Cálculo Preciso de Sección de Cable para Motores BT y AT: Seguridad, Eficiencia y Ahorro

Cómo Calcular la Sección de Cable para Motores BT y AT

Seleccionar la sección de cable adecuada para el motor es un parámetro importante para la industria, ya sea durante instalación y puesta en marcha o en funcionamiento. Es vital para Seguridad, Minimización de Costes y Reducción de pérdidas no deseadas. Un cable sobredimensionado puede quemarse durante el funcionamiento del motor, arriesgando vidas, máquinas, infraestructura, pérdida de producción y coste de reemplazo.

Un cable sobredimensionado incurrirá en costes innecesarios no solo por el cable largo, sino también por materiales de terminación: terminales, prensaestopas, kits de empalme (si hay fallos futuros) y bandejas de cable sobredimensionadas. El coste de mano de obra para tender cable de mayor sección también será mayor. Considerando todos estos puntos, es importante hacer un cálculo adecuado de la sección de cable para nuestro motor.

• Lectura Obligatoria: Cómo Calcular la Sección de Cable para Diferentes Cargas y Cableado Doméstico (Ejemplos Resueltos EE. UU. y UE)

• Artículo Relacionado: Terminación de Cables MT y AT a Equipos y Empalmes

Antes de entrar en detalle, aclaremos la principal diferencia entre Motores BT y AT.

¿Cuál es la Diferencia entre Motores BT y AT?

Como las siglas BT (Baja Tensión = Bajo Voltaje) y AT (Alta Tensión = Alto Voltaje) o bajo par y alto par describen la historia.

También depende de la tensión de suministro disponible, es decir, en EE. UU. y UE:

Rango Motores BT = 230V – 415V

Rango Motores AT = 3,3 kV, 6,6 kV – 11 kV

Ten en cuenta que los motores BT necesitan más corriente que los motores AT.

En otras regiones, clasifican Motor BT bajo 1 kV y Motor AT sobre 1 kV.

Ahora discutamos el tema principal: cómo calcular la sección de cable para motores?

• Artículo Relacionado: Protección de Alimentadores de Cables – Tipos de Fallos, Causas y Protección Diferencial

Cálculo de Sección de Cable para Motor BT de 125 kW

Potencia Motor = 125 kW

Factor de potencia = 0,8, Rendimiento = 94%

Tensión del sistema, V₁ = 415 V

Longitud de cable = 200 m

Corriente de Carga = P / (1,732 × V × FP × Rend) → (P = √3 × V × I × CosΦ = para circuitos trifásicos)

= 125000 / (1,732 × 415 × 0,8 × 0,94)

≈ 230 A

Esta es la corriente a plena carga que el cable debe soportar en condiciones ideales. Pero en la práctica, hay varios factores de reducción que considerar.

La corriente nominal de los cables se define para temperatura ambiente de 40°C. Si la temperatura es mayor, la capacidad de corriente se reduce.

Supongamos que el cable está en aire sobre bandeja:

• Leer también: ¿Qué es Motor Paso a Paso: Construcción, Tipos y Modos de Operación

Temperatura del Aire (°C)		20°	25°	30°	35°	40°	45°	50°	55°
Factores de Reducción	PVC Normal	1,32	1,25	1,16	1,09	1,00	0,90	0,80	0,80
	PVC HR	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 corrección por variación de temperatura ambiente

Factor de Corrección por Temperatura, K₁ (cable en aire) = 0,88 (para 50°C y cable XLPE)

El agrupamiento de cables también reduce la capacidad de corriente. Si muchos cables se agrupan, todos se calientan y el calor no disipa bien, calentando el cable y los adyacentes, subiendo más la temperatura. Hay que reducir la capacidad según factor de agrupamiento.

Tomemos el peor caso: 3 bandejas paralelas con 9 cables cada una tocándose.

Nº Bandejas	Nº Cables por Bandeja (Separados)					Nº Cables por Bandeja (Tocándose)
	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 Agrupamiento de Cables (Factor Nº Bandejas), K2 = 0,68 (para 3 bandejas con 9 cables cada una)

Factor total de reducción = K₁ × K₂

= 0,88 × 0,68 = 0,5984

Seleccionemos cable 1,1 kV, 3 núcleos, 240 mm², Aluminio, XLPE, Blindado para una sola tirada

Haz clic para ampliar la tabla

Capacidad de corriente de cable 240 mm² XLPE Blindado Al en aire = 402 A

Corriente total reducida de 240 mm² = 402 × 0,5984 = 240,55 A

Resistencia = 0,162 Ω/km
Reactancia = 0,072 Ω/km

• Leer también: Motor DC Sin Escobillas: Construcción, Principio y Aplicaciones

Caídas de Tensión Estimadas en Cables PVC/XLPE Aluminio para Sistema AC
	(Caída de tensión – Voltios/km/Amperio)
Sección Nominal (mm²)	Cable PVC		Cable XLPE
	Monofásico	Trifásico	Monofásico	Trifásico
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	–

Caída de tensión, V₂ = 0,3 V/km/A (según catálogo Havells)

= 0,3 × 230 × (200 / 1000)

= 13,8 V

Tensión en bornes del motor, V₂ = 415 – 13,8 = 401,2 V

% Caída = (V₁ – V₂) / V₁ × 100

= (415 – 401,2) × 100 / 415

= 3,33%

Para decidir cable 240 mm², deben verificarse las condiciones de selección:

1. Corriente reducida del cable (240,55 A) > Corriente a plena carga (230 A) = OK
2. Caída de tensión del cable (3,33%) < Caída definida (10%) = OK
3. Capacidad de cortocircuito del cable (22,56 kA) > Capacidad de cortocircuito del sistema en ese punto (X kA) = OK

Artículo Relacionado: Motor Servo – Tipos, Construcción, Funcionamiento, Control y Aplicaciones

El cable 240 mm² cumple las tres condiciones, por lo que es aconsejable usar cable 3 núcleos 240 mm².

• Leer también: ¿Qué es Eficiencia de Motor y Cómo Mejorarla?

Cálculo de Sección de Cable para Motor AT de 350 kW

En sistemas BT, el cable puede seleccionarse por capacidad de corriente y caída de tensión, pero en sistemas MT/AT, la capacidad de cortocircuito es factor importante/decisorio. En motor AT, la capacidad de cortocircuito del cable basta para determinar la sección, ya que los otros dos parámetros se cumplen automáticamente.

Consideremos el ejemplo:

Potencia Motor = 350 kW

FP = 0,8, Rendimiento = 94%

Tensión sistema, V₁ = 6,6 kV

Longitud cable = 200 m

Corriente de Carga = P / (1,732 × V × FP × Rend)

= 350000 / (1,732 × 6600 × 0,8 × 0,94)

= 41 A

Supongamos nivel de cortocircuito / fallo para sistema AT, I_sh (duración t=1s) = 26,2 kA

Con conductor Aluminio, cable XLPE aislado =

= 278,72 mm²

Por tanto, se requiere la sección superior más próxima 300 mm².

Vemos en la tabla siguiente que la capacidad de cortocircuito de cable 300 mm² es 28 kA, superior a nuestro nivel de fallo.

• Leer también: Arrancador Automático Estrella-Triángulo Motor Trifásico con Temporizador

Haz clic en la imagen para ampliar

(6,6 kV NO TIERRA / 11 kV TIERRA GRADO)

Esto cumple automáticamente las otras dos condiciones.

Seleccionemos cable 6,6 kV, 3 núcleos, 300 mm², Aluminio, XLPE, Blindado para una tirada

Factor Corrección Temperatura, K₁ (cable en aire) = 0,88 (50°C, XLPE)

Factor Agrupamiento, K₂ = 0,68 (3 bandejas, 9 cables cada una)

Factor total reducción = K₁ × K₂ = 0,88 × 0,68 = 0,5984

Capacidad corriente cable 300 mm² XLPE Blindado Al en aire = 450 A

Corriente total reducida 300 mm² = 450 × 0,5984 = 269,28 A

Resistencia = 0,130 Ω/km
Reactancia = 0,0999 Ω/km

Caída tensión = 0,26 V/km/A (catálogo Havells)

= 0,26 × 200 × 41 / 1000

= 2,132 V

Tensión en bornes motor, V₂ = 6600 – 2,132 = 6597,868 V

% Caída = (V₁ – V₂) / V₁ × 100

= (6600 – 6597,8) × 100 / 6600

= 0,032%

Para decidir cable 300 mm², verificar condiciones:

1. Corriente reducida cable (269,28 A) > Corriente plena carga (41 A) = OK
2. Caída tensión cable (0,032%) < Caída definida (5%) = OK
3. Capacidad cortocircuito cable (28,20 kA) > Capacidad sistema en ese punto (26,2 kA) = OK

El cable 300 mm² cumple las tres condiciones, por lo que es aconsejable usar cable 3 núcleos 300 mm².

También puedes leer:

• Diagramas de Potencia y Control de Motor Trifásico
• Calculadora de Tamaño de Cable Eléctrico (Cobre y Aluminio)
• Cómo Encontrar el Tamaño de Conductor de Tierra, Línea de Aterramiento y Electrodo