Unidad 2 instalaciones electricas

INSTITUTO TECNOLGICO DE LA COSTA GRANDE Unidad 2 Conductores elctricos y sus Protecciones

Hctor Garca Melchor

1

UNIDAD 2 CONDUCTORES ELCTRICOS Y SUS PROTECCIONES 2.1 Conductores. 2.1.1 Clasificaciones de los conductores y sus aislamientos. 2.1.2 Clculo de calibre de conductores. 2.1.2.1 Factores a considerar para el clculo de conductores. 2.1.2.2 Procedimiento general de clculo de conductores. 2.1.2.3 Clculo de conductores para circuitos de alumbrado y contactos. 2.1.2.4 Clculo de conductores para circuitos de fuerza. 2.2 Clculo de tuberas. 2.3 Clculo y seleccin de centros de carga. 2.4 Conocimiento y seleccin de accesorios de baja tensin. 2.4.1 Seleccin de canalizaciones 2.4.2 Proteccin contra sobrecorriente. 2.4.3 Seleccin de interruptores. 2.4.4 Seleccin de Arrancadores para motores.


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2

2.1 Conductores.

Un aspecto importante en el proyecto de una instalacin elctrica es la seleccin adecuada de los conductores elctricos, en esta unidad se identificarn los tipos de conductores mas utilizados en baja tensin, as como sus aislamientos respectivos, posteriormente se realizarn clculos de conductores que alimenten a circuitos tanto de alumbrado y contactos como de motores. Por ltimo se realizar la seleccin de los centros de carga.

2.1.1 Clasificaciones de los conductores y sus aislamientos. La clasificacin de conductores y sus aislamientos se presenta segn lo indica la NOM-001-SEDE-1999 en su tabla 310-13, sin embargo es recomendable que para ampliar mas esta informacin se consulte directamente los catlogos de fabricantes de conductores elctricos.


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Tabla 310 13 Conductores Aislamientos y usos

Tamao nominal Nombre genrico Tipo

Temp. mxima

de opera-cin C

Usos permitidos Tipo de

aislamiento mm2 AWG-kcmil

Espesor nominal de aislamiento

mm Cubierta exterior

2,082 -5,260

8,367-33,620

(14 - 10)

(8 - 2)

0,51

0,76

Ninguna

2,082-8,367 (14 - 8) 0,36 Malla de fibra de vidrio

Etileno Propileno Fluorado

FEP

o

FEPB

90

200

Lugares secos o hmedos

Lugares secos Aplicaciones especiales



13,300-33,620 (6 2)

0,36 Malla de material

adecuado

Termo-plstico

resistente a la humedad, al

calor, al aceite y a la

propagacin de la

flama

MTW

60

90

Alambrado de mquinas

herramienta en lugares mojados (vase Art. 670)

Alambrado de

mquinas herramienta en

lugares secos (vase el Artculo 670)

Termoplstico resistente a la

humedad, al calor, al aceite y a la

propagacin de la flama

0,32 - 3,307

5,26

8,367

13,30

21,15 - 33, 62

42,41 -107,2

126,7 -253,4

304,0 -506,7

(22 -12)

(10)

(8)

(6)

(4 -2)

(1 - 4/0)

(250 -500)

(600 -1000)

(A) (B) 0,76 0,38

0,76 0,51

1,14 0,76

1,52 0,76

1,52 1,02

2,03 1,27

2,41 1,52

2,79 1,78

(A) Ninguna (B) Cubierta de nylon o equiva-lente

Polmero sinttico o de

cadena cruzada

resistente al calor

RHH 90 Lugares secos o hmedos

Polmero sinttico o de cadena

cruzada resistente al calor y a la flama

2,082 -5,26

8,367 -33,62

42,41 -107,2

126,7 -253,4

304,0 -506,7

633,3-1013,6

(14 -10)

(8 -2)

(1 - 4/0)

(250 -500)

(600 -1000)

(1250-2000)

1,14

1,52

2,03

2,41

2,79

3,18

Cubierta no metlica

resistente a la humedad y a la propa-gacin de la

flama

Polmero sinttico o de

cadena cruzada

resistente al calor

RHW 75 Lugares secos o mojados

Polmero sinttico o de cadena

cruzada resistente al calor a la

humedad y a la flama

2,082 -5,26

8,367 -33,62

42,41 -107,2

126,7 -253,4

304,0 -506,7

633,3-1013,6

(14 -10)

(8 -2)

(1 - 4/0)

(250 -500)

(600 -1000)

(1250-2000)

1,14

1,52

2,03

2,41

2,79

3,18

Cubierta no metlica

resistente a la humedad y a la propa-gacin de la

flama


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Tabla 310 13 Conductores Aislamientos y usos (continuacin 1)


Temp.

mxima de operacin

C

Usos permitidos

Tipo de aislamiento

mm2 AWG-kcmil


mm

Cubierta exterior

Silicn FV SF

150

200

Lugares secos y hmedos

En aplicaciones donde existan

condiciones de alta temperatura

Hule Silicn

0,8235 3,307

8,367 33,62

42,41 107,2

18 -12

8 -2

1 - 4/0

0,762

1,524

2,032

Malla de fibra de vidrio o material equiva-

lente

Polmero sinttico

resistente al calor

SIS 90 Alambrado de

tableros de distribucin

Polmero sinttico de cadena cruzada

resistente al calor

2,082 5,260

8,367

14 -10

8

0,76

1,14 Ninguna

Termoplstico para tableros. TT 75

Alambrado de tableros de distribucin


humedad, al calor, a la propagacin de

incendio y de emisin reducida de humos y

gas cido

0,5191 3,307 20 -12 0,76 Ninguna

Termoplstico resistente a la humedad y a

la propagacin de incendio

TW 60 Lugares secos y mojados


humedad y a la propagacin de

incendio

2,082-5,260

13,30 33,62

8,367

14 -10

8

6 -2

0,76

1,14

1,52

Ninguna

Cable plano termoplstico resistente a la humedad, al calor y a la

propagacin de incendio.

TWD 60 Lugares secos y mojados


humedad y a la propagacin de

incendio

0,519 -1,307

2,082 -5,260

20 -16

14 -10

0,64

0,9 Ninguna

Termoplstico resistente a la humedad, al calor y a la

propagacin de incendio

THW

75

90

Lugares secos y mojados

Aplicaciones especiales dentro de

equipo de alumbrado por

descarga elctrica. Restringido a 1000V o menos en circuito abierto y a tamaos nominales de 2,082

a 8,367 mm2 (14-8 AWG)


humedad, al calor y a la propagacin de

incendio

2,082 -5,26

8,367

13,30 -33,62

42,41 -107,2

126,7 -253,4

304,0 -506,7

14 -10

8

6 -2

1 - 4/0

250- 00

600 -1000

0,76

1,14

1,52

2,03

2,41

2,79

Ninguna


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Temp. mxima de operacin

C Usos permitidos Tipo de aislamiento

mm2 AWG


mm

Cubierta exterior

Termo-plstico

resistente a la

humedad, al calor y a la propaga-

cin de incendios, y de emisin reducida de

humos y gas cido

THW LS

THHW

75

75

90

Lugares secos y mojados.

Aplicaciones especiales dentro

de equipo de alumbrado por

descarga elctrica. Restringido a

1000V menos en circuito y reas de

las secciones transversales de

2082 a 8367 mm2 (14-08)

Lugares secos y mojados.

Lugares secos


humedad, al calor, a la propagacin de

incendios, y de emisin reducida de humos y gas cido.



incendios.

2,082-5,260

8,367

13,30-33,62

42,41-107,2

126,7-253,4

304,0-506,7

2,082-5,260

8,367

13,30 -33,62

42,41-107,2

126,7-253,4

304,0-506,7

(14 -10)

(8)

(6 -2)

(1 - 4/0)

(250 -500)

(600 -1000)

(14 -10)

(8)

(6 -2)

(1 - 4/0)

(250 -500)

(600 -1000)

0,76

1,14

1,52

2,03

2,41

2,79

0,76

1,14

1,52

2,03

2,41

2,79

Ninguna

Termo-plstico

resistente a la

humedad, al calor y a la propaga-

cin de incendios, y de emisin reducida de

humos y gas cido

THHW-LS

75

90

Lugares mojados.

Lugares secos



incendios, y de emisin reducida de humos y gas cido

2,082 -5,260

8,367

13,30 -33,62

42,41 -107,2

126,7 -253,4

304,0 -506,7

(14 -10)

(8)

(6 -2)

(1 - 4/0)

(250 -500)

(600 -1000)

0,76

1,14

1,52

2,03

2,41

2,79

Ninguna

Termo-plstico con cubierta de

nylon, resistente a

la humedad, al calor y a la propaga-cin de la

flama

THWN 75 Lugares secos y mojados

Termoplstico con cubierta de nylon,

resistente a la humedad, al calor y a la propagacin de la

flama

2,082 -3,307

5,26

8,367 -13,30

21,15 -33,62

42,41 -107,2

126,7 -253,4

304,0 -506,7

(14 -12)

(10)

(8 - 6)

(4 -2)

(1 - 4/0)

(250 500)

(600 1000)

0,38

0,51

0,76

1,02

1,27

1,52

1,78

Cubierta de nylon o equiva-

lente


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abla 310 13 Conductores Aislamientos y usos (continuacin 3)


Temp. mxima de operacin

C Usos

permitidos Tipo de

aislamiento mm2 AWG kcmil


mm

Cubierta exterior

Termo-plstico con cubierta de

nylon, resistente al calor y a la propaga-cin de la

flama

THHN 90 Lugares secos

Termoplstico con cubierta de nylon,

resistente al calor y a la propagacin

de la flama.

2,082 -3,307

5,26

8,367 -13,30

21,15 -33,62

42,41 -107,2

126,7 -253,4

304,0 -506,7

(14 -12)

(10)

(8 - 6)

(4 -2)

(1 - 4/0)

(250 -500)

(600-1000)

0,38

0,51

0,76

1,02

1,27

1,52

1,78

Cubierta de nylon o equiva-

lente

Cable plano para

acometida area y

sistemas fotovol-taicos

TWD UV

60 Lugares secos y mojados.

Entrada de acometida area. Vase el Artculo

338.Sistemas fotovoltaicos.

Vase el Artculo 690.


humedad, al calor y a la

propagacin de incendio.

3,307 -8,367

(12 8) 1,14

Ninguna

Cable mono-

conductor para

acometida subterrnea

Cable mono-

conductor y multi-

conductor para

acometida subterrnea

BTC

DRS

90

90


Acometida subterrnea Vase el

Artculo 338


Entrada de acometida

subterrnea Vase Art. 338.

Polmero sinttico, de cadena cruzada

resistente a la humedad, al calor y a la propagacin

de la flama

Polmero sinttico, de cadena cruzada

resistente a la humedad, al calor y a la propagacin

de la flama

15 - 35

21,15 -33,62

(4 -2) 1,60

1,58

Ninguna

Ninguna

Cable para acometida

area

CCE

60 Lugares secos y

mojados Entrada de acometida

area Vase el Artculo 338


humedad, al calor y a la propagacin

de la flama

3,307 -5,26

13,3 -21,15

1,2

1,6

Termo-plstico

resistente a la

humedad y a la

intempe-rie


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Temp. mxima de operacin C Usos permitidos

Tipo de aislamiento

mm2 AWG kcmil


mm

Cubierta exterior

Cable para acometida

area

BM - AL

75


Entrada de acometida area Vase Art. 338

Termo-plstico

resistente a la humedad y a la intemperie

13,3 - 33,62

(6 - 2)

1,14

Ninguna

Polmero sinttico, de

cadena cruzada

resistente a la humedad

y al calor


cadena cruzada

resistente a la humedad

y al calor

XHHW

XHHW-2

90

75

90

Lugares secos o mojados

Lugares mojados



cadena cruzada

resistente a la humedad, al calor y a la

propagacin de la flama.

Polmero

sinttico, de cadena cruzada

resistente a la humedad, al calor y a la

propagacin de la flama

2,082 -5,260

8,367 -33,62

42,41 -107,2

126,7 -253,4

304,0 -506,7

2,082 -5,260

8,367 -33,62

42,41 -107,2

126,7 -253,4

304,0 -506,7

(14 -10)

(8 -2)

(1 - 4/0)

(250 -500)

(600-1000)

(14 -10)

(8 -2)

(1 - 4/0)

(250 -500)

(600-1000)

0,76

1,14

1,4

1,65

2,03

0,76

1,14

1,4

1,65

2,03

Ninguna

Ninguna


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2.1.2 Clculo de calibre de conductores. Normalmente son tres mtodos para el Clculo: a) Por corriente. b) Por cada de tensin. c) Por corto circuito. De los cuales para efecto de este curso solo se desarrollarn los primeros dos mtodos. 2.1.2.1 Factores principales que se deben de considerar al calcular el calibre mnimo para un conductor.

a) Qu la cada de tensin este dentro de las normas. b) Qu la seccin del conductor pueda transportar la corriente necesaria. c) Qu la temperatura del conductor no dae el aislamiento.

Los tres factores son de vital importancia considerarlos, debido a que se pueden presentar los siguientes problemas: 1) SI LA SECCIN DEL COBRE ES MENOR:

a) El conductor tendr una mayor resistencia elctrica, aumentando las perdidas de energa.

b) El conductor tendr una mayor temperatura de operacin, aumentando una vez ms la resistencia elctrica y deteriorando el aislamiento.

c) La cada de tensin en la lnea ser mayor a la permitida, lo cual puede afectar la operacin en el punto de carga y daar los equipos.

2) SI NO SE PROTEGE EL AISLAMIENTO: a) El aislamiento sufrir deterioro por alta temperatura, aumentando el riesgo de

fugas de corriente y cortos circuitos. b) Disminuir la vida til del conductor. 3) SI NO SE CUIDA QUE LA CADA DE TENSIN SEA CORRECTA: a) El circuito y los conductores trabajaran fuera de normas. b) Pueden daarse los equipos alimentados o no dar el servicio requerido.


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Al hablar de temperatura mxima de operacin de un conductor debemos ser mas especficos, los conductores no se daan inmediatamente al rebasar la temperatura mxima; esto significa que si un producto TW trabaja a 60 oC, no se abrir ni se fundir su aislamiento, pero si se va deteriorando y con el tiempo se reduce su vida til. Por ejemplo un alambre TW que se trabaje a 68 oC, no va a "REVENTAR" ni fallar de momento, pero en vez de durar 30 aos trabajando durar solo 15 aos. Est comprobado que por cada 8 oC que se incremente la temperatura de operacin del conductor, su vida til se reduce en un 50 %. 2.2.1.2 Datos necesarios para el clculo A) POR CONDUCCIN DE CORRIENTE: FACTOR DE POTENCIA DEL EQUIPO. Factor de potencia del equipo a alimentar. EFICIENCIA DEL EQUIPO: Eficiencia del equipo a alimentar. POTENCIA EN HP o KW. Potencia en HP o KW; Del equipo a alimentar. VOLTAJE DE ALIMENTACIN. 127, 220, 440 Volts etc. TIPO DE CORRIENTE. Directa, Alterna, 1F, 2F, 3F B) PROTECCIN DE AISLAMIENTO: TIPO DE INSTALACIN. Al aire libre, conduit, charola, directamente enterrado etc. TIPO DE SERVICIO. 24 hrs. al da, arranque y paro continuo, servicio nocturno, etc. TEMPERATURA AMBIENTE DEL LOCAL. La ms caliente en verano, o la de la recamara (si se tiene alguna maquina que disipe mucho calor).


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C) CADA DE TENSIN: LONGITUD DE LA INSTALACIN. Para calcular la cada de tensin. -TIPO DE CIRCUITO. Alimentador o derivado, la NOM-001-SEDE-1999 permite un 3% de cada de tensin para derivados o circuito alimentador y un 5% para el conjunto del alimentador + el derivado.


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2.1.2.3 Clculo de conductores para circuitos de alumbrado y contactos. Para realizar el clculo de conductores para circuitos que alimentan cargas de alumbrado y contactos resulta de gran importancia conocer los sistemas de alimentacin de energa elctrica en baja tensin, ya que en funcin del tipo de sistema son las frmulas a utilizar. A continuacin se presentan los sistemas de alimentacin de energa utilizados en baja tensin. 1. Sistema monofsico a dos hilos 1F-2H Aplicacin:

Normalmente se utiliza en instalaciones elctricas de alumbrado y contactos sencillos, cuando todas las cargas son monofsicas y la carga total instalada no es mayor de 4000 Watts.

2. Sistema monofsico a tres hilos 1F-3H Aplicacin:

Se utiliza en instalaciones elctricas de alumbrado y contactos cuando todas las cargas parciales son monofsicas y la carga total instalada es mayor de 4000 pero no mayor de 8000 Watts.

3. Sistema trifsico a tres hilos 3F-3H Aplicacin:

Este sistema se utiliza en instalaciones elctricas, en las que se dispone nicamente de cargas trifsicas.

Para suministrar energa en alta tensin, etc. 4. Sistema trifsico a cuatro hilos 3F-4H Aplicacin: Este sistema se utiliza en los siguientes casos:

a) En instalaciones elctricas de alumbrado y contactos sencillos, cuando todas las cargas son monofsicas y la carga total instalada es mayor de 8000 Watts.

b) Cuando se tienen cargas monofsicas y trifsicas independientemente de la carga total instalada.


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Clculo de la corriente nominal para los diferentes sistemas de alimentacin

Nomenclatura utilizada W= Potencia del circuito (Watts) E = Tensin entre fases (Volts) En = Tensin de fase a neutro (Volts) I= Corriente nominal del circuito (amperes) F.P. = Factor de potencia del equipo, En Mxico el mnimo es 0.90

SISTEMA DE ALIMENTACION FRMULA A UTILIZAR

1F - 2 H F.P. En

WI =

1F - 3 H F.P. En

WI2

=

3F - 3 H F.P. E

WI3

=

3F - 4 H F.P. E

WI3

= Clculo de la cada de tensin para los diferentes sistemas de alimentacin. La cada de tensin es un fenmeno, por el cual, el voltaje se "pierde", por tres razones:

1. Por la distancia del circuito. 2. Por la carga a alimentar. 3. Por el calibre del conductor.

Existen dos mtodos para calcular la cada de tensin: 1. El mtodo de resistencia ohmica. 2. El mtodo de reactancias.


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1. Mtodo de resistencia hmica. Nomenclatura utilizada S= Seccin transversal del conductor en mm2 e% = Cada de tensin en porciento E = Tensin entre fases (Volts) En = Tensin de fase a neutro (Volts) L= Longitud del circuito en metros I= Corriente nominal del circuito


1F - 2 H SEn

I L 4e =%

1F - 3 H SEn

I L 2e =%

3F - 3 H SE

I L 32e =%

3F - 4 H SE

I L 32e =% 2. Mtodo de reactancias. Nomenclatura utilizada e = Cada de tensin en porciento E = Tensin entre fases (Volts) En = Tensin de fase a neutro (Volts) L= Longitud del circuito en Km. I= Corriente nominal del circuito Z = impedancia del circuito en Ohms-Km

senX cos R Z L+=


1F - 2 H 100xEn

L I Z2e =

1F - 3 H 100xEn

L I Ze =

3F - 3 H 100xE

L I Z3e =

3F - 4 H 100xE

L I Z3e =


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CLCULO DE CONDUCTORES

CIRCUITOS DERIVADOS I. INFORMACION GENERAL IDENTIFICACIN: REALIZ: REVIS: FECHA: II. DATOS POTENCIA W VOLTS V FASES HILOS LONGITUD M TEMP. LOCAL C TIPO DE AISLAMIENTO III. CORRIENTE NOMINAL

(En)(f.p.)W I = =

Factor de agrupamiento Tabla 310-16 NOM-001-SEDE-1999 Factor de temperatura Tabla 310-16-(8a) NOM-001-SEDE-1999 IV. CORRIENTE CORREGIDA

==(Fa)(Ft.)

I Ic

El conductor seleccionado por capacidad de corriente de acuerdo a la tabla 310-16 de la NOM-001-SEDE-1999 es AWG, con aislamiento , C, con capacidad de A, para conductoresAlojados en y una seccin de mm2. V. CAIDA DE TENSIN

==En

L Z I200 e% de acuerdo con lo anterior dicho circuito cumple con lo establecido en el articulo 210-19, y por lo tanto estar integrado por:

Conductores calibre No. AWG


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CLCULO DE CONDUCTORES CIRCUITO ALIMENTADOR

I. INFORMACION GENERAL IDENTIFICACIN: REALIZ: REVIS: FECHA: II. DATOS POTENCIA W VOLTS V FASES HILOS LONGITUD M TEMP. LOCAL C TIPO DE AISLAMIENTO III. CORRIENTE NOMINAL

(E)(f.p.)3W I = =

Factor de agrupamiento Tabla 310-16 NOM-001-SEDE-1999 Factor de temperatura Tabla 310-16-(8a) NOM-001-SEDE-1999 IV. CORRIENTE CORREGIDA

==(Fa)(Ft.)

I Ic

El conductor seleccionado por capacidad de corriente de acuerdo a la tabla 310-16 de la NOM-001-SEDE-1999 es AWG o KCM, con aislamiento , C, con capacidad de A, para conductoresAlojados en y una seccin de mm2. V. CAIDA DE TENSIN

==E

L Z I173 e%

de acuerdo con lo anterior dicho circuito cumple con lo establecido en el articulo 210-19, y por lo tanto estar integrado por:

Conductores calibre No. AWG y un conductor calibre No. AWG seleccionado de acuerdo al articulo 250-94 y la tabla 250-95 de la NOM-001-SEDE-1999


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EJERCICIOS DE CLCULO DE CONDUCTORES PARA CIRCUITOS DE ALUMBRADO Y CONTACTOS

1. Calcular el calibre de los conductores para una carga total instalada de 2500 watts resultado de sumar solo cargas monofsicas, si el centro de carga se encuentra a 35 metros de la toma de energa, considrese una temperatura ambiente de 32 C y aislamiento tipo TW.

2. Calcular el calibre de los conductores para una carga total instalada de 7400 watts resultado de sumar solo cargas monofsicas, si el centro de carga se encuentra a 30 metros de la toma de energa, considrese una temperatura ambiente de 35 C y aislamiento THW.

3. Calcular el calibre de los conductores elctricos del circuito alimentador por corriente y cada de tensin, para una carga total instalada de 23000 watts resultado de sumar solo cargas monofsicas y trifsicas, si el centro de carga se encuentra a 50 metros de la toma de energa, considrese una temperatura ambiente de 33 C, un factor de demanda de 0.9 y aislamiento THW-LS.


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18

2.1.2.4 Clculo de conductores para circuitos de fuerza. En el clculo de conductores para circuitos de fuerza se tienen los siguientes casos:

Conductores que alimentan a un solo motor. Conductores que alimentan a mas de dos motores.

Clculo de conductores para un solo motor Para seleccionar el conductor que alimente a un solo motor se procede de la siguiente manera: Por capacidad: 1.- Se calcula la corriente nominal a partir de la ley de watt, o bien se obtienen de la placa de datos del propio motor y a este valor se le denomina CORRIENTE NOMINAL (In) 2.- Se le agrega, por lo menos el 25 % de dicho valor de acuerdo al articulo 430-22 NOM-001-SEDE-1999. 3.- Se le aplica el FACTOR DE AGRUPAMIENTO, el cual se obtiene de la tabla 310-16 Observacin 8, de las NOM-001-SEDE-1999. 4.- Se le aplica el FACTOR DE TEMPERATURA, el cual se obtiene de la tabla 310-16 de las NOM-001-SEDE-1999. cuando se le han aplicado estos factores, se llama corriente corregida (Ic). 5.- Con la CORRIENTE CORREGIDA, se entra a las tablas de capacidad en amperes de los conductores, y se selecciona, el calibre que habr de instalarse. Nota: Recordemos que de acuerdo a la temperatura que habrn de soportar, existen diversos tipos de aislamientos en los conductores. Cada de tensin: 6.- Si la distancia L del circuito del motor, es considerable (30 metros o ms para circuitos de fuerza), se calcula el conductor, por cada de tensin, seleccionndose el que salga mayor.


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Ejercicio: 1. Calcular el calibre del conductor con aislamiento THW de un motor de 10 C.P., 220 V, 3F, 0.9 de eficiencia y 0.85 de F.P., se va a instalar a 32 metros de distancia del tablero de distribucin, en una zona cuya temperatura es de 35 C.

Clculo de conductores que alimentan a varios motores Para seleccionar el conductor de un circuito, que alimente a varios motores se procede de la siguiente manera: Por capacidad: 1.- Se calcula la corriente nominal a partir de la ley de watt, o bien se obtienen de la placa de datos del propio motor y a este valor se le denomina CORRIENTE NOMINAL (In) 2.- Se suman las corrientes nominales de todos los motores y a este valor, se le denomina CORRIENTE NOMINAL DEL CIRCUITO. 3.- A la corriente nominal del circuito se le agrega por lo menos el 25 % de la corriente nominal, del motor mayor del grupo, de acuerdo al articulo 430-24 NOM-001-SEDE-1999. I = In + 0.25 IM 4.- Se le aplica el FACTOR DE AGRUPAMIENTO, el cual se obtiene de la (tabla 310-16, nota 8 NOM-001-SEMP-1999). 5.- Se le aplica el FACTOR DE TEMPERATURA, el cual se obtiene de la tabla 310-16 de las NOM-001-SEDE-1999. cuando se le han aplicado estos factores, se le llama corriente corregida del circuito (Ic). 6.- Con la CORRIENTE CORREGIDA, se entra a las tablas de capacidad en Amperes de los conductores, y se selecciona, el calibre que habr de instalarse. Nota: Recordemos que de acuerdo a la temperatura que habrn de soportar, existen diversos tipos de aislamientos en los conductores. Cada de tensin: 7.- Si la distancia L del circuito del motor, es considerable (30 metros o ms para circuitos de fuerza), se calcula el conductor, por cada de tensin, seleccionndose el que salga mayor.


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Ejercicio: Calcular el calibre del conductor THWN del alimentador para los siguientes motores trifsicos que operan a 440 V, y a una temperatura ambiente de 35 C.


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2.2 Clculo de tuberas. Para el clculo de tuberas, se debe de consultar la tabla 10-4 de la NOM-001-SEDE-1999, la cual tienen las dimensiones de tubo y el rea disponible para los conductores, segn el tipo de tubo que se trate. Existen tablas tambin donde aparece la seccin transversal del conductor y en funcin de ello se determina el rea total a ocupar en una tubera especifica. 2.3 Clculo y seleccin de centros de carga. Los circuitos derivados deben protegerse contra sobrecorrientes. Un fusible, si es dbil, se funde y si es fuerte evita que la instalacin se queme. Una seleccin adecuada de los centros de cargas y sus elementos de proteccin evitarn accidentes y costosos gastos. La longitud de los centros de carga se calculan de dos maneras:

1. Cuando todas las cargas parciales estn en una misma direccin. 2. Cuando las cargas parciales se encuentran en varias direcciones con respecto

de la toma de energa.

1. Cuando todas las cargas parciales estn en una misma direccin. En este caso, el clculo de la distancia para colocar el centro de carga se hace con la formula siguiente:

n

nn

WWWWLWLWL

L ++++++=

......

21

2211

Al encontrar la longitud para el centro de carga, en este lugar se coloca el conductor de mayor seccin transversal. Consecuentemente de acuerdo con la longitud se calculan los conductores elctricos que sern utilizados. Una vez calculado el centro de carga se colocar el tablero de distribucin para la alimentacin de las cargas parciales.

2. Cuando las cargas parciales se encuentran en varias direcciones con respecto de la toma de energa. En este caso se utiliza un sistema de coordenadas cartesianas para calcular el centro de carga. a) Calcula el centro de carga respecto de los ejes coordenados. b) La interseccin de stas distancias da el centro de carga. c) Calcular el centro de carga y la distancia de este al punto de alimentacin.


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Procedimiento a) Calcula la distancia media respecto del eje Y.

n

nyn

WWWWLWLyWLy

Ly ++++++=

......

21

2211

b) Calcula la distancia media respecto al eje X.

n

nn

WWWWLxWLxWLx

Lx ++++++=

......

21

2211

c) Calcula la distancia resultante. Nota: Si las condiciones fsicas del local no permiten la colocacin del centro de carga, en el lugar destinado, se deber recorrer hasta el muro o columna mas cercano. 2.4 Conocimiento y seleccin de accesorios de baja tensin.

2.4.1 Seleccin de canalizaciones

Para distribuir la energa elctrica a todos los lugares de un edificio industrial o comercial, es necesario hacer uso de los diferentes equipos y materiales elctricos que ofrecen los fabricantes. Adems el propsito principal es distribuir la energa a los dispositivos de utilizacin que la requieran para desarrollar sus funciones, pero sin exponer al personal o equipo a los daos que puedan ocasionar los conductores de altas corrientes y tensiones elevadas. Por lo tanto, en la construccin de instalaciones elctricas es importante proteger a los conductores elctricos contra posibles daos mecnicos a los que puedan estar sometidos, as como a las condiciones ambientales que se deriven de los diferentes procesos productivos donde se localicen dichas instalaciones. Por lo tanto, las canalizaciones en una instalacin elctrica representan el medio seguro de proteccin mecnica de los conductores. Una canalizacin es un canal cerrado diseado para contener a los conductores. La aplicacin de las canalizaciones en las instalaciones elctricas de utilizacin, ya sean industriales o comerciales, se encuentran regidas por la NOM-001-SEDE-1999. El clculo de tuberas se realiza en funcin de la tabla 10-4 de la NOM-001-SEDE-1999.


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Clasificacin de las canalizaciones

Cajas de conexin Las cajas utilizadas en las instalaciones elctricas son ampliamente utilizadas para realizar conexiones dentro de ellas y hacer derivaciones as como para sujetar mecnicamente la canalizacin, es importante hacer notar que su aplicacin debe llevarse a cabo en todos aquellos sitios donde se realice una derivacin, existe tambin una gran diversidad de cajas de registro como se aprecia en la tabla 370-16 (a) de la NOM-001-SEDE-1999.


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2.4.2 Proteccin contra sobrecorriente. Todo sistema elctrico debe conservarse en condiciones de operacin para satisfacer las necesidades de demanda de energa elctrica para el cual fue diseado. Las causas mas comunes de funcionamiento anormal de las instalaciones y equipos elctricos son debidas principalmente a fallas de sobrecorriente. La sobrecorriente se define como: toda corriente que excede a la corriente nominal o de plena carga. La sobrecorriente es originada por dos causas muy comunes de fallas en las instalaciones y equipos elctricos:

Sobrecarga. Circuitocorto.

Los dispositivos de proteccin contra sobrecorriente utilizados en instalaciones elctricas de baja tensin son:

Relevadores de sobre carga. Fusibles. Interruptores automticos.

Relevadores El relevador de sobrecarga es un dispositivo que tiene caractersticas de tiempo inverso en el disparo o apertura, permitiendo mantener la conduccin durante el periodo de aceleracin (cuando se demanda la corriente de arranque), pero dando proteccin a las pequeas sobrecargas de la corriente de plena carga cuando el motor est operando. El relevador de sobrecarga no provee proteccin contra circuitocorto, segn lo indica el Art. 240-9 de la NOM-001-SEDE-1999. Los relevadores de sobrecarga se clasifican como sigue:

BimetlicofusibleAleacin

Trmicos

Magneticossobrecarga deRelevador

Fusibles El fusible es un dispositivo de proteccin contra sobrecorriente que brinda mejores condiciones de proteccin a las instalaciones elctricas, ya que sus capacidades interruptivas alcanzan valores de hasta 300 kA, adems no cuenta con elementos mecnicos que propicien un tiempo largo en su apertura bajo condiciones de fallas de circuitocorto, esto no quiere decir que los interruptores automticos en caja moldeada (tambin llamados interruptores termomagnticos) sean menos precisos o malos en la proteccin, lo cierto es que sus capacidades interruptivas no alcanzan


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valores superiores a los 65v kA, lo que representa una limitante en cuanto a capacidad interruptiva se refiere.

Clasificacin de fusibles

Seleccin de interruptores

a) Para la seleccin del interruptor que ha de proteger a un motor, se recomienda multiplicar la corriente nominal por 3, si el interruptor es de navajas con fusibles, o bien por 2.5 si el interruptor es termomagntico. Es decir, a la corriente nominal, se le agregar al 200 % para fusibles y 150 % para termomagntico (Tabla 430-152 segn Art. 430-52 NOM-001-SEDE-1999), con estos datos obtenidos, se procede ha buscar el fusible o interruptor inmediato superior. El calculo anterior, es una recomendacin generalizada, para casos conflictivos, deber hacerse el calculo en base a los KVA por C.P., con rotor bloqueado, segn su letra de cdigo (tabla 430-7 (b) NOM-001-SEDE-1999). En el caso de seleccionar la capacidad de un interruptor para circuitos de alumbrado, este no debe ser menor a la capacidad de corriente total que se est demandando.

b) Para seleccionar el interruptor que ha de proteger a varios motores se suma la corriente obtenida en el calculo indicado anteriormente, del motor mayor, mas la corriente nominal de los dems motores del grupo. O lo que es lo mismo: se suman todas las corrientes de los motores del grupo y se le agrega


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la corriente del motor mayor multiplicado por 2, si es interruptor de navajas o por 1.5 si el interruptor es termomagntico.

c) Esto se representa con la siguiente formula: INTERRUPTOR DE NAVAJAS:

Iint = suma I + 2 IM IINTERRUPTOR TERMOMAGNTICO:

Iint = suma I + 1.5 IM DONDE: Iint = corriente para seleccionar el interruptor derivado suma I = suma de las corrientes de los motores del grupo. IM = Corriente del motor mayor Con la corriente as obtenida, se procede ha seleccionar el fusible o interruptor de capacidad inmediata superior. Capacidades comerciales de interruptores Interruptores de navajas 2 Polos - 30 y 60 A 3 Polos - 30, 60, 100, 200, 400, 600, 800 Y 1200 A Recordando que los fusibles los fabrican para los siguientes rangos en Amperes: 3, 4, 5, 6, 10, 15, 20, 25, 30/35, 40, 45, 50, 60/70, 75, 80, 90, 100/110, 125, 150, 175, 200/225, 250, 300, 350, 400 AMPERES Interruptores termomagnticos (para fuerza) 15, 20, 30, 40, 50, 70, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000 AMPERES


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Requisitos que debe reunir una instalacin elctrica de fuerza. Los requisitos que debe reunir una instalacin elctrica de fuerza para garantizar una buena eficiencia y seguridad, se indican en el reglamento de instalaciones elctricas, entre los cuales se mencionan los siguientes: a) Proteccin contra corto circuito y fallas a tierra. b) Medio de desconexin. c) Conductores. d) Controlador. e) Proteccin contra sobrecarga.

Figura que muestra los requisitos para la instalacin de un motor elctrico

a) Proteccin contra cortocircuito y fallas a tierra. En toda instalacin elctrica de fuerza, se debe de contar con un dispositivo de proteccin contra sobrecorrientes debidas a cortocircuito y fallas a tierra. Este dispositivo podr ser un interruptor de seguridad o un interruptor termomagntico, donde el criterio para la seleccin del fusible o la capacidad del ITM, ser: que sean


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capaces de soportar la corriente nominal del motor de mayor capacidad, ms la suma de las corrientes de motores mas pequeos o de otras cargas, en caso de que las hubiera. b) Medio de desconexin. Toda instalacin elctrica de fuerza requiere de un medio de desconexin de motores y controles de los circuitos que los alimentan. Los medios de desconexin debern ser de los siguientes tipos: Un interruptor de navajas con capacidad nominal en caballos de potencia o un interruptor termomagntico abierto o en caja, con o sin proteccin trmica y magntica. En motores fraccionarios de 1/8 C.P. o menos, y en circuitos que alimenten a un solo motor, el dispositivo de proteccin contra cortocircuito y fallas a tierra, puede servir como el medio de desconexin. El medio de desconexin debe tener capacidad para conducir continuamente por lo menos 115 por ciento de la corriente a plena carga del motor. c) Conductores. Una buena seleccin de los conductores que alimenten uno o varios motores, nos dar como resultado una instalacin elctrica segura y confiable. En la determinacin del calibre del conductor se tomaran en cuenta entre otros factores, la longitud del motor al centro de carga, la capacidad del motor, la temperatura del local, el tipo de instalacin, etc. Dicho de otra manera, los conductores que alimenten motores deben ser capaces de conducir la corriente requerida, sin sobrecalentamiento, bajo las condiciones particulares de que se trate. d) Controlador. El trmino controlador comprende cualquier interruptor o dispositivo que se use normalmente para arrancar y parar un motor. Cualquier instalacin elctrica de fuerza debe de contar con controles adecuados para todos los motores. Como anteriormente se mencion, un interruptor de navajas y un interruptor automtico de tiempo inverso, pueden servir como controladores, sin embargo los controladores diseados especialmente para este fin, son los arrancadores, sea cual sea el controlador, deber tener una capacidad en KW o en C.P. no menor que la potencia nominal del motor que controlen. e) Proteccin contra sobrecarga. Una sobrecarga en un aparato elctrico, origina una sobrecorriente de funcionamiento que, cuando dura un tiempo suficientemente prolongado, puede daar o recalentar peligrosamente el aparato, esto no incluye los cortocircuitos o fallas a tierra. Entonces, resulta necesario disponer de un dispositivo de proteccin contra sobrecarga, siendo estos, bobinas de disparo o relevadores de sobrecarga, estos


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dispositivos actan desconectando el motor cuando sensan una corriente superior a la cual se han calibrado previamente, protegindonos con ello la instalacin. El nmero y ubicacin de unidades de sobrecarga esta en funcin del sistema de alimentacin y del tipo de motor, a continuacin se presenta una tabla para determinar el nmero de unidades de sobrecarga.

UNIDADES DE SOBRECARGA PARA PROTECCIN DEL MOTOR

TIPO DE MOTOR

SISTEMA DE ALIMENTACIN

NMERO Y UBICACIN DE UNIDADES DE

SOBRECARGAS TALES COMO BOBINAS DE

DISPARO O RELEVADORES

1 Fase AC o DC 2 Hilos, 1 fase AC o DC, conductores no puestos a tierra

1 en cualquier conductor

1 Fase AC o DC 2 Hilos, 1 fase AC o DC, un conductor puesto a tierra

1 en el conductor no puesto a tierra

1 Fase AC o DC 3 Hilos, 1 fase AC o DC, conductor neutro puesto a tierra.

1 en cualquiera de los conductores no puesto a tierra

1 Fase AC Cualquiera de las tres fases 1 en el conductor no puesto a tierra

2 Fases AC 3 hilos, 2 fases AC, no puestos a tierra

2, 1 en cada fase

2 Fases AC 3 hilos, 2 fases AC, 1 conductor puesto a tierra

2 en los conductores no puestos a tierra

2 Fases AC 4 hilos, 2 fases AC, con o sin aterrizar

2, 1 por fase en conductores no puestos a tierra

2 Fases AC 4 hilos, 2 fases AC, conductor neutro puesto o no a tierra

2, 1 por fase en cualquier conductor no puesto a tierra

3 Fases AC Cualquiera de las tres fases 3, 1 en cada fase

Los requisitos descritos anteriormente no deben descuidarse en una instalacin elctrica de fuerza, y algo que tampoco debe descuidarse es el tener siempre presente el verificar los datos de placa de los aparatos, ya que es ah donde nos enteraremos de las caractersticas propias de cada aparato, tales como: voltaje de operacin, tipo de conexin, frecuencia de operacin, corriente nominal, letra de cdigo, etc. Si no descuidamos estos datos, difcilmente se presentarn problemas en la instalacin elctrica. Por otro lado, el tipo de instalacin de que se trate, influye bastante para la seleccin de los materiales, ya que con ello sabremos que tipo de accesorios son los adecuados para instalar.


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TABLA DE SELECCIN DE GABINETES PARA CONTROLADORES DE MOTORES

USO EXTERIOR

Tipo de gabinete** Proteccin contra las siguientes condiciones ambientales

3 3R 3S 4 4X 6 6P

Contacto casual con el gabinete X X X X X X X Lluvia, nieve, granizo X X X X X X

Granizo* X Polvoso X X X X X X

Inundacin por los drenajes X X X X Agentes corrosivos X X

Inmersin temporal ocasional X X Inmersin prolongada ocasional X

* El mecanismo deber de ser operable cuando este cubierto de hielo.

USO INTERIOR

Tipo de gabinete** Proteccin contra las siguientes condiciones ambientales

1 2 4 4x 5 6 6P 12 12K 13

Contacto casual con el gabinete X X X X X X X X X X Cada de suciedad X X X X X X X X X X Cada de lquidos y goteo X X X X X X X X X Polvo circulante, pelusa, fibras X X X X X X X Polvo, pelusa y fibras acentadas X X X X X X X X Drenes y agua que salpica X X X X Aceite y filtracin de liquido refrigerante X X X Rociado aceite y refrigerante X Agentes corrosivos X X Inmersin temporal ocasional X X Inmersin prolongada ocasional X

** El tipo de cubierta debe ser registro en la cubierta del controlador del motor.


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Seleccin de Arrancadores para motores. Una de las clases mas sencillas de arrancadores, es un interruptor de accin rpida de cerrado y abierto, que se acciona por un apalanca montada en el frente del arrancador. Los arrancadores manuales de potencia fraccionaria se emplean siempre que se desee tener proteccin contra sobrecarga del motor, as como para el control de abierto y cerrado de pequeos motores monofsicos de C.A. o C.C. Como los arrancadores manuales son dispositivos mecnicos accionados a mano, los contactos permanecen cerrados y la palanca contina en la posicin de cerrado en el caso de una falla elctrica. El motor automticamente volver a arrancar cuando se establezca la energa. Por lo tanto, no son posibles la proteccin y la desconexin por bajo voltaje con estos arrancadores accionados a mano. Arrancadores magnticos a tensin plena. Este tipo de arrancadores constituyen la forma mas sencilla de arrancar motores cuando el par de arranque no se considera demasiado alto como para que cause daos en la maquina movida, y la corriente tomada de la lnea no es excesiva para la lnea de alimentacin. Estos arrancadores se pueden usar en motores de induccin tipo jaula de ardilla y de rotor devanado. Tienen proteccin contra sobrecarga y bajo voltaje, protegiendo con esto el motor de acuerdo al reglamento de instalaciones elctricas, se recomienda arrancar a tensin plena, a motores de hasta 10 C.P.; para motores de mayor capacidad se recomienda arrancarlos a tensin reducida. Arrancadores magnticos a tensin reducida. Cuando el par de arranque y la corriente de lnea se consideran que pueden causar daos a la maquina impulsada, se deber arrancar el motor a tensin reducida, para tal caso existen varios mtodos tpicos de arranque, entre los mas comunes estn: a) Autotransformador. b) resistencias primarias. c) Devanado bipartido d) Estrella-Delta


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Tabla comparativa de arrancadores a tensin reducida. Caractersticas en % de los

valores a Tensin Plena

Tipo de

Arrancador

Tensin

del

motor

Corriente

de

Arranque

Par de

Arranque

VENTAJAS DESVENTAJAS

Autotransformador

80

65

50

64

42

25

64

42

25

1.- Proporciona mayor par por ampere de corriente de lnea.

2.- Las derivaciones en el Autotransformador permiten ajustes en el arranque.

3.- Conveniente para periodos largos de arranque.

4.- Arranque con transicin cerrada.

5.- Durante el arranque, la corriente del motor es mayor que la corriente de lnea.

1.- En potencias de bajo caballaje se aplicacin es mas cara.

2.- Bajo factor de potencia

Resistencias primarias

70

70

49

1.- Aceleracin suave la tensin del motor se incrementa con la velocidad.

2.- Alto factor de potencia durante el arranque.


4.- En potencias de baja caballaje, su aplicacin es menos cara que con Autotransformador.

5.- Posibilidad de hasta 7 puntos de aceleracin.

1.- Eficiencia del par baja.

2.- La resistencia libera calor.

3.- Arranques en exceso de 5 segundos requieren resistencias muy costosas.

4.- El ajuste de la tensin de arranque es difcil para llenar condiciones variables.

Devanado bipartido

100

65

48

1.- Es el mas econmico, de los 4 enlistados.


3.- La mayora de los motores con tensin dual pueden ser arrancados con devanado bipartido en el menor de las tensiones.

1.- No conveniente para cargas con alta inercia que requieran arranques muy prolongados.

2.- requieren un diseo especial del motor para tensiones mayores que 230 volts.

Estrella

Delta

100

33 1/3

33 1/3

1.- Costo moderado, menor que el de resistencia primaria o Autotransformador.

2.- Conveniente para cargas con alta inercia que requieran arranques muy prolongados.

3.- Eficiencia del par alta.

1.- Requiere diseo especial del motor.

2.- Par de arranque bajo.


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Tabla de seleccin de arrancadores a tensin reducida.

CARACTERSTICA NECESARIA TIPO DE ARRANCADOR A USAR

(Listado en orden de recomendacin)

Mnima corriente de arranque

1.- Auto Transformador 2.- Estrella-Delta 3.- Devanado bipartido 4.- Resistencia primaria

Aceleracin suave

1.- Resistencia primaria 2.- Estrella-Delta 3.- Auto Transformador 4.- Devanado bipartido

Alto par de Arranque

1.- Auto Transformador 2.- Resistencia primaria 3.- Devanado bipartido

Conveniencia por larga aceleracin

1.- Auto Transformador 2.- Estrella-Delta 3.- Resistencia primaria

Conveniencia por frecuentes arranques

1.- Resistencia primaria 2.- Auto Transformador 3.- Estrella-Delta

Para fciles cargas de arranque

1.- Devanado bipartido 2.- Estrella-Delta 3.- Resistencia primaria 4.- Auto Transformador

Bajo costo

1.- Devanado bipartido 2.- Estrella-Delta 3.- Auto Transformador 4.- Resistencia primaria


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Para seleccionar el arrancador deber tenerse en cuenta que las capacidades comerciales son: ARRANCADORES A TENSIN COMPLETA: EN 2 POLOS Tamao 0 = 2, 3 y 5 C.P. para 120 y 440 volts Tamao 1 = 3, 7.5 y 10 C.P. para 120 y 440 volts Tamao 2 = 7.5, 15 y 25 C.P. para 120 y 440 volts Tamao 3 = 15, 30 y 50 C.P. para 120 y 440 volts Despus de este tamao, se recomienda utilizar arrancadores a tensin reducida que pueden ser de 4 tipos: Auto-transformador, Estrella-Delta, Devanado Bipartido y Resistencia Primaria. Calculo de proteccin contra sobrecarga (elemento trmico) Para la seleccin del elemento trmico se recomienda multiplicar la corriente nominal por 1.15. Si llegase a ser insuficiente puede aumentarse este valor a 1.25 y en casos crticos hasta 1.40 pero no ms de este valor ((Art. 430-32 y 430-34 NOM-001-SEDE-1999). TABLA DE SELECCIN DE LA PROTECCIN CONTRA SOBRECARGA PARA MOTORES CON POTENCIAS MAYORES A 1 C.P.

Por ciento de la corriente nominal

Motores con factor de servicio no menor de 1.15 ...................... 125 %

Motores con elevacin de temperatura no mayor de 40 C.............. 125 % Todos los otros motores .......................................................... 115 %


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FUENTES CONSULTADAS 1. Norma Oficial Mexicana Relativa a las Instalaciones Elctricas NOM-001-SEDE-

1999, disponible en lnea http://www.economia-nom.gob.mx 2. Onsimo Becerril. Clculo de los conductores elctricos en Instalaciones

elctricas prcticas. pp. 115-125. 3. CONELEC, Manual Elctrico 4. Velasco Sols Jess. Seleccin de canalizaciones y Proteccin contra

sobrecorriente en Distribucin de energa en plantas industriales II. 5. Catlogos:

Manual del electricista Conductores Monterrey. Manual del electricista Condumex. Compendiado No. 23 Productos de control Square-D Compendiado No. 23 Equipos de distribucin elctrica Square-D

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