practica 1 calentamiento de conductores y fusible.pdf

7/25/2019 Practica 1 Calentamiento de Conductores y Fusible.pdf

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Universidad Simn Bolvar

Departamento de Conversin y Transporte de Energa

CT 1841 - Laboratorio de Protecciones y Accionamientos

Practica 1: Calentamiento de Conductores y Fusibles

Prof. Jorge Melian

Integrantes:

Juan Chong 10-01913

Mauricio Batista 11-10091

Astrea Men 11-10604

Sartenejas, Abril de 2015.


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1. Objetivos

1.1 Objetivo General

Medir el cambio de temperatura en el tiempo de conductores, cuando por ellos

circula una corriente constante. Adems medir el tiempo de fusin de hilos conductores enfusibles.

1.2 Objetivos Especficos

Analizar el comportamiento trmico de uno o varios conductores a travsde ductos de diferente tamao.

Observar la estabilizacin de la curva temperatura-tiempo en conductores.

Comparar las temperaturas medidas en los ductos con las temperaturasmximas establecidas en el cdigo elctrico nacional.

Obtener la curva tiempo vs corriente de los filamentos de cobre (fusible). Determinar la corriente de umbral del fusible.

Determinar experimentalmente la seccin transversal de los filamentos decobre.

2. Marco Terico

Conductor elctrico: un material que ofrece poca resistencia al movimiento de carga

elctrica.

Lneas subterrneas:son aquellas lneas constituidas por uno o varios cables aislados

que forman parte de un circuito elctrico, colocados bajo el nivel del suelo, ya sea

directamente enterrada en otros tipos de canalizaciones, estos sistemas de

canalizaciones son la combinacin de ductos, bancos de ductos, registros y pozos que

forman la obra civil para instalaciones subterrneas.

Aislante:Es un material con escasa capacidad de conduccin de la electricidad, utilizado

para separar conductores elctricos evitando un cortocircuito y para mantener alejadas

del usuario determinadas partes de los sistemas elctricos.

Termocupla: dispositivo empleado para sensar corriente, formado por dos alambres de

metal empalmados, en el que al aplicar temperatura se produce una diferencia de


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potencial la cual a su vez origina una corriente que ser registrada por un medidor

elctrico.

Tipo K: Tienen la capacidad de resistir mayores temperaturas e igualmente

resultan satisfactorias para uso continuo en atmosferas oxidantes.

Fusible: es un dispositivo, constituido por un soporte adecuado, un filamento o lmina de

un metalo aleacinde bajo punto de fusinque se intercala en un punto determinado de

una instalacin elctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de

corriente supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que

pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalacin con el

consiguiente riesgo de incendio o destruccin de otros elementos.

Corriente Nominal (In):La corriente nominal de un fusible corresponde al

valor mximo de corriente que el fusible puede conducir por tiempo

indefinido sin llegar a la fusin y que genera una cantidad de calor tal que

el fusible puede disipar satisfactoriamente.

Capacidad Interruptiva (I1) (Corriente Mxima de Interrupcin): La

capacidad interruptiva (corriente mxima de interrupcin) I1corresponde a

la mxima intensidad de corriente de corto-circuito que un fusible es capaz

de interrumpir con seguridad.

Corriente Mnima de Interrupcin (I3):la corriente mnima de interrupcin

I3 corresponde al lmite inferior de la gama de corrientes que el fusible

puede interrumpir satisfactoriamente.


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Figura 1.Curva caracterstica corriente-tiempo de un fusible limitador de corriente

Bancada: Se denominan as al banco de uno o varios ductos o tuberas de hierro,

aluminio o plstico, alojados en un canal, en algunos casos puede estar recubierto con

tierra o concreto. Cada tubera guarda una distancia mnima de 5cm y separadas en las

paredes del canal 7.5cm.

Cable THW: No propaga incendios, mnima emisin de humos densos y oscuros. Mnima

generacin de gases txicos y corrosivos. Su caracterstica deslizante reduce hasta 5

veces el esfuerzo de halar en su canalizacin a travs tubera conduit o EMT, facilitando

su instalacin y evitando daos al aislamiento. Resistente al calor, humedad, aceites,

grasas y productos qumicos.


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3. Lista de materiales, equipos e instrumentos:

Inyector de Corriente. Marca MULTIAMP, modelo SR-51-E. 120V, 60Hz, 1fase,

salida 1kVA.

Registrador Porttil de Datos (Portable Data logging Systems), OMEGA OM-3000.

Termocuplas tipo K.

Bancada.

Osciloscopio Digital TEKTRONIX, Modelo TPS2024.

Tornillo Micromtrico, HELIOS, Modelo DIN 863/I.

Baquelita para Conexiones.

Conductor de Cobre, Calibre #8 AWG con aislamiento THW.

Filamentos Fusibles de Cobre.

4. Laboratorio

4.1 Actividad 1: Calentamiento de conductores.

Para esta actividad se conto con una bancada de cuatro ductos de diferente

tamao: 2, 1, 1 y pulgadas, a travs de los cuales pasa un conductor de cobre calibre

#8 AWG con aislamiento THW.

En el ducto de 2 pulgadas se encuentran 16 conductores con las caractersticas

antes sealadas, en el de 1 pulgada pasan 10 conductores, en el de 1 pulgada 4

conductores y finalmente en el de pulgada se tiene un solo conductor. Adems de los

conductores de la bancada se tiene un conductor que se encuentra al aire libre.

Con ayuda del inyector de corriente se le suministro una corriente de alrededor de

50A durante un breve lapso de tiempo. Lo suficiente para que los conductores llegaran a

una temperatura de cerca de 100C. Se debe recordar que la temperatura a la cual el

aislante que protege al conductor se daa, es de 150C por lo cual se debe tener sumo

cuidado de no llegar a la misma. Luego de calentar los conductores rpidamente, al estar

cerca de los 100C se bajo el valor de la corriente inyectada a un valor constante de 22A.


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Figura 2.Distribucin de los conductores.

Con ayuda del registrador de temperatura y de las termocuplas (previamente

ubicadas dentro de los ductos, aproximadamente en el centro del mismo) se hicieron

mediciones cada minuto, durante 326 minutos lo que equivale a 5 horas, 26 minutos y un

total de 327 mediciones. Adems de esto se tomaron mediciones manuales cada 10

minutos.

Tabla 1.Identificacin de las termocuplas asociadas a los ductos.

N Termocupla Ubicacin Ducto Cantidad de conductores

T 1 Temperatura ambiente NA 0

T 2 Conductor al aire libre NA (Al Aire) 1

T 3 1 Cable en tubera Pulgada 1

T 4 4 Cables en tubera 1 Pulgada 4

T 5 16 Cables en tubera 2 Pulgadas 16

T 6 10 Cables en tubera 1 Pulgada 10

Tabla 2.

Caractersticas del conductor segn el fabricante.

Calibre

AWG

N

de

Hilos

Dimetro

Hilo (mm)Dimetro

Conductor(mm)

Espesor

Aislamiento (mm)

Dimetro Exterior

Aprox. (mm)

Amperios

(A) 75C

Peso Tota

Aprx. (Kg/

8 7 1,234 3,7 1,18 6,05 50 103


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Tabla 3.Temperatura mxima del conductor segn el fabricante.

Ambiente SecoAmbiente

Hmedo

En

AceiteSobrecarga

Sobre

corriente

75C 75C 75C 105C 150C

4.2 Actividad 2: Calentamiento de fusibles.

Para esta actividad se usaron filamentos de cobre tomados de un conductor 1/0 AWG,

los cuales se colocaron de manera tensada sobre una baquelita. En la parte donde los

bornes tienen mayor separacin. Con el inyector de corriente, se hizo circular una

corriente por el filamento hasta lograr la ruptura del hilo. Con ayuda del reloj del inyector y

el osciloscopio digital se obtuvieron los puntos de fusin del fusible. Es decir se midi el

tiempo que tardo el filamento en romperse a una determinada corriente. Cada valor de

corriente se compro tres veces, promediando as el tiempo antes de ser agregado a la

tabla.

Con todos esos puntos obtenidos experimentalmente se construy la curva tiempo vs

corriente del fusible (vaseGrfica 7. Curva del fusible).

5. Grficas y Resultados

Tabla 5. Registro manual de las temperaturas en los ductos de la bancada.

Tiempo

(min.)T1 (C) T2 (C) T3 (C) T4 (C) T5 (C) T6 (C)

90 25.5 30.6 51.1 53.2 66.1 63.4

100 25.6 30.8 51.2 52.9 65.4 62.9

110 25.6 30.9 51.4 52.8 65 62.5

120 25 31.3 51.7 52.7 64.7 62.3

130 26.1 31.5 52 52.8 64.7 62.2

140 26.9 31.5 52.9 52.2 64.6 62.2

150 26.6 31.5 52.2 53.1 64.6 62.2

160 26.5 31.5 52.3 53.2 64.5 62.2

170 26.2 32 52.6 53.4 64.5 62.3

180 26.3 32.2 52.8 53.5 64.5 62.3

190 27 32 52.9 53.7 64.6 62.4

200 27.2 32.4 53 53.8 64.6 62.4

210 27.2 32.3 53 54 64.6 62.5

220 27.1 32.4 53.2 54.3 64.8 64.7

230 26.7 32.6 53.5 54.5 64.9 62.9


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240 26.6 32.4 53.6 54.7 65 63

250 26.5 32.6 53.7 54.8 65.1 63.1

260 26.6 32.4 53.7 54.9 65.2 63.2

270 26.8 32.5 53.7 55.1 64.2 62.3

280 26.7 32.6 53.8 55.2 65.3 63.3

290 26.8 32.7 53.9 55.3 65.9 63.4

292 27 32.3 53.7 54.6 65.1 52.5

300 27 29 45.8 49.3 58.3 56.6

310 26.6 28.6 41.5 46.3 53.8 52.5

320 26.6 28.5 38.3 43.3 49.3 48.4

Tabla 6. Dimetro Conductor medido.

Dimetro Conductor Medido (mm)

6,83

6,91

6,72

Promedio (mm) = 6,82

Grfica 1. Calentamiento de los conductores en todos los ductos de la bancada.


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Grfica 2. Variacin de la temperatura ambiente en el tiempo de la prctica.

Grfica 3. Variacin de la temperatura en el conductor al aire libre.


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Grfica 4. Variacin de la temperatura en la tubera de pulgada, 1 conductor.

Grfica 5. Variacin de la temperatura en la tubera de 1 pulgada, 4 conductores.


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Grfica 6. Variacin de la temperatura en la tubera de 2 pulgadas, 16 conductores.

Grfica 7. Variacin de la temperatura en la tubera de 1 pulgadas, 10 conductores.


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Tabla 7. Factores de ajuste para conductores portadores de corriente.

Tabla 8. Conductores THW de cobre (dimetro del filamento del fusible).

Tabla 9. Dimetro del filamento de cobre del fusible.

Dimetro Hilo (mm)

0.16

0.17

0.15

0.17

0.16

Promedio (mm) = 0.162


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Tabla 10. Tiempos de fusin del fusible.

corriente (A) Tiempo 1 (seg) Tiempo 2 (seg) Tiempo 3 (seg) Tiempo promedio (seg)

5,066 - - - 1000

5,3 142,22 119,05 104,11 121,793

5,6 5,03 23,17 67,01 31,736

6 11,89 18,73 18,14 16,253

- - - - 0,879

- - - - 0,32

Tabla 11. Corriente de fusin y no fusin del fusible.

Imax(A) No fusin Imin(A) Fusin I0

5 5,2

5 5,1

5 5,1

5 5,133 5,066


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Grfica 7. Curva del fusible.

Nota: El eje Y es el tiempo (s) y el eje X es la corriente (A).


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6. Anlisis Experimental y conclusiones

6.1 Mauricio Bautista 11-10091

- Se comprob que mientras mayor el nmero de conductores dentro de un ducto

de una bancada, la temperatura tiende a elevarse, dependiendo de la corriente

que circule por ellos.

- Viendo la (Grfica 1. Calentamiento de los conductores en todos los ductos de la

bancada.), todos los conductores tendieron a estabilizarse aproximadamente a los

primero 60 minutos de la prueba.

- Se observ que el conductor al aire libre, emite calor al espacio abierto. Pero, es

menor que la emisin en un espacio cerrado.

- La chaqueta de aislamiento para un lugar seco, como en el que trabajamos para

proteger el conductor era de 75C, sin embargo, simulamos una sobrecargaelevando la corriente a 50A, y la temperatura mxima alcanzada para el peor de

los casos de 16 conductores fue de 80C.

- Los fusibles usados son de capacidad de 5A, se realizaron 3 pruebas de tiempo

para cada corriente usada. Estas corrientes fueron 5.3A, 5.6A y 6A. Luego, se

promedi para obtener un punto de la curva tiempo vs corriente.

Conclusiones

- A la hora de hacer una instalacin elctrica, hay que tomar en cuenta no solo los

parmetros elctricos. Sino, parmetros fsicos y con estos me refiero a lastemperaturas que pueden producir los conductores a la hora de estar colocado en

una bancada o por el aire. Y la manera de disipar ese calor, para no afectar la

chaqueta aislantes de estos.

- Si este calor afectase la chaqueta de aislamiento, primero podra ser que no

fueron determinado estos elementos fsicos y no estimaron las temperaturas que

podra alcanzar. Y segundo, estos podra causar un cortocircuito.

- A mayor corriente, mayor es la temperatura. Y ese cambio de temperatura en los

conductores, podra afectar las propiedades del cobre. Hasta llegar al final de su

vida til.

- El fusible es un elemento de proteccin donde es importante saber los lmites de

fusin y no fusin. Para saber en qu momento va actuar ese elemento de corte.


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6.2 Juan Chong 10-01913

Cuando por un conductor es atravesado por una corriente I experimenta el

calentamiento del mismo, el cual es proporcional al cuadrado de la corriente

aplicada. Dicho efecto se describe con la ecuacin del Efecto Joule sealada:

= 2

La variacin de temperatura en un conductor vara el estado de operacin,

implicando un funcionamiento incorrecto en el sistema y este puede dejar de ser

seguro para el personal.

Observando las grficas de temperatura 3 y 4, correspondiente al conductor al

aire libre y a un conductor en un ducto de , ambos con la misma cantidad de

corriente, se puede observar que a en un tiempo de 35 minutos el conductor al aire

libre alcanza una temperatura de 50 C mientras que el conductor que se

encuentra en la tubera alcanza una temperatura de 70 C. Es notable que el

conductor que esta fuera de la bancada tiene mayor intercambio de calor con el

medio ambiente.

Esta concentracin de calor aumenta a medida que aumenta la cantidad de

conductores por un mismo ducto, tal efecto se puede observar en la grfica 1,

donde el ducto de 2 en el cual se agrupan 16 conductores, tiene una temperatura

estabilizada en 65 C siendo esta la mayor temperatura de la bancada.

Se debe tomar en cuenta el CEN en su seccin 310, pgina 128 Tabla 7, nos

muestra el Factor de ajuste que se debe tomar en cuenta para una bancada o

canalizacin.

La curva descrita de un fusible; tiempo vs corriente en la grfica 7, seala la

corriente umbral, as como tambin las corrientes mnimas y mximas de fusin,

datos importantes al momento de seleccionar tal elemento de proteccin.


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6.3 Astrea Men 11-10604

Cuando por un conductor circula una corriente este se calienta debido al constate

choque de tomos y electrones este fenmeno se conoce como efecto Joule. El

calentamiento por efecto Joule es proporcional a dos factores: la resistencia del conductor

y la intensidad que lo recorre.

El Cdigo elctrico nacional en su seccin 310.10 Lmites de Temperatura de los

conductoresexpone lo siguiente:

Ningn conductor ser utilizado de modo que su temperatura de funcionamiento

supere la diseada para el tipo de conductor aislado al que pertenezca. En ningn caso

se combinaran los conductores de modo que, con respecto al tipo de circuito, mtodo de

cableado aplicado o nmero de los conductores, se exceda el lmite de temperatura de

cualquier conductor.

Como el cdigo nacional expone el mtodo de cableado, el nmero de conductores y

la corriente que pasa a travs de los mismos son factores que contribuyen a elevar latemperatura de los conductores, esta temperatura puede llegar a niveles crticos si no se

tiene conocimiento de esto. Como consecuencia el aislante que protege al conductor

puede llegar a derretirse provocando una falla en la instalacin, que en el peor de los

casos puede ocasionar un incendio.

En la actividad #1 calentamiento de conductores pudimos comprobar lo anteriormente

expuestos si nos vamos a la Grfica 1. Calentamiento de los conductores en todos los

ductos de la bancada podemos observar claramente que los conductores con la

temperatura ms elevada son los del ducto de 2 pulgadas que contena 16 conductores,

el cual se estabilizo en una temperatura de aproximadamente 65C el cual es un valor

todava permisible segn el CEN. (vase tabla 310.16 y 310.15).

Los fusibles son elementos de proteccin para la instalacin ante corto circuitos. Es

importante conocer y manejar la curva de un fusible ya que esto es estrictamente

necesario al momento de coordinar protecciones y de seleccionar un dispositivo de estos.

El CEN en su seccin 240.6 apartado (A) establece los regmenes de corriente

normalizados de los fusibles.

En la actividad #2 calentamiento de fusibles obtuvimos las corrientes de fusin y no

fusin (definidas en el marco terico) e hicimos el levantamiento de la curva.


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7. Bibliografa

- DRIESCHER Y WITTJOHANN, S.A. Catalogo de fusibles limitadores de corriente.

[18-04-2015] Disponible en:http://www.reyalta.com/catalogos/FUSIBLES.pdf

- Martnez, C., Mayora, E., & Calzadilla, A. (2011). Informe Tcnico Prctica

1: Calentamiento de Conductores y Elementos Fusibles.

- Rojas, W., Rondn, A., & Silva, J. (2014). Informe: Calentamiento de

Conductores y Fusibles.

- Corporacin Obramat. Conductores de Cobre. [18-04-2015] Disponible en:

http://www.obramat.com.ve/043.pdf

- Canalizacin Elctricas Residenciales sptima edicin, Ing Oswaldo Penissi.

- http://www.aylimport.com.pe/productos_detalle.php?producto=70
http://www.reyalta.com/catalogos/FUSIBLES.pdfhttp://www.reyalta.com/catalogos/FUSIBLES.pdfhttp://www.reyalta.com/catalogos/FUSIBLES.pdfhttp://www.obramat.com.ve/043.pdfhttp://www.obramat.com.ve/043.pdfhttp://www.aylimport.com.pe/productos_detalle.php?producto=70http://www.aylimport.com.pe/productos_detalle.php?producto=70http://www.obramat.com.ve/043.pdfhttp://www.reyalta.com/catalogos/FUSIBLES.pdf

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