EL DIAGRAMA UNIFILAR:
IMPORTANCIA:
Un diagrama unifilar, también conocido como diagrama unilineal, es una representación gráfica simplificada de un sistema eléctrico o de otro tipo de sistema en el que se muestra la conexión entre los diferentes componentes utilizando líneas y símbolos. El objetivo principal de un diagrama unifilar es proporcionar una visión clara de la distribución de la energía eléctrica y la interconexión de los diferentes equipos y dispositivos en un sistema.
Desde el punto de vista de los símbolos normalizados que son los que se emplean en la confección del Diagrama Unifilar y que representa el Punto de Partida de todo Proyecto Eléctrico podemos encontrarnos dos grandes estándares: el IEC (europeo) y el ANSI (americano).
El diagrama unifilar es una herramienta crucial en la ingeniería eléctrica y en otros campos relacionados. A continuación, se presentan algunas de las razones por las cuales un diagrama unifilar es importante:
Comunicación visual: El diagrama unifilar proporciona una forma clara y concisa de comunicar información técnica a diferentes partes interesadas, como ingenieros, técnicos, electricistas y otros profesionales involucrados en el diseño, instalación y mantenimiento de sistemas eléctricos. Al ser una representación visual, facilita la comprensión de la estructura y el funcionamiento del sistema.
Identificación de componentes: El diagrama unifilar muestra los componentes clave del sistema y su interconexión. Esto permite identificar rápidamente los diferentes equipos, dispositivos y circuitos presentes en el sistema. Además, los símbolos utilizados en el diagrama unifilar siguen normas y convenciones establecidas, lo que facilita la interpretación y el reconocimiento de los componentes en diferentes diagramas.
Análisis y diseño de sistemas: El diagrama unifilar es una herramienta fundamental en la etapa de análisis y diseño de sistemas eléctricos. Permite visualizar la topología del sistema, incluyendo la disposición de los equipos, la configuración de los circuitos y la distribución de la energía eléctrica. Esto ayuda a los ingenieros a evaluar la viabilidad del diseño, identificar posibles problemas y realizar modificaciones antes de la implementación.
Mantenimiento y resolución de problemas: Durante las actividades de mantenimiento y resolución de problemas, el diagrama unifilar es una referencia invaluable. Permite localizar rápidamente los componentes afectados, comprender la secuencia de operación del sistema y facilitar la detección de posibles fallos o puntos de falla. Esto ayuda a minimizar el tiempo de inactividad, mejorar la eficiencia en la solución de problemas y garantizar la seguridad del personal que trabaja en el sistema.
Documentación y cumplimiento de normas: El diagrama unifilar es un elemento clave en la documentación técnica de un sistema eléctrico. Es parte de los planos y manuales que se utilizan para describir la instalación, operación y mantenimiento del sistema. Además, los organismos reguladores y las normativas técnicas suelen requerir la presentación de diagramas unifilares para verificar el cumplimiento de los estándares de seguridad y eficiencia.
En resumen, un diagrama unifilar es importante porque facilita la comunicación visual, permite identificar componentes, apoya el análisis y diseño de sistemas, ayuda en el mantenimiento y resolución de problemas, y cumple con los requisitos de documentación y normativas técnicas. Es una herramienta esencial para comprender y trabajar con sistemas eléctricos de manera eficiente y segura.
ELEMENTOS DE UN DIAGRAMA UNIFILAR:
El objetivo es que todos los profesionales empleen los mismos símbolos con la finalidad de evitar cualquier tipo de confusión en la interpretación de los mismos al hacer que todos empleen los mismos símbolos.
En estos párrafos describiremos los diferentes elementos y su representación según lo indica cada estándar.
- Red de Suministro:
La Red de Suministro corresponde al Equivalente Thevenin de TODA la Red de Suministro en el Punto de Entrega. La totalidad de esta información no es necesaria (sólo el voltaje) para hacer un Estudio de Flujo de Cargas pero si es muy importante e indispensable para hacer los Estudios de Cortocircuito, Coordinación de Protecciones y el de Riesgos por Arco Eléctrico (ArcFlash). Esta información sólo puede ser suministrada por la empresa que suministra el Servicio de Energía Eléctrica que es quien conoce las características de la Red de Suministro. El Proyectista debe hacer la solicitud de esta información para poder trabajar de forma precisa.
En caso de no disponer por parte de la empresa de esta información en el Punto de Entrega se les debe solicitar los datos pertinentes en la subestación desde donde parte el alimentador y, con sus características, arrastrar las impedancias hasta el punto de entrega. Otra posibilidad es la de sobredimensionar las características de Cortocircuito con la consiguiente pérdida de precisión.
La información de Cortocircuito que la empresa del Servicio nos debe entregar es una de las siguientes combinaciones de datos:
- Los MVAcc + relación X/R o el ángulo de fase + Nivel de Tensión (esta es la mas común).
- Icc + relación X/R o el ángulo de fase + Nivel de Tensión
- R + X + Nivel de Tensión
- Rpu + Xpu + Nivel de Tensión + MBA base (por lo general 100 MBA)
- R% + X% + Nivel de Tensión + MBA base (por lo general 100 MBA)
- Conductores eléctricos:
En la imagen inferior tenemos los símbolos normalizados para indicar el conductor eléctrico. Junto a cada símbolo se coloca el ID de conductor (sirve para identificarlo en los informes y tablas) y debe ser único con la finalidad de evitar dudas o confusiones durante el desarrollo y la entrega del proyecto. También se suele colocar el material con que está construido (cobre ó aluminio), la distancia del tramo de conductor medida según el recorrido, y el Calibre (por convención en el Diagrama Unifilar solamente se representan las fases activas sin neutros ni cable de puesta a tierra) indicando si el circuito está formado por cables monopolares o multipolares. Por ejemplo: 3-1/C 2 significa tres cables monopolares calibre # 2 AWG (si estamos trabajando con el estándar ANSI) mientras que 1-3C 35 significa 1 cable multipolar (tripolar o tetrapolar) con 3 fases de 35 mm2 (si estamos trabajando bajo el estándar IEC).
La diferencia más notable en cada estándar es la forma de medir el Calibre del Conductor. En el Estándar ANSI los calibres de los conductores se indican como American Wire Gauge (AWG) y van desde el 20 AWG hasta el #4/0 AWG y luego continúan desde el 250 MCM al 750 MCM. En el estándar IEC el conductor está denotado directamente por sus mm2.
En Europa se deben cumplir los requisitos de la Constructions Product Regulation (CPR) y marcar en la chaqueta exterior las siglas que se exigen en cuanto al comportamiento de las cables y otros elementos con respecto al fuego. La CPR es un reglamento emitido por la Unión Europea con el propósito de regular los límites de la resistencia al fuego y sustancias peligrosas en los materiales utilizados en la construcción.
DENOMINACIÓN EUROPEA DE LOS CABLES DE 0,6/1kV
- Designación según tipo de Aislamiento
R …………….. Polietileno reticulado (XLPE).
X ……….…….. Polietileno reticulado (XLPE).
Z1 ……………. Poliolefina termoplástica libre de halógenos.
Z ……………… Elastómero termoestable libre de halógenos.
V ………..…….. Policloruro de vinilo (PVC).
S ………………,Compuesto termoestable de silicona libre de halógenos.
D …………….. Elastómero de etileno-propileno (EPR).
- Designación de pantalla, revestimiento interior, asiento de armadura:
C3 …………… Pantalla de hilos de cobre dispuestos helicoidalmente.
C4 ………..… Pantalla de cobre en forma de trenza, sobre los conductores aislados reunidos.
V …………….. Policloruro de vinilo (PVC).
Z1 ……………. Poliolefina termoplástica libre de halógenos
Si no lleva pantalla ni revestimiento interior ni asiento de armadura, no se utiliza ninguna letra.
- Designación de los diferentes tipos de armaduras:
F …………………………………………………… Fleje de acero dispuesto helicoidalmente.
FA …………………………………………………. Fleje de aluminio dispuesto helicoidalmente.
FA3 ……………………………………………….. Fleje de aluminio corrugado longitudinalmente.
M ………………………………………………….. Corona de hilos de acero.
MA ………………………………………………… Corona de hilos de aluminio.
- Designación de la cubierta exterior:
V …………………………………………………… Policloruro de vinilo (PVC).
Z1 …………………………………………………. Poliolefina termoplástica libre de halógenos.
Z …………………………………………………… Elastómero termoestable libre de halógenos.
N ………………………………………………….. Polímero clorado vulcanizado.
- Designación del conductor:
-K …………………………………………………. Flexible de cobre (clase 5) para instalaciones fijas.
-F …………………………………………………. Flexible de cobre (clase 5) para servicios móviles.
-D …………………………………………………. Flexible para cables de máquinas de soldar.
Cuando no lleva ninguna letra, el conductor es de cobre rígido, clase 1 ó 2.
AL …………………………………………………. Si el conductor es de aluminio, se indica (AL).
- Tensión nominal:
0,6/1 kV …………………………………………. Tensión nominal 1.000V
- Explicación del número de conductores:
nGS ………………………………………………. número y sección de los conductores, en mm2, con conductor Amarillo/Verde
nxS ……………………………………………….. número y sección de los conductores, en mm2, sin conductor Amarillo/Verde
- Normas de diseño del cable:
Las normas del diseño del cable también vienen referenciadas en el marcaje de cada cable: UNE 21123 / IEC 60502 / UNE 21150. Por último, el marcaje del cable puede contener datos adicionales como: CE Marcado CE obligatorio para la comercialización del producto en la Comunidad Europea. Esta marca puede ir en el producto o en el embalaje. Fecha de fabricación.
DENOMINACION AMERICANA DE LOS CABLES 600 V:
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.
- BUS ó BARRA:
Un elemento que agrupa varias protecciones, en Alta, Media o Baja Tensión la representamos en el Diagrama Unifilar mediante una línea gruesa desde donde parten las protecciones de los Circuitos Ramales. Em ambos estándares el símbolo es el mismo. Debe indicarse un ID (único) y al menos dar información del Nivel de Voltaje en que trabaja. Otros datos que se pueden agregar son: número de fases, Capacidad de Cortocircuito y tipo de envolvente (si no está al aire).
Un BUS puede ser un Switchgear, un Switchboard, un CCM (Centro de Control de Motores), un Panelboard o Tablero Eléctrico o Cuadro Eléctrico y su clasificación depende de su importancia, Nivel de Tensión, Capacidad de Cortocircuito. Ver figura ilustrativa:
En el Estudio de Cortocircuito debemos calcular la Corriente de Falla en cada BUS sumando la de la RED DE SUMINISTRO y las contribuciones internas de los elementos que aportan corrientes a la falla (por ejemplo los motores) e indicarlos en forma de kiloamperios (kA) en el diagrama correspondiente.
En el Estudio de Riesgo por Arco Eléctrico (ArcFlash) se indicará en el Diagrama Unifilar correspondiente la Energía incidente el Cal/cm2, sus límites de acercamiento y su Clasificación de Riesgo según la Norma NFPA70E. Este Estudio nos dará como producto resultante una Etiqueta de Advertencia del Riesgo, nos indicará la distancia segura y las características de los Equipos de Protección Individual (EPIs) que se deben emplear para trabajar en su proximidad. Este Tema lo desarrollaremos extensivamente en la Lección # 6.
En el Estudio de Flujo de Cargas debemos calcular el nivel de tensión en los BUSES e indicarlos en el Diagrama Unifilar correspondiente a ese estudio como un % de la Tensión Nominal del elemento.
- TRANSFORMADORES:
El transformador es uno de los principales elementos de un Sistema de distribución y se pueden clasificar de acuerdo con el tipo de aislamiento (secos o en Aceite), por su uso (Potencia o Distribución), Tipo de Construcción (al aire ó encapsulados), por el sistema de enfriamiento que utilizan (ONAN, ONAF…etc). No nos vamos a detener mucho en este aspecto porque el material adjunto tiene toda esa información.
Aunque en su Diagrama Unifilar hay una diferencia notable en el símbolo entre ambos estándares la información a colocar en el Diagrama es la misma: el ID (único para cada elemento), la Capacidad (en KVA o en MVA), el tipo de Conexión (nos indica también el Régimen de Conexión del Neutro), la Posición del Tap y otros datos que no son muy relevantes en este caso. La tensión Primaria y Secundaria la podemos ver en los buses a los que están conectados.
INTERRUPTORES TERMOMAGNÉTICOS O MAGNETOTÉRMICOS
Los Interruptores Magnetotérmicos, Termomagnéticos o Breakers como también se les conoce es el elemento de protección más empleado. Su simbología es diferente en ambos estándares pero la información a colocar en el Diagrama Unifilar es la misma.
La información básica a incorporar en l Diagrama Unifilar es: identificación (ID único), Capacidad (Amp), Tipo y Capacidad de Cortocircuito.
Al ejecutar un proyecto es conveniente conocer cuál será el fabricante al que se le van a comprar las protecciones y con esta información diseñar de una vez las protecciones porque cada fabricante tiene distintos modelos de protecciones, capacidades y otras características propias; en otras palabras tienen curvas de disparo diferentes y asi en el Estudio de Coordinación de Protecciones ya quedan definidos los ajustes de cada protección. Si el propietario cambia al proveedor de las protecciones, el proyecto se debe corregir con la finalidad de asegurar que todas ellas queden coordinadas.
Tienen una Curva de Disparo de tiempo inverso que es térmica (por lo general un elemento bimetálico o electrónico) que protege contra sobrecargas y una Curva Magnética (instantáneo) que protege contra Cortocircuitos.
Fabricantes europeos definen el Umbral de Cortocircuito con una letra (B, C y D) como un múltiplo de la corriente nominal del interruptor, cuando no tiene ajuste, para orientar al proyectista en la escogencia del interruptor apropiado como se describe en la imagen inferior.
En necesrio contar con las “Curvas de Disparo” de las Protecciones y las “Curvas de Daño” de los diferentes elementos a proteger para poder asegurar la seguridad y la correcta coordinación de las protecciones.
Las Capacidade de Cortocircuito (magnitud en kAmp en que el interruptor en capaz de actuar) está regulada por las Normas.
CARGA ESTÁTICA:
Una Carga Estática corresponde a un equipo alimentado desde un switchboard que no contiene ni motores ni cargas “no lineales” y en ambos estándares tiene el mismo símbolo. Deben poseer, al igual que todos los símbolos de Diagrama Unifilar, un ID único y las características de KVA ó KW y su Factor de Potencia. Estas cargan no contribuyen a las corrientes de cortocircuito en el caso de una falla.
CARGA CONCENTRADA:
Las Cargas concentradas se simbolizan de igual manera en ambos estándares y son muy parecidas a las Cargas Estáticas, con la diferencia que en las concentradas hay combinaciones de Cargas lineales y no lineales. Parte de estas cargas contribuyen a las corrientes ce cortocircuito cuando se presenta una falla.
- MOTORES ELÉCTRICOS:
Son las máquinas eléctricas giratorias más comunes en una Industria y se representan de igual manera dentro del Diagrama Unifilar,y debe colocarse su ID único, el tipo de Motor y su capacidad (HP ó KW).
- RELÉ DE SOBRECARGAS:
Este elemento, generalmente asociada al esquema de arranque de los motores, está muy relacionada con su Factor de Servicio y consiste en una “Protección Fina” ajustable correspondiente a +- 10-15% de su corriente nominal y se coloca en el circuito de alimentación al motor complementando así la protección de sobrecarga del interruptor termomagnético.
Consiste en un componente electrónico o un elemento bimetalico que actuan sobre un contacto para desconectar la alimentación a la bobina de un contactor para apagar el motor en casos de sobrecargas. Veremos en detalle este elemento en el Estudio de Flujo de Cargas.
- FUSIBLES:
En ambos estándares son muy parecido sus símbolos y en el Unifilar deben aparecer su ID único, el Tipo, la Tensión máxima de operación y la capacidad que soporta. Debemos tener disponibles las Curvas de Fusión de los fusibles involucrados en el Proyecto para plasmarlos en las Hojas de Coordinación.
- TABLEROS, PANELES ó CUADROS ELÉCTRICOS:
El símbolo de este elemento, llamado también Panelboard, y que contiene varios dispositivos de protección ubicados dentro de una envoltura común y corresponden a los circuitos de alimentación de las últimas cargas de un sistema eléctrico guardan estrecha relación con el BUS visto en párrafos anteriores.
Su diferencia consiste en que la mayoría de los circuitos van a alimentar a cargas monofásicas tales como Tomacorrientes de Uso General, circuitos de iluminación, pequeños artefactos y algunas cargas bifásicas o trifásicas de menor importancia.
Generalmente se hace una Tabla de Cargas donde se distribuyen las cargas entre las fases tratando de balancear o de igualar la sumatoria de las que están conectadas a cada fase pra que no quede alguna mas cargada que la otra. En esta Tabla de Cargas hay información de la cantidad de interruptores colocados en un esquema que al entregarlos a un Tablerista, éste tenga claro lo necesario para construír el Tablero. Como información general se agrega la Capacidad de las Barras (Amp) y de la Capacidad de cortocircuito esperado en los bornes del Tablero (kAmp).
Existen muchos otros símbolos que se emplean en el DIAGRAMA UNIFILAR y que pueden consultar en la Bibliografía.
Para aquellos visitantes que estén REGISTRADOS en la PLATAFORMA, hay un archivo de AUTOCAD con los Bloques necesarios para construir un DIAGRAMA UNIFILAR que pueden descargar en la pestaña de INFORMACIÓN TÉCNICA en el Menú lateral izquierdo.
El REGISTRO en la PLATAFORMA es completamente GRATIS
- VIDEO EXPLICATIVO DE UN DIAGRAMA UNIFILAR:
Diagrama Unifilar
Bibliografía:
– SIMBOLOS GRÁFICOS (pdf) PARA UN DIAGRAMA UNIFILAR
Nota: estos símbolos están disponibles en Bloques de AutoCad para los miembros REGISTRADOS en la PLATAFORMA
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