Módulo icc()
El módulo icc (Corriente de Corto Circuito) es una herramienta utilizada para calcular el nivel de cortocircuito en conductores eléctricos comerciales fabricados con cobre o aluminio. Este método de dimensionamiento se utiliza cuando se realiza un estudio de cortocircuito en un sistema eléctrico.
El módulo icc permite calcular el nivel de cortocircuito para conductores comerciales de cobre y aluminio en diferentes ciclos, como 1, 2, 4, 8, 16, 30, 60 y 100 ciclos por segundo. Esta información es útil cuando se necesita dimensionar un conductor utilizando este método.
Las principales características de este módulo son:
- Cálculo de cortocircuito de corriente alterna: El módulo icc se utiliza para calcular el nivel de cortocircuito en sistemas de corriente alterna.
- Tiempo de estudio: Permite especificar el tiempo de estudio para el cálculo del cortocircuito. Este tiempo puede variar según los requisitos del sistema eléctrico en particular.
- Capacidad de cortocircuito por conductor comercial de cobre o aluminio: El módulo icc proporciona la capacidad de cortocircuito para conductores comerciales fabricados con cobre o aluminio. Esto es útil para seleccionar el conductor adecuado según los niveles de cortocircuito esperados en el sistema.
En resumen, el módulo icc es una herramienta que calcula el nivel de cortocircuito en conductores comerciales de cobre y aluminio a diferentes frecuencias. Se utiliza como un recurso adicional para dimensionar conductores eléctricos durante un estudio de cortocircuito, ofreciendo información sobre la capacidad de cortocircuito de dichos conductores. Por lo tanto, este módulo facilita la selección adecuada del conductor en función de los niveles de cortocircuito esperados. Se recomienda revisar el video 12 para complementar esta lectura.
Materiales aislantes y temperatura de operación
Existen dos tipos de materiales aislantes usados ampliamente en conductores comerciales, estos son:
- Los termoplásticos como el PVC tienen una temperatura de operación en corto circuito de 105 °C, 130° C, y 150 °C, en condiciones normales esta temperatura es de 60 °C, 75 °C y 90 °C respectivamente.
- Los termoestables como el XLPE y EPR tienen una temperatura de operación en corto circuito de 250 °C en relación a una temperatura de operación continua de 90 °C.
La posibilidad de confusión puede surgir debido a que algunas personas pueden asumir que las siglas como THW o RHHW, que describen el material aislante, difieren en naturaleza entre termoplásticos y termoestables. Sin embargo, es importante destacar que ambos tipos de materiales aislantes se emplean en distintos contextos y las siglas están relacionadas con características específicas del aislante, como la resistencia a altas temperaturas, al agua o la humedad.
En realidad, las siglas, como THW o RHHW, sirven para denotar ciertas propiedades del aislante y no necesariamente indican si el material es un termoplástico o un termoestable. Estos términos se refieren más a la capacidad del aislante para resistir ciertas condiciones ambientales y térmicas, más allá de la clasificación del aislante como termoplástico o termoestable.
Por lo tanto, es crucial comprender que las siglas no son una determinación directa de si el material es termoplástico o termoestable, sino que apuntan a características particulares del aislante en cuanto a su resistencia y aplicaciones específicas en diferentes contextos.
Diferencia entre termoplásticos y termoestables
Las principales diferencias entre plásticos termoestables y termoplásticos radican en su comportamiento ante temperaturas elevadas: mientras que los polímeros termoplásticos se pueden volver a moldear y calentar cuantas veces se quiera, los termoestables lo hacen una sola vez, véase la referencia [12]
Aquí podemos observar de forma más detallada las diferencias principales entre termoestables y termoplásticos:
Termoplásticos
- Se pueden calentar y moldear varias veces.
- Se ablandan al calentarse (a veces licúan).
- Al aplicar calor se vuelven blandos, recobrando su dureza al enfriarse.
- Se pueden llegar a estabilizar en 10 segundos.
- Buenas propiedades mecánicas y fácil procesado.
- Solubles en determinados disolventes orgánicos.
- Ejemplos: polietileno, polipropileno, poliestireno, policloruro de vinilo.
Termoestables
- Se pueden calentar y moldear una sola vez.
- Se endurecen durante su formación y no se ablandan al calentarse.
- No se funden. Pueden soportar altas temperaturas.
- Hasta 5 minutos para estabilizarse.
- Elevada resistencia térmica y frente a agentes químicos.
- Insolubles.
- Ejemplos: siliconas, algunos tipos de poliéster y materiales fenólicos.
Argumentos del módulo icc
El módulo icc requiere de 5 argumentos para poder calcular el nivel de cortocircuito. Estos son:
- Material conductor: Puede ser de [1] cobre o [2] aluminio.
- Temperatura en operación normal (°C) del conductor: Consulta las temperaturas indicadas en el apartado de materiales aislantes y temperatura de operación.
- Temperatura de cortocircuito (°C): Consulta las temperaturas indicadas en el apartado de materiales aislantes y temperatura de operación.
- Frecuencia del sistema: La mayoría de América Latina utiliza 60 Hz.
- Modo de resultados: Los resultados de los cálculos pueden ser visualizados mediante las siguientes opciones: [1] Tabla, [2] Lista.
En la Figura 15-1 se muestra el orden de los argumentos del módulo icc, antes de realizar un dimensionamiento con este módulo asegure que el estudio de corto circuito es el correcto.
Ejemplo de cálculo de corto circuito en conductores
En un boulevard se implementó un sistema de iluminación que consume 108 kW con un factor de potencia en atraso de 0.9 y para su funcionamiento requiere de un transformador con una potencia de 150 kVA tensión primaria y secundaria de 13.2kV/220V respectivamente. Usando el módulo de corto circuito calcula el conductor que soporte 8.69kA del lado secundario.
La información del equipo y carga son:
- Transformador de 150 kVA e impedancia de 4.5%, tensión primaria y secundaria de 13.2kV/0.22kV respectivamente, factor de potencia de 0.9(-) y frecuencia de 60 Hz.
- Carga de 108 kW con factor de potencia de 0.9(-).
Antes de implementar el módulo se requiere calcular la corriente nominal del transformador cuando este opera al 100% de su capacidad, esto se muestra a continuación:
I = \frac{150\, kV\!A}{\sqrt{3}\left ( 220V \right )\left ( 0.9 \right )}=437.4A
Al conocer la corriente nominal del lado secundario (437.4 A) y el nivel de cortocircuito (8.69 kA), se puede calcular el conductor o arreglo de conductores del lado secundario. Para fines prácticos, se considera un conductor con temperatura de operación normal de 75°C y aislamiento de PVC.
Ingrese (consola/terminal/IDLE) las instrucciones que se muestran en el bloque siguiente:
from electricalwiresizes import icc
icc(1,75,130,60,1)En la Figura 15-2 se muestran los niveles de corto circuito para los conductores comerciales de material cobre desde un ciclo (1C) hasta cien ciclos (100C), ahora bien, para la selección del conductor se debe elegir la columna y fila adecuada; la columna de 30C es la ideal para la selección del conductor y el calibre #3/0 soporta 10.91kA, el resultado se muestra dando clic aquí o sobre la Figura 15-2.
Antes de seleccionar el conductor calibre #3/0 AWG es necesario realizar dos cálculos estos son: el dimensionamiento por ampacidad y pérdidas de tensión. La instrucción se muestra en el bloque siguiente:
from electricalwiresizes import mbtcu
mbtcu(120,220,437.4,3,20,1.0,3,27,3,4,0.9,1,1.00,75,1.25,1.25)En la Figura 15-3 se ilustra el dimensionamiento de los conductores de cobre para el lado secundario del transformador de 150 kVA, teniendo en cuenta la carga total. En este caso, se ha seleccionado el calibre #3/0 AWG con un arreglo de 3 conductores por fase. Al utilizar el módulo icc para analizar el cortocircuito, se garantiza un dimensionamiento apropiado que cumple con los requisitos de la instalación eléctrica.
Otro tema importante a tratar es la protección. Según los resultados, se determinó que la protección adecuada para la unidad cuando está al 100% de carga es de 600A. Sin embargo, es importante tener en cuenta que esto depende del porcentaje de carga solicitada. Por ejemplo, si la carga es del 80%, la corriente nominal sería de 345A y el conductor requerido ya no sería de calibre #3/0, sino de #1/0. Puedes encontrar más detalles en la Figura 15-4.
En la Figura 15-4 se muestra el dimensionamiento de conductores usando el 80% de la carga del transformador de 150 kVA, se deseas replicar los resultados ingresa en el intérprete el bloque de código siguiente:
from electricalwiresizes import mbtcu
mbtcu(120,220,437.4,3,20,1.0,3,27,3,4,0.9,1,0.80,75,1.25,1.25)La introducción del módulo icc ha planteado un nuevo panorama para el dimensionamiento de conductores eléctricos. Sin embargo, es importante destacar que su utilización está condicionada al estudio de cortocircuito. Por lo tanto, se recomienda encarecidamente realizar el dimensionamiento basado en la capacidad de corriente y la pérdida de tensión antes de implementar este módulo. De esta manera, se evitará el riesgo de sobredimensionamiento, asegurando un diseño óptimo y eficiente del sistema de conductores eléctricos.
Referencias
[12] "Termoestables y termoplásticos: Definición y diferencias". INFINITIA Industrial Consulting. https://www.infinitiaresearch.com/noticias/. (accedido el 13 de enero de 2024).