Cálculo y construcción de tableros eléctricos industriales.principales y/o seccionales de baja tension
Se considera que estos tableros son operados por personas calificadas con categoría BA4-BA5
Se considera envolventes metálicas, con tapa abisagrada y vidriada, la contratapa calada deberá ser metálica, abisagrada, y la apertura solo podrá realizarse con herramienta, por ejemplo llave de media vuelta operada con llave tubo cuadrada o triangular, o cualquier otro sistema que no permita su apertura con el solo uso de las manos.
El cálculo completo del tablero contempla los siguientes ítems
Calculo eléctrico:
Consiste en verificar las características de cada elemento interno, llaves, cables barras, a las solicitaciones eléctricas, electromagnéticas y térmicas.
Calculo térmico del tablero tomado como un conjunto:
Consiste en verificar el balance térmico entre la capacidad de la envolvente de evacuar calor, medido en watt, teniendo en cuenta las condiciones de instalación , exterior, empotrado, ventilación etc. y la potencia que disipan todos los elementos internos del tablero en condiciones normales de funcionamiento
Calculo mecánico.
Consiste en verificar la construcción de la envolvente a las solicitaciones mecánicas operativas y de montaje, y a las solicitaciones electromagnéticas de los componentes actuando entre si y su acción sobre la estructura en condiciones de cortocircuito.
La construcción del tablero deberá ajustarse a los cálculos arriba indicados, a las normas de ejecución y a las reglas del arte
Cálculo Eléctrico
Análisis topográfico del unifilar:
Se debe disponer del diagrama unifilar con toda la información básica necesaria, es decir :
Tensión de alimentación, corriente nominal, frecuencia nominal, corriente de cortocircuito, sección de barras de los distribuidores, calibre y demás características de cada uno de los interruptores, termo magnéticos, diferenciales, seccionadores, etc
Cuando el diseñador del unifilar opto por una marca comercial de los componentes se debe respetar la misma, ya que muchas características son experimentales y expresadas por los fabricantes en formas de curvas, o tabuladas
Para el reemplazo de marcas se deberá tener muy en cuenta la equivalencia de cada una de dichas características, curvas de disparo, niveles de regulación, limitación de energía especifica pasante, limitación de corriente de cortocircuito, filiación, selectividad etc.
Es parte de la documentación necesaria para construir el tablero, todos los cálculos arriba indicados, presentados por el diseñador, o bien el constructor asumirá la responsabilidad de realizar los mismos previos al inicio de la puesta en obra.
Considerándose al constructor como avezado en la especialidad , no se admite fabricación de tableros en fabrica, solamente construidos en base a lo solicitado por el cliente, sin verificación , ya que la falla y sus consecuencias es responsabilidad total e irrenunciable del fabricante.
Diferente el caso de los tableros realizados por montadores en obra, sin aptitud ni conocimiento de calculo y diseño, que responden a las directivas de contratistas
Es fundamental entender el concepto arriba vertido, para poder hacer notar frente a un cliente potencial, la diferencia entre un tablero eléctrico construido bajo normas en una fabrica especializada en la materia, contra un tablero realizado por personal idóneo muchas veces en obra y otras, simplemente armados por buenos artesanos, pero sin los conocimientos o información necesaria.
Es obvio que los factores de riesgo crecen con el aumento de las potencias en juego, la cantidad de componentes y el propio tamaño de la envolvente.
En primer termino con el unifilar a la vista y tratándose de tableros principales y/o seccionales, se deberá verificar que solamente contengan interruptores automáticos termo magnético, interruptores automáticos diferenciales, interruptor -seccionadores con capacidad de apertura bajo carga, juegos de barras distribuidoras y elementos de medición y/o señalización.
No podrán contener contactores de ningún tipo, y se desalienta la utilización de aparatos con protección basados en fusibles de cualquier tipo
Cualquier tipo de aparato diferente a los arriba indicados deberán ser montados en gabinetes separados, considerándose un tablero de maniobra, o tablero de maquina.
Se deberá verificar correspondencia de la protección termomagnética aguas arriba de cada interruptor diferencial con el calibre de dicho elemento.
Los tableros principales necesariamente deben iniciarse con un interruptor termomagnético tetrapolar Los tableros seccionales podrán iniciarse con un interruptor-seccionador tetrapolar, siempre que aguas arriba del mismo, se disponga de un interruptor termomagnético, en estos casos el interruptor termomagnético que se encuentra aguas arriba podrá ser tripolar (sin corte de neutro), sin dejar de respetar la condición de interruptor automático tetrapolar para el tablero principal.
Definidas las características del interruptor aguas arriba, el cable vinculante y el interruptor de cabecera, podremos iniciar a verificar los demás componentes.
En principio debemos verificar que todos los interruptores por lo menos correspondan con la norma constructiva 60947-2 (llaves para uso industrial, grandes comercios etc)
Los aparatos construidos o declarados bajo norma 60898 son para uso domiciliario, y no deben ser empleados dentro del ámbito de predios industriales, sus oficinas, y otros locales.
Juegos de barras colectoras:
La capacidad de cada barra esta definida en la tabla 771.16.XII de la Reglamentación para la ejecución de instalaciones eléctricas en inmuebles versión 2006, para temperatura ambiente de 35 grados y temperatura de servicio de 65 grados.
La sección de las barras deberá estar dimensionada para la máxima capacidad del interruptor automático que se encuentre aguas arriba, la bifurcación de barras no se considera como barras en paralelo, cada tramo debe tener igual sección al inicial.
Solamente se podrá reducir la sección de las barras cuando se interponga un interruptor de capacidad acorde a la sección de barras aguas abajo.
Para facilitar el montaje será preferible el sistema de montaje de las barras sobre caballetes aislantes con formato de escalera, este tipo de construcción permite un mejor montaje y conexión de los cables a las barras.
La disposición de barras verticales, será tal que al abrir la contratapa la primera barra que aparece sea la de neutro, y para juegos horizontales NRST de arriba hacia abajo
Deberá verificarse que la solicitación electromagnética en el cortocircuito sea compatible con la construcción teniendo en cuenta si las barras se encuentran montadas de canto o de plano, la distancia entre ellas y la distancia entre apoyos y fijaciones.
Este cálculo se trata por aparte en el capitulo dedicado al calculo mecánico
La vinculación entre el interruptor aguas arriba y el juego de barras preferentemente se hará por medio de barras de cobre de sección igual a las del juego, o bien con cables de sección acorde a la capacidad máxima de la llave
Conexiones entre juego de barras y primer interruptor de circuitos aguas abajo.
La conexión se realizara mediante terminal abulonado con arandela plana y Grover, los terminales a emplear deberán ser de tubo enterizo de cobre estañado e identado con herramienta especial.
En todos los casos esta conexión se realizará con cable unipolar con aislación de PVC (Iram 247-3) o LSOH (Iram 62267)
Se considerará una sección de dicho conductor suficientemente dimensionada desde el punto de vista de la solicitación termoeléctrica cuando:
S^2 x K^2 > Icc^2 x t
Siendo S= sección del conductor
K= constante que depende del tipo de aislación y material del conductor
Para cobre aislado con PVC y secciones menores a 300mm^2 K=115
Para secciones mayores K= 103
Para conductor de cobre aislado en LSOH K=143
Icc es la corriente presunta máxima de cortocircuito que puede aparecer sobre el conductor, informada o calculada.
t=tiempo de apertura del dispositivo de protección en segundos
El componente matemático Icc^2 x t se lo conoce por energía especifica pasante y no tiene resolución matemática ya por una parte ,los tiempos de apertura es variable dependiendo de las construcciones de las llaves y de los transitorios originados por los componentes del circuito y de las propias llaves, y por otra la forma de onda de la corriente durante el fenómeno de apertura, es desconocida y tampoco responde a un formato matemático que permita resolver la integral de Icc x dt.
Por lo tanto para poder resolver este problema las empresas fabricantes de estos materiales eléctricos, dan los valores en forma de curvas en función de la corriente de cortocircuito efectiva para cada llave, obtenidos mediante ensayos de laboratorio.
De igual forma los fabricantes dan tablas de filiación, siendo obtenidas en forma experimental y brindando la información de cómo interactúan las llaves entre si cuando son parte del mismo ramal.
La filiación es experimental, y solo es valida para las llaves indicadas por cada fabricante, no siendo posible hacer uso de esta herramienta de cálculo cuando se emplean llaves de diferentes marcas.
En general y tratándose de construcciones de tableros principales o seccionales de diseño especial y normalmente de construcción única, es preferible no hacer uso de esta propiedad, dando mayor solidez y seguridad al tablero.
La selectividad, también es una propiedad interacción entre llaves de igual marca ofrecida por los fabricantes de llaves termomagnética en forma de curvas y se emplea este criterio cuando se busca que las llaves actúen en forma ordenada desde la más próxima a la carga o al cortocircuito según corresponda, hasta la más alejada.
La selectividad no siempre es posible lograrla y a su vez da como resultado una construcción mas costosa, por lo que se restringe a ciertos circuitos, como ser de manejo de datos, de electromedicina, de procesos continuos, etc
El estudio de selectividad consiste en verificar la no superposición de las curvas de disparo de los diferentes componentes, podrá ser parcial o total.
Cuando de una llave deriven varias de menor calibre la vinculación deberá realizarse mediante con puentes prefabricados con pletinas aisladas, no se admitirá la vinculación en “guirnaldas” y solamente se harán las conexiones con cables cuando se pase de una llave a otra o bien a un puente de pletinas.
En todos estos casos la sección del cable será acorde al calibre del interruptor termomagnético, aguas arriba y de acuerdo a la tabla 771.16.1 columna b52-4b1 de la reglamentación AEA 2006.
Los cables de circuitos que llegan al tablero podrán conectarse directamente a la llave correspondiente o bien interponiendo una bornera.
El empleo de borneras facilita la conexión de circuitos en obra.
Conexión de instrumentos de medición y/o señalización:
Generalmente se instalan en el frente del tablero o en la contratapa calada diferentes instrumentos voltímetro amperímetros cofímetros o analizadores, y también señales luminosas de presencia de tensión.
Estos componentes toman tensión del juego de barras principal, por lo tanto para su conexión de debe tener los mismos recaudos que para la conexión a la primera llave aguas abajo del juego de barras, se interpondrá entre el instrumento y el juego de barras un interruptor termomagnético no accesible desde el frente de la contratapa calada, el conductor entre barras y esa termomagnética será calculado por el método de energía pasante y desde la termomagnética hasta el instrumento la sección será acorde al calibre de la llave.
Calculo térmico del tablero:
Se debe verificar en todos los tableros el balance térmico entre las perdidas originadas por las protecciones, cables, juegos de barras, conexiones, y otros elementos como señales luminosas transformadores de medición etc etc
El balance térmico se realiza en watt y los datos de perdidas deben ser extraídos de los manuales o catálogos de cada fabricante.
La capacidad de evacuar calor medida en watt por la envolvente (gabinete) depende de los materiales, de la forma constructiva, y del modo de instalación (embutido en pared o exterior)
Este dato en todos los casos debe ser suministrado por el fabricante de gabinetes
Se considera que una envolvente satisface térmicamente a las necesidades térmicas del tablero eléctrico contenido en su interior, cuando la potencia en watt capaz de evacuar es mayor que la pérdida en watt generada por todos los elementos que conforman el tablero eléctrico.
Cálculo de la potencia de pérdidas originadas dentro del gabinete:
Definiciones:
Ine= es la corriente nominal del dispositivo de entrada o cabecera del tablero
Inu= es la suma aritmética de las corrientes nominales de todos los dispositivos de salida susceptibles de usar al mismo tiempo.
Inq= es la corriente asignada de entrada al tablero
Inq=Ine x Ke donde Ke es el coeficiente que tiene en cuenta la corriente real que circula y la nominal del dispositivo, por convención se adopta Ke=0,85
K= es el factor de simultaneidad y se calcula como la relacion K= Inq/Inu
Cuando el dispositivo de cabecera es un interruptor diferencial o un interruptor seccionador K=1 es decir que se adopta Inq=Inu
La potencia total disipada dentro del tablero se calcula mediante la expresión
Ptot=Pdp+0,2Pdp+Pau
Donde
Ptot es la potencia total disipada por todos los internos del tablero
Pdp es la potencia total disipada por los dispositivos de protección en watt teniendo en cuenta los factores Ke y K
Se debera tener en cuenta que los valores de perdidas indicados en los catalogos es por polo del dispositivo
Para dispositivos tetrapolares solo se tendrá en cuenta los 3 polos de fases
0,2Pdp es la potencia disipada por conexiones barras relays interruptores diferenciales, interruptores seccionadores etc
Pau es la potencia disipada por otros dispositivos instalados en el tablero que no se tienen en cuenta en Pdp y en 0,2Pdp transformadores señales luminosas etc
Ejemplo de cálculo
Dado un unifilar como el indicado y tomando del catalogo Schneider los datos de perdidas por polo de los diferentes interruptores se procede al cálculo
Del catalogo de Schneider se obtiene
Para la llave NR100F una perdida de 2,92 w/polo
Para la llave C60N 20 A 2,9 w/pplo
40 A 4,6 w/polo
63 A 6,6 w/polo
10 A 2,0 w/polo
16 A 2,6 w/polo
