En el diseño eléctrico y en las reformas técnicas, la selección científica del área transversal de conductores eléctricos es crucial. Los electricistas experimentados calcularán la corriente según la carga eléctrica para decidir el área transversal de los cables. También hay algunos electricistas que elegirán el área transversal de los cables según una regla mnemotécnica. Hoy ZMS compartirá con ustedes un método científico y sencillo para seleccionar el área transversal de los cables.
Tabla de contenidos
- Área Transversal de Conductores Eléctricos
- Selección de Área Transversal de Conductores Eléctricos según la Corriente Permitida a Largo Plazo
- Selección de Área Transversal de Conductores Eléctricos según la Densidad de Corriente Económica
- Selección de Área Transversal de Conductores Eléctricos según la Caída de Tensión en la Red Eléctrica
- Selección de Área Transversal de Conductores Eléctricos según el Coeficiente de Estabilidad Térmica
- Resumen
Área Transversal de Conductores Eléctricos
La dimensión transversal de un cable generalmente se refiere al área transversal del conductor del cable. Por lo general, cuanto mayor es el área transversal del cable, mayor es la capacidad de conducción del conductor y, por ende, mayor es la capacidad de transmisión de energía.
Área Transversal Nominal
El área transversal nominal de un cable establece un valor numérico para el tamaño específico del conductor, pero no se ve afectada por mediciones directas. Este parámetro se refiere al valor designado en los productos de cables, que se utiliza para expresar las especificaciones de cables. Es simplemente un código o nombre de esta especificación, lo que facilita la documentación y la gestión de la producción durante el proceso de fabricación. Este facilita la selección y orientación de la producción y el diseño eléctrico para los usuarios y diseñadores. Sin embargo, no se requiere medir directamente su área transversal real.
Área Transversal de Diseño
El área transversal de los cables seleccionados para sistemas de distribución de baja tensión no debe ser menor que el valor del área transversal de diseño. Antes de aplicar un cable, se deben tomar muestras para inspeccionar su sección transversal y la resistencia eléctrica de cada conductor. La variable directamente relacionada con la capacidad de carga del cable es la resistencia eléctrica del conductor (R), no la sección transversal real del conductor. Cuando evaluamos la sección transversal de un cable o el área nominal, estamos evaluando su resistencia eléctrica, no midiendo su área transversal real.
Área Transversal Real
El área transversal real se refiere al área geométrica del conductor del cable. Para los fabricantes de cables, determinar el tamaño del conductor eléctrico para una sección transversal nominal específica que cumpla con los requisitos estándar no significa que la sección transversal real deba ser mayor o igual a la sección transversal nominal, sino que la sección transversal de diseño (sección transversal eléctrica) bajo esta sección transversal nominal debe cumplir con los requisitos estándar, es decir, si la resistencia eléctrica cumple con los requisitos estándar. Al diseñar un conductor, si se elige un material con una alta conductividad, entonces el área transversal real puede ser menor, mientras que si se elige un conductor con una baja conductividad, el área transversal real debería ser mayor.
Requisitos de Área Transversal del Conductor en Normas de Productos de Cables
Actualmente, las normas de productos de los principales sistemas de estándares de cables utilizan áreas transversales nominales o códigos de especificación para distinguir entre diferentes secciones transversales de conductores. Por ejemplo, las normas IEC (IEC60227, IEC60245, IEC60502, etc.) y las normas europeas (EN50525, etc.) utilizan áreas transversales nominales (en milímetros cuadrados) como códigos para diferentes especificaciones de conductores de diferentes secciones. En este caso, la evaluación de las diferentes especificaciones de secciones transversales se basa en el valor de la resistencia del conductor, no en la medición real del área transversal de conductores eléctricos.
Selección de Área Transversal de Conductores Eléctricos según la Corriente Permitida a Largo Plazo
Para garantizar la seguridad y la vida útil del cable, la temperatura del cable después de energizar no debe exceder la temperatura de trabajo permitida a largo plazo especificada, siendo de 70 grados Celsius para cables con aislamiento de cloruro de polivinilo y 90 grados Celsius para cables con aislamiento de polietileno reticulado. Según este principio, se puede consultar una tabla para seleccionar el cable.
Ejemplo: Una capacidad de transformador de una fábrica es de 2500 kVA, con alimentación de 10 kV. Si se utiliza un cable con aislamiento de polietileno reticulado tendido en un puente, ¿qué área transversal de conductores eléctricos se debe elegir?
Paso 1: Calcular la corriente nominal 2500/10.5/1.732 = 137 A
Paso 2: Consultar el manual de selección de cables para saber:
YJV-8.7/10KV-3X25 tiene una corriente nominal de 120 A
YJV-8.7/10KV-3X35 tiene una corriente nominal de 140 A
Paso 3: Aquí se selecciona el cable YJV-8.7/10KV-3X35 ya que su corriente nominal es mayor que 137 A, teóricamente cumpliría con los requisitos.
Nota: Este método no considera los requisitos de estabilidad dinámica y térmica.
Selección de Área Transversal de Conductores Eléctricos según la Densidad de Corriente Económica
El área transversal del cable afecta la inversión en la línea y las pérdidas de energía eléctrica. Para ahorrar inversión, el área transversal del cable debe ser lo más pequeña posible, pero para reducir las pérdidas de energía eléctrica, el área transversal del cable debe ser lo más grande posible. Considerando estas consideraciones, se determina un área transversal de cable razonable, llamada área transversal económica, y la densidad de corriente correspondiente se llama densidad de corriente económica.
Método: Consultar una tabla para obtener la densidad de corriente económica según las horas de funcionamiento anuales del equipo (unidad: A/mm).
Ejemplo: La corriente nominal del equipo es de 150 A, con un tiempo de operación anual de 8000 horas, ¿qué área transversal de cable de cobre se debe elegir?
Según la tabla de densidades de corriente económica de los conductores, en función del tiempo máximo de utilización a plena carga por año (horas):
| Material del Conductor | Horas de Uso a Plena Carga Anual Tmax | ||
|---|---|---|---|
| Menos de 3000 | 3000~5000 | Más de 5000 | |
| Alambre de Aluminio, Alambre de Aluminio con Núcleo de Acero | 1.65 | 1.15 | 0.9 |
| Alambre de Cobre | 3.00 | 2.25 | 1.75 |
| Cable de Aluminio con Núcleo de Aluminio | 1.92 | 1.73 | 1.54 |
| Cable de Cobre | 2.50 | 2.25 | 2.00 |
Según la tabla, con 8000 horas, la densidad económica es de 1.75 A/mm².
S = 150/1.75 = 85.7 A
Conclusión: Según la especificación del cable, podemos seleccionar un área transversal de cable de 95 mm².
Selección de Área Transversal de Conductores Eléctricos según la Caída de Tensión en la Red Eléctrica
Cuando seleccionamos el área transversal del cable según los métodos primero y segundo, si el cable es muy largo, habrá una cierta caída de tensión durante la operación y el arranque. Si el voltaje en el lado del equipo cae por debajo de un cierto rango, puede causar calentamiento del equipo.
Según el «Manual del Electricista», la caída de tensión en una línea de 400V no debe ser inferior al 7%, es decir, 380Vx7%=26.6V.
Fórmula para calcular la caída de tensión (aquí solo se considera la caída de tensión puramente resistiva):
∆U=I×ρ×L/S
S=I×ρ×L/∆U
∆U: Caída de tensión I: Corriente nominal del equipo ρ: Resistividad del conductor S: Área transversal del cable L: Longitud del cable
Ejemplo: Para un equipo con un voltaje nominal de 380V y una corriente nominal de 150A, utilizando un cable de cobre (ρ=0.0175Ω.mm/m), con una caída de tensión requerida menor al 7% (∆U=26.6V), y una longitud de cable de 600 metros, ¿qué área transversal de cable S se debe elegir?
Según la fórmula S=I×ρ×L/∆U=150×0.0175×600/26.6=59.2mm².
Conclusión: Se selecciona un área transversal de cable de 70mm².
Selección de Área Transversal de Conductores Eléctricos según el Coeficiente de Estabilidad Térmica
La selección del área transversal de conductores eléctricos según el coeficiente de estabilidad térmica implica elegir el área transversal del cable según la magnitud de la corriente de cortocircuito.
Para cables de 0.4KV protegidos por interruptores de aire, generalmente los cables pueden cumplir con los requisitos de estabilidad térmica y no es necesario verificarlos utilizando este método.
Para cables de 6KV o más, después de seleccionar el área transversal del cable utilizando los métodos anteriores, es necesario verificar si cumple con los requisitos de estabilidad térmica utilizando la siguiente fórmula. Si no cumple, se debe seleccionar un área transversal más grande.
Fórmula: Smin=Id×Ti/C
Ti: Tiempo de ruptura del disyuntor, tomado como 0.25s
C: Coeficiente de estabilidad térmica del cable, tomado como 80
Id: Valor de corriente de cortocircuito trifásica del sistema
Ejemplo: Si la corriente de cortocircuito del sistema es de 18KA, ¿cómo se selecciona el área transversal del cable?
Smin=18000×√0.25/80=112.5
Conclusión: Si la corriente de cortocircuito del sistema alcanza los 18KA, incluso si la corriente nominal del equipo es pequeña, el área transversal del cable no debe ser inferior a 120mm².
Resumen
En resumen, en la aplicación práctica de cableado, es necesario evaluar cuidadosamente si la selección del área transversal de conductores eléctricos cumple con los requisitos del proyecto según las necesidades de uso reales. Además, también puede comunicar directamente sus necesidades específicas al proveedor de cables eléctricos, quienes le ayudarán a tomar la decisión correcta.