Manual de instalaciones electricas

FIME-UAdeC Instalaciones Eléctricas e Iluminación

INSTALACIONES ELECTRICAS.

Definición de instalación eléctrica.

Se entiende por instalación eléctrica al conjunto integrado por canalizaciones, estructuras,
conductores, accesorios y dispositivos que permiten el suministro de energía eléctrica
desde las centrales generadoras hasta el centro de consumo, para alimentar a las máquinas
y aparatos que la demanden para su funcionamiento.

Para que una instalación eléctrica sea considerada como segura y eficiente se requiere
que los productos empleados en ella estén aprobados por las autoridades competentes,
que esté diseñada para las tensiones nominales de operación, que los conductores y sus
aislamientos cumplan con lo especificado, que se considere el uso que se dará a la
instalación y el tipo de ambiente en que se encontrará.

Objetivo de una instalación eléctrica.

Puede decirse que el objetivo fundamental de una instalación eléctrica es el cumplir con
los requerimientos planteados durante el proyecto de la misma, tendientes a proporcionar
el servicio eficiente que satisfaga la demanda de los aparatos que deberán ser alimentados
con energía eléctrica.

Para dar apoyo a lo anteriormente citado tendrán que conjuntarse los factores siguientes:

* Seguridad contra accidentes e incendios

Ya que la presencia de la energía eléctrica significa un riesgo para el humano, se requiere
suministrar la máxima seguridad posible para salvaguardar su integridad así como la de
los bienes materiales.

* Eficiencia y economía

En este rubro deberá procurarse conciliar lo técnico con lo económico y es donde el
proyectista deberá mostrar su ética profesional para no perjudicar al cliente. La
instalación deberá de cumplir con las normas oficiales establecidas

* Accesibilidad y distribución

Es necesario ubicar adecuadamente cada parte integrante de la instalación eléctrica, sin
perder de vista la funcionabilidad.

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* Estética

La instalación eléctrica debe ser agradable a la vista. Es necesario recordar que esto esla
tarjeta de presentación del instalador

* Mantenimiento

Con el fin de que una instalación eléctrica aproveche al máximo su vida útil, resulta
indispensable considerar una labor de mantenimiento preventivo adecuada.

Clasificación de las instalaciones eléctricas.

Las instalaciones eléctricas pueden clasificarse tomando como base varios criterios.

Si clasificamos a las instalaciones eléctricas en función de sus voltajes de operación,
necesariamente habría que mencionarse:

Baja tensión: desde 127 volts hasta 23000 volts

Mediana tensión: 69KV

Alta tensión: Desde 85KV hasta 400 KV

Extra alta tensión: Mas de 400 KV

De acuerdo a la carga alimentada las instalaciones eléctricas se clasifican como:

Residenciales: Casas habitación, Residencias, vecindades etc.

Comerciales: Hoteles, museos, cines, locales comerciales, talleres, estadios etc

Industriales:Naves Industriales

De acuerdo a la forma de instalación:

Visibles: Es toda aquella instalación en donde las canalizaciones están a la vista

Ocultas: Es aquella instalación donde la canalización esta embebida en muros o techos

Aéreas: es aquella donde los conductores están montados sobre postes o torresy
separados por aisladores, los conductores pueden estar desnudos o forrados

Subterráneas: Es aquella en donde la canalización esta bajo el piso, cualquiera que sea la
forma de soporte o material del piso.

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De acuerdo al lugar de instalación:

Lugar seco: Son lugares en donde en condiciones normales de operación no están sujetos
a derrames de líquidos.

Lugar húmedo: Son Todos aquellos lugares parcialmente protegidos por alerones,
corredores techados pero abiertos, así como lugares interiores que están
sujetos a cierto grado de humedad por condensación, tal como sótanos o
depósitos refrigerados.

Lugar mojado:Son lugares en donde en condiciones normales de operación tiene
condiciones extremas de humedad, tales como instalaciones a la
intemperie, lavado de automóviles, instalaciones bajo tierra en contacto
directo con el suelo etc.

Lugar corrosivo:Son lugares en donde en condiciones normales de operación están
expuestos a sustancias químicas o a sus vapores tales como ácidos o
sustancias alcalinas

Lugar peligroso:Son lugares en donde en condiciones normales de operación están
sujetos a peligro de incendio debido a polvos, gases, líquidos o fibras
flamables. Las canalizaciones deberán cerrar herméticamente. Por
ejemplo, se desarrollan este tipo de instalaciones en molinos de trigo,
minas de tiro, gaseras, plantas petroquímicas, fabricas textiles etc.

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ELEMENTOS DE UNA INSTALACION ELECTRICA

En instalaciones eléctricas de baja tensión de los tipos Industriales comerciales o
residenciales se utilizan los siguientes elementos:

a) Conductores Eléctricos
b) Canalizaciones Eléctricas
c) Conectores para las canalizaciones
d) Accesorios adicionales
e) Dispositivos de protección

Conductores Eléctricos

Un conductor eléctrico es aquel material que ofrece poca resistencia al flujo de
electricidad. Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una
conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la
mica.

Resistencia es la propiedad de un objeto o sustancia que hace que se oponga al paso de
una corriente eléctrica. La resistencia de un conductor viene determinada por una
propiedad de la sustancia que lo compone, conocida como conductividad, por la longitud
y por la superficie transversal del objeto, así como por la temperatura.

R=

A una temperatura dada, la resistencia es proporcional a la longitud del conductor e
inversamente proporcional a su conductividad y a su superficie transversal.
Generalmente, la resistencia de un material aumenta cuando crece la temperatura.

La mayoría de los conductores eléctricos empleados en las instalaciones eléctricas son de
cobre o de aluminio, pues poseen buena conductividad. Comparativamente el aluminio
tiene aproximadamente el 84 % de la conductividad del cobre, pero es más liviano; en lo
referente al peso, puede tenerse con el mismo peso casí cuatro veces mayor cantidad de
conductor de aluminio, que de cobre.

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Denominación de los conductores

Es práctica común en nuestro país, emplear el sistema de calibración de conductores
denominado AWG que es el Sistema americano de designación nombrado asi por sus
siglas en ingles (American Wire Gage), siendo el mas grueso el 4/0, siguiendo en orden
descendente del área del conductor los números 3/0, 2/0 , 0, 1, 2, 4, 6, 8, 10,12,14 siendo
este el mas delgado usado en instalaciones eléctricas. Sin embargo deberán
2
manejarse también las dimensiones en milímetros cuadrados (mm ) para estar de
acuerdo a lo estipulado por la NOM.

310-5. Tamaño nominal mínimo de los conductores. En la Tabla 310-5 se indica el
tamaño nominal mínimo de los conductores permitidos por esta NOM.

Tabla 310-5. Tamaño nominal mínimo de los conductores
Tensión eléctrica nominal
mm2 (AWG) Material
del conductor
De 0 a 2000 2,082 (14) Cobre
13,3 (6) Aluminio
De 2001 a 5000 8,367 (8) Cobre
13,3 (6) Aluminio
De 5001 a 8000 13,3 (6) Cu o Al
De 8001 a 15000 33,62 (2) Cu o Al
De 15001 a 25000 42,41 Cu o Al
De 28000 a 35000 53,48 (1/0) Cu o Al

Para los conductores con un área mayor de 4/0 se utiliza una designación que esta en
función de su área en pulgadas la cual se llama MCM (Mil Circular Mil).

Un circular mil es la sección de un circulo que tienen un diámetro de una milésima de
pulgada (0.001 pulg)

La relación entre el circular mil y el área en mm2 para un conductor se
obtiene como sigue:

1 pulg= 25.4 mm

Como el Circular Mil es un area

1 CM = = mm2

En donde 1 mm2 = 1974 Circilar Mil

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Aislamiento de los conductores

Los conductores empleados en las instalaciones eléctricasestánaislados, antiguamente los conductores
eléctricos se aislaban con hule, conociendose comercialmente como tipo R, actualmente se fabrican con
aislantes de tipo termoplastico (T) con distintas denominaciones comerciales, según el tipo de
fabricante,siendo los mas conocidos por ser a prueba de agua entre otras propiedades los siguientes: tipo
TWJ VINANEL 900, VINANEL NYLON, VULCANEL Ep ,VULCANEL XLP, THWN, RUW ,TWD J

THW,RHH

La variedad de aislamientos empleados en los conductores eléctricos es amplia para
poder satisfacer las diferentes necesidades. A manera de resumen se cita lo siguiente:

A Aislamiento de asbesto
MI Aislamiento mineral
R Aislamiento de hule
SA Aislamiento de silicio-asbesto
T Aislamiento termoplástico
V Aislamiento de cambray con barniz
X Aislamiento de polímero sintético con barniz

FEP Etileno Propileno Fluorado
RHW Polímero sintético o de cadena cruzada resistente al calor y a la flama
THW-LS Termoplástico resistente a la humedad, al calor y a la propagación de
incendio

Cada tipo de conductor tiene propiedades específicas que lo diferencian de otro, pero en
general en la selección de un conductor deben considerarse los agentes que los afectan
durante su operación y que se pueden agrupar como:
a).-Agentes mecánicos
b).-Agentes químicos
c).- Agentes eléctricos

Agentes mecánicos,
La mayor parte de los ataques mecánicos que sufre un conductor se deben a agentes
externos como son el de empaque, manejo e instalación que pueden afectar las
características del conductor dañado y que producen fallas de operación, por lo que es
necesario prevenir el deterioro por agentes externos usando las técnicas adecuadas de
manejo de materiales e inserción de conductores en canalizaciones.

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los principales agente s que pueden afectar mecánicamente a los conductores se pueden
dividir en cuatro clases:

a).-Presiónmecánica
b),-Abrasión
c),-Elongación
d),-Doblez a 180°

Presion mecánica.- La presi6n mecánica se puede presentar en el manejo de los
conductores por el paso o colocaci6n de objetos pesados sobre los conductores, su efecto
puede ser una deformación permanente del aislamiento, disminuyendo el espesor del
mismo y apareciendo fisuras que pueden provocar fallas eléctricas futuras.

Abrasión.- La abrasión es un fen6meno que se presenta normalmente al introducir los
conductores a las canalizaciones, cuando estas están mal preparadas y contienen rebabas
o bordes punzo-cortantes.

Elongación.- El reglamento de obras e instalaciones eléctricas marca que no debe haber
más de dos curvas de 90° en una trayectoria unitaria de tubería, cuando se tiene un
número mayor de curvas se puede presentar el fenómeno de elongación o también cuando
se trata de introducir más conductores en el tubo conduit de los permitidos por el
reglamento (deben ocupar el 40% de la sección disponible dejando libre la secci6n
restante),ya que se corre el riesgo de alargar el propio metal, creándose un problema de
aumento de resistencia eléctrica por disminuci6n en la secci6n delconductor.

Doblez a 180°.- Este problema se presenta principalmente por mal manejo de material,
de tal forma que las moléculas del aislamiento que se encuentran en la parte exterior
están sometidas a la tensión y las que se encuentran en la parte interior a la compresión.

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Agentes químicos
Un conductor se ve sujeto a ataques por agentes químicos que pueden ser diversos y que
dependen de los contaminantes que se encuentran en el lugar de la instalación, estos
agentes químicoscontaminantes se pueden -identificar en cuatro tipos generales que son;
-Agua o humedad
-Hidrocarburos
-Ácidos
-Álcalis

Las fallas por agentes químicos en los conductores se manifiestan como una disminución
en el espesor del aislamiento, como grietas con trazos de sulfatación en el aislamiento o
por oxidación en el aislamiento, caso típico que se manifiesta como un desprendimiento
en forma de escamas, en la tabla siguiente se indican algunas propiedades de aislamientos
a la acci6n de los contaminantes más comunes.

Agentes Eléctricos

Desde el punto de vista eléctrico, la característica principal de los conductores de baja
tensión se mide por la rigidez dieléctrica del aislamiento, que es la que determina las
condiciones de operación manteniendo la diferencia de potencial requerida dentro de los
límites de seguridad, permite soportar sobrecargas transitorias e impulsos de corriente
provocados por corto circuito.
Normalmente se expresa la rigidez dieléctrica en kv/mm.

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Cálculo de conductoreseléctricos

Para la correcta selección de un conductor eléctrico deben considerarse varios factores, a
saber:

a) Uso del cable y condiciones de instalación
b) Corriente máxima que debe transportar
c) Caída de tensión máxima admisible.
d) Tensión de servicio.

El cálculo del conductor debe efectuarse de dos maneras: por corriente y por caída de
tensión. El resultado del cálculo que arroje el conductor de mayor sección transversal será
el que se seleccione.

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Sistema Calculo por caída Donde:
de voltaje
Monofásico I =Corriente eléctrica en Amperes
En =Voltaje de fase a neutro en Voltios
A =Sección transversal del conductor en mm2
L =Longitud del circuito considerado en metros
Trifásico a 3 hilos Ef =Voltaje entre fases en Voltios
e%=Caída de tensión en porciento

Trifásico a 4 hilos

Número de conductores en un tubo conduit.
Anteriormente, se ha mencionado que los conductores eléctricos están limitados en su
capacidad de conducción de corriente por razones de calentamiento al existir limitaciones
en la disipación de calor, y debido a que el aislamiento impone una fuerte restricción por
sus limitaciones de tipo térmico.
Por esta razón, el número de conductores dentro de un tubo conduit tiene que ser
restringido, de tal forma que permita un arreglo físico de los mismos de acuerdo a la
sección del tubo conduit, para que facilite el alojamiento y manipulación durante la
instalación de los conductores y se considere también la cantidad de aire necesaria para
que los ductores se mantengan a temperaturas adecuadas en base de un buen
enfriamiento. Estas condiciones se logran estableciendo una relación adecuada entre las
secciones del tubo y los conductores. Aestarelación se le conocecomo factor de relleno

A es el área interior del tubo en mm2ó plg2
a es el área total de los conductores,
El factor de relleno tiene los siguientes valores establecidos para las instalaciones.
Para 1 conductor 53%
Para 2 conductores 31%
Para 3 conductores 43%
Para 4 o mas conductores 40%

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MENTA
CION
NOMBRE DEL
ALUMNO:
______________
______________ EJERCICIO
______________
______________ Se tiene una tuberia la cual contiene los conductores que alimentan a los siguientes
______________ equipos.
_____________

SEMESTRE 1 Motor trifasico de 20 HP conectado en delta, con una eficiencia del 80% y un factor de
_________ESPE
CIALIDAD:___ potencia de 0.9alimentado con 220 volts
________
FECHA:_______
______________ 1 Banco de resistencias de 10 kw conectadas en estrella alimentadas con 220
_ DOCENTE:
ROBERTO
GERARDO Calcular el calibre de las conductores que alimenta a cada equipo y el diametro de la
ADANSÁNCHEZ
tuberia para soportar a todos los conductores.

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EJERCICIO
Determine el diametro de la tuberia que contendra a los siguientes conductores
AREA AREA POR
Nº CALIBRE
UNITARIA CALIBRE
4 6 AWG
5 0 AWG

3 250 MCM
AREA
TOTAL

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EJERCICIO
AREA AREA POR
Nº CALIBRE
UNITARIA CALIBRE
8 10 AWG
6 8 AWG

4 4 MCM
AREA
TOTAL

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Canalizaciones Eléctricas

Se entiende por canalizaciones eléctricas a los dispositivos que se emplean en las
instalaciones eléctricas para contener a los conductores de manera que queden protegidos
contra deterioro mecánico y contaminación, además protejan a las instalaciones contra
incendios por arcos eléctricos que se presentan en condiciones de corto circuito,
los medios de canalización más comunes en las instalaciones eléctricas son:
Tubos conduit
Ductos
Charolas

Tubos Conduit
El tubo conduit es un tipo de tubo (de metal o plástico) usado para contener y proteger los
conductores eléctricos usados en las instalaciones. Los tubos conduit metálicos pueden
ser de aluminio, acero o aleaciones especiales, los tubos de acero a su vez se fabrican en
los tipos pesado, semipesado y ligero, distinguiéndose uno de otro por el espesor de la
pared.
Tubo conduit de acero pesado (pared gruesa).
estos tubos conduit se encuentran en el mercado enforma galvanizada o con
recubrimiento negro esmaltado, normalmente en tramos de 3.05 m de longitud con rosca
en ambos extremos. Se usan como conectores para este tipo de tubo los llamados coples
niples (corto y largo) así como niples cerrados o de cuerda corrida.
Se fabrican en secciones circulares con diámetros que van de 13 mm (1/2 pulgada) a
152,4mm (6 pulgadas).

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Tubo conduit metálico de pared delgada
A este tubo se le conoce también como tubo metálico rígido ligero, su uso es permitido
en instalaciones ocultas o visibles ya sea embebido en lugares de ambiente seco no
expuestos a humedad o ambiente corrosivo. No se recomienda en lugares que durante su
instalación o después de está esté expuesto a daño mecánico. Tampoco se debe usar
directamente enterrado o en lugares húmedos o mojados, así como en lugares clasificados
como peligrososel diámetro máximo recomendable para estos tubos esdel 51 mm (2
pulgadas) y debido a que son de pared delgada en estostubos no se debe hacer roscado
para atornillarse a cajas de conexiónu otros accesorios, de modo que los tramos se deben
unir por mediode accesorios de unión especiales.

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Tubo conduit metálico flexible.
Con esta designación se encuentra el tubo flexiblecomún fabricado con cinta metálica
engargolada (en forma helicoidal) sin ningún recubrimiento.
Para su aplicación se recomienda su uso en lugares secos donde no esté expuesto a
corrosión o daño mecánicos o sea que se puede instalar embutido en muro. No se
recomienda su aplicación en lugares en dondese encuentre directamente enterrado o
embebido en concreto, tampoco se debe usar en lugares expuestos a ambiente corrosivo.
Su uso se acentúa en las instalaciones de tipo industrial como último tramo para
conexión de motores eléctricos.

Tubo conduit de plástico rígido
(pvc).
Este tubo cae dentro de la
clasificación de los tubos conduit
no metálicos, el tubo pvc es la
designación comercial que se da
al tubo rígido de policloruro de
vinilo (pvc), también dentro de la
clasificación de los tubos no
metálicos, se encuentran los tubos
de polietileno,

El tubo rígido de pvc debe ser
auto extinguible, resistente al
aplastamiento, a la humedad y a
ciertos agentes químicos.

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El uso permitido del tubo conduit rígido de PVC seencuentra en:

a) Instalaciones ocultas,

b) En instalaciones visibles en donde el tubo no esté expuestoa daño mecánico,

c) En ciertos lugares en donde existen agentes químicos que noafecten al tubo v sus
accesorios,ni en locales húmedos o mojados instalados de manera que no lespenetre el
agua y en lugares en donde no les afecte la corrosión que exista en medios de ambiente
corrosivo.

e) Directamente enterrados a una profundidad no menor de 0,50 ma menos que se proteja
con un recubrimiento de concreto de5 centímetros de espesor como minino de acuerdo a
la normatécnica para instalaciones eléctricas en México.

El tubo rígido de PVC no debe ser usado en las siguientes condiciones:

En locales o áreas que estén considerados comopeligrosos,

Para soportar luminarias u otros equipos,

En lugares en donde la temperatura del medioambiente más la producida por los
conductores no exceda a 70°c.

Dado la gran diversidad de accesorios que pueden llegarse a emplear en una instalación
eléctrica, a continuación se dá una pequeña muestra de algunos de ellos.

Durante el tiempo de clase en el aula y en las practicas y visitas que se realizarán, se
detallará sobre las características, aplicación, presentaciones, materiales y demás
información relativa a los accesorios.

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Un extremo se
Extremos
suministra con
con rosca
cople
La longitud de cada tramo es de 3.05 M. Tubo conduit metalico rigido de pared gruesa.
Se fabrica en diametros de 1/2 plg. a 6 plg. el interior debe ser liso para no dañar los
conductores.

Sin rosca en los
extremos

Tubo conduit intermedio o semi pesado. Tubo conduit metalico de pared
delgado(rigidoligero).

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Tubo Conduit de pared delgada y conectores.

Abrazaderasparatubo Conduit

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Tubo Conduit de pared Gruesa y conectores

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Ductos.
Los ductos son otros medios de canalización de conductores eléctricos que se usan sólo
en las instalaciones eléctricas visibles debido a que no se pueden. Montar embutidos en
pared o dentro de lazos de concreto. Se fabrican de canales de lámina deacero de sección
cuadrada o rectangular con tapas atornilladas ysu aplicación se encuentra en instalaciones
industriales y laboratorios.

Los conductores se llevan dentro de los ductos enforma similar al caso de los tubos
conduit y se pueden usar paracircuitos alimentadores y circuitos derivados y su uso no
está restringido ya que se puede emplear también a edificios multifamiliares y de
oficinas) su instalación requiere de algunas precauciones como por ejemplo que no
existan tuberías de agua cercanas)o bien se restringe su uso en áreas catalogadas como
peligrosas.

Los ductos ofrecen ventajas en comparación con lostubos conduit debido a que ofrecen
mayor espacio para alojar conductores y son más fáciles de alambrar esto en sistemas
menores — de distribución en donde por un mismo ducto se pueden tener circuitos
múltiples, ofreciendo además la ventaja de ser fácil de alambrar, teniéndose un mejor
aprovechamiento de la capacidad conductiva de los conductores al tener mejor disipación
de calor. Tienen la desventaja de que requieren de mayor mantenimiento.

Se permiten un máximo de 30 conductores hasta ocupar un 20% del interior del ducto, en
el caso de empalmes o derivaciones puede ser hasta un 75%. En la siguiente tabla se
muestra comparativamente la capacidad de conducción de corriente con respecto al tubo
conduit.

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El empleo de ductos en las instalaciones industriales, de laboratorios, edificios de
viviendas oedificios de oficinas tienen ventajas como:
fácil de instalar
Se surte en tramos de diferentes medidas lo que hace versátil su instalación
Se tiene facilidad y versatilidad para la instalación de conductores dentro del
ducto, teniéndose la posibilidad de agregar más circuitos a las instalaciones va
existentes
Los ductos son 100% recuperables cuando se modifican las instalaciones y se
vuelven a usar
Son fáciles de abrir y conectar derivaciones para alumbrado o fuerza.
Se tiene ahorro en herramienta ya que no es necesario usar tarrajes, dobladoras de
tubos etc.
Facilitan la ampliación en las instalaciones eléctricas.

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Charolas.
En el uso de charolas se tienen aplicaciones parecidas a las de los ductos con algunas
limitantes propias de loslugares en que se hace la instalación.
En cuanto a la utilización de charolas se dan lassiguientes recomendaciones:

Procurar alinear los conductores de manera que guarden siempre la misma
posición relativa en todo el trayecto de la charola, especialmente los de grueso
calibre.

En el caso de muchos conductores delgados es conveniente hacer amarres a
intervalos de 1,5 a 2,0 m aproximadamente, procurando colocar etiquetas de
identificación cuando se traten de conductores de varios circuitos) en el caso de
conductores de calibre grueso los amarres se pueden hacer cada 2.0 ó 3.0 m,

En la fijación de conductores que vayan a través de charolas por trayectorias
verticales muy largas es recomendable que los amarres se hagan con abrazaderas
especiales en lugar de usar hilo de cáñamo

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INSTALACION ELECTRICA DE MOTORES.
Las instalaciones industriales son básicamente de dos tipos:
a) Instalación eléctrica para alumbrado.
b) Instalación eléctrica para fuerza.
En esta parte se discutirá fundamentalmente las instalaciones eléctricas para fuerza, y en
particular para motores eléctricos.
Instalaciones eléctricas de motores.
En la instalación eléctrica de motores intervienen principalmente los elementos que se
indican en el diagrama siguiente:

Para describir los elementos de la instalación de un motor es conveniente tener los
siguientes conceptos:
Corriente nominal de un motor. Es la corriente que demanda un motor cuando está
trabajando a plena carga (potencia nominal).

Corriente de arranque de un motor. Es la corriente que demanda motor cuando se pone en
operación y su valor es considerablemente mayor que la corriente nominal.

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Alimentador (A). Es el conductor que alimenta a un grupo de motores eléctricos y va
desde el interruptor principal hasta el tablero de distribución, su calibre se calcula de
acuerdo con la siguiente fórmula:

Protección del alimentador (B). Tiene por objeto proteger al conductores contra
sobrecargas, ya sea por medio de fusibles o interruptores automáticos.
Se debe calcular para una corriente que tome en cuenta la corriente arranque del motor
mayor más la suma de las corrientes nominales de otros motores.

Circuitos derivados (D). Los conductores que alimentan a cada motor de la instalación
reciben el nombre de circuito derivado y van desde tablero de distribución o del
alimentador a cada motor.
Esos conductores se calculan para una sobrecarga de 25%, de maneraque el calibre del
circuito derivado se calcula con una corriente.

Protección del circuito derivado (C). La protección del circuito derivado se hace por
medio de fusibles y se debe calcular para una corriente quepuede ser la corriente de
arranque o de corto circuito. El objeto de esta protección es cuidar al conductor no al
motor, y debe permitir elarranque del motor sin que se abra el circuito. Se selecciona de
acuerdo con tablas proporcionadas por fabricantes.

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Desconectador (E). Tiene por objeto aislar el motor del circuito derivado, con el fin de
poder hacer ajustes o reparaciones en el motor sinpeligro alguno. Este desconectador
consiste de un interruptor de navajasquedebe soportar una corriente mínima. I= 1.15 Ipc

Protección del motor (F). Tiene por objeto protegerlo contrasobrecargas; para evitar que
éste se sobrecaliente, se le permitesolamente una sobrecarga del 25%, de manera que la
protección del motor se selecciona para una corriente que es 25% mayor que la
corriente nominal. I= 1.25 Ipc

Control del motor (G). Es el aparato que sirve para arrancar, controlar oparar la
operación del motor. Este aparato depende del tipo de motor;puede ser un simple
interruptor de navajas, un desconectador manual oautomático con resistencias o
reactancias que se ponen en serie cuandoarranca el motor y luego se desconectan.

Control secundario del motor (H). El control secundario del motor se hace en los
motores de rotor devanado y consiste en un reóstato que se conecta al devanado del rotor
por medio de anillos rozantes. Al arrancar el motor se ponen todas las resistencias en
serie y se va decreciendo poco a poco hasta que el motor adquiere su velocidad nominal.
Con esto se logra que el motor tome una corriente relativamente baja.

Estación de botones (J). Se emplea para el control del motor a distancia, es decir a control
remoto. Se usa en aquellos casos en que el motor tiene arranque magnético o
electromagnético, en el cual los contactos pueden abrirse o cerrarse por medio de una
estación de botones localizada en el lugar más conveniente y a distancia del motor.

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Calcule el calibre adecuado para cada motor en una instalacion industrial, se utilizara
cable de cobre THW el factor de potencia de los motores es de 0.95 y la eficiencia es de
0.85

Equipo I nom. Calibre del de la Caida de
conductor tuberia voltaje (5%)
Motor 1

Motor 2

Motor 3

440Volt
s
3

L= 350 mts. L= 450 mts. L= 150 mts.

50 hp 75 hp 100
hp

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Calcule el calibre adecuado para cada motor en una instalacion industrial, se
utilizara cable de cobre thw el factor de potencia de los motores es de 0.85 y la
eficiencia es de 0.80

Equipo I nom. I con Fact. Seg. Calibre Diametro de la
tuberia
Motor 1

Motor 2

Motor 3

Motor 4

Motor 5

Motor 6

Resistencias

Equipo I nom. Calibre. Diametro de Dispositivo de
la tuberia proteccion
C.A. 1
C.A. 2
C.A. 3
440Volt
s
3
CA1 CA2 CA3

2
conductores

50 hp 100 30 150 100 75 hp
hp hp hp hp
5 Kw c/u
M1 M2 M3 M4 M5 M6 R1

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Calcule el calibre adecuado para cada motoren una instalacion industrial, se utilizara
cable de cobre thw el factor de potencia de los motores es de 0.95 y la eficiencia es de
0.85

tuberia
Motor 1
Motor 2
Motor 3
Motor 4
Motor 5

Equipo I nom. Calibre. Diametro de la Dispositivo de
tuberia proteccion
C.A. 1
C.A. 2

440Volts
3

CA1 CA2

75 hp 50 hp 100 hp 25 hp 30 hp

M1 M2 M3 M4 M5

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Calcule el calibre adecuado para cada motoren una instalacion industrial, se utilizara
cable de cobre thw el factor de potencia de los motores es de 0.90 y la eficiencia es de
0.80

tuberia
Motor 1
Motor 2
Motor 3
Motor 4
Motor 5
Motor 6
Resistencias

Equipo I nom. Calibre. Diametro de la Dispositivo de
tuberia proteccion
C.A. 1
C.A. 2
C.A. 3

220Volt
s
3
CA1 CA2 CA3

2
conductores

75 hp 20 hp 75 hp 40hp 60 hp 100
hp
10 Kw c/u
M1 M2 M3 M4 M5 M6 R1

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Potencia Eléctrica y Factor de potencia
Potencia eléctrica
En muchos dispositivos eléctricos uno
de los parámetros que más interesa es el de
la potencia. Por ejemplo, es importante
conocer la potencia suministrada por un
alternador, la potencia consumida por un
motor eléctrico, la potencia emitida por una
emisora de radio o televisión, etc.
La tensión aplicada al circuito de elementos pasivos es una función del
tiempo. La intensidad que resulta es, igualmente, una función del tiempo cuyo
valor depende de los elementos que integren dicho circuito. El producto, en cada
instante, de la tensión por la intensidad se llama potencia instantánea y viene
dada por
La potencia p puede tomar valores positivos o negativos, según el
instante o el intervalo de tiempo que se considere. Una potencia P positiva
significa una transferencia de energía de la fuente a la red, mientras que una
potencia P negativa corresponde a una transferencia de energía de la red a la
fuente.
POTENCIA ACTIVA (P)
La potencia neta o media que consume una carga durante un periodo se
denomina Potencia activa. La unidad de potencia activa es el watt (W)
En donde

Circuito con una bobina Circuito con un capacitor

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POTENCIA APARENTE (S)
La potencia aparente (también llamada compleja) de un circuito eléctrico de
corriente alterna es la suma (vectorial) de la energía que disipa dicho circuito en
cierto tiempo en forma de calor o trabajo y la energía utilizada para la formación
de los campos eléctricos y magnéticos de sus componentes que fluctuara entre
estos componentes y la fuente de energía. La potencia aparente es el producto
V*I . La unidad de S es el voltio-amper (VA) y Se representa por la letra
mayúscula S

POTENCIA REACTIVA (Q)
La potencia reactiva Q es la encargada de generar el campo magnético que
requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores y
transformadores. El producto V*I sen se llama potencia reactiva y se representa
por la letra mayúscula Q. La unidad de Q es el voltio-amper reactivo (VAR).

Las expresiones de las potencias activa, aparente y .reactiva se pueden
representar geométricamente mediante los lados de un triángulo que se llama
triángulo de potencias.

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POTENCIA COMPLEJA
Los tres lados S, P y Q del triángulo de potencias se deducen del producto de la
tensión por el complejo conjugado de la intensidad. El resultado de este
producto es un número complejo que se llama potencia compleja S. Su parte
real es la potencia activa P y su parte imaginaria es la potencia reactiva Q.

FACTOR DE POTENCIA

El factor de potencia se define como el cociente de la relación de la potencia
activa entre la potencia aparente; esto es:

= Cos

El factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de
energía eléctrica que se ha convertido en trabajo. El valor ideal del factor de
potencia es 1, esto indica que toda la energía consumida por los aparatos ha
sido transformada en trabajo. Por el contrario, un factor de potencia menor a la
unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un
trabajo útil.

Es aconsejable que en una instalación eléctrica el factor de potencia sea alto
aproximadamente valores de 0.9 hasta 1.

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Las cargas industriales en su naturaleza eléctrica son de carácter reactivo
a causa de la presencia principalmente de equipos de refrigeración, motores,
etc. Este carácter reactivo obliga que junto al consumo de potencia activa (KW)
se sume el de una potencia llamada reactiva (KVAR), las cuales en su conjunto
determinan el comportamiento operacional de dichos equipos y motores. Esta
potencia reactiva es suministrada por las empresas suministradoras de
electricidad, aunque puede ser suministrada por las propias industrias.
Al ser suministradas por las empresas de electricidad deberá ser producida y
transportada por las redes, ocasionando necesidades de inversión en
capacidades mayores de los equipos y redes de transmisión y distribución.

La potencia reactiva, la cual no produce un trabajo físico directo en los
equipos, es necesaria para producir el flujo electromagnético que pone en
funcionamiento elementos tales como: motores, transformadores, lámparas
fluorescentes, equipos de refrigeración y otros similares. Cuando la cantidad de
estos equipos es apreciable los requerimientos de potencia reactiva también se
hacen significativos, lo cual produce una disminución del factor de potencia. Un
alto consumo de energía reactiva puede producirse como consecuencia
principalmente de:

Un gran número de motores.
Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado.
Una sub-utilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos, por
una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la industria.

Problemas por bajo factor de potencia

El hecho de que exista un bajo factor de potencia en su industria produce los
siguientes inconvenientes:

En la Industria:

Aumento de la intensidad de corriente

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Pérdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión
Incrementos de potencia de las plantas, transformadores, reducción de su vida
útil y reducción de la capacidad de conducción de los conductores
La temperatura de los conductores aumenta y esto disminuye la vida de su
aislamiento.
Aumentos en sus facturas por consumo de electricidad.

A la empresa distribuidora de energía:

Mayor inversión en los equipos de generación, ya que su capacidad en KVA
debe ser mayor, para poder entregar esa energía reactiva adicional.
Mayores capacidades en líneas de transmisión y distribución así como en
transformadores para el transporte y transformación de esta energía reactiva.
Elevadas caídas de tensión y baja regulación de voltaje, lo cual puede afectar la
estabilidad de la red eléctrica.

Una forma de que las empresas de electricidad han hecho reflexionar a las
industrias sobre la conveniencia de generar o controlar su consumo de energía
reactiva ha sido a través de un cargo por demanda.

Corrección del Factor de Potencia

Mejorar el factor de potencia resulta práctico y económico, por medio de la
instalación de capacitores eléctricos estáticos, o utilizando motores sincrónicos
disponibles en la industria.

El consumo de KW y KVAR (KVA) en una industria se mantienen inalterables
antes y después de la compensación reactiva (instalación de los
condensadores), la diferencia estriba en que al principio los KVAR que esa
planta estaba requiriendo, debían ser producidos, transportados y entregados
por la empresa de distribución de energía eléctrica, lo cual como se ha
mencionado anteriormente, le produce consecuencias negativas.

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Pero esta potencia reactiva puede ser generada y entregada de forma
económica, por cada una de las industrias que lo requieran, a través de los
bancos de capacitores y/o motores sincrónicos, evitando a la empresa de
distribución de energía eléctrica, el generarla transportarla y distribuirla por sus
redes.

Compensación del factor de potencia en un circuito monofásico.

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Compensación del factor de potencia en un circuito monofásico.

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DETERMINA EL VALOR DEL BANCO DE CAPACITORES PARA CORREGIR EL
FACTOR DE POTENCIA DEL SIGUIENTE CENTRO DE CONTROL DE MOTORES
HASTA UN VALOR DE 0.96
Se considera un aumento de carga futura del 15%

VOLTAJE CORRIENTE POTENCIA POTENCIA F.P
ACTIVA APARENTE

LINEA 1 263 124 AMP 24 KW



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HASTA UN VALOR DE0.98
No se considera un aumento de carga futura

VOLTAJE CORRIENTE POTENCIA POTENCIA F.P.
ACTIVA APARENTE

LINEA 1 463 495 AMP 120 KW

LINEA 2 440 490 AMP 115 KW

LINEA 3 435 500 AMP 125 KW

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HASTA UN VALOR DE 0.96
Se considera un aumento de carga futura del 10%

VOLTAJE CORRIENTE POTENCIA POTENCIA F.P.
ACTIVA APARENTE

LINEA 1 437 350 AMP 123 KW

LINEA 2 430 365 AMP 128 KW

LINEA 3 452 337 AMP 115 KW

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¿ Dónde instalar los capacitores ?

Para la instalación de los capacitores deberán tomarse en cuenta
diversos factores que influyen en su ubicación como lo son: La variación y
distribución de cargas, tipo de motores, uniformidad en la distribución de la
carga, la disposición y longitud de los circuitos y la naturaleza del voltaje.

Se puede hacer una corrección del grupo de cargas conectando en los
transformadores primarios y secundarios de la planta, por ejemplo, en un
dispositivo principal de distribución o en una barra conductora de control de
motores.

La corrección de grupo es necesaria cuando las cargas cambian
radicalmente entre alimentadores y cuando los voltajes del motor son bajos,
como por ejemplo, 220 V.

Cuando los flujos de potencia cambian frecuentemente entre diversos
sitios de la planta y cargas individuales, se hace necesario efectuar la corrección
primero en una parte de la planta, verificar las condiciones obtenidas y después
compensar en la otra. Sin embargo, es más ventajoso usar un capacitor de
grupo ubicado lo más equidistante que se pueda de las cargas. Esto permite la
desconexión de una parte de los capacitores de acuerdo a condiciones
específicas de cargas variables.

Cuando la longitud de los alimentadores es considerable, se recomienda
la instalación de capacitores individuales a los motores, por supuesto se
necesitarán varios condensadores de diferentes capacidades, resultando esto en
un costo mayor. Sin embargo deberá evaluarse el beneficio económico obtenido
con la compensación individual. Considerando que el costo de los capacitores
para bajos voltajes es más del doble que los de altos voltajes. Por esto, cuando
el voltaje de los circuitos de motores es de 230 V, es más económico usar una
instalación de grupo si es que ésta se puede efectuar en el primario a 2,400V o
mas.

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La corrección aislada del factor de potencia se debe hacer conectando los
capacitores tan cerca como sea posible de la carga o de las terminales de los
alimentadores.

Debe recordar que la corrección se lleva a cabo sólo del punto
considerado a la fuente de energía y no en dirección opuesta.

Los capacitores instalados cerca de las cargas pueden dejar de operar
automáticamente cuando las cargas cesan, incrementan el voltaje y por ende el
rendimiento del motor

Resumen

1. El factor de potencia se puede definir como la relación que existe entre la
potencia activa (KW) y la potencia aparente (KVA) y es indicativo de la
eficiencia con que se está utilizando la energía eléctrica para producir un
trabajo útil.
2. El origen del bajo factor de potencia son las cargas de naturaleza
inductiva, entre las que destacan los motores de inducción, los cuales
pueden agravarlo si no se operan en las condiciones para las que fueron
diseñados.
3. El bajo factor de potencia es causa de recargos en la cuenta de energía
eléctrica, los cuales llegan a ser significativos cuando el factor de potencia
es reducido.
4. Un bajo factor de potencia limita la capacidad de los equipos con el riesgo
de incurrir en sobrecargas peligrosas y pérdidas excesivas con un
dispendio de energía.
5. El primer paso en la corrección del factor es el prevenirlo mediante la
selección y operación correcta de los equipos. Por ejemplo, adecuando la
carga de los motores a su valor nominal.
6. Los capacitores de potencia son la forma más práctica y económica para
mejorar el factor de potencia, sobre todo en instalaciones existentes.

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7. El costo de los capacitores se recupera rápidamente, tan sólo por los
ahorros que se tienen al evitar los recargos por bajo factor de potencia en
el recibo de energía eléctrica.
8. Entre más cerca se conecten los capacitores de la carga que van a
compensar, mayores son los beneficios que se obtienen.
9. Cuando las variaciones de la carga son significativas, es recomendable el
empleo de bancos de capacitores automáticos.

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Ejemplo:

Determine el valor de los condensadores necesarios para corregir el factor de
potencia de una carga de 500 kW desde 0,70 hasta 0,95.

Localice el valor de 70 % (factor de potencia original) en la primer columna, y en
esa fila encuentre el valor de corrección en la intersección con la columna de 95
% (factor de potencia corregido). El valor de corrección es 0,691, por lo que el
valor de los condensadores sera:

kVAR = kW x 0,691 = 500 x 0,691 = 345.5

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Calculo de centros de carga

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La subestación
Una subestación es un conjunto de máquinas, aparatos y circuitos, que tienen
la función de modificar los parámetros de la potencia eléctrica, permitiendo el
control del flujo de energía, brindando seguridad para el sistema eléctrico, para
los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento. El
principal elemento de la subestación es el transformador.

Las subestaciones se pueden clasificar como sigue:

• Subestación transformadora primaria.

• Subestación receptora primaria.

• Subestación receptora secundaria.

Subestaciones transformadoras primarias.- Estas se encuentran en las centrales
eléctricas o plantas generadoras de electricidad, para modificar los parámetros
de la potencia suministrada por los generadores, permitiendo así la transmisión
en alta tensión en las líneas de transmisión.

Subestaciones receptoras primarias.- Se alimentan directamente de las líneas
de transmisión, y reducen la tensión a valores menores para la alimentación de
los sistemas de subtransmisión o redes de distribución.

Subestaciones receptoras secundarias.- Generalmente estas están alimentadas
por las redes de subtransmisión, y suministran la energía eléctrica a las redes de
distribución.

Las subestaciones, también se pueden clasificar por el tipo de instalación, por
ejemplo:

• Subestaciones tipo intemperie.

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• Subestaciones de tipo interior.

• Subestaciones tipo blindado.

Subestaciones tipo intemperie.- Generalmente se construyen en terrenos
expuestos a la intemperie, y requiere de un diseño, aparatos y máquinas
capaces de soportar el funcionamiento bajo condiciones atmosféricas adversas
(lluvia, viento, nieve, etc.) por lo general se utilizan en los sistemas de alta
tensión.

Subestaciones tipo interior.- En este tipo de subestaciones los aparatos y
máquinas están diseñados para operar en interiores, son pocos los tipos de
subestaciones tipo interior y generalmente son usados en las industrias.

Subestaciones tipo blindado.- En estas subestaciones los aparatos y las
máquinas están bien protegidos, y el espacio necesario es muy reducido,
generalmente se utilizan en fábricas, hospitales, auditorios, edificios y centros
comerciales que requieran poco espacio para su instalación, generalmente se
utilizan en tensiones de distribución y utilización.

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ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UNA SUBESTACIÓN

Los elementos principales que constituyen una subestación se presentan en el
siguiente diagrama unifilar:

I. Apartarrayos y cuchilla fusible.

Este equipo es proporcionado por la compañía suministradora en el punto
de alimentación, su ubicación depende del voltaje de alimentación de la carga,
de la distancia a la red suministradora, etc. El apartarrayos tiene la función de
proteger la instalación contra sobretensiones de origen atmosférico
principalmente, la cuchilla fusible es un elemento de protección y de
desconexión, en algunas ocasiones se reemplaza por otro equipo como
restauradores, dependiendo de la importancia de la red, nivel de falla, criterios
de operación y protección, etc.

1. Equipo de medición.

El equipo de medición lo suministra e instala la compañía suministradora en el
lado de alimentación para capacidades en la subestación de 500 kva o mayores

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2. Cuchillas de prueba

Generalmente estas cuchillas desconectadoras son de operación en grupo y sin
carga, su propósito es permitir la conexión de equipos de medición portátiles que
permitan verificar al equipo instalado por la compañía suministradora.

3. Apartarrayos

El apartarrayos sirve para proteger a la subestación y principalmente al
transformador contra las sobretensiones de origen atmosférico,

4. Cuchillas desconectadoras.

Normalmente son de operación sin carga, sirven para conectar, desconectar o
cambiar conexiones en instalación. Por lo general se accionan después de que
se ha operado al interruptor

5. Interruptor general.

Este equipo es de seccionamiento de la operación tiene funciones de
desconexión con carga o con corrientes de corto circuito, es decir, cumple con
requisitos de control y protección del equipo de transformación, alimentadores y
cargas en general.

6. Transformador,

Es el elemento principal de la subestación, ya que cumple con la función de
reducir el voltaje de alimentación de la compañía suministradora a los voltajes de
utilización de las cargas, constituyen junto con el interruptor general los
elementos centrales de la subestación eléctrica.

Desde el punto de vista de su construcción, que normalmente está relacionado
con su potencia (capacidad) los transformadores pueden ser:

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De tipo interior o intemperie.
De montaje en poste o en piso.
Por su enfriamiento
o Tipo seco (enfriamiento por aire) -A
o Enfriamiento por aceite y aire -OA
o Enfriamiento por aceite y aire con circulación de aire forzado –OA/FA
o Enfriamiento por aceite y aire con circulación de aceite forzado–OA/FOA

Las principales características a especificar son las siguientes:

o Potencia o capacidad (kva)
o Voltajes primario y secundario (relación de Transformación)
o Número de fases y conexión primaria y secundaria
o Frecuencia de operación (hertz).
o Tipo de enfriamiento.
o Altura sobre el nivel del mar de operación del Transformador.
o Tipo de servicio.
o Impedancia (en porciento).

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o Sobre elevación de temperatura permitida (en°c)
o Condiciones especiales de servicio (ambientes corrosivos, ambientes
explosivos, etc.).
o
a) La capacidad del transformador.

La capacidad del transformador se calcula a partir del valor de la potencia
instalada y los factores de demanda y utilización (simultaneidad)

Para una mejor comprensión de los elementos que intervienen en la
determinación de la capacidad de una subestación, es conveniente tomar en
consideración las siguientes definiciones:

Potencia instalada Es la suma de las potencias nominales de los aparatos y
equipos que se encuentran conectados en un área determinada de la
instalación y se expresa generalmente en KVA ó KW.

Demanda. Es la potencia que consume la carga, medida por lo general en
intervalos de tiempo (por ejemplo intervalos de 1 hora) expresada en KW o
KVA, a un factor de potencia determinado.

Densidad de carga. Es el cociente de la carga instalada y el área de la
instalación considerada, se expresa en KVA/m 2 y para los propósitos de
planeación de una instalación eléctrica se dan tablas con valores estimados
típicos para cierto tipo de instalaciones eléctricas, en particular industriales.

Demanda máxima. Es la máxima demanda que se tiene en una instalación o
en un sistema durante un período de tiempo especificado por lo general en
horas.

Factor de carga. En la mayoría de los casos la carga no es constante durante
el año o durante un período de tiempo especificado considerado como
representativo, ya que por ejemplo, en las instalaciones industriales la

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demanda de energía eléctrica puede variar de acuerdo con el volumen de
producción que se tenga, de manera que resulta conveniente definir lo que
se conoce como el factor de carga:

Factor de demanda. Es el cociente de la demanda máxima de un sistema y la
carga instalada en el mismo.

Factor de diversidad. Es el cociente de la suma de las demandas máximas
individuales en las distintas partes de un sistema o la instalación y la
demanda máxima del sistema.

Factor de simultaneidad. Es una cantidad menor o igual a la unidad y se
obtiene como el recíproco del factor de diversidad.

Pt = PI x FD x FS

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B) Impedancia.

o El valor de impedancia es una de las características de “placa” de los
transformadores, su valor se expresa en porciento y representa la caída
de voltaje expresada en porciento para el circuito equivalente del
transformador, este valor de impedancia permite:
• calcular el valor de la regulación,
• intervenir para el cálculo de las corrientes de corto circuito.
• analizar las condiciones de operación en paralelo con otro(s)
transformador(es).

C) Conexión primaria y secundaria.

Por lo general la alimentación se hace en conexión estrella con el neutro aterrizado.

D)Frecuencia de operación.

En México la frecuencia es de 60hz.

7. Interruptor principal secundario.

Este interruptor se encuentra en el tablero de baja tensión y es el que protege a los
alimentadores o circuitos derivados de la instalación.

8. Interruptores principales de circuitos derivados y alimentadores.

Estos son los interruptores principales de centros de carga, centros de control de motores,
Circuitos de alumbrado, etc. Por lo general son interruptores.

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Calcule calibres, diametros de tuberia adecuado para cada motor en una instalacion
industrialy capacidad del transformador, se utilizara cable de cobre THW. Se
considera una eficioencia del 80% para laos motores, 95 para el alumbrado y 98%
para el horno

El Factor de El factor de El factor de
potencia es: demanda es simultaneidad es

Alumbrado 90% Alumbrado 1 Alumbrado 0.7
Horno 100% Horno 0.9 Horno 1
Motores 80% Motores 0.1 Motores 0.8

La red de alimentacion donde se conectara el transformador es de 13.8 Kv

13.8KV

440Volts3

CA1 CA2 CA3 CA4 CA5CA6

40 hp
15 hp 25 hp 5 hp 10 hp 7.5 hp 20 hp H
11 Kw 43 Kw
Alumbrado Alumbrado 20 Kw

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Sistemas de tierra

La correcta conexión a tierra de todo el sistema eléctrico, es un factor
de suma importancia para la seguridad del personal y del equipo
eléctrico en sí.

El objetivo de un sistema de tierras en una instalación eléctrica, es
proporcionar una superficie debajo del suelo y alrededor de la
instalación, que tenga un potencial tan uniforme como sea posible, y lo
más próximo posible a cero, o al potencial absoluto de tierra, con vistas a
asegurar que:

1. Todas las partes de los aparatos (distintas de las partes vivas),
que se conecten al sistema de tierras, estén al potencial de tierra,
2. Los operadores y personal de la instalación, estén siempre al
potencial de tierra.

Constitución de un sistema de tierra.

Una instalación de puesta a tierra se compone esencialmente de electrodos,
que son los elementos que están en contacto con el suelo (enterrados) y de
conductores, utilizados para enlazar a los electrodos entre si y éstos con los
gabinetes de los equipos y demás instalaciones expuestas a corrientes nocivas,
manteniendo al mismo tiempo, una superficie equipotencial a su alrededor.

Sobre este tema, la NOM-001-SEDE-1999 señala en su capítulo para
subestaciones, que el área de la sección transversal mínima de los conductores
para una malla de tierra es de 107.2 mm2 (4/0 AWG).

Idealmente una conexión a tierra física debe tener una resistencia de cero
ohms.No existe un valor normalizado de resistencia de conexión a tierra física
que sea reconocidopor todas las agencias. Sin embargo, se recomienda un
valor de resistencia de conexión a tierra física de 5 ohms o menos.

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En la actualidad los sistemas de tierra, especialmente en lasSubestaciones
eléctricas adoptan la forma de una malla que contiene un número determinado
de pequeñas mallas rectangulares o cuadradas, de conductores de tierra
instalados en forma horizontal, y conductores a electrodos (varillas), localizados
a ciertos intervalos.

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Los electrodos (varillas) de tierra se pueden usar o no, dependiendo del
diseño de la malla de tierra. Todas las estructuras metálicas y carcazas de
equipo, incluyendo las rejas metálicas en las áreas de trabajo, se deben
conectar por seguridad, a la malla de tierra.

Potencial de paso, de contacto y de transferencia

La circulación a tierra de las corrientes de falla, produce variaciones de
voltaje sobre la superficie del suelo, en la vecindad de los sistemas de tierra. El
voltaje que exista entre los dos pies de una persona parada sobre el suelo, se le
conoce como voltaje de paso;

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En tanto que el voltaje que existe entre la mano y ambos pies de una
persona, se conoce como potencial o voltaje de contacto.

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El valor de voltaje de paso tolerable es

V paso =(RK+2RF)IK

Donde:

RF= resistencia a tierra de un pie en ohms;

(Para fines prácticos se puede tomar RF= 3ρs Siendo ρs laresistividad del
suelo en ohm-metro)

RK = resistencia del cuerpo en ohms, se puede tomar como 1000 ohms.

IK= Valor eficaz de la corriente que circula por el cuerpo expresada en amperes,

y se calcula como

T = Duración de la falla en segundos, y se toma generalmente menor de 3
segundos.

Para fallas permanentes sostenidas, se toma

De lo anterior, para fallas con duración menor a 3 segundos

Para fallas sostenidas

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Para una conexión a tierra segura para el contacto dePaso, en
condiciones de falla; el diferencial de voltaje expresado en volts/metro sobre la
superficie del suelo, no debe exceder a los valores calculados con las formulas
anteriores.

En forma semejante el voltaje de contacto tolerable, se calcula como:

Para fallas con duración menor de 3 segundos:

Conexión a tierra del equipo

Los usuarios de las instalaciones eléctricas, ya sean residenciales,
industriales o comerciales, están tocando constantemente el equipo eléctrico, o
los equipos que hacen uso de dispositivos eléctricos; como es el caso de las
herramientas como taladros, soldadoras eléctricas, etc. Debido a que los voltajes
y corrientes asociados con estos equipos, pueden exceder los valores que el
cuerpo humanoes capaz de soportar; es necesario adoptar precauciones
especiales para garantizar que el equipo, tenga las condiciones de seguridad
requeridas.

Consideremos un motor eléctrico que forma parte de un equipo, que está
dentro de una cubierta metálica no conectada a tierra. El neutro se encuentra
sólidamente conectado a tierra, en el punto de alimentación de la compañía
suministradora.

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Si una persona toca la cubierta metálica nada sucederá, si la instalación
está operando correctamente; pero si por ejemplo, el aislamiento de los
devanados falla, laResistencia RE entre el motor y la cubierta metálica,puede
reducir su valor de varios megaohms a solo algunos cientos de ohms o menos;
de manera que una persona con una resistencia RK , puede completar el circuito
cerrando la trayectoria de la corriente. Si el valor Re es pequeño ( lo cual puede
suceder), la corriente Ik puede ser grande y resultar peligrosa,

La situación potencialmente peligrosa, se puede remediar si se conecta a
tierra la cubierta metálica; es decir, en este caso al neutro que se encuentra
aterrizado; ahora la corriente Ik circulará del motor a través de la cubierta, y
regresará por el neutro: pero la cubierta permanece al potencial de tierra, y en
consecuencia la persona no sufre ningún efecto.

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Sin embargo el neutro puede quedar abierto, ya sea en forma accidental o
debido a una falla en la instalación; para evitar este problema, se acostumbra
instalar un tercer conductor llamado “conductor de tierra”, localizado entre la
cubierta y la tierra del sistema.

Elementos para el cálculo de la red de tierras
Los elementos necesarios para el cálculo de una red de tierras, son:
A) Selección del material de tierra.
E) Determinación del tamaño del conductor de tierra.
C) Arreglo preliminar de los conductores de tierra.
D) determinación de la longitud requerida para el control del gradiente.
E) cálculo de la resistencia del sistema de tierras.

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A) selección del material de tierra
El conductor para el material de tierras debe cumplir con:
una alta conductividad, por lo cual se usa normalmente cobre.
un bajo índice de comisión, por efecto del terreno.
un bajo índice de corrosión, debido a la acción galvánica.
El cobre es el material que mejor cumple con estos requisitos por lo que se usa
en la mayoría de los casos.

B.) Determinación del tamaño del conductor de tierra.
En subestaciones eléctricas se utiliza el conductor desnudo de cobre con un
calibre mínimo de 4/0 AWG.

Con relación al calibre del conductor de puesta a tierra de equipos; las normas
para instalaciones eléctricas, establece que no debe ser menor al indicado en la
tabla siguiente:

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C) Arreglo preliminar de los conductores de tierra
El arreglo preliminar de los conductores de tierra, se decide sobre las siguientes
bases:
Un conductor de tierra continuo, debe rodear el área de laInstalación,
particularmente de la subestación eléctrica, conductores de tierra adicionales,
secolocan en líneas paralelas distribuidos uniformemente en forma de
cuadrícula, con separaciones razonables..

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Las varillas o electrodos se consideran como un complemento de la malla de
tierras; y se deben distribuir de manera uniforme, y cercanos a puntos donde se
encuentra el equipo instalado.

D) Determinación de la longitud requerida del con ductor.

Con el objeto de mantener los potenciales de paso y de contacto, dentro
del perímetro de la malla en sus valores de seguridad se requiere cierta longitud
mínima de conductor, en la varilla de tierra.

Una manera muy eficaz de disminuir la resistencia de la conexión a tierra
física eslogrando que los electrodos a conexión a tierra física tengan una mayor
profundidad. Por lo general, al duplicar la longituddel electrodo de tierra física, es
posible reducir el nivel de resistencia en un 40 % adicional.

E) Cálculo de la resistencia del sistema de tierras

Para el cálculo del valor de esta resistencia, sepuede usar la fórmula siguiente

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donde:
r= radio equivalente de la subestación,
L = longitud total del conductor de la malla, en metros.
Ρ= resistividad del terreno en ohms -metro.

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ILUMINACION

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