Caída de tensión en cables resistentes al fuego
Cálculo de sección por caída de tensión en cables resistentes al fuego. ¿Cómo debe tenerse en cuenta el aumento de la resistencia en caso de incendio?
Era casi un secreto a voces, pero está claro que muchos habían reflexionado sobre el sobrecalentamiento que puede sufrir un cable que debe dar servicio en caso de incendio. La afectación directa de las llamas eleva enormemente la resistencia eléctrica de los conductores lo que afecta notablemente a la sección calculada por el criterio de la caída de tensión arriesgando el funcionamiento correcto de los receptores. Ahora ya existe método que soluciona esta situación que claramente comprometía la seguridad.
Europacable en colaboración con Facel, asociaciones europea y nacional de fabricantes de conductores eléctricos respectivamente junto con el European Copper Institute, han elaborado una guía en la que se aborda el problema de la garantía de suministro en las líneas de servicios de seguridad en caso de incendio.
En este documento se explica y cuantifica como debe ser afectado el cálculo de sección por caída de tensión para asegurar el correcto funcionamiento de los receptores de seguridad conectados.
Aumento de la resistencia en caso de incendio
La Ley de Wiedemann-Franz explica el incremento de la resistencia eléctrica más allá de lo que se viene manejando habitualmente, donde no se suele pasar de 90 ºC dado que es la temperatura mayor en régimen permanente de los conductores de cables termoestables.
Si estamos pensando en cables resistentes al fuego tipo Afumex Class Firs (AS+) ensayados a 842 ºC (UNE-EN 50200, según prescribe la ITC-BT 28 del REBT) para poder prestar servicio durante y después de un incendio, es evidente que debemos tener en consideración el aumento de la resistencia en caso de incendio. En la siguiente gráfica podemos ver la evolución de la resistencia, respecto al estándar, cuando el cable es afectado directamente por el fuego.
Podemos ver que en 2 horas la resistencia se multiplica casi por 6. Esta curva resistencia-tiempo nos facilita un coeficiente de corrección a incluir en la fórmula de obtención de la sección por caída de tensión en función del tiempo exigido de funcionamiento del receptor de seguridad que exige su normativa. Hasta 90 minutos esta situación no afectaría al cálculo de sección por intensidad admisible.
El valor de tal coeficiente figura en la siguiente tabla. Donde en función del tiempo y el porcentaje más largo de línea que puede ser afectada por el fuego (dependiendo de la sectorización) obtenemos un valor numérico que debe multiplicar la intensidad a introducir en la fórmula de cálculo de la sección por caída de tensión.
Ejemplo de cálculo
Supongamos un caso sencillo de alimentación a un grupo de presión contra incendios con los siguientes datos:
P = 55 kW
U = 400 V (trifásica)
cos ϕ = 0,9
ΔU = 5 %
L = 48 m
Máxima longitud del tendido en un sector de incendio = 43 m
Instalación en bandeja perforada
Cable unipolar tipo Afumex Class Firs (AS+) (resistente al fuego)
Calculemos primero por el criterio de la intensidad admisible, cuyo procedimiento es el habitual por necesitar menos de 90 minutos de servicio:
La intensidad será:
La norma UNE 23500 de sistemas de abastecimiento de agua contra incendios establece que el cálculo de cables hasta el cuadro de arranque debe estar pensado para una sobrecarga del 50 % sobre la carga máxima. De ahí que la intensidad a tomar será:
I = 88 x 1,5 = 132 A
Con este valor vamos recurrimos a la norma de referencia en el REBT (UNE-HD 60364-5-52) para obtener la sección por el criterio de la intensidad admisible.
Al tratarse de bandeja perforada con cable unipolar, termoestable y trifásica, el sistema de instalación será F y deberemos ir hasta XLPE3 en la tabla de intensidades admisibles:
Vemos que el primer valor que supera los 132 A es 153 y corresponde a la sección de 35 mm2.
La normativa establece un mínimo de 60 minutos como tiempo de funcionamiento de los grupos de presión contra incendios. Añadir que el cable resistente al fuego tipo Afumex Class Firs (AS+) soporta 2 horas de resistencia al fuego (842 ºC), máximo tiempo de UNE-EN 50200.
En el enunciado leemos que la línea tiene 48 m y que el segmento más largo que puede estar en un sector de incendios y por tanto afectado por el fuego es de 43 m. El porcentaje entonces es:
43/48 x 100 = 89,6 % → 90 % (en tabla)
Con el tiempo y el porcentaje podemos ir a la tabla de coeficientes mayoradores de la intensidad para el cálculo de la sección por caída de tensión:
Es decir, en la fórmula debemos introducir la intensidad a emplear multiplicada por 4,80 (además de la mayoración del 50 % que establece la norma UNE 23500). Lo aplicamos directamente al valor de la potencia P que es lo mismo para la siguiente fórmula:
Nota 1
ϒ es la conductividad del cobre a 20 ºC. Temperatura de referencia para la que se ha elaborado la gráfica y la tabla de arriba. 58 m/(Ω·mm²) es el valor de la conductividad del cobre a 20 ºC según UNE 20003. Otras fuentes toman el valor 56.
En este caso vemos como la sección por intensidad admisible es inferior a la calculada por el criterio de la caída de tensión, el criterio dominante ha pasado a ser la caída de tensión (a falta de comprobación por criterio de cortocircuito) por efecto de la gran elevación de la resistencia en un amplio segmento del cable en el sector de incendio que abarca mayor longitud del tendido (43 m). De haber calculado por el método tradicional la sección solución hubiera sido sólo de 10 mm2, con lo que habría dominado el criterio de la intensidad admisible con 35 mm2 y como se ha demostrado el cable estaría infradimensionado.
Nota 2
Aunque la sección solución es mayor de 35 mm2 en cobre y en general para estos casos recomendamos considerar la reactancia en los cálculos de sección por caída de tensión, en este caso la obviamos por su baja incidencia en relación a la resistencia que como vemos está magnificada por efecto de la elevada temperatura.
Nota 3
El presente cálculo pretende ilustrar que, razonablemente, si queremos buenas prestaciones en caso de incendio, o algo tan importante como asegurar las mismas debemos tener en cuenta desde el cálculo de las líneas la sobreelevación de resistencia que eventualmente se puede producir. Otros coeficientes a aplicar a los cálculos según normativas específicas igualmente deberán ser considerados. El ejemplo desarrollado ha pretendido orientar y ayudar a entender lo que conlleva un correcto cálculo del cable. Ver la guía original y su bibliografía para mayor seguridad.
Lisardo Recio
Product Manager de Prysmian
RECOMENDAMOS:
Guía – Dimensionado de los cables resistentes al fuego
Libro Blanco de la Instalación para Baja Tensión
Nuevo curso experto en cables de Baja Tensión.
