UNIDAD II

INSTALACIONES ELÉCTRICAS DE UN MOTOR.

SELECCIÓN DEL CALIBRE DE LOS CONDUCTORES.

Factores que se toman en cuenta:

1. IPC = Corriente a plena carga.

Iarr = Corriente de arranque ( Factor de arranque).

2. Temperatura ( Factor de corrección por temperatura ambiente)

3. Cantidad de conductores dentro de la canalización. ( Factor de agrupamiento).

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Acometida

Dispositivo que protege a los conductores del circuito alimentador, contra cortocircuito o fallas a tierra.

Conductores del circuito alimentador

Medio de desconexión.

Dispositivo que protege a los conductores del circuito derivado, contra cortocircuito o fallas a tierra.

Conductores del circuito alimentador

Controlador (Arrancador magnético)

Protección contra sobrecarga

Motor eléctrico.

DIAGRAMA DE FLUJO CORRESPONDIENTE A LOS FACTORES ANTERIORES.

ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL CALCULO DEL CALIBRE DE UN CONDUCTOR.

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Seleccionar el tipo de conductor de acuerdo a las características de la instalación

Determinar la corriente nominal de la instalación de acuerdo a la carga instalada.

Calcular el porcentaje de caída de tensión.

Corregir el valor de la corriente con los factores de temperatura y agrupamiento.

Seleccionar un calibre de conductor.

Al valor de la corriente se le aplica el factor de arranque.

¿Es circuito de fuerza?

Calibre de conductor adecuado

¿El % de caída de tensión esta en

limites?

Seleccionar un calibre mayor

ALTO

SI

NO

SI

NO

1. Capacidad de conducción de corriente adecuada.2. Que el aislamiento quede protegido.3. Que se tenga un porcentaje de caída de tensión adecuado.

SELECCIÓN DEL CALIBRE DE CONDUCTORES.

% Reg. =

% e =

Ver artículo 210-19 referente a la caída de tensión

La caída de tensión global desde el medio de desconexión principal hasta cualquier salida de la instalación ( sea de alambrado, fuerza, calefacción, etc.) no debe exceder del 5%.

Se recomienda que dicha caída de tensión se distribuya razonablemente en el circuito derivado y en el circuito alimentador de tal manera que en cada uno no sea mayor el 3%.

DESIGNACIÓN DE LOS CALIBRES.

Sección transversal CalibrePequeña 40-1 AWGIntermedia 1/0, 2/0, 3/0, 4/0 AWG.Grande 250 cm arriba del MCM.

CIRCULAR MIL ( CM )

Área de un circulo que tiene un diámetro de 1 milésima de pulgada

plg = 10-3 plg = 1 MIL.

1 CM =

1 CM = 7.85 x 10 –7 plg2

EJEMPLO:

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Expresar en MCM el calibre de un conductor que tiene un diámetro de 0.0403 pulgadas.

A = plg2

A = 1.27 x 10-3 plg2

1 CM 7.85 x 10 –7 plg2 x 1.27 x 10 –3 plg2

Por lo tantoCalibre del conductor 1.6179 MCM

DESIGNACIÓN DE LOS TIPOS DE CONDUCTORES.

THW 75 °C

Nombre comercial: Termoplástico resistente al calor y la humedad.Temperatura de operación: 75 °C ( temperatura que soporta el material aislante sin perder sus propiedades ).Aislante: Material termoplástico resistente al calor y la humedad retardador de la flama.

Leer el libro de reglamento de instalaciones sobre la aplicación de los conductores aislados.Articulo 310-13, tabla 310-13

SELECCIÓN DEL CALIBRE DE UN CONDUCTOR.

Tabla 310-16 del RIE - Capacidad de conducción de corriente

La tabla esta especificada a las siguientes condiciones:- máximo 3 conductores alojados en la canalización.- Temperatura ambiente 30 °C.

EJEMPLO.

THW 75 °C Ampacidad Calibre 10 AWG 35 A

Cuando varían las condiciones anteriores los valores de la tabla 310-16 se corrigen con el factor de corrección por agrupamiento y el factor de corrección por temperatura ambiente.

FACTOR DE CORRECIÓN POR AGRUPAMIENTO (FA).

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Número de conductores que llevan corriente

Factores de corrección por agrupamiento.

4 a 6 0.807 a 9 0.70

10 a 20 0.5021 a 30 0.4531 a 40 0.40

41 y más 0.35

EJEMPLO.

THW 75 °C Ampacidad Temperatura Ambiente 30°C Calibre 10 AWG 35 A max. 3 conductores

¿Qué corriente conduce sin dañar el aislamiento cuando está alojado en una tubería con 6 conductores?.

Ampacidad de 6 conductores seria 80 % (FA)

( 30 ) (80 % ) = (35 )( 0.8 ) = 28 A.

FACTOR DE CORRECIÓN POR TEMPERATURA AMBIENTE ( Ft)

Observar al final de la tabla 310-16 del Reglamento de Instalaciones Eléctricas ( RIE ).

Utilizando el ejemplo anterior.

Ampacidad = 28 A

¿ Que corriente sin dañar el aislamiento cuando está alojado en una tubería con 6 conductores y la temperatura ambiente es de 35 °C ?

Ampacidad será

24 x 0.88 = 24.64 A

EJEMPLO.

Seleccionar el calibre del conductor tipo THW 75 °C para alimentar la carga que se muestra en la figura, la temperatura es de 43 °C

3 F, N. THW 75ºC

20

75 KWf.p. 0.80 (-)Vn= 220 V

TUBO CONDUIT

I = A

FA = 1 ( Por ser tres conductores activos)

Ft = 0.82

Simulación para escoger el calibre adecuado.

Iselección =

Iselección = A Corriente de simulación.

300 MCM 285 A ( Ampacidad)

Ampacidad será:285 x 0.82 = 233.7 Amperes.

CALCULO DEL PORCENTAJE DE CAIDA DE TENSIÓN.

Circuito equivalente.

Caída de tensión.

e = VG-VR % e =

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Carga con f.p. en atraso

Diagrama vectorial.

VG =

Si

a = b =

por lo tanto

VG = ( a2 + b2 )ک VG =

El termino se desarrolla con el binomio de Newton

Binomio de Newton.

Del ejemplo anterior

Si

c =1 x = n = 1/2

Por lo tanto

22

=

Considerando los dos primeros términos

VG =

VG =

Despreciando

VG =

es la caída de tensión.

EJEMPLO:Calcular el % de caída de tensión y el voltaje en terminales delo motor Datos del conductor a 75 °CR = 1.615 / KmXL = 0.447 / Km

CAIDA DE TENSÍON

e =

23

Para el equivalente monofásico

Por lo tanto

VR = 251.3 V

% e =

% e = 3.14

Carga indu. FP en atraso.

°

PARA CALCULOS PRACTICOS DEL PORCENTAJE DE CAIDA DE TENSIÓN SE PUEDE UTILZAR LA SIGUIENTE FORMULA:

% e =

Donde:% e = Porcentaje de caída de tensiónL = Longitud del circuito en metros.I = Corriente por fase en amperes.FC = Factor de caída de tensión unitaria ( tabla 1-18)Ve = Voltaje nominal en volts.

EJEMPLO:

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Calcular el calibre de conductor para alimentar una carga de 75 kw, 3, con un factor de 0.85 en atraso, la longitud del circuito es de 50 m. La máxima elevación de temperatura es 40 °C el voltaje es 220 V.

I = A FA = 1

Ft = 0.88 ( Temperatura amb. 40 °C aisl. 75 °C )

ISelección = A

Se selecciona conductor calibre 300 MCM ( ampacidad 285 A)

CALCULO DE PORCENTAJE DE CAIDA DE TENSIÓN

% e =

FC = 0.26 ( Trifásico conduit no metálico de tabla)

CALCULO DEL DIÁMETRO DE TUBERÍAS.

Factor de Relleno =

Factor de Relleno RIE

No de conductores, sean portadores de corriente o no

Factor de relleno

3 o mas 0.4

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A – Área interior de la tubería.a – Área del conductor con todo y aislamiento.

2 0.31 0.55

EJEMPLO:

Calcular el diámetro de la tubería condiut necesario para alojar a los siguientes conductores tipo TWCables 3 hilos 300 MCM

5 hilos 1/0 AWG 3 hilos 12 AWG

N° de conductor Calibre a3 300 MCM 360.1 mm2

5 1/0 AWG 152.7 mm2

3 12 AWG 12.8 mm2

mm2

Factor de relleno = 0.4

mm2

Se selecciona tubería de 3 pulgadas de diámetro ( 76mm ) que tiene una área interior de 4769 mm2.

SELECCIÓN DE CALIBRES DE CONDUCTORES PARA LA ALIMENTACIÓN DE MOTORES.

1.- MOTORES DE SERVICIO CONTINUO.

Motores como única carga.a) Capacidad de conducción de corriente 1.25 IPC

b) Dos o más motores conectados al circuito.

Capacidad de conducción de la corriente 1.25 IPC Motor mayor + IPC de otros motores.

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c) Motores y otras cargas

2.- PARA MOTORES QUE NO SEAN DE SERVICIO CONTINUO. Ver tabla 430.22 y artículo 430.22 del RIE

PROTECCIÓN SOBRE SOBRECARGAS.

Sobrecarga: Sobre corriente de operación de tiempo prolongado.La sobrecargas en los motores producen calentamiento y se deben a fallas en el arranque o a cargas mayores de la nominal.

Para motores de servicio continuo de mas de 1 HP

Para otro tipo de motores, complementarse con lo estipulado en el artículo 430.32 del RIE

PROTECCIÓN DE CIRCUITOS DERIVADOS PARA MOTORES, CONTRA CORTO CIRCUITO O FALLAS A TIERRA.

Son dispositivos de sobre corriente destinados a proteger a los conductores de los circuitos derivados, a los aparatos de control de los motores y a los propios motores sobre contracorrientes debidas a cortos circuitos o fallas a tierra.

CAPACIDAD O AJUSTE DEL DISPOSITIVO. FACTORES DE QUE DEPENDE.

1. Tipo de dispositivoa) Fusibleb) Fusible de doble elementoc) Interruptor magnéticod) Interruptor termomagnetico.

2. Tipo de motor

C. C.

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Capacidad de conducción de corriente 1.25 IPC Motor mayor + IPC de otros motores + Inom de otras cargas.

Capacidad o ajuste del dispositivo 1.25 IPC

( elemento térmico)

- Serie- Shunt- Compound

C.A.

3. Letra de código tabla 430-7 b, RIE.

Letra de código Indica los KVA por HP que toma el motor a rotor bloqueado.

4. Método de Arranque

- A tensión plena

- A tensión reducida

PROTECCIÓN DE CIRCUITOS ALIMENTADORES QUE ABASTECEN MOTORES CONTRA CORTOCIRCUITOS O FALLAS A TIERRA.

Son dispositivos de sobrecorriente destinados a proteger a los conductores de circuitos alimentadores que abastecen motores contra sobrecorrientes debidas a cortocircuitos o fallas a tierra. Articulo 430-51 RIE.

CAPACIDAD DE AJUSTE DEL DISPOSITIVO

1. PARA CARGAS DE MOTORES

Si la capacidad de ajuste calculada de la forma anterior, no corresponde a uno de capacidad normalizada se puede utilizar un dispositivo de capacidad inmediata superior.

La capacidad o ajuste de este dispositivo puede calcularse también basándose en la ampacidad del conductor, cuando se trate de alimentadores instalados previendo cargas futuras.

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- Síncronos- Asíncronos

- Resistencia de red- Reactancia de red- Auto transformador- Estrella – Delta- Devanado parcial o fraccionario.

Cap. o ajuste Capacidad o ajuste del dispositivo del circuito derivado del motor de mayor potencia + IPC de los otros motores.

1. PARA CARGAS DE MOTORES, ALUMBRADO Y APARATOS.

La capacidad o ajuste debe ser suficiente para suministrar la carga de alumbrado y/o aparatos y la capacidad que corresponde a los motores.

CONTROLADOR:Es cualquier dispositivo que se usa normalmente para arrancar y para el motor.

Capacidad del controlador ( HP ) Capacidad del motor ( HP )

El motor debe estar a la vista desde el controlador, en caso contrario se debe de cumplir con algunas de las condiciones siguientes:

1. El medio de desconexión del controlador debe poder asegurarse en la posición de abierto2. Instalar un interruptor de operación manual que desconecte al motor de su fuente de

alimentación y que este al a vista desde el motor.

ARRANQUE

Excepciones:

- Motores de capacidad > 10 HP pueden arrancarse a TP, cuando arranquen en vacío, con carga ligera a que sean de baja corriente de arranque.

- Casos especiales previo acuerdo usuario-CFE.

EL USUARIO NO TIENE SUBESTACIÓN.

- Cuando el usuario tiene subestación propia previo acuerdo con CFE.

MEDIO DE DESCONEXIÓN.

Permite Desconectar manualmente los motores y controladores, del circuito alimentador.

Capacidad o ajuste 1.15 IPC

EJEMPLO:

Calcular la instalación eléctrica para alimentar la siguiente carga.

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A tensión plena - Motores con capacidad a 10 HP

A tensión reducida – Motores con capacidad > 10 HP

Un motor trifásico de inducción de 25HP a 220V tipo jaula de ardilla con letra de código GUn motor trifásico de inducción de 20 HP a 220V tipo jaula de ardilla con letra de código CUn motor trifásico de inducción de 15 HP a 220V tipo jaula de ardilla con letra de código GTodos los motores son de servicio continuo, los dispositivos de protección contra cortos circuitos o fallas a tierra son interruptores termomagneticos. Los conductores son THW 90°C y la máxima elevación de temperatura es de 40°C.

El rendimiento en los motores es del 80 %.

PT =

F D = 1

F DIV = 1

POTENCIA INSTALADA.

PI =

30

Considerando un rendimiento de 0.8 y in factor de potencia de 0.85

PI = 65.82 kVA

Se selecciona un transformador de 75 kVA

Capacidad de fusible para la protección del transformador

I = =1.88A

Se selecciona un fusible de 2A.

CIRCUITO DERIVADO DEL MOTOR 1

Datos del motor:25 HP220 VInd. Jaula de ardillaLetra de código GIPC = 71 A

a) Dispositivo de protección contra corto circuito o fallas a tierra

Dispositivo – Interruptor termo magnético.Arranque – Tensión reducida, método de autotransformador.

Capacidad o ajuste 2 IPC Capacidad o ajuste 142 A

Capacidad 125 A

b) Calibre del conductor y diámetro de la tubería

Isel

FA = 1

FT = 0.91

Isel

Isel 97.52A

31

Se selecciona calibre 1/0 AWG que tiene una ampacidad de 155A

% e = FC = 0.73

% e =

% e = 0.588

Diámetro de la tubería 38 mm.

c) Controlador

Capacidad HP Capacidad HP del motor

Capacidad de 25 HP Tamaño NEMA 1Estilo AA33225Marca FPEArrancador magnético a tensión reducida CAClase 4246

d) Elementos térmicos

F80

Capacidad o ajuste 1.25 ( 71 ) 88.75

e) Medio de desconexión

Se cubre con la capacidad de ajuste del interruptor

Capacidad o ajuste 2 IPC

Capacidad 125A

MOTOR 2

20 HP

32

220 VInducción jaula de ardillaLetra de código CIPC = 56A

a) Dispositivo de protección contra corto circuito o fallas a tierra

Dispositivo – Interruptor termo magnético.Arranque – Tensión reducida, método de autotransformador.

IPC = 56A.

Letra de codico CMétodo de arranque A tensión reducida por autotransformadorTipo de dispositivo Interruptor Termomagnetico

Capacidad o ajuste 2 IPC Capacidad o ajuste 112 A

Se selecciona un interruptor de 100 A.

b) Calibre del conductor y diámetro de la tubería

Conductor THW 90 °

Máxima elevación de temperatura 40°C

Isel

FA = 1

FT = 0.91

Isel

Isel 76.92A

Se selecciona calibre 2 AWG que tiene una ampacidad de 120A

% e = FC = 1.16

33

% e =

% e = 0.738

Diámetro de la tubería 32 mm.

d) Capacidad del controlador

20 HP

Elementos térmicos = Capacidad o ajuste 1.25(56)

MOTOR 3

15 HP220 VInducción Jaula de ardilla3 Letra de código GIPC = 44 A

a) Dispositivo de protección contra cortocircuito o fallas a tierra.

IPC = 44 ALetra de código G

Método de arranque a tensión reducida por autotransformador

Tipo de dispositivo Interruptor termomagnetico

Capacidad o ajuste 2IPC

Capacidad o ajuste 2 (44) = 88 A

Se selecciona un interruptor de 70 A

b) Calibre del conductor y diámetro de la tubería

Conductor THW 90°CMáxima elevación de temperatura 40°C

FA = 1 FT= 0.91

34

Isal

Isal 60.435 A

Se selecciona calibre de conductor 6 AWG que tiene una ampacidad de 70 A

% e =

Fc= 2.92

% e =

% e = 1.46

Diámetro de la tubería 25 mm

c) Capacidad del controlador

15 HP

Elemento termico 1.25 (44)

ALIMENTADOR PRINCIPAL

a) Capacidad del dispositivo de protección contra cortocircuito o fallas a tierra

Capacidad o ajuste del dispositivo del motor de mayor potencia

35

Capacidad o ajuste 125 + 56 + 44

Capacidad o ajuste 225 A

b) Calibre del conductor y diámetro de la tubería

Isal

Isal

Isal 207.41

Se selecciona conductor calibre 4/0 AWG, ampacidad 235 A

% e =

Fc= 2.92

% e =

% e = 0.3088

Diámetro de la tubería 51mm.

36

1.25 Ipc Motor Mayor + I pc otros motores FA x FT