Cálculo de sección de cable
Sobre el cálculo de la sección de cable
Esta calculadora para el cálculo de sección de cable según potencia y corriente determina la sección necesaria de un conductor de cobre o aluminio a partir de la corriente de carga o de la potencia activa. El cálculo tiene en cuenta una red monofásica o trifásica, la longitud de la línea, el factor de potencia cosφ, el método de instalación, la resistencia y la reactancia del conductor y la caída de tensión admisible.
La sección final del cable se selecciona de una serie normalizada de modo que se cumplan simultáneamente dos condiciones: la capacidad de conducción de corriente admisible del conductor no debe ser inferior a la corriente de carga calculada y la caída de tensión no debe superar el límite indicado por el usuario.
Valores orientativos y recomendaciones
Determinación de la corriente de carga
Cálculo según la corriente. Si la corriente de carga se introduce directamente en amperios, este valor se utiliza para dimensionar la sección del cable. La potencia activa correspondiente se calcula a partir de la tensión de la red y del factor de potencia.
Para una red monofásica:
P = U · I · cosφ
Para una red trifásica:
P = √3 · U · I · cosφ
Cálculo según la potencia. Si se introduce la potencia activa P en vatios, primero se calcula la corriente I en amperios. Para una red monofásica se utiliza la tensión entre fase y neutro. Para una red trifásica se utiliza la tensión entre fases.
Para una red monofásica:
I = P / (U · cosφ)
Para una red trifásica:
I = P / (√3 · U · cosφ)
Para la misma potencia total, la corriente en una red trifásica suele ser menor que en una red monofásica. Por ejemplo, con P = 3500 W, cosφ = 0,95 y una tensión de 400 V, la corriente trifásica calculada es aproximadamente 5,32 A.
Factor de potencia. El valor cosφ representa la relación entre la potencia activa y la potencia aparente. Para cargas predominantemente resistivas, el valor suele estar próximo a 1. Para motores y cargas mixtas, se utiliza con frecuencia un intervalo orientativo de 0,8-0,95. La componente reactiva se calcula como:
sinφ = √(1 - cos2φ)
Capacidad de conducción de corriente y métodos de instalación
Capacidad de conducción de corriente admisible. Para cada sección normalizada de cable, la calculadora compara la corriente calculada con la capacidad de conducción de corriente permanente admisible del conductor. El cálculo utiliza las tablas B.52.2 y B.52.4 de la norma IEC 60364-5-52 «Instalaciones eléctricas de baja tensión - Parte 5-52: Selección e instalación de equipos eléctricos - Sistemas de cableado» y el documento europeo armonizado correspondiente HD 60364-5-52.
La tabla B.52.2 se utiliza para dos conductores cargados, lo que corresponde a un circuito monofásico. La tabla B.52.4 se utiliza para tres conductores cargados en un circuito trifásico. Por tanto, la misma corriente en redes monofásicas y trifásicas puede corresponder a diferentes capacidades de conducción de corriente admisibles para una misma sección de conductor.
Condiciones de los valores tabulados. El cálculo utiliza valores para conductores con aislamiento de PVC, una temperatura máxima del conductor de 70 °C y una temperatura ambiente de referencia de 30 °C. En estas condiciones de referencia, el factor de corrección por temperatura de la capacidad de conducción de corriente tabulada es 1,00.
Se utilizan cinco métodos de instalación de referencia de IEC 60364-5-52:
- A1 - conductores unipolares aislados en tubo dentro de una pared con aislamiento térmico.
- A2 - cable multipolar en tubo dentro de una pared con aislamiento térmico.
- B1 - conductores unipolares aislados en tubo sobre una pared.
- B2 - cable multipolar en tubo sobre una pared.
- C - cable unipolar o multipolar directamente sobre una pared.
Las diferencias entre estos métodos están relacionadas principalmente con las condiciones de disipación del calor. Cuanto peor sea la refrigeración del conductor, menor será la corriente admisible para una misma sección.
Por ejemplo, para un conductor de cobre de 1,5 mm2 con dos conductores cargados, la corriente admisible varía de 14 A para el método A2 a 19,5 A para el método C. Con tres conductores cargados, el intervalo para la misma sección es de 13 A a 17,5 A.
Secciones normalizadas de conductores. Para cobre, la comprobación de capacidad de conducción de corriente utiliza secciones de 1,5, 2,5, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240 y 300 mm2. Para aluminio, el intervalo va de 2,5 a 300 mm2. Las secciones nominales corresponden a la serie utilizada en EN 60228 «Conductores de cables aislados».
Corrección por circuitos agrupados. Las corrientes tabuladas se utilizan como valores base para un solo circuito. No se aplica ningún factor de reducción adicional por varios circuitos cargados instalados conjuntamente, por lo que para este efecto se considera un factor de 1,00.
Resistencia del conductor y temperatura
Resistencia del conductor. La caída de tensión se calcula utilizando la resistencia del conductor a lo largo de la línea. Los valores básicos de resistencia corresponden a una temperatura de 20 °C y posteriormente se corrigen según la temperatura del conductor indicada.
RT = R20 · L · km · [1 + α · (T - 20)]
Aquí R20 es la resistencia de un metro de conductor a 20 °C, L es la longitud de la línea en metros, T es la temperatura indicada en °C, α es el coeficiente de temperatura de la resistencia y km es el factor del material.
Para cobre se utilizan α = 0,00393 1/°C y km = 1,00. Para aluminio se utilizan α = 0,00403 1/°C y km = 1,58. Por tanto, al aumentar la temperatura también aumentan la resistencia del conductor y la caída de tensión.
Uso del valor de temperatura. La temperatura introducida se utiliza para corregir la resistencia del conductor en el cálculo de la caída de tensión. No modifica la capacidad de conducción de corriente tabulada, que sigue basándose en las condiciones de referencia de IEC 60364-5-52: aislamiento de PVC, temperatura del conductor de 70 °C y temperatura ambiente de 30 °C.
Caída de tensión
Impedancia total de la línea. Además de la resistencia R, el cálculo incluye la reactancia X. Dependiendo de la sección del conductor, se utilizan valores específicos de reactancia de aproximadamente 0,071 a 0,133 Ω/km.
Para una red monofásica, la caída de tensión se calcula como:
ΔU = 2 · I · (R · cosφ + X · sinφ)
Para una red trifásica:
ΔU = √3 · I · (R · cosφ + X · sinφ)
El factor 2 de la fórmula monofásica tiene en cuenta el recorrido de la corriente por dos conductores. En un sistema trifásico se utiliza el factor √3 de acuerdo con la relación entre las magnitudes de línea y de fase.
Caída de tensión en porcentaje. El valor calculado ΔU en voltios se convierte en un porcentaje de la tensión nominal:
ΔU% = ΔU / U · 100
La tensión disponible en la carga se calcula como:
Uload = U - ΔU
Para circuitos habituales de baja tensión, una caída de tensión admisible de aproximadamente 3-5 % se utiliza con frecuencia como valor orientativo. El límite concreto debe seleccionarse según la finalidad del circuito y los requisitos de la aplicación nacional correspondiente de HD 60364.
Selección de la sección final del cable
Comprobación de la capacidad de conducción de corriente. La calculadora comprueba secuencialmente las secciones normalizadas de conductor y determina la menor sección para la que la corriente admisible tabulada no es inferior a la corriente de carga calculada.
Comprobación de la caída de tensión. De forma independiente, se determina la sección mínima del conductor para la que la caída de tensión calculada no supera el porcentaje indicado por el usuario.
Selección final. Si ambas comprobaciones producen resultados diferentes, se selecciona la sección mayor. Por ejemplo, si 10 mm2 son suficientes según la capacidad de conducción de corriente, pero se requieren 16 mm2 para cumplir el límite de caída de tensión, el resultado final será 16 mm2.
Este método tiene en cuenta tanto el calentamiento del conductor como las pérdidas eléctricas en la línea. En una línea corta, la sección final del cable suele estar determinada por la capacidad de conducción de corriente, mientras que en líneas más largas la caída de tensión puede convertirse en la condición limitante.
Preguntas frecuentes
¿Por qué una red trifásica puede requerir una sección de cable menor para la misma potencia?
Para la misma potencia activa total, la corriente en una red trifásica se calcula utilizando el factor √3 y suele ser considerablemente menor. Una corriente menor reduce las exigencias tanto de capacidad de conducción de corriente como de caída de tensión. Sin embargo, la sección final del conductor no puede ser inferior a la sección mínima incluida en la tabla IEC aplicable.
¿Por qué la calculadora puede recomendar 1,5 mm2 de cobre incluso con una corriente baja?
Para conductores de cobre, las tablas IEC 60364-5-52 utilizadas por la calculadora comienzan en 1,5 mm2. Por ejemplo, con el método de instalación C y tres conductores cargados, esta sección tiene una corriente admisible de 17,5 A. Por tanto, el cálculo no reduce la sección del conductor de cobre por debajo de 1,5 mm2, aunque la propia corriente de carga permitiera una sección menor.
¿Por qué el método de instalación afecta tanto a la sección de cable necesaria?
La corriente admisible depende de la eficacia con la que el cable pueda disipar calor al entorno. Un cable instalado directamente sobre una pared suele refrigerarse mejor que los conductores instalados dentro de un tubo o de una construcción con aislamiento térmico. Por ello, la misma corriente de carga puede dar lugar a distintas secciones de cable para los métodos A1, A2, B1, B2 y C.
¿Por qué una línea larga puede requerir una sección de cable mayor incluso con una corriente baja?
La resistencia aumenta proporcionalmente a la longitud del conductor, por lo que la caída de tensión también aumenta a medida que la línea se alarga. Un cable puede cumplir completamente el requisito de capacidad de conducción de corriente y, aun así, superar el límite de caída de tensión especificado. En ese caso, la calculadora selecciona la siguiente sección de conductor adecuada.
¿Cómo afecta la temperatura al cálculo de sección de cable?
Al aumentar la temperatura, aumenta la resistencia eléctrica del cobre y del aluminio, lo que incrementa la caída de tensión calculada. Para esta corrección se utilizan coeficientes de temperatura de 0,00393 1/°C para el cobre y 0,00403 1/°C para el aluminio. La capacidad de conducción de corriente tabulada sigue basándose en las condiciones de referencia IEC para aislamiento de PVC: temperatura del conductor de 70 °C y temperatura ambiente de 30 °C.