Tamaño y ampacidad del cable: cómo leer tablas de ampacidad y elegir el cable adecuado

Un ingeniero de mantenimiento está volviendo a cablear un motor de 7,5 kW en una línea de envasado. El motor consume 15,5 A a plena carga y alguien sugiere utilizar cobre de 14 AWG para ahorrar costos. Esto funciona en un tendido limpio y fresco de un solo cable, pero este cable tiene que viajar 60 metros a través de un conducto de acero compartido con otros tres conductores energizados, en una planta que regularmente se encuentra por encima de los 40°C en verano. En esas condiciones, 14 AWG es, en el mejor de los casos, marginal y, según la clasificación de aislamiento, no cumple con el código. .

Por lo tanto, el tamaño del cable y la ampacidad deben leerse juntos y no tratarse como un solo número en un gráfico. El calibre define el tamaño físico del conductor; la ampacidad define cuánta corriente puede transportar de forma segura en una instalación específica. Esto es de qué depende la ampacidad, cómo leer las tablas de ampacidad sin engañarse y qué especificar al comprar un cable para un circuito real.

La ampacidad es un límite de temperatura, no una propiedad del conductor

La ampacidad es la corriente máxima, en amperios, que un conductor puede transportar continuamente en las condiciones de uso sin exceder su temperatura nominal. Se pasan por alto dos partes de esa definición. "Continuamente" significa hora tras hora, no sólo durante los pocos segundos que dura el arranque del motor. "Bajo las condiciones de uso" significa que la temperatura ambiente, la agrupación, el recinto y las clasificaciones de terminación participan en la respuesta.

La física es simple: el calor generado en el conductor es proporcional al cuadrado de la corriente (I ² pérdida de R). El cobre y el aluminio toleran ese calor, pero el aislamiento que los rodea no. El aislamiento de PVC suele tener una clasificación de 60 °C o 75 °C, el XLPE de 90 °C y el caucho de silicona de 150 °C o 180 °C en cables especializados. Cuando el aislamiento alcanza su temperatura nominal, el conductor ha alcanzado su ampacidad.

Cómo leer una tabla de ampacidad y tamaño de cable

Los tamaños de cables en América del Norte siguen el sistema American Wire Gauge (AWG), donde un número menor significa un conductor más grueso. Cada tres pasos de calibre aproximadamente duplica o reduce a la mitad el área de la sección transversal, por lo que 10 AWG tiene aproximadamente el doble del área de 13 AWG.

La mayoría de las tablas de ampacidad para trabajos en Norteamérica se basan en la tabla 310.16 de NEC, que enumera las ampacidades permitidas en tres clasificaciones de temperatura de aislamiento: 60 °C, 75 °C y 90 °C. El mismo cable físico aparece tres veces porque el aislamiento, no el cobre, marca el límite .

Los asteriscos marcan la regla de conductores pequeños en NEC 240.4(D): 14 AWG está limitado a un dispositivo de sobrecorriente de 15 A, 12 AWG a 20 A y 10 AWG a 30 A independientemente de la clasificación de aislamiento. Un conductor de 12 AWG con aislamiento de 90 °C puede transportar 30 A según la tabla, pero el código aún lo trata como un conductor de 20 A para la mayoría de los circuitos.

Cinco variables que cambian la ampacidad de un medidor determinado

Para cualquier tamaño de cable, puede encontrar una clasificación generosa y otra conservadora. La diferencia se reduce a qué tan bien el conductor disipa el calor.

1. Clasificación de temperatura de aislamiento

Los aislamientos termoestables como el XLPE y el caucho de silicona resisten temperaturas continuas más altas que el PVC termoplástico, lo que permite una corriente más alta para la misma sección transversal. Pero las terminaciones también importan: si las terminales tienen una clasificación de 60°C o 75°C, debe usar la columna de 60°C o 75°C incluso cuando el aislamiento del cable tiene una clasificación de 90°C. Un cable de alta temperatura puede transportar mucha más corriente, pero sólo si cada conexión a lo largo del circuito está certificada para esa temperatura.

2. Temperatura ambiente y agrupación de conductores.

Las tablas de ampacidad suponen una temperatura ambiente de 30°C. En una sala de máquinas a 45°C, el conductor ya comienza más cerca de su límite de aislamiento, por lo que la corriente permitida cae. Los factores de corrección NEC multiplican el valor de la tabla por un factor que se reduce a medida que aumenta la temperatura ambiente.

La agrupación tiene un efecto similar. Cuando de cuatro a seis conductores portadores de corriente comparten un conducto o bandeja, se calientan entre sí y el factor de ajuste estándar es 0,80. Con siete a nueve conductores baja a 0,70 y con diez a veinte baja a 0,50. Un cable que parece tener el tamaño correcto como alimentador de dos conductores puede tener un tamaño insuficiente en un transportador de cables abarrotado.

3. Conductores de cobre versus conductores de aluminio

Para el mismo calibre, el aluminio tiene aproximadamente el 61 por ciento de la conductividad del cobre, por lo que se necesita una sección transversal mayor para alcanzar la misma ampacidad. En la práctica, el aluminio funciona aproximadamente dos tamaños AWG más grandes: el aluminio 6 AWG a 75 °C tiene una potencia nominal de 50 A, lo mismo que el cobre 8 AWG a 75 °C. El aluminio es más liviano y, a menudo, más barato, pero requiere pasta antioxidante en las terminaciones, terminales aptos para aluminio y una cuidadosa atención a su mayor expansión térmica. Los detalles detrás Comparaciones de ampacidad de cobre y aluminio según los estándares NEC. Explique por qué la regla de dos tallas más grande es la forma más rápida de detectar una discrepancia.

4. Caída de voltaje en recorridos largos

La ampacidad protege el cable del sobrecalentamiento; La caída de voltaje protege la carga contra un bajo rendimiento. Los límites habituales recomendados son el 3 por ciento para un circuito derivado y el 5 por ciento para un derivado más un alimentador combinados. Para un circuito monofásico, la caída de voltaje equivale a 2 veces la longitud unidireccional multiplicada por la corriente multiplicada por la resistencia del conductor por 1000 pies, dividida por 1000. Los circuitos trifásicos usan 1,732 en lugar de 2. Cuando el recorrido es largo, el conductor a menudo debe ampliarse más allá del requisito de ampacidad. La relación entre el voltaje entregado y la corriente de carga se trata en nuestra revisión de los efectos y correcciones del cable de voltaje de entrada versus salida .

Un ejemplo resuelto: dimensionamiento del cable de cobre para una carga de 30 A

Tome una carga continua de 30 A alimentada por un circuito monofásico de 240 V, con un recorrido unidireccional de 40 m (aproximadamente 131 pies). Cuatro conductores portadores de corriente comparten un conducto, la temperatura ambiente es de 40°C y el aislamiento del cable tiene una clasificación de 90°C.

Comience desde la columna de 90°C de la tabla de ampacidad. Un conductor de 10 AWG tiene una clasificación base de 40 A. Al aplicar la corrección ambiental de 0,91 para 40 °C y el ajuste de 0,80 para cuatro conductores se obtiene 40 × 0,91 × 0,80 = 29,1 A, que está por debajo de la carga de 30 A. Un conductor de 8 AWG, con una clasificación base de 55 A, proporciona 55 × 0,91 × 0,80 = 40,0 A, cómodamente por encima de la carga.

La verificación de caída de voltaje para el conductor de 8 AWG utiliza una resistencia de aproximadamente 0,78 ohmios por 1000 pies a 75 °C. La caída de voltaje monofásico es 2 × 131 × 30 × 0,78 / 1000 = 6,1 V, que es el 2,5 por ciento de 240 V y está dentro del límite normal del 3 por ciento. Si el recorrido fuera de 100 m en lugar de 40 m, la caída de voltaje alcanzaría aproximadamente el 6,4 por ciento y la elección correcta cambiaría a 6 AWG aunque el cálculo de ampacidad ya hubiera pasado.

Selección de cables industriales: donde la ampacidad se complica

En el cableado fijo de edificios, las cuestiones clave son el tamaño del conductor, la clasificación de aislamiento y el método de instalación. En aplicaciones industriales y de equipos móviles, aparecen tres preocupaciones más: armónicos, flexión continua y ciclo de trabajo.

Cables VFD: la corriente no es una onda sinusoidal limpia

Un variador de frecuencia (VFD) ofrece una salida modulada por ancho de pulso que contiene armónicos. Los armónicos aumentan el calentamiento RMS del conductor incluso cuando la corriente fundamental del motor parece razonable y los bordes rápidos de voltaje tensionan el aislamiento. Para los circuitos de salida del variador, la respuesta habitual es un cable blindado con una disposición de tierra simétrica, y la ampacidad debe incluir un margen para el calentamiento adicional. Los requisitos prácticos cubiertos en nuestro guía de requisitos de cables VFD para cableado de accionamiento flexible blindado Vale la pena comprobarlo antes de finalizar una talla. Para la instalación de un nuevo variador, se debe instalar un disco con aislamiento XLPE. Cable flexible VFD con blindaje trenzado de cobre Combina una clasificación de 90 °C con un blindaje EMI continuo en un solo conjunto.

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Cadena de arrastre y cables de flexión continua.

La vida flexible está determinada por el trenzado, la geometría del conductor y el material de la cubierta, no por la ampacidad. Sin embargo, los dos interactúan en la práctica. En un transportador de cables, los conductores generalmente están agrupados y encerrados, por lo que se debe aplicar a cada núcleo el factor de 0,80 para cuatro a seis conductores, o peor para haces más grandes. Los cordones finos que se flexionan bien funcionan ligeramente más calientes para la misma sección transversal porque los espacios de aire entre los cordones reducen el área conductora efectiva, aunque la diferencia es lo suficientemente pequeña como para que las tablas de ampacidad estándar sigan siendo válidas. La chaqueta todavía tiene que sobrevivir al medio ambiente, ya sea PUR para resistencia al aceite o TPU para la abrasión, mientras que el cobre funciona con el valor reducido.

Cables de soldadura: el ciclo de trabajo cambia el cálculo

Los cables de soldadura ilustran por qué son importantes las "condiciones de uso". Un cable de soldadura está diseñado para servicios de baja tensión y alta corriente con un ciclo de trabajo limitado, por lo que se clasifica utilizando valores intermitentes en lugar de ampacidad continua. Su trenzado extrafino y su cubierta de goma flexible facilitan su bobinado y arrastre por el taller. un cable de soldadura de caucho de alta resistencia de la sección transversal derecha transporta la corriente del soldador sin sobrecalentarse, pero el mismo cable no sería una opción válida para un circuito de alimentación continua de 24 horas clasificado en la columna continua.

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Qué especificar al comprar cable

Cuando solicita una cotización, el número de calibre por sí solo no es suficiente. Un proveedor necesita conocer los materiales de aislamiento y cubierta, la clase de temperatura, la cantidad de conductores que transportan corriente, la temperatura ambiente, el método de instalación y si el circuito funciona de forma continua o intermitente. Sólo entonces se podrá verificar la ampacidad con la tabla correcta.

Para los equipos exportados a Norteamérica, la certificación UL hace que la calificación sea verificable durante la inspección. un Cable de alimentación norteamericano certificado por UL con una clasificación de temperatura impresa le permite al inspector eléctrico confirmar que el tamaño del conductor coincide con la protección del circuito. Para aplicaciones dinámicas, se aplica la misma lógica ya sea que el cable sea del tipo cadena de arrastre, un cable enrollable o un cable plano: la hoja de datos debe indicar la ampacidad bajo las condiciones de operación, no solo la sección transversal.

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La forma confiable de dimensionar cualquier circuito es trabajar hacia atrás desde la carga. Lea la corriente de carga completa, seleccione el tamaño del conductor y la clasificación de aislamiento, aplique las correcciones ambientales y de agrupación, verifique la caída de voltaje en la distancia real y verifique que la protección contra sobrecorriente coincida con las reglas para conductores pequeños. Ese proceso lleva menos de diez minutos y evita el costoso y potencialmente peligroso error de Tratar un número de calibre como una calificación actual .