Cálculo del tamaño del cable para motores LT y HT

¿Cómo calcular el tamaño del cable para motores LT y HT?

Selección del tamaño de cable adecuado para el motor es un parámetro importante para la industria, ya sea durante la instalación y puesta en marcha o durante las condiciones de funcionamiento. Es un aspecto muy importante para la Seguridad, Minimización de Costes y reducción de pérdidas no deseadas. Un cable de tamaño insuficiente puede quemarse durante el funcionamiento del motor, lo que genera riesgos para la vida humana, la máquina, la infraestructura, la pérdida de producción y el costo de reemplazo.

Mientras que un conductor de gran tamaño incurrirá en un costo innecesario no solo para los cables de largo recorrido, sino también para los materiales de terminación del cable que se usan junto con ellos, es decir, terminales, prensaestopas, kit de empalme (en caso de falla ocurrir en el futuro) y bandeja de cable de gran tamaño. El costo de la mano de obra para el tendido de cables de mayor tamaño también será mayor en comparación con el respectivo cable de menor tamaño. Teniendo en cuenta todos estos puntos vitales, es importante hacer un cálculo adecuado del tamaño del cable para nuestro motor .

• Debe leer:Cómo calcular el tamaño del cable para diferentes cargas y cableado doméstico (ejemplos resueltos de EE. UU. y la UE)

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Antes de entrar en detalles, aclaremos la principal diferencia entre los motores LT y HT.

¿Cuál es la diferencia entre los motores LT y HT?

Bueno, como la palabra LT (baja tensión, es decir, bajo voltaje) y HT (alta tensión, es decir, alto voltaje) o par bajo y par alto, respectivamente, describen toda la historia.

también depende de la disponibilidad de la tensión de alimentación, es decir, en EE. UU. y la UE,

Gamas LT Motors =230V – 415V

Gamas de motores HT =3,3 kV, 6,6 kV – 11 kV

aunque tenga en cuenta que los motores LT necesita más actual que los motores HT.

en otras regiones, clasificaron el motor LT por debajo de 1 kV y el motor HT por encima de 1 kV.

Ahora tenemos que discutir el tema principal que es ¿cómo calcular el tamaño del cable para motores?

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Cálculo del tamaño del cable de un motor LT de 125 Kw

KW del motor =125

Pf =0.8, Eficiencia =94%

Voltaje del sistema, V₁ =415

Longitud del cable =200 m

Corriente de carga =P / (1,732 x V x Pf x Eff)       —>     (P =√3 x Vx I CosΦ =para circuitos trifásicos)

                       =125000 / (1,732 x 415 x 0,8 x 0,94)

                       ~ 230 A

Este es el cable de corriente de carga completa que necesita para atender en condiciones ideales. Pero en la situación práctica, hay varios factores de reducción de potencia que deben tenerse en cuenta.

La clasificación de corriente dada para los cables se define para una temperatura ambiente de 40* C. Si la temperatura ambiente es mayor que eso, la capacidad de carga de corriente del cable se reduce.

Supongamos que nuestro cable está en Aire tendido en la bandeja de cables,

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Temperatura del aire en grados		20°	25°	30°	35°	40°	45°	50°	55°
	PVC normal	1,32	1,25	1.16	1,09	1.00	0,90	0,80	0.80
Factores de reducción	HR PVC	1,22	1,17	1.12	1,06	1.00	0,94	0,87	0.80
	XLPE	1,20	1,16	1.11	1,06	1,00	0,95	0,88	0.82

Factores de clasificación relacionados con la variación de la temperatura del aire ambiente

Factor de corrección de temperatura, K₁ cuando el cable está en el aire =0,88 (para 50* temperatura ambiente y cable XLPE)

La agrupación de cables también reduce la capacidad de carga actual del cable. Si se agrupan muchos cables, todos se calentarán. El calor no podrá disiparse correctamente, por lo que calentará el cable y los que estén en contacto. Esto elevará aún más la temperatura. Por lo tanto, tenemos que reducir la capacidad de carga actual del cable de acuerdo con el factor de agrupación.

Vamos al peor de los casos, es decir, 3 bandejas paralelas entre sí con 9 cables cada uno tocándose entre sí.

No. de bastidores	No. de cables por rack					No. de cables por rack
	1	2	3	6	9	1	2	3	6	9
1	1,00	0,98	0,96	0,93	0,92	1.00	0,84	0.80	0,75	0.73
2	1,00	0,95	0,93	0,90	0,89	1.00	0,80	0.76	0,71	0.69
3	1,00	0,94	0,92	0,89	0,88	1.00	0,78	0.74	0,70	0.68
6	1,00	0,93	0,90	0,87	0,86	1.00	0,76	0.72	0,65	0.66

Tabla:Factor de agrupación de cables (Factor de número de bandejas), K2 =0,68 (para 3 bandejas con 9 cables cada una)

Factor de reducción total =K₁ xK₂

                                     =  0,88×0,68 =0,5984

Seleccionemos 1,1 KV, 3 núcleos, 240 mm2, aluminio, XLPE, cable blindado para un solo tendido

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Detalles técnicos para cables blindados, aislados XLPE, conductores de aluminio/cobre, 1,1 KV, 3 núcleos

La capacidad actual del cable de aluminio blindado XLPE de 240 mm2 en aire es 402 amperios

Reducción de corriente total de cable de 240 mm cuadrados =402 × 0,5984 =240,55 amperios

Resistencia = 0,162 Ω / Km y
Reactancia = 0,072 Ω / Km

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Caídas de tensión estimadas en cables de aluminio PVC/XLPE para sistemas de CA
	(Caída de tensión:voltios/km/amperios)
Área nominal del conductor (mm cuadrados)	P.V.C. cable		Cable XLPE
	Monofásico	Trifásico	Monofásico	Tres sistemas
1.5	43,44	37,62	46,34	40.13
2.5	29.04	25,15	30,98	26,83
4	17,78	15,40	18,98	16,44
6	11.06	9.58	11,80	10,22
10	7.40	6.41	7.88	6.82
16	4.58	3.97	4,90	4.24
25	2.89	2,50	3.08	2.67
35	2.10	1,80	2.23	1,94
50	1,55	1,30	1.65	1.44
70	1.10	0.94	1.15	1,00
95	0.79	0.68	0.83	0.70
120	0.63	0.55	0.66	0.56
150	0.52	0.46	0.55	0.48
185	0.42	0.37	0.44	0.40
240	0.34	0.30	0.35	0.30
300	0.28	0.26	0.30	0.26
400	0.24	0.22	0.24	0.22
500	0.23	0.20	0.23	0.20
630	0.20	0.18	0.21	0.18
800	0.19	–	0.20	–
1000	0.18	–	0.18	–

Voltage drop, V₂ =0.3 Volts/Km/Amp    (as per Havell’s brochure)

                           =0.3 x 230 x (200 / 1000)

                           =13 V

Terminal voltage at Motor, V₂ =415 -13 =402 V

% Drop =(V₂ – V₁ ) / (V₁ )

             =(415 – 402) x 100 / (415)

             =3.13%

To decide 240 Sq.mm cable, cable selection condition should be checked

1. Cable derating Amp (240.55 Amp)is higher than full load current of load (230 Amp) = OK
2. Cable voltage Drop (3.13%)is less than defined voltage drop (10%) = OK
3. Cable short circuit capacity (22.56 KA) is higher than system short circuit capacity at that point ( X KA) = OK

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240 Sq.mm cable satisfied all three condition,  so it is advisable to use 3 Core 240 Sq.mm cable.

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Cable Size Calculation for 350 KW HT Motor

In case of LV system cable can be selected on the basis of its current carrying capacity and voltage drop but in case of MV/HV system cable short circuit capacity is an important/deciding factor. So in case of HT motor, the cable short circuit capacity alone is enough to determine the cable size as rest two parameters will automatically follow.

Consider the below example:

Motor KW =350

Pf =0.8, Efficiency =94%

System Voltage, V₁ =6.6 KV

Cable length =200 m

Load Current =P / (1.732 x V x Pf x Eff)

                      =350000 / (1.732 x 6600 x 0.8 x 0.94)

                      =41 A

Suppose Short circuit level/Fault level for H.T. system, I_sh (for duration t=1sec) =26.2 KA

With Aluminum conductor, XLPE insulated cable =

=278.72 Sq.mm

Hence nearest higher size 300 sq mm is required.

We can see from the below table also that the short circuit capacity of 300sqmm cable is 28 KA which is more than our fault level.

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Click image to enlarge

(6.6KV UNEARTHED / 11KV EARTHED GRADE)

Technical Details For 6.6 KV, 3 Core, Aluminum/Copper Conductor, XLPE Insulated, Armored Cables

We can see that this will automatically satisfy other two conditions also.

Let’s select 6.6 KV, 3 core, 300 Sq.mm, Aluminum, XLPE, Armored cable for single run

Temperature Correction Factor, K₁ when cable is in the Air =0.88 (for 50* Amb temp &XLPE cable)

Cable Grouping Factor (No of Tray Factor), K₂ =0.68 (for 3 trays having 9 cable each)

Total derating factor =K₁ x K₂    =0.88 x 0.68 =0.5984

Current capacity of 300 Sq.mm XLPE Armored aluminum cable in Air is 450 Amp

Total derating current of 300 Sq.mm Cable =450×0.5984 = 269.28 Amp

Resistance   = 0.130 Ω / Km and

Reactance    = 0.0999 Ω / Km

Voltage drop =0.26 Volts / Km / Amp    (as per Havell’s brochure)

                      =0.26 x 200 x 41 / 1000

                      =2.132 V

Terminal voltage at Motor, V₂ =6600 – 2.132 =6597.868 V

% Drop          =(V₁ – V₂ ) / (V₁ )

                      =(6600 – 6597.8) x 100 / (6600)

                      =0.032%

To decide 300 Sq.mm cable, cable selection condition should be checked

1. Cable derating Amp (269.28 Amp ) is higher than full load current of load (41 Amp ) = OK
2. Cable voltage Drop (0.032% )is less than defined voltage drop (5% ) = OK
3. Cable short circuit capacity (28.20 KA ) is higher than system short circuit capacity at that point (26.2 KA ) = OK

300 Sq.mm cable satisfied all three condition , so it is advisable to use 3 Core 300 Sq.mm cable.

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