Recomendaciones para instalación de cables en bandeja portacable

Hay docenas de preocupaciones y precauciones que se debe tener en cuenta cuando hablamos de transporte de energía sobre bandejas portacable, exactamente cables eléctricos.

Los cables y los sistemas de barras son las formas más comunes y confiables de hacerlo. Sin embargo, es necesario abordar muchos problemas potenciales.

Este artículo aborda cuatro precauciones importantes que debe tener en cuenta: agrupar conductores en paralelo, cortocircuitos, efectos magnéticos, corriente de funcionamiento y caída de voltaje. Existen otros factores importantes que abordamos en otros artículos con mas detalle como la ocupación y la ampacidad de los cables en la bandeja portacable.

Si me preguntas, siempre preferiré los sistemas de canalización de barras prefabricadas a las bandejas portacable, siempre que sea posible, por supuesto. No existe una regla para tal declaración, pero si puede elegir y tener el apoyo financiero, busque barras prefabricadas, llamadas también electrobarras o bus de barras. Pague más por transporte de energía confiable y menos dolores de cabeza.

Consejos de instalación mas importantes para la instalación de bandejas portacable

Agrupar conductores en paralelo sobre bandejas portacable

Por encima de una cierta corriente (generalmente varios cientos de amperios), el uso de varios conductores en paralelo permite que su sección transversal sea limitada y, por lo tanto, su manejo sea más fácil. Esta técnica, que se usa muy a menudo para los conductores entre el transformador y los tableros principales de baja tensión, también se usa para conexiones salientes de alta potencia y distribución.

Siempre recomiendo para transportar altas potencias comúnmente por encima de 800A el uso de sistemas de barras prefabricadas, esto solo es una recomendación que depende principalmente de un análisis técnico-económico.

La disposición de los conductores en un triángulo (o en un trébol) proporciona el mejor equilibrio, pero generalmente se limita a dos o incluso tres conductores por fase. Por encima de esto, la superposición de capas limita la refrigeración, lo anterior también se aplica a la bandeja portacable tipo escalera.

Reglas básicas: si varios conductores están dispuestos en paralelo, deben estar dispuestos en tantos grupos como haya conductores en paralelo, con cada grupo que contenga un conductor de cada fase. los grupos de conductores deben instalarse uno cerca del otro.

Esta regla de proximidad también se aplica a conductores individuales (fases, neutro y conductor de protección), en algunos artículos dentro de la web se detalla los cálculos de ocupación que debe tener una bandeja portacable.

La distribución trifásica a través de los conductores en paralelo debe cumplir con las estrictas reglas de diseño geométrico. Esto también supone que todos los conductores son del mismo tipo, la misma sección transversal y la misma longitud y que no incluyen derivaciones en su ruta y no pueden suministrarse individualmente.

En caso de incumplimiento de cualquiera de estas condiciones, la protección general del conjunto de conductores paralelos por un solo dispositivo no sería posible; entonces sería necesario un dispositivo de protección por conductor. Se recomienda que el número de conductores paralelos sea lo más limitado posible.

Por encima de cuatro cables por fase, es preferible utilizar sistemas de barras prefabricadas, que proporcionen una mejor distribución de las corrientes.

Tabla 1 – Diseño de los conductores en paralelo y coeficiente de corrección según IEC 60364

La teoría detrás de las reglas

Con corriente alterna, los conductores eléctricos tienen una impedancia (expresada en ohmios) que es la función compleja de tres factores:

• Resistencia R (también llamada resistencia óhmica),
• Reactancia Lω debido a la autoinductancia del conductor, y
• Capacitancia 1 / cω (o reactancia capacitiva) debido al funcionamiento conjunto de los conductores, lo que crea un condensador.

Se considera que más allá de los cables de 240 mm², la contribución realizada por la reactancia lω se convierte en el factor dominante en la impedancia. Por lo tanto, el conductor se comporta como un receptor, cambiando la corriente y el voltaje .

La ilustración opuesta se da para un cambio de fase de 45 ° (cosϕ = 0.5). Resistencia y reactancia iguales. Cabe señalar que para estas corrientes, el componente de capacitancia puede ignorarse .

Autoinducción o coeficiente de inductancia propio (L)

Determina la fuerza electromotriz «e» que circula en un conductor siguiendo la variación del flujo magnético (Φ) que rodea al conductor. La inductancia del conductor depende de las características magnéticas del material, el medio y su geometría (longitud, número de vueltas):

e = −L × dΦ / dt

Inductancia mutua

Para un enlace simétrico, el coeficiente de autoinducción es perceptiblemente idéntico para cada conductor, esto es:

L = (0.05 + 0.46 log d / r) en mH / km.

donde: d es la distancia promedio entre los ejes de los conductores, yr es el radio del núcleo del conductor.

En una disposición asimétrica , dado que las distancias son diferentes, las inductancias mutuas entre conductores también serán diferentes. De esto, se deduce que la distribución de la corriente será asimétrica.

Aplicación a conductores en paralelo

La distribución equitativa de las corrientes en varios conductores idénticos en paralelo está vinculada de manera única a la igualdad de las impedancias en cada uno de los conductores. Con la proporción de inductancia que se vuelve dominante con el aumento de la sección, dominará la disposición geométrica de los conductores ( distancias idénticas para cada uno de ellos ).

Diseño trifásico

En un cable o haz de conductores en 3 fases (con o sin neutro), la suma vectorial de las corrientes es nula y la inducción magnética resultante creada por los conductores permanece muy baja si se agrupan y se disponen en un patrón regular. Si este no es el caso, el coeficiente de autoinducción de los conductores se modificará por la interacción del campo magnético creado.

Las inductancias propias y mutuas y la distribución de las corrientes estarán fuera de balance.

Precauciones ante cortocircuitos en bandeja portacable

Hay dos efectos destructivos que pueden afectar a los conductores en caso de cortocircuito:

• Tensión térmica, protección contra la cual normalmente es proporcionada por la potencia limitante de los dispositivos de protección (fusibles, disyuntores)
• Tensiones electrodinámicas, cuyas fuerzas entre conductores pueden tener efectos destructivos.

Conductores en bandeja portacable

Cuando ocurre un cortocircuito entre dos conductores activos (el más probable), los conductores que sufren la corriente intensa del cortocircuito serán repelidos con una fuerza proporcional al cuadrado de la intensidad. Si están mal asegurados, comenzarán a azotar y podrían arrancarse de sus ataduras y tocar otro conductor o una tierra causando un nuevo cortocircuito con un efecto de arco altamente destructivo.

Los cables multiconductores están diseñados para resistir las fuerzas que estos conductores podrían ejercer.

El uso de cables de un solo conductor requiere precauciones particulares.

Las indicaciones que figuran a continuación, destinadas a llamar la atención sobre la importancia de mantener los conductores de forma segura, no pueden garantizar por sí mismas que se resistirán las condiciones de cortocircuito. Esto requerirá simulación de prueba.

Tabla 1 – Precauciones de cableado para valores de cortocircuito presuntos

Canalización de barras prefabricadas

Incluso si existen pocas limitaciones en el uso de barras prefabricadas, aún es importante verificar que sus características de resistencia a cortocircuitos estén realmente coordinadas con sus dispositivos de protección aguas arriba .

Los acoples deben ser capaces de resistir el estrés térmico asociado con el cortocircuito durante toda la duración de la falla, es decir, durante todo el tiempo necesario para que se dispare el dispositivo de protección ( disyuntor ). Del mismo modo, las fuerzas electrodinámicas permitidas por el enlace de la barra colectora deben ser compatibles con la corriente máxima limitada por la protección aguas arriba.

El supuesto valor pico ( Ipk ) puede determinarse leyendo las curvas limitantes de los dispositivos o en ausencia de datos, aplicando un factor de asimetría n (consulte la Tabla 2 a continuación) en el valor efectivo de la corriente de cortocircuito ( Isc ).

Tabla 2 – Valores efectivos del cortocircuito y el factor de asimetría aplicada

Al igual que con el cableado compuesto por conductores y cables, los cálculos de corriente de cortocircuito y la determinación de los dispositivos de protección deben realizarse antes de cualquier instalación.

Precauciones con respecto a los efectos magnéticos en bandejas portacable.

Pasar altas corrientes a través de conductores induce efectos magnéticos en masas metálicas adyacentes, lo que puede provocar el calentamiento inaceptable de los materiales.

Estas precauciones de cableado son por lo tanto, esenciales.

• Para reducir la inducción creada, es necesario disponer los conductores de modo que el campo sea lo más débil posible. En la medida de lo posible, los conductores deben estar dispuestos en un trébol para reducir los campos inducidos (ver diagrama para agrupar los conductores arriba).
• Para evitar un calentamiento significativo en las secciones de la bandeja portacable, es aconsejable quitar las partes que crean bucles alrededor de un conductor.
• También es posible romper el bucle magnético quitando secciones. En todos los casos, verifique que la resistencia mecánica siga siendo aceptable.
• Corte algunos cables de la bandeja portacable de alambre para evitar que los campos magnéticos puedan causar calentamiento.

Lazos magnéticos

Para minimizar la inducción creada en bucles magnéticos, aún se recomienda que todos los conductores vivos en un circuito (fases y neutro) se coloquen dentro de los mismos compartimientos de metal (acero).

Como la suma vectorial de las corrientes es nula, los campos creados también lo son.

La circulación de una corriente I en un conductor crea un campo proporcional H, cuyo efecto es crear la inducción B en el medio circundante. El valor de B depende del valor del campo (por lo tanto, de la corriente) pero también de las características magnéticas del medio o del material. Es la permeabilidad magnética µ expresada en henries por metro (H / m).

Cuanto más aumenta la permeabilidad del material, más se concentran las líneas de campo y mayor es la inducción. Por encima de un cierto valor hay saturación y calentamiento.

Los materiales ferrosos (acero) que son magnéticos por naturaleza, son particularmente propensos a conducir campos pero también a saturarse si estos campos son demasiado altos.