Norma ANSI/NEMA C37.50, la cual es la norma de pruebas de circuit brekers. (
Short-circuit testing is done to ensure that a given frame size circuit breaker itself is capable
of withstanding the heat and forces of a short-circuit interruption and that it can protect the
conductors connected to it.
REFERENCIA 2
Me gustaría compartir con todos ustedes un pequeño ejemplo de lo que estamos hablando:
Carga: Motor 10 HP
Tensión 480 V
Long Cable 75 m. (tipo THHN 90°)
FP= 0,8 y Ef=0,87
Nivel de Cortocircuito 42 kA.
El cual es un ejemplo típico en nuestro ambiente del área de Petróleo y Gas
Según lo que hemos discutido la alimentación de este motor debería ser por medio de un cable calibre No. 1/0 AWG, si la protección es con un circuit breaker y si considero un breaker limitador de corriente podría ser un cable calibre N° 8 AWG. Para todos los casos tanto limitador o no el breaker tipo MCP debería ser de 30 A.
Lo que sigo sin comprender es que si considero la tabla No.1 de la Norma IEEE Std 1485 – 2005, sección 5. (Recommended Practice for the Selection, Field Testing, and Life Expectancy of Molded Case Circuit Breakers for Industrial Applications), yo podría utilizar un cable calibre No.10 AWG, sin ningún problema de sobretemperatura en el aislamiento del cable en el momento de un cortocircuito, estaría dentro de las recomendaciones de la Norma y no incurriría en gastos adicionales por sobredimensionamiento de cables.
Según lo definido en dicha norma (IEEE 1485) basta colocar el conductor calibre No.10, ya que el interruptor de 30A (tipo Molded Case), se encuentra diseñado para proteger el cable calibre No.10 AWG en momento de un cortocircuito.
Seamos realistas. Si yo soy el cliente, diseño según NEMA/NFPA/IEEE, tengo una Norma (IEEE Std 1485) que define los calibres de cables mínimos para los interruptores los cuales estarán protegidos por cortocircuito. Basta con solicitarle al proveedor de los circuit breakers que muestre sus certificados de prueba de dichos dispositivos según IEEE Std 1485. No tengo que hacer ningún cálculo o ninguna prueba de limitación de corriente. De esta manera estoy cumpliendo sin ningún inconveniente con NFPA 70 Sección 110.10.
Esa es la función de las normas estandarizar procedimientos para evitar errores o sobrecostos. Lo mismo sería si yo compro un transformador, yo solicito que el mismo cumpla con una Norma (IEC o NEMA) yo no me pongo a realizar cálculos del número de espiras y espesores de aislamiento, para comprobar que lo suministrado por el proveedor cumple o no lo requerido.
Pero como puedes verificar en la sección 5 de la IEEE Std 1485, dice literalmente:
“Molded case circuit breakers are “trip free” in construction. This means that the circuit breaker contacts cannot
be held closed against a fault condition. Molded case circuit breakers are designed to protect insulated
conductors against unsafe overheating that would ultimately damage the insulation and conductor.”
Es decir el diseño de los interruptores tipo molded case debe ser tal que en el momento de por cortocircuito proteja el cable, la tabla hace referencia a que calibre mínimo puede conectarse a los terminales del interruptor y cumplan con el criterio anterior.
Moderador Lista Electrica
Muchas veces tenemos que recurrir a la física de las cosas para lograr entender hasta donde llegar en un requerimiento.
Que es lo que es realmente peligroso para un cable a la hora de un cortocircuito? La corriente? No. Lo realmente importante es la temperatura que puede alcanzar el conductor que pueda ocasionar dos daños: o se daña la "chaqueta" (aislante) del conductor o mas grave aun se funde el material conductor ya sea cobre o aluminio.
Como segundo dato importante, hablemos del tiempo de cortocircuito, tiempo en el cual es despejada la falla por un dispositivo proteccion. Estas dos variables tiempo vs temperatura te darán un indicio de si el conductor es capaz de soportar esa temperatura en esa cantidad de tiempo, esta curva de cada conductor la deben tener los fabricantes de cables.
Porque muchas veces no se toma en cuenta este calculo en baja tensión?, es porque las protecciones actualmente son mucho mas rápidas, sensibles y confiables que antes (pero esto implica que tu coordinacion de protecciones debe ser impecable) . Y otro factor mucho mas importante es el dinero, por lo que la economía influye muchísimo en los proyectos y siempre va asociado con la importancia y criticidad de la carga.
Si encuentro mas información te la envío por este medio.
Saludos,
Ing. Henry Vargas
Moderador
Correo Electronico: moderadorli...@gmail.com
Directo: +58 414 6584384 / +58 426 5162282
PIN BlackBerry: 218D1F20
Caracas, Venezuela
Pablo Costantini
Gustavo:
Te adjunto un calculito con el que verifico los cables frente a los cortocircuitos, por si te interesa. Las celdas en verde siempre tienen una fórmula dentro. En cierta forma te estoy diciendo que concuerdo con Henry.
Saludos
Pablo Costantini
Buenos Aires
Argentina
omar graterol
Gustavo, como lo dice el paper anexo en tu nota, interesante punto y en realidad con razon puede presentar las diferentes posiciones que tu indicas. No obstante es muy comun la posicion comoda y esta es la de elegir la proteccion segun el NEC, el cual solo considera las ampacidades del cable para la corriente calculada, y el dimensionamiento del circuit breaker segun los maximos y minimos para el conductor seleccionado. Yo particularmente he estado usando (Fuera de la Industria Petrolera), un calculador de la pagina electrician2.com., que en su encabezado dice lo siguiente:
NEC Table 310.15(B)(16) and accompanying code sections and notes to find the wire size and minimum and maximum overcurrent protective devices (OCPD) for branch circuits and feeders per Section 240.4(B), and (D)
Ahora profundizando un poco en el tema, y te confirmo que era nuestra practica en PDVSA (Antes del 2002), especialmente para conductores o circuitos importantes, y especialmente los de media tension y muy rara vez motores importantes en baja tension (Motores criticos, donde se justificaba cuidar la integridad del conductor ante una falla por C.C); en estos casos solicitabamos o se obligaba en el estudio de coordinacion de protecciones, a plasmar las "Curvas de daño de los conductores", junto con las curvas de daño de los demas equipos electricos (Transformadores, etc), y por supuesto las curvas de proteccion. Con la coordinacion debemos ver, que las curvas de proteccion del Breaker, deben estar por debajo de las curvas de daño del motor y del cable. Lo cual dificilmente se cumple cuando aplicamos solo las exigencias del NEC, por lo cual considerando las curvas de daño, podemos tener
cables sobrediseñados al compararlos con la seleccion del NEC, especialmente si se trata de conductores y motores de baja rtension. Anexo documentos de calculo de las curvas de daño de los conductores ( algo mas generico que la hoja de calculo enviada por Pablo, que de paso esta muy buena), documento de coordinacion de protecciones donde puedes ver este tema tratado para toda una gama de euipos.
Nota: Fuera de PDVSA, me ha sido dificil exigir lo que pueda ser un estudio de coordinacion, mucho mas dificil sera exigir el dimensionamiento de un conductor basado en el nivel C.C..
En todo caso, tambien es bueno analizar algunos aspectos:
1- Proteger el conductor significa una inversion adicional, que debe justificarse con lo que se quiere salvar del equipo protegido...con esta orientacion debemos anlizar las fallas de un conductor en los siguientes casos...(a)...Si el conductor sale de un MCC, va por un conduit hasta las cercanias del motor, sin tanquilla o cajas de empalme, al ocurrir un corto-circuito en el cable No salvamos nada porque el cable debe ser reemplazado en su totalidad.Caso tipico de baja tension. (b)...Si el conductor sale por una bancada y pasa por una o mas tanquillas, al ocurrir un corto-circuito en el cable Podriamos salvar parte del cable y reemplazar solo el tramo dañado. Caso tipico en cables de media tension. (c) ...Si el conductor es del tipo directamente enterrado, al
ocurrior un corto-circuito en el cocnductor, podriamos salvar la mayor parte del conductor, reparando solo la seccion fallada.
En conclusion las normas no son directas en este aspecto; pero tampoco son la ultima palabra, ya que aplica EL JUICIO DEL INGENIERO, y el analisis logico indicado en el parrafo anterior es el que debe aplicar, por lo cual en mi opinion, la instalacion que tu planteas (Motor de baja tension), la haria con el cable seleccionado segun el NEC, y con la proteccion del MCP (Motor Circuit Protector),....Cable 8 AWG.
NOTA: El punto se presta a estos analisis y pueden haber varias opiniones o posiciones, por lo cuaal son bienvenidos los aportes adicionales.
Saludos,.................Omar Graterol
Ingeniero Electricista
Maracaibo - Zulia - Venezuela
Telf. 58-261-7436648
58-414-6338693
--- El vie, 27/5/11, Pablo Costantini <pcost...@eling.com.ar> escribió:
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gustavo salloum
omar graterol
Gustavo, yo creo que en alguna parte hay alguna mala interpretación en relación con lo que podemos estar interpretando como protección por CC de un conductor, digo esto por algunos comentarios que haces en una de tus notas, los cuales mencionare con mis comentarios: 1- Estoy de acuerdo con ustedes que lo correcto es hacer la verificación ante cortocircuitos en cables para protegerlo, creo que esto hay que aclararlo, pero vamos a ver si al desarrollar estos comentarios realmente estamos de acuerdo. 2- ¿Como protegemos el cable?... Según el punto anterior, verificamos el cortocircuito para proteger el cable, pero no indicamos cual cortocircuito….para mi debe ser el corto-circuito en los terminales del motor, o sea el máximo cortocircuito o corriente de cortocircuito que pasara por el cable (Let-through Current). Esta es la corriente que debemos usar para verificar que cuando se presente, no sobrepase la curva de daño del cable. 3- Nivel de Corto-Circuito según tu ejemplo del motor de 10 HP, Según lo que indicas es de 42 kA, si este es el nivel de corto-circuito en el punto de aplicación del MCCB (Valor típico en el lado alto de un CCM en 480 Voltios), si se usa el conductor 8 AWG, el máximo nivel de cortocircuito en los terminales del motor, a unos 75 mts, como lo indicas en tu ejemplo, sera de 2 kA máximo, y si se usa 1/0 sera de 4,5 kA máximo. Ver tablas Short-circuit current at the end of the cable incluida en el anexo, Elfa Plus – Technical Data de G.E. . 4- Verificación de cortocircuito para la protección del cable,. Si la verificación de corto-circuito la estamos haciendo con 40 kA, estamos sobredimensionando, ya que estamos verificando el cable para que soporte una corriente que nunca pasara por el cable. Al tener una falla en los terminales de MCCB, donde la corriente de cortocircuito es máxima (Voltaje de la barra, sin impedancias entre la barra y el punto de falla) la corriente que pasa por este cable es solo el aporte del motor; en muchos casos despreciable. Según los datos dados en tu ejemplo debería verificarse con 2kA, por lo cual si el cable 8 AWG, que tu indicas, dimensionado con los derrateos ya comentados (por temperatura, por varios cables en la bancada, etc.), es suficiente ya que este cable debe soportar cómodamente los 2 kA por un ciclo o los 0,018 ms indicados como operación del MCCB. Lo que si debemos es asegurarnos que el MCCB, actué para estos niveles de corriente, dejando arrancar el motor que debe consumir unos 80-100 Amp. en arranque. 5- Otros limitadores naturales del nivel de C.C. al tratarse de un motor… Para abonar más a los aspectos que reducen las corriente de falla en un motor, es plenamente conocido y está ampliamente estudiado, que el 90% de las fallas en los motores se inician con fallas de alta impedancia, incluso las fallas en los terminales del motor, por lo cual estas fallas presentan corrientes mucho menores, por eso la protección instantánea, debe estar lo más cerca de la curva de arranque del motor, ya que estas corrientes de falla pueden estar muy por debajo de los 2 kA para el caso analizado. OJO…Esto es lo que impulso el uso de los MCP, con los cuales la protección magnética, introduce una reactancia en el circuito que hace que la corriente que circula por el cable es mucho menor que la corriente prospectiva de cortocircuito (Aprox. el 10% de la corriente de falla considerada incluyendo todas las impedancias que participan hasta el punto de la falla, en el caso anlizado seria de unos 200 Amp.); ademas permite acercar la curva de protección a la curva de arranque del motor, ya que esta es una recta que se coloca sobre la parte asimetrica de la corriente de arranque del motor.
Según todo lo anterior, sin hacer otras verificaciones, el motor de 10 HP, se puede alimentar con el conductor 8 AWG, y no requiere el conductor 1/0 AWG, especialmente si es protegido con un MCP, si usas un MCCB, verifica según las curvas de daño, con los criterios de que la corriente que debes considerar es la corriente que pasa por el cable con un cortocircuito franco en los terminales del motor.
Copio a continuación un párrafo del paper anexo, que ratifica y se refiere a las normas en las cuales se basan estos comentarios. ****************************************************párrafo Copiado **************************************** Protection against short-circuit According to IEC 60364 protective devices shall be provided to break any short-circuit current flowing in the circuit conductors before such a current could cause danger due to thermal and mechanical effects produced in conductors and connections.
To consider that an installation is well protected against short-circuits, it is required that the protective device complies with the following conditions:
- The breaking capacity shall not be less than the prospective short-circuit current at the place of its installation. Icu≥ Icc - Let-through energy I2t smaller than admissible energy of the cable.
No sé si esto aclara el punto y podemos decir que estamos de acuerdo como lo dices en tu nota anterior o tienes algún punto contrario, o podemos hablar de alguna norma que no estemos considerando.
Saludos,………………..Omar Graterol Ingeniero Electricista Maracaibo – Zulia - Venezuela Telf. 58-261-7436648 Cel. 58-414-6338693 --- El dom, 29/5/11, gustavo salloum <gustavo...@gmail.com> escribió: |
Sergio Iniguez
Has planteado un tema muy interesante y la discucion nos aporta a todos un refresco de conceptos.
En primer termino coincido con Jose Luis en las apreciaciones sobre la NEC 110.14 y con los demas aportes enviados anteriormente. La NEC le da una especial importancia a la temperatura en el punto de conexion con los dispositivos como ya fue mencionado y segun el punto 310.16:
-Allowable ampacities result from consideration of one or more of the following:
(1) Temperature compatibility with connected equipment, especially the connection points.
(2) Coordination with circuit and system overcurrent protection.
(3) Compliance with the requirements of product listings
or certifications. See 110.3(B).
(4) Preservation of the safety benefits of established industry
practices and standardized procedures.
.
Ahora quisiera hacer un aporte que espero sirva para esclarecer el tema, la norma IEC-60898-1 tiene el siguiente alcance
Part 1: Circuit-breakers for a.c. operation
1 Scope and object
This part of IEC 60898 applies to a.c. air-break circuit-breakers for operation at 50 Hz or
60 Hz, having a rated voltage not exceeding 440 V (between phases), a rated current not
exceeding 125 A and a rated short-circuit capacity not exceeding 25 000 A.
As far as possible, it is in line with the requirements contained in IEC 60947-2.
These circuit-breakers are intended for the protection against overcurrents of wiring
installations of buildings and similar applications; they are designed for use by uninstructed
people and for not being maintained...
Esta norma especifica: -la temperatura maxima en los terminales (Ver Table 6) – Temperature-rise values, Terminals for external connections : 60 K , -para cada tipo de interruptor (segun sus curva de proteccion) establece las corrientes y los tiempos de disparo, para el caso de cortocircuito no debe ser mayor que 0.1 s, este ultimo dato ya nos fija un parametro.
En cuanto al tipo de conductor establecido para los ensayos se toma como referencia uno con temperatura max. de trabajo 75ºC, esta es justamente la temperatura a la que se efectua el ensayo :
Anexo: L.9.2.4 Test method and acceptance criteria
NOTE 1 Evaluation of performance is based on both the limit of screw-type terminal temperature rise and the
temperature variation during the test.
The test loop shall be subjected to 500 cycles of 1 h current-on and 1 h current-off, starting at
an a.c. current equal to 1,12 times the test current value determined in table L.8. Near the
end of each current-on period of the first 24 cycles, the current shall subsequently be
adjusted to raise the temperature of the reference conductor to 75°C.
Las tablas de ensayo son las que adjunto. Hasta aqui no debemos preocuparnos por la temperatura del conductor ya que mientras no exista cortocircuito el interruptor nos esta garantizando por norma la proteccion del cable.
Ahora bien para el caso de cortocircuito creo que como minimo se debe realizar por metodo simplificado una verificacion de los conductores, a mi criterio mas que capacidad de corriente lo que verificamos es capacidad energetica ya que la elevacion de temperatura va a ser funcion de la corriente y del tiempo. Conociendo la corriente de cortocircuito presunta en el punto de aplicacion (ya sea por medicion de impedancia de bucle o estimando la corriente presunta) y empleando I2cc*tcc=k*S, ademas teniendo la seccion y material del conductor y el tiempo de 0.1s establecido por norma, podemos generar una tabla con las corrientes maximas admisibles de C.C. para cada seccion de conductor la cual contrastamos con la disponible en el punto de conexion verificando si la seccion es correcta. La verificacion es relativamente sencilla pero es fundamental la coordinacion de protecciones y aqui los dispositivos de proteccion con selectividad energetica juegan un papel importante a la hora de limitar en el tiempo la corriente de cortocircuito. En resumen si la corriente maxima calculada para el conductor es mayor que la corriente de cortocircuito en el punto de conexion estariamos asegurando la proteccion del conductor.
Desde el punto de vista practico en la construccion de tableros es recomendable que el cable que va desde el interruptor hasta el borne de salida sea de una seccion inmediatamente siperior a la calculada a fin de disminuir la disipacion de calor en los conductores y de este modo aumentando la seguridad operativa y la eficiencia energetica.
NOTA: En Argentina, mas alla de las carencias de normas locales, tienen validez las IEC de donde se derivan las normas IRAM y de la AEA.
Espero sigan los comentarios. Saludos cordiales,
Sergio Iñiguez
Elcom Bahia SRL
Bahía Blanca, Argentina.
email/Talk: sergio....@gmail.com
gustavo salloum
En cuanto al tema del cortocircuito en cables para determinar su calibre.................este fin de semana, se han estado revisando la snormativas al fondo,.........Creo que hay sustentabilidad en las normativas en relación de la verificación innecesaria de cortocircuito en para cálculo de alimentadores para baja tensión <600V. ¿Qué piensan ustedes?, hablamos de las norma NFPA 70-2011, la norma IEEE 1458 la cual está amarrada con la NFPA, la norma IEEE 1015 nos habla de los requerimientos mínimos suficientes para la selección del calibre de los conductores. ADJUNTO LAS REFERENCIAS
Según la NFPA 70, una vez seleccionado el cable por Capacidad de Corriente, éste deberá protegerse contra cortocircuito ¿Cómo?, la NFPA 70 indica como suficiente el uso de un dispositivo de protección y no aumentando el calibre del cable………. según el artículo 240.4, ….en líneas generales no es necesario aumentar el calibre del conductor por cortocircuito, sino que se selecciona el Breaker por la Capacidad de corriente y se considera el cable protegido (hay condiciones que se mencionan en el artículo claro está, les dejo parte la referencia para que se los lean……………… pero por favor diríjanse a la artículo para que lo vean completamente )
CITO………………………..240.4 Protección de Conductores. Los conductores que no sean cordones flexibles y cables de artefactos eléctricos, tendrán protección de sobrecorriente según su ampacidad, tal como se especifica en 310.15, excepto los casos permitidos o exigidos en 240.4(A) hasta (G).
¿Podemos concluir todos los involucrados que tenemos Soportabilidad Normativa al respecto?...... ADJUNTO LAS REFERENCIAS