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Cables Industriales

22 Jul 2014

Caracteristicas de Cables Industriales

Aplicando los criterios de dimensionamiento explicados se seleccionan los cables de una dada instalación.

Cuando se dispone de la instalación realizada es interesante observar las características de los motores (cargas) y cables que los alimentan. A modo de ejemplo se desarrolla este análisis sobre la lista de cables que corresponde a una importante planta industrial.

La distribución de energía a las cargas esta realizada en dos niveles de tensión, 2.3 kV y 0.38 kV, se presentan entonces grupos de tablas dos para cada nivel de tensión, el total de motores es casi 900, por un total de 40 MW (potencia eléctrica absorbida por los motores, y manejada por los cables).

Motores de media tensión 2.3 kV

p eje kw

rend

pot. kw

per kw

per %

q kvar

q per

q per %

Cosfi

Promedio

253,4

271.32

2.09

155.5

1.02

Máximo

1347

1417.8

10.2

726.3

11.8

Suma

24577

26318

203

15085

98.9

Ponderado

0.934

0.771

0.656

0.86

Cantidad

97

 

La potencia promedio (consumida) de los 97 motores de 2.3 kV es 253.4 kW la perdida promedio en cables es 0.76 %, y la caída de tensión promedio es 0.69%, el volumen total de cables de media tensión es 3410 dm3, y la longitud total (de tendido trifasico) es 19.8 km, la cantidad de ternas es 103 porque algunos motores tienen dos ternas, el factor de relación entre la corriente permanente del cable, y la capacidad de transporte del mismo es en promedio 0.34.

caída %

perd %

per / dv

a/mm2

dm3

s mm2

l m

cant

factor

Promedio

0.69

0.76

1.12

2.12

35.2

47.05

204.60

1.06

0.34

Máximo

2.54

3.14

1.46

4.52

377

240.00

680.00

1.00

0.74

Suma

3410

19845

103

Ponderado

0.90

57.27

Cantidad

97

Cables de media tensión (2.3 kV)

 

s mm2

l m tot

l medio

cant

l%

vol%

240

560

280.00

2

2.82

11.83

185

1566

313.20

5

7.89

25.49

150

0

0.00

0

0.00

0.00

120

610

203.33

3

3.07

6.44

95

1571

224.43

7

7.92

13.13

70

1646

149.64

11

8.29

10.14

50

4085

226.94

18

20.58

17.97

35

1501

166.78

9

7.56

4.62

25

814

90.44

9

4.10

1.79

16

3789

180.43

21

19.09

5.33

10

3703

205.72

18

18.66

3.26

Total

19845

192.67

103.00

100.00

100.00

También puede observarse la distribución de material para las distintas secciones, nótese la distribución porcentual de la longitud total y del volumen total.

Los valores análogos para 0.38 kV son potencia (consumida) promedio de los 795 motores 23.24 kW, la perdida promedio en cables es 2.83 %, y la caída de tensión promedio es 2.16 %, el volumen total de cables de baja tensión es 9410 dm3, y la longitud total (de tendido trifasico) es 110 km, en 805 ternas, también puede observarse la distribución de material para las distintas secciones.

Motores de baja tensión 0.38 kV

 

p eje kw

Rend

pot. kw

per kw

per %

q kvar

q per

q per %

cosfi

Promedio

20.78

23.24

0.70

14.19

0.19

Máximo

110.4

122.66

5.42

74.83

3.25

Suma

16527

18480

558

11284

150.0

Ponderado

0.894

3.02

1.33

0.85

Cantidad

795

caída %

Perd %

per / dv

a/mm2

dm3

s mm2

l m

cant

factor

Promedio

2.16

2.83

1.36

2.04

11.83

25.09

138.48

1.01

0.25

Máximo

5.70

7.87

2.29

10.3

120.75

185.00

805.00

2.00

0.74

Suma

9409

110093

805

Ponderado

2.81

28.49

Cantidad

795

Cables de baja tensión (0.38 kV)

 

s mm2

l m tot

l medio

cant

l %

vol %

240

0

0

0

0.00

0.00

185

570

142.50

4

0.52

3.36

150

519

173.00

3

0.47

2.48

120

1387

173.38

8

1.26

5.31

95

2729

143.63

19

2.48

8.27

70

5442

136.05

40

4.94

12.15

50

13082

266.98

49

11.88

20.86

35

15702

218.08

72

14.26

17.52

25

17872

155.41

115

16.23

14.25

16

15724

104.83

150

14.28

8.02

10

12365

103.04

120

11.23

3.94

6

10930

120.11

91

9.93

2.09

4

13771

102.77

134

12.51

1.76

Total

110093

136.76

805

100.00

100.00

Datos para el calculo de los cables

Partiendo de la lista de cargas, y conociendo desde que centros de carga se las alimenta, se deben determinar los cables.

Frecuentemente la lista de motores del proyecto, simplemente informa su potencia, su velocidad, y el tipo de maquina impulsada.

La potencia que el motor entrega es en el eje, se debe determinar el rendimiento, y con el se determina la potencia eléctrica que el motor absorbe, luego se determina el coseno fi, y se obtiene la potencia aparente absorbida, el producto de rendimiento y coseno fi permite calcular directamente la corriente. Otra figura muestra los tres gráficos superpuestos, haciendo practico el uso.

P = Pmec * 100 / rend

S = P / cosfi

Q = raiz(P^2 + Q^2)

Corriente = S / (1.73 * U) si el sistema de alimentación es trifasico U es la tensión compuesta

Corriente = S / U si el sistema de alimentación es monofasico, U es la tensión aplicada al motor.

Otras figuras muestran en función de distintas velocidades y para baja y media tensión el rendimiento, el coseno fi, y el producto rendimiento por cosenofi.

Las curvas que se han representado son:

Serie 1 – para 3000 vpm, y 380 V (violeta)

Serie 2 – para 3000 vpm, y 2300 V

Serie 3 – para 1500 vpm, y 380 V (azul)

Serie 4 – para 1500 vpm, y 2300 V

Serie 5- para 1000 vpm, y 380 V (verde)

Serie 6 – para 1000 vpm, y 2300 V

Serie 7 – para 750 vpm, y 380 V (rojo)

Serie 8 – para 750 vpm, y 2300 V

El rendimiento y el cosfi varían con el estado de carga del motor, que puede estar por arriba o por debajo del valor nominal, estos datos son útiles cuando se debe determinar la carga eléctrica de un conjunto de motores que no están cargados con el 100% de su carga nominal.

Quien selecciona un motor para una maquina impulsada, lo elige con cierta mayoracion para las condiciones normales, y que pueda soportar condiciones de carga excepcionales. Finalmente el motor comercial se elige dentro de las potencias disponibles, por lo que en condiciones normales un motor que acciona una maquina es fácil que este cargado solo al 70 – 80 %.

El rendimiento en función del estado de carga, el cosenofi en función del estado de carga, se determinan con los gráficos y sirven para realizar balances de cargas en situaciones de cargas reales.

Otros datos de los motores que son útiles cuando se trata de desarrollar algunos estudios son: la corriente de arranque, el par de arranque, el resbalamiento en condiciones de carga nominal.

Un dato interesante que permite evaluciones económicas es el peso especifico de los motores (kg / kW).

La corriente de arranque es útil para verificar la caída de tensión durante el arranque, que particularmente afecta la cupla de arranque, y en la medida que esta se reduce el tiempo de aceleración.

La corriente de arranque por otra parte se reduce por influencia de los cables (que aumentan la impedancia del circuito en condiciones de arranque).

La corriente de arranque también esta relacionada con el aporte de corriente de cortocircuito de los motores (en primera aproximación se los supone iguales) por lo que se puede observar la influencia de los cables también en este valor.

Motores de media tensión 2.3 kV

dv % iarr iarr cab cosfi a cosfi c iarrc /ia du arr dua/du
minimo

0.038

5.3

5.05

0.3

0.3

0.94

0.2

2.3

Medio

0.687

6.1

5.96

0.3

0.33

0.98

3.06

3.5

Máximo

2.538

7.7

7.42

0.3

0.42

1

10.4

7.3

Motores de baja tensión 0.38 kV

 

dv % iarr iarr cab cosfi a cosfi c iarrc /ia du arr dua/du
minimo 0.011 3.2 2.933 0.3 0.309 0.74 0.034 2.176
Medio 2.158 6.7 6.088 0.4 0.506 0.91 9.636 4.283
Máximo 5.694 8.5 8.397 0.5 0.671 1 29.19 7.072

En las sucesivas columnas de la tabla se observan, caída de tensión con carga normal, corriente de arranque relativa (referida a la corriente normal), corriente de arranque con la influencia del cable, coseno fi de arranque (adoptado 0.3 para los motores mas grandes, y 0.5 para los pequeños), y valor con la influencia del cable, relación entre corriente de arranque reducida por el cable, y valor de la misma sin cable, caída de tensión en arranque, y relación de caída de tensión en arranque a caída de tensión con corriente normal.

Se observa que el máximo de caída de tensión en arranque para los motores de baja tensión es casi 30%, esto se da en los motores mas distantes, y lógicamente estos motores no son con arranque directo.