El dimensionamiento de los conductores eléctricos en una instalación de baja tensión es una tarea esencial para garantizar la seguridad y eficiencia de la instalación. Un dimensionamiento adecuado asegura que los conductores puedan transportar la corriente necesaria sin sobrecalentarse, minimizando pérdidas y evitando riesgos como cortocircuitos o incendios. A continuación, se detalla el proceso de cálculo y selección de conductores, así como las normativas aplicables.
Criterios Generales para el Dimensionamiento
El proceso de dimensionamiento de los conductores eléctricos se basa en varios factores que deben ser considerados para determinar el tipo y la sección adecuada del conductor. Los principales criterios son:
Capacidad de Corriente Admisible
La capacidad de corriente admisible es la máxima corriente que un conductor puede soportar de forma continua sin superar su temperatura máxima de operación. Esta capacidad depende del tipo de aislamiento, el material del conductor (cobre o aluminio), el método de instalación y las condiciones ambientales. Para determinar esta capacidad, se utilizan las tablas proporcionadas por la normativa UNE.
Caída de Tensión
La caída de tensión es la diferencia de potencial que se produce a lo largo de un conductor debido a su resistencia eléctrica y a la corriente que circula por él. Para instalaciones de baja tensión, la normativa limita la caída de tensión a un máximo del 3% para alumbrado y del 5% para otros usos desde el punto de suministro hasta el punto de consumo.
Condiciones Ambientales
Las condiciones ambientales, como la temperatura ambiente, la presencia de humedad, o la exposición a sustancias corrosivas, pueden afectar la capacidad de corriente de un conductor. En ambientes con temperaturas elevadas, por ejemplo, se debe corregir la capacidad de corriente admisible aplicando los factores de corrección establecidos en las normativas.
Longitud del Circuito
La longitud del circuito también influye en el dimensionamiento, ya que circuitos más largos incrementan la resistencia y, por ende, la caída de tensión. Se debe tener en cuenta esta longitud al seleccionar la sección del conductor para evitar caídas de tensión excesivas.
Procedimiento para el Dimensionamiento de Conductores
1. Cálculo de la Corriente de Diseño
El primer paso es calcular la corriente de diseño (Ib), que es la corriente que se espera que circule por el circuito en condiciones normales de funcionamiento. Esta se determina dividiendo la potencia total del circuito entre la tensión de suministro:
[ I_b = \frac{P}{V} ]
Donde:
- ( P ) es la potencia total en vatios (W).
- ( V ) es la tensión de suministro en voltios (V).
2. Selección de la Sección del Conductor
La sección del conductor se selecciona de manera que la corriente de diseño no supere la capacidad de corriente admisible del conductor, teniendo en cuenta los factores de corrección por temperatura y agrupamiento de cables. La capacidad de corriente admisible se consulta en las tablas normalizadas, como las de la UNE 20460.
3. Verificación de la Caída de Tensión
Se debe calcular la caída de tensión para verificar que se encuentra dentro de los límites permitidos. La caída de tensión se calcula con la fórmula:
[ \Delta V = \frac{2 \times I_b \times L \times R}{A} ]
Donde:
- ( I_b ) es la corriente de diseño en amperios (A).
- ( L ) es la longitud del conductor en metros (m).
- ( R ) es la resistencia específica del material del conductor (Ω/m).
- ( A ) es la sección del conductor en mm².
4. Verificación de la Capacidad de Cortocircuito
Además, es necesario asegurarse de que la sección del conductor pueda soportar las corrientes de cortocircuito que puedan ocurrir durante el tiempo que tarda en actuar el dispositivo de protección. La fórmula para este cálculo es:
[ S = \sqrt{\frac{I_{cc}^2 \times t}{k}} ]
Donde:
- ( S ) es la sección mínima del conductor en mm².
- ( I_{cc} ) es la corriente de cortocircuito en amperios (A).
- ( t ) es el tiempo de duración del cortocircuito en segundos (s).
- ( k ) es un factor que depende del material del conductor y del aislamiento.
5. Elección del Material del Conductor
Los conductores eléctricos pueden ser de cobre o de aluminio, siendo el cobre el material más comúnmente utilizado debido a su mayor conductividad y menor resistencia. Sin embargo, en algunas aplicaciones, se utiliza el aluminio por su menor peso y coste. La elección del material dependerá de factores económicos, de la normativa y del tipo de instalación.
6. Condiciones de Instalación y Factores de Corrección
Para ajustar correctamente la capacidad de corriente admisible, se deben aplicar factores de corrección dependiendo de las condiciones de instalación, como:
- Temperatura ambiente: Se aplica un factor de corrección si la temperatura ambiente supera los 30°C.
- Agrupamiento de cables: Cuando varios cables están instalados juntos, se reduce la capacidad de disipación de calor, por lo que se aplican factores de corrección para evitar sobrecalentamiento.
Ejemplo Práctico de Dimensionamiento
Imaginemos una instalación con una carga total de 10 kW a 230 V. Se desea calcular la sección del conductor necesaria para un circuito con una longitud de 50 metros y un método de instalación empotrado en pared.
- Cálculo de la Corriente de Diseño:
[
I_b = \frac{10\,000}{230} \approx 43.5\, A
] - Selección de la Sección del Conductor:
Consultando la tabla de capacidad de corriente, se elige un conductor de cobre de 10 mm², cuya capacidad de corriente es de 50 A. - Cálculo de la Caída de Tensión:
[
\Delta V = \frac{2 \times 43.5 \times 50 \times 0.0178}{10} \approx 0.78\, V
]
Esto representa una caída de tensión del 0.34%, que está dentro del límite permitido. - Verificación de la Capacidad de Cortocircuito:
Supongamos que la corriente de cortocircuito es de 2 kA y el tiempo de actuación es de 0.1 s. Para cobre, ( k = 143 ):
[
S = \sqrt{\frac{2\,000^2 \times 0.1}{143}} \approx 5.9\, mm^2
]
La sección mínima requerida es menor que los 10 mm² seleccionados, por lo que el conductor es adecuado.
Referencias Normativas
Las siguientes normas son fundamentales para el dimensionamiento de conductores eléctricos:
- UNE 20460-5-523: Reglas para la selección y dimensionado de conductores eléctricos.
- UNE 20460-3: Instalaciones eléctricas de baja tensión. Parte 3: Determinación de la sección de los conductores.
- REBT (Real Decreto 842/2002): Reglamento electrotécnico para baja tensión y sus Instrucciones Técnicas Complementarias (ITC).
Estas normas y reglamentos proporcionan los criterios y tablas necesarios para un dimensionamiento adecuado, asegurando la seguridad y eficiencia de las instalaciones eléctricas en baja tensión.