El listado de cables indica 50 mm². El cálculo de caída de tensión indica 3,8 %. La ficha del transformador de corriente (TC) indica 14 mm. Son tres propiedades distintas del mismo conductor, y un proyecto de monitorización necesita comprobarlas todas.
Este artículo trata la conversión entre tamaños, la resistencia, la caída de tensión y el espacio físico para un sensor de corriente. La capacidad de conducción, la protección y el comportamiento ante faltas se determinan según las normas de cableado aplicables en la instalación (IEC 60364-5-52, BS 7671 o NEC); este artículo no los cubre.
Cinco magnitudes diferentes
«Tamaño del cable» puede referirse a cualquiera de ellas:
| Magnitud | Qué representa | Dónde obtenerla |
|---|---|---|
| AWG o mm² nominales | Designación normalizada del conductor | Listado de cables, marca en la cubierta |
| Diámetro equivalente de un conductor circular macizo sin aislamiento | Diámetro del círculo macizo con el área nominal, d = √(4A/π) | Cálculo o tabla AWG del NIST Handbook 100 |
| Resistencia | Ω por km a una temperatura indicada, normalmente 20 °C | Ficha técnica del cable; IEC 60228 fija el máximo de cada tamaño |
| Caída de tensión | Voltios perdidos entre el origen y la carga para una corriente y un factor de potencia determinados | Cálculo con R y X de la ficha, longitud del trayecto y carga |
| Diámetro exterior final | Tamaño medido sobre la cubierta, que el sensor debe rodear | Ficha técnica del cable y, después, medición con calibre en la instalación |
Convertir AWG a mm²
American Wire Gauge es una serie geométrica. Cada seis números de calibre se reduce el diámetro a la mitad, y cada tres se reduce aproximadamente el área a la mitad. Las tablas de conductores de cobre del NIST recogen diámetros, áreas y resistencias. La calculadora de AWG a mm² utiliza esa geometría y muestra la sección nominal IEC más próxima.
14 AWG equivale a 2,081 mm², con un diámetro del conductor sin aislamiento de 1,628 mm:
¿Equivale 14 AWG a 2,5 mm²?
No. La sección IEC más próxima es 2,5 mm², pero 14 AWG contiene un 17 % menos de cobre y tiene aproximadamente un 20 % más de resistencia. 2,5 mm² se aproxima a 13 AWG (2,62 mm²), un tamaño poco habitual en el mercado. Si sustituye un conductor de 2,5 mm² por un tamaño AWG, 12 AWG (3,31 mm²) es el menor tamaño AWG con un área al menos igual. Los conductores grandes de EE. UU. se expresan en kcmil: 1 kcmil equivale a 0,5067 mm²; por tanto, 250 kcmil son 126,7 mm², entre las secciones IEC de 120 y 150 mm².
IEC 60228:2023 define la sección nominal por su resistencia máxima a 20 °C, no por un área medida. Un conductor de cobre sin revestimiento de clase 1 o 2 y sección nominal de 2,5 mm² no debe superar 7,41 Ω/km. Un conductor con exactamente 2,5 mm² de cobre recocido (0,017241 Ω·mm²/m) daría 6,90 Ω/km. Un conductor que apenas cumpla el límite se comportaría, por tanto, como unos 2,33 mm² de cobre. Al comparar cables de normas diferentes, compare la resistencia de sus fichas técnicas, no solo la sección indicada.
Diámetro del conductor y diámetro del cable
¿Se puede calcular el diámetro exterior final a partir de la sección del conductor?
No. Para un conductor circular macizo, A = πd²/4, por lo que uno de 95 mm² tiene un diámetro equivalente sin aislamiento de 11,0 mm. El cable terminado es mucho mayor. El cableado en hilos deja huecos, y el aislamiento y la cubierta añaden varios milímetros. Nexans Australia indica 17,2 mm para su cable unipolar de cobre XLPE/PVC de 95 mm² y 0,6/1 kV:
| Sección nominal | Diámetro equivalente macizo sin aislamiento | Diámetro exterior final (Nexans XLPE/PVC unipolar) |
|---|---|---|
| 16 mm² | 4,5 mm | 9,3 mm |
| 25 mm² | 5,6 mm | 10,5 mm |
| 35 mm² | 6,7 mm | 11,5 mm |
| 50 mm² | 8,0 mm | 12,9 mm |
| 70 mm² | 9,4 mm | 14,7 mm |
| 95 mm² | 11,0 mm | 17,2 mm |
| 120 mm² | 12,4 mm | 19,6 mm |
| 185 mm² | 15,3 mm | 23,5 mm |
| 240 mm² | 17,5 mm | 25,6 mm |
Utilice esta tabla solo para apreciar el orden de magnitud. Una armadura, una cubierta de baja emisión de humos, una tensión nominal superior, otro fabricante o una construcción multiconductor cambian el diámetro exterior. Consulte la ficha del cable instalado y, después, mídalo.
Resistencia del conductor y temperatura
La resistencia en CC es R = ρL/A. El cobre recocido tiene 0,017241 Ω·mm²/m a 20 °C, y la calculadora de resistencia del conductor utiliza para el aluminio una conductividad equivalente al 61 % de la del cobre. Indique si la longitud corresponde a un solo conductor o al circuito completo de ida y vuelta, porque este último duplica el resultado.
La resistencia aumenta con la temperatura. Para el cobre, R_T = R_20 × (234.5 + T) / 254.5, aproximadamente un 0,39 % por °C. Para el aluminio, las constantes son 228 y 248, aproximadamente un 0,40 % por °C. Un conductor aislado con PVC en su límite de 70 °C tiene una resistencia 1,20 veces la de 20 °C. Uno de XLPE a 90 °C tiene 1,28 veces esa resistencia.
Un tendido de cobre de 2,5 mm² y 20 m, contando ida y vuelta, tiene una resistencia de bucle de 0,28 Ω a 20 °C. A 70 °C es 0,33 Ω:
Utilice la resistencia de la ficha técnica cuando la tenga. La calculadora no conoce la aleación, la construcción de los hilos ni la tolerancia. Para CA, la profundidad de penetración en cobre a 50 Hz es de unos 9,3 mm. El efecto pelicular aumenta cuando el radio del conductor se acerca a ese valor, equivalente a una sección de unos 270 mm². Para conductores grandes, utilice la resistencia en CA de la ficha, que incluye los efectos pelicular y de proximidad.
Calcular la caída de tensión
La calculadora de caída de tensión cubre CC de dos conductores, CA monofásica y CA trifásica equilibrada. Para un circuito trifásico equilibrado emplea la fórmula de carga permanente de la guía de instalaciones eléctricas de Schneider Electric:
ΔU = √3 × I × L × (R cos φ + X sin φ)
Considere una carga de 100 A con factor de potencia 0,8 en una alimentación de 400 V, mediante 100 m de cable de cobre XLPE de 25 mm². IEC 60228 admite 0,727 Ω/km a 20 °C, que pasan a 0,927 Ω/km a 90 °C. Con una reactancia típica de cable de baja tensión de 0,08 Ω/km, la caída es 13,68 V, o 3,42 %:
Si se utiliza la resistencia a 20 °C, el mismo cálculo da 10,90 V (2,73 %). Se subestima así la caída aproximadamente en una quinta parte.
El anexo G de IEC 60364-5-52, tabla G.52.1 informativa, propone una caída máxima desde el origen de la instalación hasta la carga. Si la instalación recibe suministro de la red pública de baja tensión, los valores son 3 % para alumbrado y 5 % para otros usos. Si dispone de transformador propio, son 6 % y 8 %. El apéndice 4 de BS 7671 utiliza los mismos cuatro valores. El ejemplo cumple para un circuito de fuerza y no cumple para alumbrado conectado a la red pública.
Si se duplica el trayecto hasta 200 m, la caída con 25 mm² es 6,84 %. Con 35 mm² es 5,04 %, todavía por encima del límite. Con 50 mm² es 3,83 %. El proyectista elige 50 mm² para una carga de 100 A, y esa decisión afecta al sensor de corriente.
¿Permite el resultado de caída de tensión elegir una sección de cable segura?
No. La caída de tensión es una de varias comprobaciones de diseño. El cable también debe conducir la corriente de proyecto según su método de instalación y permitir que el dispositivo de protección despeje una falta a tiempo. Esos criterios provienen de las normas de cableado; esta guía no proporciona una tabla de intensidad admisible.
Comprobar la abertura del TC frente al cable
El cable de 50 mm² del ejemplo mide 12,9 mm por fuera de la cubierta. Las opciones de sensor de corriente del ZEM-65 son:
- TC de núcleo partido de 120 A, con abertura de 14 mm y conductores de 2 m;
- bobinas Rogowski de 300 A, de 25 cm de longitud y unos 70 mm de diámetro al cerrarse, con cables de 3 m;
- bobinas Rogowski de 1000 A y 3000 A, con diámetro de 120 mm y cables de 2 m.
Cada conjunto se calibra con su contador antes del envío. La herramienta de selección de transformadores de corriente prepara primero una especificación genérica que incluye holgura de instalación a cada lado. Un cable de 12,9 mm con una holgura elegida de 2 mm exige una abertura circular de 16,9 mm. Un sensor candidato de 120 A con abertura de 14 mm cubre la corriente máxima de 100 A, pero no cumple esa holgura mecánica:
La diferencia entre diámetros sin holgura es de 1,1 mm, apenas 0,55 mm a cada lado de un cable circular centrado. La tolerancia de la cubierta, un cable ovalado o el acceso al cierre pueden hacer inviable la instalación. La holgura de 2 mm es una decisión ilustrativa de planificación, no una distancia eléctrica universal. Consulte el plano del sensor y la instalación antes de elegir la holgura.
Aumentar la sección por caída de tensión puede dejar un cable grande en un circuito de poca corriente. Un cable de 95 mm² que mida 17,2 mm por fuera no pasa por una abertura de 14 mm ni siquiera a 60 A. La correspondencia opcional con productos EpiSensor puede señalar una opción publicada de mayor tamaño para estudiarla; todavía hay que confirmar la compatibilidad del contador, la exactitud a baja corriente, el cierre de la bobina y el acceso para instalarla.
¿Cómo se compara el tamaño del cable con la abertura de un TC?
Mida el diámetro exterior con un calibre donde irá el sensor. Mida lejos de prensacables, terminales y abrazaderas, y tome dos medidas perpendiculares si el cable es ovalado. Utilice la corriente máxima real por fase obtenida con una pinza amperimétrica, el listado de cargas o un contador existente. La corriente nominal del interruptor solo es un límite superior y puede llevar a elegir un sensor mayor del necesario.
En la instalación suelen aparecer cinco problemas:
- Un sensor alrededor de un cable multiconductor completo mide la suma de sus corrientes. Si el neutro está dentro, la suma se acerca a cero. Si queda fuera, el sensor lee la corriente del neutro. La señal es una corriente de fase muy inferior a la que indica una pinza en un solo conductor. Coloque el sensor en torno a un conductor, después del prensacables donde se separan los conductores.
- Cuando una fase tiene cables en paralelo, pase todos los de esa fase por una bobina en el mismo sentido. No mida uno y multiplique por el número de cables. Cables paralelos de distinta longitud o disposición no comparten la corriente por igual.
- Para una barra en una abertura circular rígida, esta debe superar la diagonal de la sección de la barra. Una barra de 40 × 10 mm necesita 41,2 mm, por lo que requiere una bobina Rogowski. Separe su cierre de las barras de las fases vecinas.
- Un sensor invertido o una fase intercambiada hace que la potencia por fase sea negativa o que el factor de potencia no corresponda a la carga. Compruebe cada fase durante la puesta en servicio, con la carga funcionando.
- Los TC de núcleo partido y las bobinas Rogowski se colocan sin desconectar el conductor. Sigue siendo trabajo cerca de conductores con tensión y rigen las normas de seguridad de la instalación. En Gran Bretaña se aplica el artículo 14 de las Electricity at Work Regulations 1989. Aísle el circuito siempre que sea posible.
Compruebe también que el cable del sensor llegue al ZEM sin prolongaciones ni curvas forzadas, y que el sensor no invada el espacio de otras fases ni de la envolvente. La guía de selección de TC trata el tipo de salida, la carga y la seguridad del secundario. La guía de bobinas Rogowski trata la colocación y el error de posición.
Procedimiento de proyecto
Mantenga un registro de cada circuito monitorizado:
- Anote el circuito, la carga a la que sirve y la designación del cable según el listado, incluidos fabricante y tipo de cable.
- Anote la corriente máxima por fase, obtenida mediante medición o del listado de cargas.
- Mida el diámetro exterior o la sección de la barra en el lugar del sensor y fotografíelos si las normas de la instalación lo permiten.
- Utilice la herramienta de selección de abertura y elija la opción mayor si la holgura es inferior a 3 mm.
- Durante la puesta en servicio, compare cada corriente de fase con una pinza amperimétrica y compruebe que la potencia y el factor de potencia por fase correspondan a la carga.
La guía de monitorización de transformadores y cuadros de distribución convierte este registro en un plan de monitorización, y la página del analizador eléctrico ZEM enumera las opciones de sensor. Si el listado de cables o la instalación plantean dudas, hable con un ingeniero. Envíe la corriente por fase, las dimensiones de los conductores y fotografías del cuadro antes de hacer el pedido.