ARTICULO TECNICO 007

Imagen cortesía de Top Cables

AMPACIDAD DE UN CABLE: ANSI

El Instituto Nacional Estadounidense de Estándares, más conocido como ANSI (por sus siglas en inglés: American National Standards Institute), es una organización sin fines de lucro que supervisa el desarrollo de estándares para productos, servicios, procesos y sistemas en los Estados Unidos.  ANSI es miembro de la Organización Internacional para la Estandarización (International Organization for StandardizationISO) y de la Comisión Electrotécnica Internacional (International Electrotechnical CommissionIEC).

La ampacidad de un cable se refiere a la capacidad máxima de corriente eléctrica que un cable puede transportar de manera segura sin sufrir daños o sobrecalentamiento. También se conoce como capacidad de corriente nominal o capacidad de corriente admisible.

La ampacidad de un cable depende de varios factores, como el material conductor, la sección transversal del cable, materiales que componen su aislamiento, la temperatura ambiente y la forma de instalación. Los cables con una mayor sección transversal suelen tener una mayor capacidad de corriente, ya que ofrecen una menor resistencia al flujo de corriente.

La ampacidad de un cable suele estar especificada por los fabricantes y se encuentra en tablas y normas eléctricas, que proporcionan los valores de corriente admisible según diferentes condiciones de instalación y considerando la disipación de calor adecuada

Los fabricantes ofrecen información, en sus catálogos de productos, sobre las capacidades de cada tipo de cables con unas condiciones dadas (tipo de instalación y temperatura ambiente) para cada calibre y tipo de aislamiento; pero su Ampacidad varía si cambian esas condiciones, por lo que hay que aplicar un factor de corrección en cada caso.

 Por ejemplo: si la temperatura ambiente es mayor a la que se especifica en el catálogo, la Ampacidad del cable se le aplicará un factor de corrección que será menor que 1 y por el contrario si la temperatura mas desfavorable del  ambiente es menor a la del catálogo, el factor de corrección será mayor que 1.

Igual sucede con el tipo de instalación (si es al aire, en bandejas, en tuberías….etc) la Ampacidad se verá afectada por un factor dado. Si hay más conductores activos en una misma canalización también la Ampacidad se verá reducida según el caso. Cuando los conductores van directamente enterrados o en una canalización con recubrimiento de concreto también su Ampacidad se verá afectada por la temperatura del suelo, la Resistencia Térmica del suelo (RHOs) y si lleva concreto, también por el material del tubo y por la Resistencia Térmica del Concreto (RHOc); en estos casos se puede emplear el método de Neher-McGrath.

Es importante seguir estas especificaciones para garantizar una instalación segura y confiable, también se debe tener en cuenta la Ampacidad de un cable al diseñar e instalar sistemas eléctricos, para asegurarse de que el cable seleccionado pueda manejar la corriente eléctrica requerida sin sobrecargarse. Si se excede la ampacidad de un cable, puede producirse un calentamiento excesivo, lo que puede dañar el aislamiento del cable, causar fallas en el sistema eléctrico e incluso representar un riesgo de incendio.

Método de Neher-McGrath:

La fórmula de Neher-McGrath, también conocida como el método de Neher-McGrath, es un método utilizado para calcular la capacidad de corriente admisible (ampacidad) de un cable subterráneo en función de varios parámetros, incluyendo la resistencia térmica del suelo, envolventes (tuberías en ductos de concreto) si las hubiese, la corriente de carga, otros circuitos cercanos y las características del cable.

Esta fórmula fue desarrollada por los ingenieros Neher y McGrath en la década de 1950 y se utiliza ampliamente en la industria eléctrica para el diseño de sistemas de cables subterráneos. Proporciona una aproximación para determinar la temperatura final de funcionamiento del cable, considerando la generación de calor debido a la resistencia eléctrica y la disipación de calor en el suelo circundante.

La fórmula de Neher-McGrath se expresa de la siguiente manera:

ΔT = (R * I² * t) / (K * D)

Donde:

ΔT es la elevación de temperatura del cable (en °C),

R es la resistencia térmica del suelo (en °C/W),

I es la corriente de carga del cable (en amperios),

t es el tiempo de funcionamiento (en segundos),

K es una constante que depende del tipo de cable y su construcción,

D es el diámetro del cable (en metros).

Usando esta fórmula, se puede calcular la temperatura final del cable subterráneo bajo condiciones de carga específicas. Luego, se comparará la temperatura final con la temperatura máxima permitida del cable para determinar si el cable seleccionado es adecuado para la aplicación o si se requiere un cable de mayor capacidad de corriente.

Contribución para el aumento de temperatura entre circuitos en una instalación subterránea con envolvente de concreto.  Gráfico generado por el software ETAP mostrando temperaturas alcanzadas empleando el Método de Neher-McGrath.

AMPACIDAD según el CODIGO ELECTRICO NACIONAL (NEC) - Americano

En el Código Eléctrico Nacional americano (NEC por sus siglas en inglés), y usado también en otros países como Canadá, México, Países de Centroamérica, Colombia, Venezuela, Brasil..etc, tienen versiones adaptadas a las condiciones particulares de cada uno.

Según la norma americana, los cables pueden tener diferentes tipos de aislamientos. Algunos de los tipos de aislamiento más comunes según la norma americana son los siguientes:

Aislamiento en PVC (PVC – Polyvinyl Chloride): El PVC es uno de los aislamientos más utilizados en cables eléctricos. Proporciona una buena resistencia dieléctrica y protección contra la humedad. Es adecuado para aplicaciones de baja tensión y se encuentra en una amplia variedad de cables de uso general. Una desventaja significativa del PVC (cloruro de polivinilo) como aislamiento de cables es su baja resistencia al fuego. El PVC es un material inflamable y puede propagar el fuego en caso de un incendio. Durante la combustión, el PVC libera gases tóxicos y humos corrosivos que representan un riesgo para la seguridad y la salud.

Aislamiento en XLPE (Cross-Linked Polyethylene): El XLPE es un tipo de polietileno reticulado. Proporciona una excelente resistencia al envejecimiento, altas temperaturas y productos químicos. Se utiliza en cables de media y alta tensión, como cables de distribución y cables de alimentación.

Aislamiento en EPR (Ethylene Propylene Rubber): El EPR es un caucho de etileno-propileno. Es resistente al calor, al envejecimiento y a productos químicos, y tiene propiedades dieléctricas excelentes. Se utiliza en cables de media y alta tensión, especialmente en aplicaciones subterráneas.

Aislamiento en THHN (Thermoplastic High Heat-resistant Nylon-coated): El THHN es un tipo de aislamiento termoplástico utilizado en cables de construcción y cables de control. Proporciona resistencia al calor, al aceite y a productos químicos, y tiene una buena flexibilidad.

Aislamiento en RHH/RHW (Rubber-Insulated High Heat-resistant): El RHH/RHW es un tipo de aislamiento de goma utilizado en cables de alta temperatura y resistencia al fuego. Se utiliza en aplicaciones industriales y comerciales donde se requiere resistencia al calor extremo y la propagación del fuego debe ser controlada.

Estos son solo algunos ejemplos de los tipos de aislamientos de cables según la norma americana. Es importante tener en cuenta que existen muchos otros tipos de aislamientos disponibles para diferentes aplicaciones específicas, y es necesario seguir las especificaciones y recomendaciones de la norma correspondiente para una instalación segura y adecuada.

En la siguiente Tabla (310-16 del NEC) podemos observar la ampacidad (en Amperios) de los cables para diferentes calibres, tipos de aislamientos y temperaturas de 60ºC a 90ºC tanto si son de Cobre o de Aluminio con una temperatura ambiente de 30ºC.

NEC – Tabla 310-15B 

Clasificación de cables por su calibre y tipo de aislamiento:

1 – Cable termoplástico con temperatura del aislante de 60ºC

2 – Cable Termoplástico con temperatura del aislante de 75ºC  y resistente al agua.

3 – Cable Termoplástico con temperatura del aislante de 90ºC  y resistente al agua.

En la siguiente Tabla (310-15B) podemos observar los factores de Corrección de la Ampacidad para diferentes temperaturas de ambiente.

NEC – Tabla 310-15B

En la siguiente Tabla podemos observar la Capacidad de Corriente (Ampacidad) para conductores de cobre en los casos de: tres fases en un mismo tubo y al aire libre con calibres americanos (AWG ó MCM) – A la derecha (misma fila) la cantidad de cables que caben en un tubo según la medida en pulgadas. Abajo a la izquierda tenemos los Factores de Corrección debido a la temperatura ambiente y a la cantidad de conductores activos instalados dentro de la misma tubería. Abajo a la derecha tenemos los tipos de aislamiento de los cables y su temperatura de operación.  Esta tabla la puedes bajar desde la sección de INFORMACIÓN TÉCNICA de esta WEB.

TABLA DE AMPACIDAD Y CUNDUCTORES EN TUBERÍAS

Cable según IEC – color azul: neutro – color marrón: fase – color amarillo/verde: cable de puesta a tierra. Calibres en mm2

Cable según standard ANSI (120/208V) –  fases: rojo, azul o negro – neutro: blanco – Tierra: verde   Calibres en AWG ó MCM

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