1. Elaborado por: ING. ADOLFO R. QUERO M.
Agosto 2022
INSTALACIONES
ELECTRICAS EN BAJA
TENSIÓN
2. Es el conjunto de equipos y materiales que permiten distribuir la energía eléctrica
partiendo desde el punto de conexión de la compañía suministradora de energía,
hasta cada uno de los equipos conectados, de una manera eficiente y segura,
garantizando al usuario flexibilidad, comodidad y economía en la instalación.
En Venezuela todo lo concerniente al diseño de Instalaciones Eléctricas en
cualquier edificación residencial, comercial, institucional y en lugares
clasificados, se rige por la Norma COVENIN 200: CÓDIGO ELÉCTRICO
NACIONAL (CEN), el cual es un documento que establece los criterios técnicos
para que la instalación a proyectar sea la más segura, sin embargo, no es un
Manual de Diseño, pero su uso dentro del territorio nacional es de carácter
obligatorio en el área de la ingeniería.
Las partes de una Instalación eléctrica, se pueden generalizar de la siguiente
manera:
1. Acometida en M.T y B.T
2. Tablero General de Distribución
3. Alimentador Principal
4. Tablero Principal
5. Circuitos Ramales
INSTALACIONES ELECTRICAS
4. 1.- Acometida Eléctrica: Es el conjunto de elementos que permiten llevar la
energía eléctrica desde el punto de conexión con la empresa suministro
eléctrico hasta el suscriptor o usuario.
Los conductores de la acometida deberán tener suficiente capacidad
portadora de corriente para manejar la carga instalada y éstos a su vez
deben ser aislados en referencia a la tensión de servicio.
1.1.- Acometida Aérea:
Esta constituida por los conductores que van desde el ultimo poste u otro
poste aéreo, incluyendo empalmes si los hay, hasta el punto donde estos
conductores entran a la canalización de la edificación.
1.2.- Acometida Subterránea:
Esta constituida por conductores que van por debajo del suelo o soterrados,
utilizando los medios adecuados y normados para tal fin, que van desde la
unidad transformadora hasta el punto de entrada a la caja ó gabinete de
medición, el cual puede estar dentro o fuera del inmueble.
Las acometidas suelen estar constituidas por cables con chaqueta de
recubrimiento(aislante) o cables desnudos.
PARTES DE UNA INSTALACIÓN
ELECTRICA
7. 2.- Tablero General de Distribución: Es el conjunto de elementos que
permiten distribuir la energía eléctrica a todos los puntos de la edificación:
unidades de vivienda, locales comerciales, oficinas, entre otros. Está
conformado por el Interruptor principal de la instalación, las barras de
conexión, los interruptores y medidores de energía de cada uno de los
usuarios.
3.- Alimentador Principal: Es el que permite distribuir la energía eléctrica
desde el tablero general de distribución a cada uno de los usuarios.
4.- Tablero Principal: Es el equipo que permite distribuir la energía eléctrica,
por medio de un conjunto de elementos a una área determinada. Está
conformado por: interruptor del tablero(si lo tiene), barras de alimentación,
barras colectoras e interruptores termomagnéticos para protección de los
circuito ramales.
5.- Circuitos Ramales: Conforman la última parte de la instalación y son los
que llevan la energía desde el tablero principal hasta el último elemento
conectado a él. Se caracterizan por ser el último elemento de la instalación
que tiene un dispositivo de protección contra sobrecorriente. De acuerdo al
C.E.N, constituye el elemento básico de las instalaciones eléctricas, ya que a
partir de su diseño, se estructura en pasos sucesivos todo el sistema
eléctrico.
CONTINUACIÓN
8. A continuación se presentan los materiales necesarios en
una instalación eléctrica:
Conductores
Canalizaciones
Cajetines normalizados
Cajas de paso, empalme o derivación.
Tableros
Dispositivos de protección
Transformadores de distribución
Casetas de transformación
MATERIALES DE LAS INSTALACIONES
ELECTRICAS
9. DEFINICIÓN: Son todos aquellos materiales o elementos capaces de conducir
o transmitir la electricidad, ya que éstos permiten ser atravesados por un flujo
de corriente o de cargas eléctricas en movimiento.
Los materiales más utilizados en la fabricación de conductores eléctricos son
el cobre y el aluminio. Aunque ambos metales tienen una conductividad
eléctrica excelente, el cobre constituye el elemento principal en la fabricación
de conductores por sus notables ventajas mecánicas y eléctricas.
El tipo de cobre que se utiliza en la fabricación de conductores es el cobre
electrolítico de alta pureza, 99,99%. Dependiendo del uso que se le vaya a dar,
este tipo de cobre se presenta en los siguientes grados de dureza o temple:
duro, semiduro y blando o recocido.
El conductor viene identificado en cuanto a su tamaño por un calibre, que
puede ser milimétrico en sistema europeo, expresado en mm² o en el sistema
americano, el cual viene expresado en AWG o MCM.
Las partes que componen a un conductor esencialmente son tres:
El alma o elemento conductor.
El aislamiento.
Las cubiertas protectoras.
CONDUCTORES ELÉCTRICOS
11. CLASIFICACIÓN DE LOS CONDUCTORES
Alambre de un solo hilo Cable conductor de varios hilos
Conductor multipolar Conductor monopolar
Alma conductora Aislante Cubierta protectora
12. De acuerdo a su uso:
Conductores desnudos
Conductores aislados o con recubrimiento
CONDUCTORES DESNUDOS. Estos son mayormente utilizados en las
siguientes áreas o zonas:
Líneas aéreas de redes urbanas y suburbanas.
Tendidos aéreos en alta y media tensión a la intemperie.
Líneas aéreas de contacto para ferrocarriles y trolley-buses.
CONDUCTORES AISLADOS. Estos son utilizados en su mayoría en áreas
como:
Líneas aéreas de distribución y poder energético.
Instalaciones interiores de fuerza motriz y alumbrado.
Tendidos aéreos y subterráneas en faenas mineras.
Control y comando de circuitos eléctricos (Sub-estaciones, industrias,
etc.)
Tendidos eléctricos bajo el agua (cable submarino)
CLASIFICACIÓN DE LOS CONDUCTORES
ELÉCTRICOS
13. Su capacidad amperimétrica puede venir expresada en el sistemas
americano:
Sistema AWG (American Wire Gauge) en el cual los calibres son definidos
por una escala numérica que obedece a una progresión geométrica. Se
tienen 40 calibres diferentes partiendo del número 36 (diámetro de 0,005
pulgada) hasta llegar al calibre 1/0, 2/0, 3/0 y 4/0 (este último de diámetro
de 0,46 pulgadas). Para instalaciones eléctricas el calibre mínimo a utilizar
es el número 12, el cual tiene un diámetro de 0,157 pulgadas). Los
fabricantes de conductores nacionales expresan los conductores por sus
calibres e indican los diámetros en mm.
Sistema MCM o KCM (Mil circular mil): El circular mil “CM”, es una unidad
de área que relaciona el calibre del conductor con su área. El CM está
definido como el área de un círculo que tiene como diámetro una milésima
de pulgada. Se utiliza para especificar alambres sólidos y conductores
trenzados. Debido a que en conductores para tendidos aéreos en M.T y
A.T (34,5 – 115 kV), muy alta tensión (230 kV) y ultra alta tensión (400 –
800 kV), el circular mil no es práctico como unidad de medida se utiliza el
“Mil Circular Mil” (MCM) o de acuerdo al sistema internacional el “kilo
Circular Mil” (kCM). En esta escala de medida, el calibre más pequeño es
el 250 kCM, creciendo hasta el 1000 kCM en pasos de 50 kCM.
CONDUCTORES ELECTRICOS
14. La capacidad amperimétrica de cada uno de los calibres antes mencionados
se pueden apreciar en las tablas 310.16 a la 310.21 del C.E.N, sin embargo,
para efecto de los cálculos que corresponden a la clase de conductores que
se deberán usar, se utiliza la Tabla 310.16 (Conductores Aislados para
Tensiones Nominales de 0 a 2000 Voltios y 60°C a 90°C con No Más de
Tres Conductores Portadores de Corriente en Una Canalización, Cable o
Directamente Enterrados, Basadas en Una Temperatura Ambiente de
30°C).
EJEMPLO #1: Si tenemos dos tipos de calibre de conductores, los cuales
son : #12 AWG-THHW y #1/0 AWG-THHW (Ver tabla 310.13 pag.142 C.E.N).
Calcular las ampacidades de los conductores si estos serán utilizados en un
ambiente cuya temperatura promedio es 34°C, realizar el calculo para las 3
temperaturas de aislamiento de conductores (60°C, 75°C y 90°C).
SOL./ 𝐈𝐂𝐨𝐧𝐝 = 𝐈𝐍𝐨𝐦 ∗ 𝐅. 𝐭 (Ecua.1)
Donde 𝐈𝐍𝐨𝐦 : Corriente nominal del conductor obtenido de la tabla 310.16
𝐅. 𝐭: Factor de temperatura obtenido de la tabla 310.16
𝐈𝐂𝐨𝐧𝐝 : Corriente real en amperios del conductor a utilizar.
CONDUCTORES ELECTRICOS
15. CONTINUACIÓN. Luego se procede a realizar los cálculos mediante la
(Ecua.1) por separado de cada temperatura de aislamiento de los
conductores, basándose en los valores encontrados en la Tabla 310.16
(pag.149) del C.E.N.
-Temperatura de aislamiento 60°C
𝐈𝐂𝐨𝐧𝐝 = 𝟐𝟓 ∗ 𝟎, 𝟗𝟏 = 𝟐𝟐, 𝟕𝟓 𝐀 (Calibre #12)
𝐈𝐂𝐨𝐧𝐝 = 𝟏𝟐𝟓 ∗ 𝟎, 𝟗𝟏 = 𝟏𝟏𝟑, 𝟕𝟓 𝐀 (Calibre #1/0)
-Temperatura de aislamiento 75°C
𝐈𝐂𝐨𝐧𝐝 = 𝟐𝟓 ∗ 𝟎, 𝟗𝟒 = 𝟐𝟑, 𝟓 𝐀 (Calibre #12)
𝐈𝐂𝐨𝐧𝐝 = 𝟏𝟓𝟎 ∗ 𝟎, 𝟗𝟒 = 𝟏𝟒𝟏 𝐀 (Calibre #1/0)
-Temperatura de aislamiento 90°C
𝐈𝐂𝐨𝐧𝐝 = 𝟑𝟎 ∗ 𝟎, 𝟗𝟔 = 𝟐𝟖, 𝟖 𝐀 (Calibre #12)
𝐈𝐂𝐨𝐧𝐝 = 𝟏𝟕𝟎 ∗ 𝟎, 𝟗𝟔 = 𝟏𝟔𝟑, 𝟐 𝐀 (Calibre #1/0)
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
16. Existen tres métodos para seleccionar el o los conductores eléctricos
adecuados para una acometida , a continuación se indican:
Cuequeo por capacidad de corriente eléctrica o método de ampacidad
Chequeo por caída de tensión
Chequeo por Cortocircuito
El primero es como se ha indicado en el ejemplo anterior y los otros dos
tienen sus procedimientos correspondientes. Cabe resaltar que la
implementación de estos métodos son secuenciales y respectando el orden
indicado, tomándose como resultado final el que resulte mas favorable, es
decir, que si por ampacidad da como resultado un calibre #12 y se chequea
por caída de tensión arrojando un calibre #10, éste será el calibre que
deberá utilizarse.
Por otra parte es importante resaltar que basta con aplicar los métodos 1 y
2 en los sistemas que trabajen con niveles de tensión comprendidos entre
120-240 V y superen los 15 m de longitud. Para niveles de tensión
superiores a estos se debe aplicar los tres métodos antes mencionados.
CRITERIOS DE ESCOJENCIA DE
CONDUCTORES
17. Para realizar este procedimiento se debe seguir lo expresado en la siguiente
Norma IEEE-141-1993 (punto 3.11.1) :
%∆𝐕 ≅
𝐊 ∗ 𝐈 ∗ 𝐋 ∗ (𝐫. 𝐜𝐨𝐬 ∅ + 𝐱. 𝐬𝐢𝐧 ∅)
𝐕𝐋
∗ 𝟏𝟎𝟎% (𝐄𝐜𝐮𝐚. 𝟐)
Según lo establecido en las Secciones 210.19 (A)(1) Nota 4 (pag.46) y
215.2(4) Nota 2 (pag.53) del C.E.N., se tiene lo siguiente:
%∆𝐕 ≤ 𝟐% 𝐂𝐢𝐫𝐜𝐮𝐢𝐭𝐨𝐬 𝐝𝐞 𝐚𝐥𝐢𝐦𝐞𝐧𝐭𝐚𝐜𝐢ó𝐧 𝐩𝐫𝐢𝐧𝐜𝐢𝐩𝐚𝐥
%∆𝐕 ≤ 𝟑% 𝐂𝐢𝐫𝐜𝐮𝐢𝐭𝐨𝐬 𝐫𝐚𝐦𝐚𝐥𝐞𝐬 𝐨 𝐬𝐞𝐜𝐮𝐧𝐝𝐚𝐫𝐢𝐨𝐬
%∆𝐕 ≤ 𝟓% 𝐂𝐢𝐫𝐜𝐮𝐢𝐭𝐨𝐬 𝐝𝐞 𝐚𝐥𝐢𝐦𝐞𝐧𝐭𝐚𝐝𝐨𝐫𝐞𝐬 𝐜𝐨𝐦𝐛𝐢𝐧𝐚𝐝𝐨𝐬
Donde:
𝐊: 𝟑 𝐒𝐢𝐬𝐭𝐞𝐦𝐚𝐬 𝟑∅ 𝐲 𝟐(𝐒𝐢𝐬𝐭𝐞𝐦𝐚𝐬 𝟏∅)
Ɪ= Intensidad de corriente del sistema (A)
L= Longitud del circuito (Km)
r= Resistencia del conductor (Ω/Km)
x= Reactancia del conductor (Ω/Km)
Ø= Ángulo del factor de potencia
𝑽𝑳 =Tensión de línea del sistema (V)
CHEQUEO POR CAIDA DE TENSIÓN
18. EJEMPLO #2: Para una carga de un tablero principal cuyo calibre del
conductor chequeado por ampacidad de corriente es #4AWG-XLPE-
PVC(90°C) y la 𝐈𝐂𝐚𝐥𝐜𝐮𝐥𝐨 =58,72 A, la acometida es subterránea con tubo PVC
y la longitud del alimentador son 115 m. Determinar si es el conductor es el
adecuado o buscar el indicado con el método de caída de tensión f.p=0.8.
SOL./ Vamos a la tabla 8, Cap.9 (pag.872) C.E.N en la cual se obtiene el
valor de la resistencia del conductor a 75°C , arrojando el siguiente valor
r=1,053 Ω/Km (Con Recubrimiento). Este valor se debe corregir en vista que
la temperatura del aislante del conductor es de 90°C, esto se realiza por
medio de la ecuación:
𝐫𝟏 = 𝐫 ∗ 𝟏 + 𝛂 𝐓𝟐 − 𝟕𝟓 𝐬𝐢𝐞𝐧𝐝𝐨 𝛂 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟑𝟐𝟑 𝐩𝐚𝐫𝐚 𝐞𝐥 𝐜𝐨𝐛𝐫𝐞
∴ 𝐫𝟏 = 𝟏, 𝟎𝟓𝟑 ∗ 𝟏 + 𝟎, 𝟎𝟎𝟑𝟐𝟑 𝟗𝟎 − 𝟕𝟓 = 𝟏, 𝟏𝟎𝟒 𝛀
Luego nos dirigimos a la tabla 9, Cap.9 (pag.875) C.E.N en la cual se obtiene
el valor de la reactancia del conductor, arrojando el siguiente valor x=1,02
Ω/Km.
f.p=0,8⟹ 𝐜𝐨𝐬 𝛟 = 𝟎, 𝟖 ⟹ 𝛟 = 𝐜𝐨𝐬−𝟏
𝟎, 𝟖 = 𝟑𝟔, 𝟖𝟕°
Y el 𝐬𝐢𝐧 𝟑𝟔, 𝟖𝟕° = 𝟎, 𝟔 con estos valores nos dirigimos a sustituirlos en la
Ecua. 2. para determinar el porcentaje de caída de tensión, el cual debe ser
menor o igual a 2%
EJEMPLO DE APLICACIÓN
19. %∆𝑽 =
𝟑 ∗ 𝟓𝟖, 𝟕𝟐𝑨 𝟎, 𝟏𝟏𝟓 𝑲𝒎 ∗ [𝟏, 𝟏𝟎𝟒 ∗ 𝟎, 𝟖 + 𝟎, 𝟏𝟓𝟕 ∗ 𝟎, 𝟔]𝛀/𝑲𝒎
𝟐𝟎𝟖𝑽
∗ 𝟏𝟎𝟎%
%∆𝐕 = 𝟓, 𝟒𝟗𝟔% ⟹ %∆𝐕 ≫ 𝟐% (No cumple con el valor limite permisible
establecido para un alimentador principal)
Por lo tanto debemos seguir intentando con un mayor calibre, por ejemplo el
inmediato superior, es decir, #2 que tiene una ampacidad de 130 A. Siguiendo el
mismo procedimiento anterior obtenemos r=0,661 Ω/Km y corregida a 90°C se
tiene 𝐫𝟏 = 𝟎, 𝟔𝟗𝟑 𝛀/𝐊𝐦 y 𝐱 = 𝟎, 𝟏𝟒𝟖 𝛀/𝐊𝐦 procedemos a sustituir estos valores
en la Ecua.2, obteniéndose:
%∆𝐕 =
𝟑. 𝟓𝟖, 𝟕𝟐𝐀 𝟎, 𝟏𝟏𝟓𝐊𝐦 ∗ [𝟎, 𝟔𝟗𝟑 ∗ 𝟎, 𝟖 + 𝟎, 𝟏𝟒𝟖 ∗ 𝟎, 𝟔]𝛀/𝐊𝐦
𝟐𝟎𝟖𝐕
∗ 𝟏𝟎𝟎%
⟹ %∆𝑽 = 𝟑, 𝟔𝟐% > 𝟐%(No cumple con el valor limite permisible establecido
para un alimentador principal)
Ahora probaremos con un calibre #1/0 (170A) y siguiendo los procedimientos
anteriores obtenemos 𝐫𝟏 = 𝟎, 𝟏𝟓𝟐 𝛀/𝐊𝐦 y 𝐱 = 𝟎, 𝟏𝟒𝟒 𝛀/𝐊𝐦 , así pues tenemos:
%∆𝐕 = 𝟏, 𝟏𝟕% < 𝟐%
Con este valor obtenido considerado dentro de los limites permisibles,
determinamos que el calibre del conductor para la acometida principal es 4C
#1/0 AWG-XLPE-PVC (3 fases+neutro)
CONTINUACIÓN
20. Permite verificar la capacidad que tiene el conductor de conducir la corriente
de cortocircuito del sistema durante el tiempo establecido previo a la
operación de los dispositivos de protección.
El cálculo del calibre del conductor por el método de la capacidad de
cortocircuito consiste en una comparación directa entre la curva de daño del
conductor y el nivel de cortocircuito trifásico simétrico del sistema, donde se
verifica que la corriente de cortocircuito no supere la curva de daño del
conductor. Para determinar la capacidad de cortocircuito simétrica de un
conductor con un determinado calibre y aislante en función del tiempo de
duración del cortocircuito se emplea la ecuación general extraída de la curva
de daño del cable:
𝐼 = 𝐴 ∗
𝑘 ∗ 𝐿𝑜𝑔
𝑇2 + 𝜆
𝑇1 + 𝜆
𝑡
Por otra parte la ecuación que modela la curva de daño de conductores de
cobre para distintos calibres, tipo de aislamiento, sin armadura, y un tiempo
de duración del cortocircuito dado, se muestra a continuación.
CHEQUEO POR CORTOCIRCUITO
21. 𝐈 = 𝐀 ∗
𝟎, 𝟎𝟐𝟗𝟕 ∗ 𝐋𝐨𝐠
𝐓𝟐 + 𝟐𝟑𝟒, 𝟓
𝐓𝟏 + 𝟐𝟑𝟒, 𝟓
𝐭
(𝐄𝐜𝐮𝐚. 𝟑)
Donde:
Ɪ:Corriente de cortocircuito máxima que soporta el aislante del cable, (A).
A: Área del conductor (Circular mils).
t: Tiempo que dura el corto circuito (seg).
T1: Temperatura de diseño del cable (XLPE=90°C).
T2: Temperatura a la que se daña el aislante por corto circuito
(XLPE=250°C).
El tiempo de interrupción del cortocircuito, corresponde al tiempo máximo
para la operación del dispositivo de protección más próximo a la falla,
medido en ciclos de la señal eléctrica, su valor dependerá del tipo de
dispositivo de interrupción utilizado y del nivel de tensión del sistema, donde
para interruptores de caja moldada de 600 V y menores, el tiempo máximo
de interrupción del cortocircuito estará entre 1.1 y 1.5 ciclos de la señal de
corriente, tal y como lo establece la Norma IEEE Std 242.
CHEQUEO POR CORTOCIRCUITO
22. EJEMPLO #3: Tomando en consideración los resultados del ejemplo anterior
4C #1/0 AWG-XLPE-PVC y t=1,5 ciclos para una señal de 60 Hz., para
ajustar la coordinación de los dispositivos aguas abajo y según lo establece
la Norma IEEE Std 242. Siendo el tablero alimentado desde un
Transformador 3Ø, 45 KVA y 13,8 KV/120-208V (Conexión Yn) con Z%=
5,75, según lo establece la norma IEEE Std 141 (Tabla 10-15), para un BIL
de 110 kV.
SOL./ La corriente de cortocircuito en el secundario de baja tensión del
transformador viene dada por la siguiente expresión:
𝐌𝐕𝐀𝐂𝐂 𝐓𝐗 =
𝐌𝐕𝐀𝐓𝐗
%𝐙
=
𝟎, 𝟎𝟒𝟓 𝐌𝐕𝐀
𝟎, 𝟎𝟓𝟕𝟓
= 𝟎, 𝟕𝟖𝟑 𝐌𝐕𝐀
⟹ 𝐈𝐂𝐂𝐓𝐗 = 𝐈𝐂𝐂 =
𝐌𝐕𝐀𝐂𝐂𝐓𝐗
𝟑 ∗ 𝐕𝐋
=
𝟎, 𝟕𝟖𝟑𝐱𝟏𝟎𝟔𝐕𝐀
𝟑 ∗ 𝟐𝟎𝟖𝐕
= 𝟐𝟏𝟕𝟑, 𝟒𝐀 ≅ 𝟐, 𝟏𝟕𝟒𝐤𝐀
𝒕 =
𝟏,𝟓 𝒄
𝟔𝟎
𝒄
𝒔𝒆𝒈
= 𝟎, 𝟎𝟐𝟓 𝒔𝒆𝒈 Y el área en Circular Mils para el conductor de calibre
# 1/0 AWG, se extrae de las propiedades de los conductores mostradas en la
tabla 8 del Cap 9 (pag.872) del CEN, arrojando un valor de 105600 Cmil. Ya
obtenidos los datos necesarios sustituimos en la Ecua.3
EJEMPLO DE APLICACIÓN
23. 𝐈 = 𝟏𝟎𝟓𝟔𝟎𝟎 ∗
𝟎, 𝟎𝟐𝟗𝟕 ∗ 𝐋𝐨𝐠
𝟐𝟓𝟎 + 𝟐𝟑𝟒, 𝟓
𝟗𝟎 + 𝟐𝟑𝟒, 𝟓
𝟎, 𝟎𝟐𝟓
= 𝟒𝟖𝟎𝟒𝟓, 𝟏𝐀 ≅ 𝟒𝟖, 𝟎𝟓 𝒌𝑨
∴ 𝐈 = 𝟒𝟖, 𝟎𝟓 𝐤𝐀 > 𝐈𝐂𝐂 = 𝟐, 𝟏𝟕𝟒 𝐤𝐀
A partir del resultado obtenido se demuestra que la corriente de cortocircuito
máxima que puede conducir el conductor sin sufrir daño, durante el tiempo
que tarda la protección en operar, es mayor a la corriente de cortocircuito
trifásico simétrico del sistema, por lo que se verifica que el cable de calibre
# 1/0 AWG, XLPE-PVC, 600V, es el apropiado según lo verificado por el
método de cortocircuito.
CONTINUACIÓN