Ejemplo práctico del procedimiento de cálculo

Desarrollaremos un ejemplo práctico para ilustrar el procedimiento de cálculo y las particularidades de estas instalaciones que van ganando peso en el panorama eléctrico.

Partimos de los siguientes datos:

• 6 circuitos de conexión a PDU de 2100 A cada uno
• Instalación en escalera de cables

Podemos ver que se trata de un amperaje elevado, pero no es exagerado para un data center de cierta entidad.

Con esa intensidad y el factor de corrección por agrupamiento podemos partir de la suposición de que cada circuito va a necesitar 3 conductores por fase. Si estamos equivocados corregiremos la suposición.

Siendo así, podemos agrupar bandejas en 3 niveles con 2 circuitos de 3 conductores por fase por bandeja.

En este caso tendremos una agrupación de 6 ternas por bandeja y 3 niveles. Si recurrimos a las tablas de coeficientes de corrección por agrupamiento de UNE-HD 60364-5-52 nos encontramos que sólo tenemos coeficiente para 3 ternas y 3 bandejas en la última fila de la tabla B.52.21:

… pero necesitamos coeficiente de corrección por agrupamiento para 6 ternas por bandeja.

En ausencia de otros datos se puede recurrir a cálculos de programas basados en IEC 60287 con todo el aporte de información necesaria para obtener un resultado fiable.
Entendemos que hay una solución alternativa razonable basada en normas recurriendo a la UNE 20435 (para cables entre 1 y 30 kV), que si bien es una norma anulada hace años tiene contenidos que están demostradamente justificados técnicamente. Y además debemos añadir que esos contenidos en lo referente a los coeficientes de corrección por agrupamiento están actualmente vigentes en la ITC-LAT 06 del RLAT (Reglamento de Líneas de Alta Tensión). Por tanto, tratándose de cables y de su cálculo desde el punto de vista de la correcta ventilación del calor que generan admitimos que es una solución aceptable.

En la norma UNE 20435 encontramos la tabla 13 que es gemela de la tabla 16 de la ITC-LAT 06 del RLAT (salvo un par de valores en la última columna que ya se hemos corregido a continuación tomándolos de UNE 20435):

En esta tabla comprobamos que para 6 ternas y 3 bandejas aplica un coeficiente de 0,89.

El dibujo también recoge detalles interesantes como la separación entre bandejas (30 cm) y la separación de la primera terna a la pared (≥ 2 cm).

NOTA: Aunque el dibujo muestre cables tripolares en el título del texto se incluyen también unipolares. El título de la tabla es para bandejas perforadas pero este sistema de instalación tiene valores de coeficientes de corrección por agrupamiento más bajos que para escaleras de cables al ventilar mejor el calor generado este último sistema de instalación por lo que se puede considerar un valor de seguridad el de la tabla 16 del RLAT. No hay más que comparar entre los dos sistemas de instalación en la tabla B.52.21 de UNE-HD 60364-5-52.

Ahora para obtener la sección de conductor mínima necesaria por intensidad admisibles debemos consultar la UNE-HD 60364-5-52. Los valores para bandeja perforada, rejilla o escalera de cables proceden del método F. Se pueden extraer de la tabla B.52.12.

También los tenemos contenidos en la ficha de nuestro cable específico de flexibilidad aumentada para estas aplicaciones Afumex Data Centers donde ya figuran los valores para cables tendidos en bandejas perforadas o escalera de cables a 40 ºC y a la sombra (condición estándar en España).

Si tomamos cables de 1×500 mm² la intensidad es 861 y ya podemos comprobar si 3 conductores por fase podrían soportar los 2100 A que necesitamos:

3 x 861 x 0,89 = 2299 A > 2100 A

Efectivamente en principio podría ser una solución válida instalar cables de 500 mm² para los 6 circuitos que necesitamos en las condiciones de instalación explicadas.

Es una sección elevada respecto a los límites habituales de 240 o 300 mm² que se vienen manejando, pero las elevadas potencias eléctricas en BT que se necesitan en estos y otros proyectos novedosos como los sistemas BESS han llevado a la incorporación habitual de conductores de hasta 630 mm² para líneas de BT. De ahí que la flexibilidad aumentada del Afumex Data Centers sea una cualidad de alto valor añadido para la ejecución de los tendidos y adaptar los cables a las singularidades de sus recorridos. La cuerda conductora tiene los hilos ordenados de diferente forma a la habitual (cuerda turonada) lo que le confiere una flexibilidad extra.

De hecho, para este caso y dada la acumulación de bandejas y de conductores múltiples por fase lo propio es ir a sección de 630 mm² porque, aunque actualmente la norma de intensidades admisibles no diga nada, la antigua UNE 20435 con acierto recomienda aplicar un coeficiente corrector no superior a 0,9 cuando se emplean varios conductores por fase. Consideramos esto una buena práctica y más en tal acumulación de cables en paralelo y bandejas. Lo que nos daría:

3 x 990 x 0,89 x 0,9 = 2379 A > 2100 A

Si pensamos en emplear una sección menor a costa de emplear más conductores por fase también podemos hacer el cálculo. Por ejemplo, comprobar si emplear 4 conductores por fase de 400 mm2 nos valdría para los circuitos que queremos alimentar:

4 conductores de 1×400 mm2 por fase nos llevan a un valor de tabla de 749 A y un coeficiente de corrección para 8 ternas por bandeja y 3 bandejas de 0,88 (tomando el valor más desfavorable tabulado):

4 x 749 x 0,88 x 0,9 = 2373 A > 2100 A

Vemos que la instalación de 4 conductores de 1 x 400 mm2 por fase es también una solución aceptable como alternativa si queremos usar menor sección de conductor.

Faltaría hacer comprobaciones por caída de tensión, pero informamos que si la línea tuviese 150 m la caída de tensión sería inferior al 4 % (tanto con la solución de 630 mm2 como la de 400 mm2). Siempre considerando también la influencia de la reactancia de la línea (0,08 Ω/km) que aumenta la caída de tensión que provoca la resistencia y más con secciones elevadas como es el caso.

Conclusiones

Lo expuesto en este artículo tiene el objetivo de orientar en soluciones factibles en base al contenido de la normativa y conocimientos propios de Prysmian dado que no siempre se encuentran soluciones escritas en las normas de aplicación o en reglamentos. El caso representado no es infrecuente, los centros de datos son grandes consumidores de energía y en consecuencia sus instalaciones necesitan tendidos de muchos cables de gran sección. La correcta instalación de los mismos es especialmente importante porque se genera mucho calor en las líneas y debe ser correctamente evacuado.

Si el proyectista lo estima puede afectar el cálculo de algún coeficiente de corrección por temperatura superior a 40 ºC si la acumulación de calor en los tendidos así lo aconseja, es un importante detalle al que estar vigilante. Si se considera una temperatura ambiente máxima de 50 ºC el coeficiente corrector a añadir sería 0,9 (tabla B.52.14 de UNE-HD 60364-5-52). Con los cálculos realizados tanto la solución de 630 mm2 como la de 400 mm2 admitirían este coeficiente adicional y las líneas podrían seguir transportando los 2100 A necesarios.

En la medida posible conviene no acumular bandejas en vertical, en definitiva, velar por la correcta ventilación de los tendidos eléctricos.

Para la protección contra sobreintensidades en este tipo de disposiciones con conductores en paralelo se recomienda ver el anexo C de UNE-HD 60364-4-43. La posibilidad de que una sobrecarga o cortocircuito afecte a uno o varios conductores de la formación necesita un tratamiento especial como es de imaginar.