Línea General de Alimentación

La línea general de alimentación (LGA) es el enlace entre la caja general de protección (CGP) y la centralización de contadores (CC). La normativa que regula la LGA se encuentra en la ITC-BT-14 del Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT).

Cada CGP tendrá una única LGA. A partir de una misma LGA, se pueden realizar derivaciones hacia diferentes centralizaciones de contadores.

La línea general de alimentación estará instalada en el interior de tubos, canales o conductos.

Se admiten los siguientes montajes en la LGA:

– Conductores aislados en el interior de tubos empotrados.

– Conductores aislados en el interior de tubos enterrados.

– Conductores aislados en el interior de tubos en montaje superficial.

– Conductores aislados en el interior de canales protectoras cuya tapa sólo se pueda abrir con la ayuda de un útil.

– Canalizaciones eléctricas prefabricadas que deberán cumplir la norma UNE-EN 60.439 -2.

– Conductores aislados en el interior de conductos cerrados de obra de fábrica, proyectados y construidos al efecto.

La selección de la canalización adecuada para la LGA es un paso importante en el cálculo de las instalaciones de enlace y dependerá de las características del edificio, la estética deseada y las especificaciones técnicas de la instalación. La instalación de tubos y canales debe cumplir con lo indicado en la ITC-BT-21.

Si la instalación de la LGA se realiza en el interior de conductos cerrados de obra de fábrica, no es necesario alojar los conductores en tubos o canales protectores, aunque es recomendable.

En instalaciones de enlace con concentración de contadores por plantas, la LGA entre centralizaciones, debe incluir obligatoriamente el conductor de protección, que debe ubicarse en la misma canalización que los conductores activos.

Para los esquemas de alimentación a un único usuario o dos usuarios (CPM), no existe la LGA.

Instalación de la Línea General de Alimentación

La instalación de la Línea General de Alimentación (LGA) debe realizarse siguiendo las directrices establecidas en el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, específicamente en la Instrucción Técnica Complementaria ITC-BT-14.

Trazado de la LGA

El trazado de la LGA debe ser lo más corto y rectilíneo posible, evitando recorridos innecesarios que incrementen la longitud del cableado. Esta disposición optimiza la utilización del material y reduce las pérdidas de tensión en la línea.

La LGA debe discurrir por zonas de uso común o fácilmente accesibles para facilitar las labores de inspección, mantenimiento y posibles reparaciones futuras.

Dimensiones de las Canalizaciones de la LGA

Las dimensiones de las canalizaciones, que no sean tubos, es decir, cuando discurra por canaladura o conducto de obra de fábrica, deben permitir la ampliación de la sección de los conductores en un 100%.

Con este criterio se garantiza la posibilidad de futuras ampliaciones de la instalación sin necesidad de modificar las canalizaciones existentes.

Instalación de Cables en Tubos Enterrados en la Línea General de Alimentación

En instalaciones de cables aislados en tubos enterrados, los tubos enterrados deben ser de material resistente a la humedad, la corrosión y los agentes externos que puedan afectar la integridad de los cables y conductores.

Es recomendable instalar un sistema de señalización que indique la ubicación de los tubos enterrados para evitar posibles daños durante excavaciones o trabajos de mantenimiento en el terreno.

En cualquier caso, se debe cumplir con todo lo especificado en la ITC-BT-07. Esta instrucción técnica proporciona requisitos específicos para la protección y el correcto funcionamiento de los cables y conductores enterrados.

Instalación Vertical de la LGA

Cuando la línea general de alimentación se instale verticalmente, se tendrá en cuenta lo siguiente:

– Canalización o conducto de obra de fábrica: cuando la LGA discurre verticalmente (en instalaciones con 2 o más concentraciones de contadores), debe hacerlo por el interior de una canaladura o conducto de obra de fábrica. Este conducto debe ser empotrado o adosado al hueco de la escalera en zonas de uso común.

– Registro y precinto: la canalización o conducto debe ser registrable y precintable en cada planta para facilitar el acceso y la inspección de la instalación.

– Cortafuegos: se deben establecer cortafuegos cada 3 plantas como mínimo para compartimentar la instalación y prevenir la propagación de incendios.

– Dimensiones mínimas: las dimensiones mínimas del conducto deben ser de 30 x 30 cm. para garantizar el espacio suficiente para alojar la LGA y el conductor de protección.

– Uso exclusivo: el conducto se destinará única y exclusivamente a alojar la LGA y el conductor de protección, evitando la instalación de otros elementos que puedan afectar su integridad o funcionamiento.

Interruptor General de Maniobra de la LGA

En el extremo de la línea general de alimentación LGA que llega a una centralización de contadores, siempre se instala un interruptor general de maniobra (IGM). Este interruptor tiene como función principal permitir el corte manual de la alimentación a toda la centralización.

Según la ITC-BT-16, la corriente nominal del interruptor IGM en una centralización de contadores dependerá de la potencia suministrada. Hay 2 calibres posibles de acuerdo al REBT:

– IGM de 160 A: para potencias de hasta 90 kW.

– IGM de 250 A: para potencias de hasta 150 kW.

Caja de Derivación de la LGA

Si la potencia de la LGA supera los 150 kW, se podrá instalar una caja de derivación para dividir la línea en 2 alimentaciones independientes, cada una conectada a un interruptor de la capacidad adecuada. En este caso, la sección de la LGA no debe modificarse en ningún punto.

Por tanto, siempre que la potencia total demandada por la centralización o centralizaciones de contadores supere los 150 kW, se deberá instalar una caja de derivación para dividir la LGA en 2 o más circuitos. Cada derivación de la LGA se conectará entonces a un interruptor IGM de la capacidad adecuada.

Conductores de la Línea General de Alimentación

Los conductores a usar en una línea general de alimentación tienen que cumplir principalmente las características siguientes, según se indica en la ITC-BT-14.

Características Principales de los Conductores de la Línea General de Alimentación

– Tipo de conductor: se deben utilizar conductores unipolares, ya sean de cobre (Cu) o de aluminio (Al), con aislamiento de polietileno reticulado (XLPE) o de etileno propileno (EPR).

– Clase del conductor: debe ser conductor de clase 5, lo que garantiza una adecuada resistencia mecánica y eléctrica.

– Tensión asignada: la tensión asignada de los conductores debe ser de 0,6/1 kV, compatible con la tensión del sistema eléctrico al que se conectan.

– Cubierta: los conductores deben estar provistos de una cubierta de compuesto termoplástico a base de poliolefina (Z1), que ofrece protección contra agentes externos y garantiza la seguridad de la instalación. En cualquier caso, deben ser cables de alta seguridad (AS).

– Sección del cable: la sección de los cables debe ser uniforme a lo largo de todo el recorrido de la LGA, sin empalmes. Solo se permiten empalmes en el interior de las cajas de derivación para la alimentación de centralizaciones de contadores.

Tipos de Cables de la Línea General de Alimentación

La elección del tipo de cable específico (EPR o XLPE, cobre o aluminio) dependerá de factores como las características del edificio, las condiciones de instalación y las preferencias del instalador.

En todos los casos, los conductores deben ser de alta seguridad (AS), lo que significa que no propagan la llama ni el incendio, son libres de halógenos y tienen opacidad reducida de los humos (ver en clasificación de los cables frente al fuego).

En general, los cables más utilizados para LGA son los unipolares con aislamiento de polietileno reticulado XLPE (R) y conductor de cobre o aluminio.

– Cables RZ1-K (AS): con aislamiento XLPE y conductor de cobre, son la opción más común para LGA en edificios de viviendas.

– Cables RZ1-Al (AS): con aislamiento XLPE y conductor de aluminio, se suelen utilizar en instalaciones de edificios singulares, como centros comerciales, hospitales o fábricas. Estos cables ofrecen una mayor ligereza y un menor coste por metro, lo que puede ser ventajoso en instalaciones de gran envergadura.

La designación de estos cables se puede consultar en la tabla de designación de cables para 0,6/1kV.

Cálculo de Sección de la Línea General de Alimentación

La sección mínima de los conductores de la Línea General de Alimentación debe determinarse en función de estos criterios:

● Máxima caída de tensión permitida en la LGA: el cable no debe provocar una caída de tensión que supere la máxima establecida por el REBT.

● Calentamiento de la LGA: el cable debe ser capaz de soportar la intensidad máxima que circulará por la LGA sin sobrecalentarse. Esta intensidad se calcula en función de la potencia total demandada.

● Protección contra sobrecargas de la LGA: la sección del cable debe ser suficiente para soportar una corriente superior a la intensidad máxima admisible, sin sufrir daños, durante el tiempo que tarde en cortar el fusible.

● Protección contra cortocircuitos de la LGA: la sección del cable debe ser capaz de soportar la corriente de cortocircuito prevista sin sufrir daños o provocar un incendio, durante el tiempo que tarde en cortar el fusible.

Como resultado, se obtendrá la sección comercial mínima que cumpla con los 4 criterios anteriores, asegurando que la LGA quede protegida.

En cualquier caso, el REBT establece valores mínimos de sección para los cables de la LGA:

– S = 10 mm²: para cables de cobre

– S = 16 mm²: para cables de aluminio

Cálculo de Sección por Caída de Tensión de la Línea General de Alimentación

La caída de tensión máxima permitida por el REBT para una línea general de alimentación es:

– Para las LGA destinadas a contadores totalmente centralizados: 0,5%.

– Para las LGA destinadas a centralizaciones parciales de contadores: 1%. Teniendo en cuenta esas caídas de tensión, calculamos la sección con las fórmulas habituales que ya utilizamos en el cálculo de la caída de tensión en instalaciones interiores:

Según el MT 2.80.12 de Iberdrola, tomamos para el cos φ de la LGA los siguientes valores:

– Para monofásico: 1

– Para una sola derivación trifásica: 0,8

– Para más de una derivación: 0,9 (caso habitual: valor por defecto)

Una vez realizado el cálculo de la sección por c.d.t., la sección obtenida será la mínima sección que debe tener la LGA para garantizar la caída de tensión máxima establecida. Tomaremos la sección comercial inmediatamente superior a la obtenida con la fórmula.

Si la LGA tuviera gran longitud o sección, se podría obtener más precisión utilizando las siguientes fórmulas, tal y como indica el MT 2.80.12 de Iberdrola.

Para ello, seleccionaríamos una sección, y a través de los datos del fabricante, tomaríamos sus valores de resistencia R (Ω/km) y reactancia X (Ω/km).

A partir de la potencia P (kW) que transporta la LGA comprobaríamos que la caída de tensión fuera inferior a la máxima permitida:

– Para LGA trifásica:

– Para LGA monofásica:

Siendo:

R = resistencia por kilómetro del conductor, en Ω/km

X = reactancia por kilómetro del conductor, en Ω/km

V = tensión entre fases, en V

u = tensión entre fase y neutro, en V

φ = ángulo de desfase de la instalación

P = potencia que transporta la LGA, en kW

L = longitud de la LGA, en km

Si la caída de tensión obtenida superase la máxima permitida, se deberá repetir el proceso seleccionando una sección mayor hasta obtener un valor de caída de tensión dentro del límite.

Cálculo de Sección por Calentamiento de la Línea General de Alimentación

Para realizar el cálculo de sección de la LGA por calentamiento o corriente máxima admisible Iz, necesitaremos consultar las tablas de intensidades máximas admisibles I_Z de la ITC-BT-19. Tendremos que encontrar la menor sección comercial que cumpla la condición de:

Cálculo de Sección por Calentamiento de una LGA No Enterrada

Para una LGA no enterrada necesitaremos consultar la tabla de corrientes admisibles para cable no enterrado en instalaciones interiores de la ITC-BT 19 que se muestra a continuación. Esta tabla es para conductores de cobre y aluminio a temperatura ambiente a 40ºC.

Para temperaturas ambiente distintas de 40ºC o para grupos de varios circuitos o cables multipolares, es necesario ajustar las corrientes admisibles de la tabla anterior aplicando los factores de corrección de la corriente máxima admisible indicados en las tablas de la ITC-BT-19.

Cálculo de Sección por Calentamiento de una LGA Enterrada

Si se trata de una LGA enterrada aplicaríamos el método D1/D2 de la tabla de corrientes admisibles para cable enterrado en instalaciones interiores de la ITC-BT-19 (norma UNE-HD 60364-5-52) mostrada a continuación. La tabla es para cables de PVC o XLPE, resistividad térmica del terreno de 2,5ºK·m/W, temperatura ambiente del terreno de 25ºC y profundidad de 80 cm.

Si la instalación se realiza en condiciones diferentes a las de referencia (temperatura ambiente del terreno de 25°C, resistividad térmica del terreno de 2,5 °K·m/W y profundidad de 80 cm), será necesario ajustar las intensidades admisibles mediante la aplicación de los factores de corrección de la corriente máxima admisible indicados en las tablas de la ITC-BT-19.

La intensidad de cálculo I se obtiene a partir de la potencia obtenida en la previsión de cargas.

Sección para Protección a Sobrecargas de la Línea General de Alimentación

El elemento que debe proteger a la LGA contra sobrecargas es el fusible. Para elegir los fusibles adecuados, instalados en la CGP, se aplicarán las 2 condiciones conocidas de protección a sobrecargas del fusible:

● 1ª Condición a sobrecargas: la intensidad nominal I_n de los fusibles de la CGP debe ser mayor o igual a la intensidad que circula por la línea I(corriente de empleo o de utilización). Además, la intensidad máxima admisible del conductor I_Z de la LGA debe ser mayor o igual a la intensidad nominal I_n del fusible seleccionado:

● 2ª Condición a sobrecargas: la intensidad nominal I_n de los fusibles de la CGP debe ser inferior a 0,91 veces la intensidad admisible del conductor I_Z de la LGA:

La intensidad nominal o calibre In de los fusibles de protección de la LGA, de tipo gG/gL, debe tener un mínimo de 63 A. Estos fusibles siguen la norma NI 76-50-01 de Iberdrola y tienen calibres desde 63 A hasta 400 A. Los fusibles en las cajas generales de protección son de tipo cuchilla.

Sección para Protección a Cortocircuitos de la Línea General de Alimentación

Si la longitud es grande, hay que tener en cuenta que la corriente de cortocircuito Icc que se producirá será baja. Esto podría ocasionar que el fusible tarde excesivamente en abrir el circuito.

Tendremos que aplicar las 2 condiciones conocidas de protección a cortocircuitos del fusible que nos aseguren que los fusibles de la CGP protegen al cable de la LGA en caso de cualquier cortocircuito.

● 1ª Condición a cortocircuitos: se verificará que los fusibles en CGP tengan Poder de Corte PdC suficiente. Su poder de corte será, como mínimo, igual a la corriente de cortocircuito I_ccmáx supuesta en el punto donde están instalados los fusibles (CGP). Este valor I_ccmáx puede ser proporcionado por la compañía eléctrica.

● 2ª Condición a cortocircuitos: el tiempo de corte de la corriente de cortocircuito en un punto cualquiera de la LGA no debe ser superior al tiempo que los conductores tardan en alcanzar su temperatura límite.

Donde el tiempo del conductor t_conductor, se obtiene con:

donde:

S = sección del conductor, en mm²

I = corriente de cortocircuito efectiva en valor eficaz, en A

K = constante (COBRE = 143 y ALUMINIO = 94, para XLPE ó EPR)

Y el tiempo que tarda en fundir el fusible t_fusible, se obtiene de su gráfica entrando con la corriente de cortocircuito I_cc.

Sabemos que esta comprobación debe hacerse 2 veces: para la corriente de cortocircuito I_ccmáx en el inicio de la LGA (en la CGP) y para la corriente de cortocircuito I_ccmín en el extremo de la LGA.

Las corrientes I_ccmáx y I_ccmín pueden calcularse de las 2 formas vistas en corrientes de cortocircuito con datos de la red de baja tensión o en corrientes de cortocircuito sin datos de la red de baja tensión.

Se observa que el proceso de cálculo para aplicar la 2ª condición de cortocircuitos al fusible es largo y complejo. Por ello, en el manual MT 2.80.12 de Iberdrola, se indica un procedimiento de cálculo mucho más sencillo para esta condición, que veremos a continuación.

Corriente de Cortocircuito Máximo de la LGA

Para tiempos no superiores a 5 s, la norma UNE 20-460-4-43 establece, para el calentamiento límite del cable, la fórmula de:

En la siguiente tabla se recogen, según la fórmula anterior, la intensidad de cortocircuito admisible en el cable Is, es decir, la intensidad que puede soportar un cable de XLPE/EPR, siempre que el cortocircuito tenga una duración igual o inferior a 5 segundos.

Por ejemplo, para una sección de cobre S = 16 mm² de XLPE, tiempo t = 5 s y K = 143 tenemos que:

Por otro lado, la intensidad mínima que debe dar lugar a la fusión de un fusible If en un tiempo igual o inferior a 5 s, viene fijada en la siguiente tabla (norma UNE EN 60269/1), para la clase gG:

Finalmente, respecto a la corriente de cortocircuito I_ccmáx en el inicio de la LGA, el conductor estará protegido frente a cortocircuitos por un fusible de intensidad nominal In, cuando la intensidad de cortocircuito admisible por el cable Is, sea superior a la intensidad de fusión del fusible en 5 segundos If.

Corriente de Cortocircuito Mínimo de la LGA

El conductor estará protegido frente a cortocircuitos por un fusible si la corriente que resulte de un cortocircuito, en cualquier punto de la instalación I_ccmín, es superior a la intensidad de fusión del fusible en 5 segundos If. Podremos aplicar esa condición si conocemos la I_ccmín al final de la línea (de la LGA).

La intensidad de cortocircuito I_ccmín, estará limitada por la impedancia del circuito desde el principio de la LGA hasta el punto de cortocircuito al final de la línea. En cualquier caso, podría calcularse, con suficiente exactitud, por la siguiente expresión del MT 2.80.12, en el que la intensidad de cortocircuito más desfavorable (más baja) se producirá en el supuesto de defecto monofásico fase-neutro:

siendo:

Icc = Valor eficaz de la intensidad de cortocircuito, en amperios

U = Tensión entre fase y neutro, en voltios

L = Longitud del circuito en km (desde la salida de la CGP)

Z_F = Impedancia, a 145º C del conductor de fase, en Ω/km

Z_N = Impedancia, a 145º C del conductor de neutro, en Ω/km

Para facilitar el cálculo y evitar la aplicación de la anterior fórmula (longitud L en función de la corriente de cortocircuito I_cc), se proporciona la siguiente tabla de las longitudes máximas de circuitos protegidos (LGA) frente a cortocircuitos y sobrecargas, para cada sección de conductor de cobre con aislamiento EPR/XLPE e instalado en conductos enterrados.

En la fórmula anterior se han puesto los valores de Z_F e Z_N de cada sección y se ha sustituido I_ccmín por los valores mínimos, por debajo de los cuales la corriente no debe caer, que son If.

En este cálculo se han considerado nulas las impedancias de la red y de la acometida (en aquellos casos que éstas tuvieran valores apreciables deberán ser tenidas en cuenta). Se observa que las longitudes son bastante grandes.

Así, cuando se diseñe la LGA, una vez que hayamos calculado tanto la sección como el fusible, se tratará de entrar en esta tabla con dichos datos y comprobar que la longitud no supere el valor de esta tabla. Si se supera (caso de LGA extremadamente larga) se debe aumentar la sección. Si no apareciera la longitud máxima en la tabla habría que calcularla con la fórmula anterior de L.

Sección del Neutro y Diámetro del Tubo de la Línea General de Alimentación

Tras el cálculo de la sección por los 3 criterios, elegiremos la sección del neutro de la tabla de la ITC-BT-14, en la que además se detalla también los diámetros de los tubos.

Para la sección del conductor neutro se tendrán en cuenta el máximo desequilibrio que puede preverse, las corrientes armónicas y su comportamiento, en función de las protecciones establecidas ante las sobrecargas y las corrientes de cortocircuito que pudieran presentarse.

Ejemplo: Una línea general de alimentación de un edificio tiene una única centralización de contadores. La acometida es en derivación y la LGA, que sale por la parte inferior de la CGP, es de 60 m. de longitud y está compuesta por cables unipolares de cobre, tipo RZ1-K (AS) bajo tubo enterrado, siendo la potencia total del edificio de 120 kW. La compañía nos indica que la corriente de cortocircuito en la CGP es de 8,5 kA. Indicar el modelo de CGP adecuado y los fusibles a instalar, así como la sección adecuada de la LGA y el diámetro del tubo. Comprobar que los fusibles protejan la LGA a sobrecargas y cortocircuitos.

Cálculo de sección S por caída de tensión

Para una centralización es ΔV = 0,5%. De acuerdo al cálculo de sección por caída de tensión en instalaciones interiores:

Cálculo de sección S por calentamiento

Consultamos la tabla de corrientes admisibles para cable enterrado en instalaciones interiores D1/D2 de la ITC-BT 19, para S = 240 mm².

Iz = 336 A > 192,45 A de la línea. La sección a instalar es: S = 240 mm²

Ya podemos elegir el calibre de los fusibles y comprobar si protegen la LGA a sobrecargas. Los fusibles, tendrán una intensidad nominal superior o igual a 192,45 A. De acuerdo a los fusibles en las cajas generales de protección, tomamos fusibles de In = 200 A. Comprobamos si estos fusibles de la CGP protegen la LGA a sobrecargas y cortocircuitos, aplicando las condiciones vistas:

Cálculo de sección S para su protección frente a sobrecargas

Se aplican las 2 condiciones vistas en sección para protección a sobrecargas de la línea general de alimentación.

1) I ≤ I_n ≤ I_Z  ⇒  192,45 ≤ 200 ≤ 336  ⇒ Sí cumple

2) In ≤ 0,91 I_Z  ⇒  200 ≤ 0,91 · 336 = 305,76  ⇒ Sí cumple

Luego la sección de la LGA de S = 240 mm² queda protegida a sobrecargas por los fusibles.

Cálculo de sección S para su protección frente a cortocircuitos

Se aplican las 2 condiciones analizadas en sección para protección a cortocircuitos de la línea general de alimentación, aplicando el procedimiento de cálculo del manual MT 2.80.12 de Iberdrola.

1) PdC> I_ccmáx   ⇒ El fusible tendrá el PdC mínimo exigible de PdC = 50 kA > 8,5 kA.

2) Se aplica el procedimiento del manual MT 2.80.12 de Iberdrola:

● Para I_ccmáx:  Is > If  ⇒  15.348 > 1.250 ⇒ Sí cumple.

● Para I_ccmín:  I_ccmín > If  ⇒  Simplemente comprobamos que no se exceda la longitud en la tabla del MT 2.80.12 (para LGA de cobre enterradas). La LGA es de 60 m, que no excede los 389 m que corresponden (para fusible de 200A y S de 240 mm²).

Luego la sección de la LGA de S = 240 mm² queda protegida a cortocircuitos por los fusibles.

En resumen:

– CGP: el modelo de CGP a elegir depende de la intensidad calculada para la LGA, que es de 216,51 A. Por tanto, teniendo en cuenta que la acometida es en derivación y la LGA sale por la parte inferior de la CGP, según los esquemas de las cajas generales de protección, el modelo a elegir será el CGP-7-250/BUC.

– Fusibles: el calibre debe ser de un mínimo de 63A y el modelo lo seleccionamos de la tabla de los fusibles de cuchillas de fusibles en las cajas generales de protección. Para al modelo de CGP seleccionado corresponden fusibles de tamaño 1. Los 3 fusibles a instalar serán tipo F CU 1/250 (PdC = 20 kA).

– Secciones: la sección de las fases de la LGA será de S_F = 240 mm². La sección del neutro será de S_N = 120 mm² (tabla de ITC-BT-14), aunque siguiendo la tabla del MT 2.80.12 de Iberdrola correspondería de S_N = 150 mm².

– Tubo: el diámetro del tubo será de 200 mm (tabla de ITC-BT-14)

Ejercicios Resueltos de Línea General de Alimentación

A continuación, se presentan 3 ejercicios resueltos de cálculo de líneas generales de alimentación en instalaciones de enlace de baja tensión:

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