Calculadora de sección de cable: mm² y AWG, protección, cortocircuito y media tensión

Sección de cable en mm² (IEC 60364-5-52) y AWG/kcmil (NEC) por intensidad admisible, protección, cortocircuito, caída de tensión, armónicos, neutro y PE, e intensidad admisible de cables de media tensión por IEC 60287, con los métodos de IEEE 399 e IEEE 525.

Calculadora de cables: baja tensión, media tensión y cortocircuito

Tres herramientas en una. En baja tensión da la sección en mm² (IEC 60364-5-52) y en AWG/kcmil (NEC 310.16) por intensidad admisible y, si se piden, comprueba la protección, el cortocircuito, la caída de tensión, los armónicos, el neutro y el conductor de protección. En media tensión calcula la intensidad admisible de cables unipolares de 3,6/6 a 18/30 kV con IEC 60287. La tercera pestaña da la intensidad de cortocircuito que aguanta un conductor.

Circuito

A
V

Conductor e instalación

°C

Agrupamiento con otros circuitos

«Circuitos agrupados» cuenta los circuitos (o cables multiconductores) del grupo, incluido este. En las tablas de bandejas y en las de cables enterrados el número de circuitos que admite la norma es limitado: si se supera, la calculadora lo dice en vez de extrapolar.

Caída de tensión

Protección contra sobrecargas (IEC 60364-4-43)

Cortocircuito (IEC 60364-4-43, 434.5.2)

Neutro, armónicos y conductor de protección

Conductores en paralelo por fase

Los conductores en paralelo deben ser del mismo material, sección, longitud y trazado, sin derivaciones (IEC 60364-5-52, 523.7; NEC 310.10(G), desde 1/0 AWG). Cada uno lleva Ib/n y el agrupamiento se recalcula con n veces más circuitos.

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Qué hace esta calculadora

Son cuatro herramientas en una página. La pestaña de baja tensión da la sección mínima de un conductor en los dos sistemas que conviven en el mercado —las secciones métricas de IEC 60228 y los calibres americanos AWG y kcmil— para cobre y aluminio con aislamiento termoplástico (PVC, 70 °C) o termoestable (XLPE o EPR, 90 °C). La de media tensión calcula la intensidad admisible de cables unipolares de 3,6/6 kV a 18/30 kV con el método de IEC 60287. La de cortocircuito admisible dice cuánta corriente de falta aguanta un conductor, o qué sección hace falta para una falta dada. La de métodos IEEE ajusta la intensidad de las tablas de IEEE 835 a la instalación real (IEEE 399) y calcula la caída de tensión, el cortocircuito y la tensión de tendido de IEEE 525.

En baja tensión la sección se decide por varias condiciones que la calculadora comprueba a la vez, y la que pide más sección es la que manda:

  1. el calentamiento en servicio (intensidad admisible, con temperatura, agrupamiento y terreno);
  2. la coordinación con la protección contra sobrecargas;
  3. la caída de tensión a lo largo del circuito;
  4. la solicitación térmica en cortocircuito;
  5. los armónicos que cargan el neutro.

Las condiciones 2 a 5 son opcionales: se activan con su casilla. Con la sección elegida, la calculadora da además el neutro, el conductor de protección y la ficha IEC 60228 del conductor.

Primera condición: la intensidad admisible

Un cable se calienta por efecto Joule y su aislamiento tiene una temperatura máxima que no debe superar en servicio continuo: 70 °C para el PVC y 90 °C para los polímeros reticulados. La intensidad que lo lleva justo a esa temperatura es su intensidad admisible Iz, y depende de cómo evacua el calor: no es lo mismo un cable al aire que uno empotrado en una pared aislante, ni un cable solo que uno en un haz de doce.

IEC 60364-5-52 tabula Iz para cada sección, material y aislamiento en función del método de instalación de referencia, identificado con una letra:

  • A1 y A2: conductores aislados o cable multiconductor en tubo empotrado en una pared térmicamente aislante. Es el peor caso.
  • B1 y B2: lo mismo, pero con el tubo sobre la pared o en un canal.
  • C: cable multiconductor fijado directamente a la pared o sobre bandeja no perforada.
  • D1 y D2: cable en tubo enterrado o directamente enterrado. La temperatura de referencia aquí es la del terreno, 20 °C.
  • E: cable multiconductor al aire libre o sobre bandeja perforada, con aire circulando alrededor.
  • F: cables unipolares en contacto al aire o en bandeja perforada, en trébol o en plano (tablas B.52.10 a B.52.13, de 25 a 630 mm²).
  • G: cables unipolares separados al menos un diámetro, en plano horizontal o vertical. Es el método que más corriente admite.

Los valores de las tablas están dados a 30 °C de temperatura ambiente (20 °C enterrado), para un solo circuito y, enterrados, para un terreno de 2,5 K·m/W. Cuando la realidad es otra se aplican factores de corrección:

  • Temperatura (tablas B.52.14 y B.52.15): de 1,22 a 10 °C hasta 0,50 a 60 °C para el PVC.
  • Resistividad térmica del terreno (tabla B.52.16), sólo en D1 y D2: un terreno húmedo de 1 K·m/W sube la intensidad un 18 % bajo tubo y un 50 % directamente enterrado; uno seco de 3 K·m/W la baja un 4 % y un 10 %.
  • Agrupamiento, con la tabla que corresponde a la disposición real: B.52.17 para cables agrupados (fila 1: 0,80 con dos circuitos, 0,70 con tres, 0,50 con nueve) o en capa única sobre pared, techo, bandeja o escalera (filas 2 a 5, más favorables); B.52.18 para cables directamente enterrados según su separación; B.52.19 para tubos enterrados; B.52.20 y B.52.21 para cables multiconductores o ternas de unipolares en varias bandejas superpuestas.

La condición que se comprueba es Ib ≤ Iz × kT × kG × kR: la intensidad de diseño no puede superar la admisible corregida. Cuando el agrupamiento se sale de lo que tabula la norma —más de seis circuitos en tubos enterrados, por ejemplo— la calculadora lo dice en lugar de extrapolar.

NEC 310.16 hace lo mismo con los calibres americanos y tres columnas de temperatura (60, 75 y 90 °C) según el tipo de aislamiento (TW, THW/THWN/XHHW, THHN/XHHW-2). La corrección por temperatura ambiente se calcula con la fórmula de 310.15(B)(1) y el ajuste por más de tres conductores portadores en la misma canalización con la tabla 310.15(C)(1). Para 14, 12 y 10 AWG la protección queda limitada a 15, 20 y 30 A aunque la tabla permita más (240.4(D)): si se indica una protección mayor, la calculadora sube el calibre.

Segunda condición: la protección contra sobrecargas

Un cable que cumple la intensidad admisible todavía tiene que estar bien protegido. IEC 60364-4-43 (433.1) exige dos condiciones al dispositivo que protege contra sobrecargas:

  • Ib ≤ In ≤ Iz: la intensidad asignada (o el ajuste) de la protección está entre la de diseño y la admisible del cable.
  • I2 ≤ 1,45 × Iz: la corriente que asegura el disparo en el tiempo convencional, I2, no supera 1,45 veces la admisible.

I2 depende del dispositivo: 1,45 In en los interruptores automáticos modulares de IEC 60898, 1,30 Ir en los industriales de IEC 60947-2 y, en los fusibles gG de IEC 60269, 2,1 In hasta 4 A, 1,9 In de 4 a 16 A y 1,6 In desde 16 A. Con un automático modular la segunda condición se cumple sola; con un fusible gG obliga a que la Iz corregida del cable llegue a 1,1 In.

Por ejemplo, 19 A trifásicos en tubo sobre pared (método B1), cobre y PVC. Con un automático de 20 A basta 2,5 mm² (Iz = 21 A). Con un fusible gG de 20 A, I2 = 32 A exige Iz ≥ 22,1 A y hacen falta 4 mm². La calculadora elige la In normalizada inmediatamente superior a Ib, o usa la que se le indique, y busca la sección que cumple las dos condiciones. Con conductores en paralelo, Iz es la suma de las de todos ellos (433.4.1). Si se activa la protección, el lado NEC da también el conductor de puesta a tierra de equipos de la tabla 250.122.

Tercera condición: la caída de tensión

Un conductor largo puede estar frío y aun así entregar al receptor menos tensión de la que necesita. La caída se calcula con la impedancia del conductor a su temperatura de servicio:

ΔU = k × Ib × L × (R·cos φ + X·sen φ)

con k = 2 en monofásica y continua y k = √3 en trifásica; R es la resistencia por metro del conductor —la resistencia máxima que fija IEC 60228 para esa sección, material y clase, llevada a 70 °C o 90 °C— y X la reactancia, que en cables de baja tensión ronda 0,08 Ω/km y sólo pesa en secciones grandes con factor de potencia bajo. La calculadora busca la menor sección de la serie IEC 60228 que mantiene ΔU por debajo del porcentaje admisible de la tensión nominal.

Cuarta condición: el cortocircuito

Durante un cortocircuito la corriente es tan grande y tan breve que el conductor no tiene tiempo de ceder calor: toda la energía se queda dentro y lo calienta. IEC 60364-4-43 (434.5.2) exige que la protección corte la falta antes de que el conductor alcance la temperatura límite del aislamiento, lo que se traduce en la condición adiabática:

k² × S² ≥ I² × t

con S la sección en mm², I la intensidad de cortocircuito y t el tiempo de corte. La constante k depende del metal y de las temperaturas inicial y final (tabla 43A): 115 para cobre con PVC (de 70 °C a 160 °C), 143 para cobre con XLPE o EPR (de 90 °C a 250 °C), 76 y 94 para el aluminio, y 103 y 68 en PVC por encima de 300 mm², cuyo límite baja a 140 °C. La calculadora no usa la tabla sino la fórmula de la que sale, la de IEC 60949:

k = √( Qc (β + 20) / ρ20 × ln((β + θf) / (β + θi)) )

que en cobre se reduce a 226 √ln(…) y en aluminio a 148 √ln(…). Así se puede partir de cualquier temperatura inicial, por ejemplo 75 °C para el lado NEC o 30 °C para un conductor de protección independiente.

Un ejemplo: 20 A en una línea con 10 kA de cortocircuito previsto y 0,1 s de tiempo de corte. Por calentamiento bastarían 2,5 mm², pero la falta pide √(10 000² × 0,1) / 115 = 27,5 mm² en PVC: 35 mm². Con XLPE (k = 143), 22,1 mm²: 25 mm². La fórmula vale de 0,1 s a 5 s; por debajo de 0,1 s pesa la asimetría de la corriente y hay que usar el I²t que deja pasar la protección, dato del fabricante, que se puede introducir directamente. Para los calibres americanos se aplica la misma ecuación, que es la de ICEA P-32-382 e IEEE 525, con 150 °C de temperatura final en los termoplásticos y 250 °C en XLPE y EPR.

Neutro, armónicos y conductor de protección

En un circuito trifásico equilibrado y sin armónicos el neutro no lleva corriente. Pero las fuentes conmutadas, los variadores y el alumbrado electrónico generan tercer armónico, que no se anula en el neutro: se suma. Con un 33 % de tercer armónico en la fase, el neutro lleva tanta corriente como cada fase, y por encima de eso, más. El anexo E de IEC 60364-5-52 da el factor de reducción para cables de 4 y 5 conductores con el neutro de la misma sección:

Tercer armónico en la faseSe dimensiona conFactor
0 a 15 %la corriente de fase1,00
15 a 33 %la corriente de fase0,86
33 a 45 %la corriente del neutro (3 × h3 × Ib)0,86
más del 45 %la corriente del neutro1,00

El ejemplo de la norma: 39 A en cable de cuatro conductores sobre pared, PVC. Sin armónicos bastan 6 mm²; con un 20 %, 39 / 0,86 = 45 A y 10 mm²; con un 40 %, el neutro lleva 46,8 A y se dimensiona para 54,4 A: 10 mm²; con un 50 %, 58,5 A y 16 mm².

El neutro tiene la misma sección que la fase en los circuitos monofásicos y en los trifásicos de hasta 16 mm² de cobre o 25 mm² de aluminio (524.2). Por encima puede reducirse, pero sólo si la corriente máxima prevista en el neutro, armónicos incluidos, cabe en la sección reducida, si el neutro queda protegido contra sobrecargas (431.2) y si no baja de 16 mm² Cu / 25 mm² Al (524.3). Con más de un 10 % de armónicos no se reduce.

El conductor de protección se elige con la tabla 54.2 de IEC 60364-5-54 —igual a la fase hasta 16 mm², 16 mm² hasta 35 mm² y la mitad por encima— o se calcula con la misma ecuación adiabática del cortocircuito (543.1.2), que puede dar una sección menor. La k es distinta si el conductor va dentro del cable (parte de la temperatura de servicio: 115 o 143 en cobre) o es un conductor aislado independiente (parte de 30 °C: 143 con PVC y 176 con XLPE en cobre).

La serie IEC 60228: secciones, clases y resistencia

La norma europea que define el conductor no es la de la instalación sino IEC 60228 (en España, UNE-EN 60228): fija la serie de secciones nominales, de 0,5 a 2500 mm², y para cada una la resistencia máxima en corriente continua a 20 °C. La sección nominal se define por esa resistencia, no por sus milímetros: dos conductores «de 4 mm²» de fabricantes distintos pueden tener secciones geométricas distintas, pero ninguno puede superar 4,61 Ω/km. Por eso la calculadora usa esa resistencia, y no la resistividad genérica del metal, para la caída de tensión.

La norma distingue cuatro clases por flexibilidad: la clase 1 es un alambre único (rígido, hasta 35 mm² en cobre), la clase 2 es el conductor cableado de instalación fija (el habitual en los cables de potencia, con un número mínimo de alambres que va de 7 a 91), y las clases 5 y 6 son los conductores flexibles y muy flexibles de las mangueras y los cables de máquina, que sólo existen en cobre y tienen algo más de resistencia para la misma sección. La calculadora pide la clase y da, junto a la sección recomendada, su resistencia máxima a 20 °C y a la temperatura de servicio, y el número mínimo de alambres o el diámetro máximo de alambre según la clase.

Valores de la clase 2 (cobre desnudo y aluminio) con el calibre americano de área igual o superior:

mm²Cu Ω/km a 20 °CAl Ω/km a 20 °C≈ AWG / kcmil
1,512,1—15 AWG
2,57,41—13 AWG
44,61—11 AWG
63,08—9 AWG
101,833,087 AWG
161,151,915 AWG
250,7271,203 AWG
350,5240,8681 AWG
500,3870,6411/0 AWG
700,2680,4433/0 AWG
950,1930,3204/0 AWG
1200,1530,253250 kcmil
1500,1240,206300 kcmil
1850,09910,164400 kcmil
2400,07540,125500 kcmil
3000,06010,100600 kcmil
4000,04700,0778800 kcmil
5000,03660,06051000 kcmil
6300,02830,04691250 kcmil

Las tablas de intensidad admisible de IEC 60364-5-52 llegan a 300 mm² en los métodos A a E y a 630 mm² en los métodos F y G. Por encima, la calculadora sigue dimensionando por caída de tensión con la serie IEC 60228 hasta 2500 mm², pero avisa de que el calentamiento no se ha comprobado y de que lo habitual es repartir la corriente en varios conductores por fase.

Métrico frente a AWG

Los dos sistemas no son intercambiables uno a uno. En IEC 60228 las secciones nominales van en una progresión de 1,5 a 300 mm² (y hasta 1000 mm² para grandes conductores). El American Wire Gauge define diámetros en una progresión geométrica en la que cada tres calibres se dobla la sección: 10 AWG son 5,26 mm², 7 AWG serían 10,5 mm². Por encima de 4/0 AWG (107 mm²) se pasa a expresar la sección en kcmil, miles de circular mils, donde 1 kcmil = 0,5067 mm².

Lo que importa en la práctica: la calculadora resuelve las dos tablas por separado y, junto a cada resultado, indica el equivalente en el otro sistema. Que una sección métrica «equivalga» a un calibre AWG significa sólo que su área es igual o mayor; la intensidad admisible sigue siendo la de la tabla que corresponda.

Ejemplo resuelto

Motor trifásico a 400 V con una intensidad de diseño de 63 A y cos φ = 0,85. Cable de cobre con aislamiento XLPE, fijado directamente sobre pared (método C), 30 °C, sin otros circuitos alrededor. Longitud 120 m, caída máxima admisible 3 %.

  • Por intensidad admisible: la tabla B.52.3 da 71 A para 10 mm² con tres conductores cargados, y 71 ≥ 63. Sección mínima 10 mm². En NEC, columna de 90 °C: 6 AWG admite 75 A.
  • Por caída de tensión: IEC 60228 fija para 25 mm² de cobre clase 2 una resistencia máxima de 0,727 Ω/km a 20 °C, que a 90 °C son 0,927 Ω/km. Con 10 mm² (1,83 Ω/km a 20 °C), ΔU = √3 × 63 × 120 × (0,002333 × 0,85 + 0,00008 × 0,527) = 26,5 V, el 6,6 %: demasiado. Con 16 mm² baja al 4,22 %; con 25 mm², al 2,72 % (10,9 V).
  • Sección recomendada: 25 mm² de cobre XLPE, equivalente a 3 AWG. Manda la caída de tensión, no el calentamiento, como es habitual en circuitos de más de 50 o 60 m.

Si el mismo circuito fuera de aluminio, el calentamiento pediría 16 mm² (tabla B.52.5, método C: 76 A) y la caída de tensión, 50 mm²: con 35 mm² (0,868 Ω/km) se queda en el 3,23 %, por encima del límite.

Varios conductores en paralelo por fase

Cuando la intensidad no cabe en un solo conductor —o el que hay en almacén es más pequeño de lo que pide el cálculo— la solución habitual es poner varios conductores idénticos en paralelo por fase. La calculadora lo resuelve de dos maneras: fijando el número de conductores, y entonces dimensiona cada uno para Ib/n; o fijando la sección disponible, y entonces dice cuántos hacen falta. En ambos casos el factor de agrupamiento se recalcula con n veces más circuitos, que es lo que hace que dos conductores en paralelo no transporten exactamente el doble que uno, y la caída de tensión se comprueba con la corriente de cada rama.

Las condiciones para que el reparto de corriente sea real las fija IEC 60364-5-52 (523.7) y coinciden con las del NEC (310.10(G), que además sólo lo permite a partir de 1/0 AWG): mismo material, misma sección, misma longitud y mismo trazado, sin derivaciones intermedias, y una protección común al conjunto. Con conductores unipolares conviene además disponerlos de forma simétrica (en trébol o alternando fases) para que la impedancia de cada rama sea la misma; si no, una rama se lleva más corriente que las otras y el cálculo deja de valer. En cobre, hasta 240 mm² suele salir más barato un conductor único que dos pequeños; a partir de ahí, y siempre en aluminio de gran sección, el paralelo es la norma.

Media tensión: el cálculo de IEC 60287

Para los cables de media tensión no hay una tabla de instalación que sirva para todo: la intensidad admisible se calcula con IEC 60287, el mismo método con el que los fabricantes elaboran sus catálogos. La idea es un circuito térmico: el calor que se genera en el conductor (I²R) y en la pantalla atraviesa en serie el aislamiento, la cubierta y el terreno o el aire, y la suma de esas resistencias térmicas fija cuánto se calienta el conductor por encima del ambiente. Con tres cables unipolares y sin armadura:

I = √( Δθ / ( R·T1 + R·(1 + λ1)·(T3 + T4) ) )

  • Δθ es la diferencia entre la temperatura máxima del conductor (90 °C en XLPE y EPR) y la del terreno o el aire.
  • R es la resistencia en alterna a 90 °C: la de IEC 60228 más los efectos pelicular y de proximidad.
  • T1 y T3 son las resistencias térmicas del aislamiento y de la cubierta, que salen de la geometría del cable: el diámetro ficticio del conductor, el espesor de aislamiento de IEC 60502-2 (5,5 mm en 12/20 kV, 8,0 mm en 18/30 kV) y las capas semiconductoras.
  • T4 es la resistencia térmica exterior: del terreno, con su resistividad y la profundidad; del tubo y el aire que hay dentro, si va entubado; o la de disipación al aire por convección y radiación, que se resuelve por iteración.
  • λ1 son las pérdidas de la pantalla en proporción a las del conductor. Con las pantallas a tierra en los dos extremos circulan corrientes inducidas; con la conexión en un solo extremo o con cross-bonding sólo quedan las corrientes de Foucault.

Un ejemplo: cable unipolar de aluminio de 240 mm², 12/20 kV, XLPE, pantalla de 16 mm² a tierra en ambos extremos, en trébol, directamente enterrado a 1 m en un terreno de 1,5 K·m/W y 25 °C. T1 = 0,327, T3 = 0,068 y T4 = 2,907 K·m/W; R = 0,161 Ω/km y λ1 = 0,013. Resultado: 347 A. Con la terna dentro de un tubo de 160 mm, 316 A; al aire a 40 °C, 449 A; con dos ternas en la misma zanja a 20 cm, 282 A cada una. Los catálogos de los fabricantes dan 345, 320 y 455 A para ese mismo cable y esas mismas condiciones. La resistividad del terreno es el dato que más pesa: con 1 K·m/W el mismo cable admite 413 A y con 2,5 K·m/W, 276 A.

La calculadora busca la menor sección que transporta la intensidad, comprueba el cortocircuito del conductor (k = 94 en aluminio y 143 en cobre, de 90 °C a 250 °C) y, si se da la longitud, la caída de tensión con la reactancia real de la disposición. Muestra además la tabla de intensidades de todas las secciones en esas condiciones.

Métodos IEEE: ajuste de la intensidad, caída, cortocircuito y tendido

La cuarta pestaña reúne los cálculos de las guías del IEEE que se usan en subestaciones e instalaciones industriales norteamericanas, y en los proyectos internacionales que las toman como referencia.

Ajuste de la intensidad admisible (IEEE 399, capítulo 13). Las tablas de IEEE 835 —más de 3000, calculadas con el método de Neher-McGrath— y las del NEC 310.60 dan la intensidad de un cable en unas condiciones fijas: normalmente 90 °C en el conductor, 20 °C de terreno y una resistividad térmica (RHO) de 90 °C·cm/W, o 40 °C al aire. IEEE 399 lleva esa intensidad base a la instalación real con tres factores, I’ = I × Ft × Fth × Fg:

  • Ft, por temperatura del conductor y del ambiente: Ft = √( (Tc’ − Ta’) / (Tc − Ta) × (K0 + Tc) / (K0 + Tc’) ), con K0 = 234,5 en cobre y 228,1 en aluminio.
  • Fth, por resistividad térmica del terreno, de las tablas 13-5 a 13-7 (de 60 a 250 °C·cm/W, según el calibre y el número de circuitos).
  • Fg, por agrupamiento, de las tablas 13-8 y 13-9 para bancos de hasta 4 × 15 tubos de 5 in a 7,5 in entre centros, y 13-10 y 13-11 para cables directamente enterrados.

El ejemplo de la norma: cables tripolares de 15 kV y 350 kcmil, con 375 A de base, en un banco de 3 × 5 tubos, terreno de 120 °C·cm/W a 30 °C y el conductor limitado a 75 °C. Ft = 0,82, Fth = 0,90 y Fg = 0,479: 133 A. La calculadora reproduce ese resultado. En las tablas de agrupamiento de 5 a 35 kV hay varias erratas evidentes (valores que no siguen la progresión de los calibres vecinos); se han corregido con esos vecinos, siempre hacia el lado seguro.

Caída de tensión (IEEE 525, anexo C). En lugar de una reactancia típica, IEEE 525 calcula la impedancia del cable: la resistencia en continua con los factores de cableado (1,02) y de paso (1,04), la resistencia en alterna con los efectos pelicular y de proximidad, las corrientes de circulación en pantallas puestas a tierra en los dos extremos y las pérdidas en tubo de acero, y la reactancia con la distancia media geométrica de la disposición: X = 2πf (0,4606 log10(S’/rc) + 0,0502) µΩ/m. La caída se da con la fórmula aproximada ΔV = I (R cos θ + X sen θ) y con la exacta, VS² = (VL cos θ + IR)² + (VL sen θ + IX)², que la norma recomienda con factores de potencia por debajo de 0,7, como en el arranque de motores. Con el ejemplo de la norma —6 AWG de cobre a 75 °C, 36 A y 2 × 38 m en 240 V— salen 4,6 V, un 1,9 %.

Cortocircuito (IEEE 525, C.4). Es la ecuación adiabática de ICEA P-32-382 en circular mils: (I/A)² t = K log10((T2 + K0) / (T1 + K0)), con K = 0,0297 en cobre y 0,0125 en aluminio, y las temperaturas máximas de la tabla C.8: 250 °C en XLPE y EPR, 200 °C en papel y goma, 150 °C en PE y PVC. Además de la corriente admisible y del calibre mínimo, la calculadora da la temperatura que alcanza el conductor con la falta prevista. Ojo con la edición de 2007: su ecuación C.15b y su ejemplo usan 0,0125 —la constante del aluminio— para un conductor de cobre, lo que sobredimensiona la sección en más de un 50 %. Con 0,0297 el resultado coincide con la k = 143 de IEC 60949 para cobre y XLPE.

Tendido por tubo (IEEE 525, anexo J). Un cable bien dimensionado eléctricamente puede dañarse al tenderlo. La calculadora sigue el recorrido tramo a tramo: en los rectos la tensión crece con T = L·w·f·c (longitud, peso por metro, coeficiente de rozamiento y factor de corrección de peso), en las pendientes se suma o se resta la componente del peso, y en las curvas se multiplica por e^(c·f·θ). El factor c recoge el rozamiento adicional de varios cables en el tubo: 1 + 4/3 (d/(D − d))² en cuna, 1/√(1 − (d/(D − d))²) en triángulo. A la salida de cada curva calcula la presión lateral sobre el cable (7300 N/m como máximo en cables de potencia, 4380 N/m en los de control) y compara la tensión con la admisible: 70 N/mm² de conductor de cobre o aluminio duro, dos veces la de un conductor con dos o tres, y no más de 26,7 kN con ojo de tiro ni de 4,45 kN con manga. Lo hace en los dos sentidos, porque tirar desde un extremo u otro cambia mucho el resultado, y comprueba la ocupación del tubo y la relación de atasco D/d de tres cables, que entre 2,8 y 3,0 hace probable que se acuñen en una curva.

Con el ejemplo J.4 de la norma —tres cables de 750 kcmil de aluminio en terna, 8 kg/m en total, tubo de 5 in, f = 0,5 y un recorrido de 152 m, curva de 45°, 30 m, curva de 45° y 60 m— la tensión final es de 21,1 kN y la presión lateral máxima de 2,74 kN/m, dentro de los límites; tirando desde el otro extremo, con la curva vertical de 90° del poste, la norma llega a 37,2 kN y desaconseja ese sentido.

Comportamiento frente al fuego

La sección no es lo único que se elige: en locales de pública concurrencia, túneles o bandejas verticales largas también importa cómo se comporta el cable en un incendio. IEC 60332-1-2 ensaya un cable aislado en vertical con un quemador de 1 kW: la llama no debe propagarse más allá de un límite. IEC 60332-3 ensaya un haz de cables sobre una escalera vertical de 3,5 m y distingue cuatro categorías por la cantidad de material no metálico del haz y la duración de la llama: A (7 litros por metro, 40 min), B (3,5 l/m, 40 min), C (1,5 l/m, 20 min) y D (0,5 l/m, 20 min). Los cables libres de halógenos añaden ensayos de humos (IEC 61034) y de gases ácidos (IEC 60754). En la Unión Europea el Reglamento de Productos de Construcción clasifica los cables en Aca, B1ca, B2ca, Cca, Dca, Eca y Fca. Nada de esto cambia la intensidad admisible, pero condiciona qué cable puede instalarse.

Lo que la calculadora no cubre

No tiene en cuenta la radiación solar ni los regímenes de carga cíclicos o de emergencia, que IEC 60287 y IEC 60853 tratan aparte. En baja tensión los grupos se suponen de cables iguales e igual de cargados; para grupos con secciones muy distintas la norma remite a cálculos específicos. En media tensión resuelve una sola terna al aire (los grupos al aire se calculan con IEC 60287-2-2), no comprueba el cortocircuito de la pantalla, que depende de la falta a tierra, y no incluye pérdidas dieléctricas, despreciables por debajo de 127 kV en XLPE. El lado NEC usa la tabla 310.16 también para cables al aire, donde la 310.17 permite más. Los valores de las tablas corresponden a la edición de 2009 de IEC 60364-5-52 y a la tabla 310.16 del NEC; la reglamentación nacional —en España, el REBT con la UNE-HD 60364-5-52 en baja tensión y la ITC-LAT 06 del RLAT en media— puede imponer condiciones y valores propios. En la pestaña IEEE la intensidad base se introduce a mano —las más de 3000 tablas de IEEE 835 no se reproducen— y los factores de agrupamiento valen sólo para las separaciones de IEEE 399.

Con qué se comprueba

La intensidad real de un circuito en servicio la miden los analizadores de redes y de calidad de suministro, que además registran el factor de potencia y los armónicos que la calculadora da por supuestos. La impedancia del bucle y la continuidad de los conductores instalados se verifican con comprobadores multifunción de instalaciones, y un conductor que trabaja por encima de su temperatura se delata en una cámara termográfica antes de que falle el aislamiento.

Preguntas frecuentes

¿Cuántos amperios aguanta un cable de 2,5 mm² o de 6 mm²?
Depende de cómo esté instalado. Un cable de cobre de 2,5 mm² con aislamiento de PVC admite 21 A dentro de un tubo sobre pared (método B1, tres conductores cargados) y 24 A si va directamente sobre la pared (método C); el de 6 mm², 36 A y 41 A respectivamente. Esos son los valores de IEC 60364-5-52 a 30 °C, sin otros circuitos alrededor. A 40 °C hay que multiplicarlos por 0,87 y, si comparten canalización con otros dos circuitos, por 0,70.
¿A qué sección en mm² equivale un calibre AWG?
Los dos sistemas no coinciden, así que la equivalencia es aproximada: 14 AWG son 2,08 mm², 12 AWG 3,31 mm², 10 AWG 5,26 mm², 8 AWG 8,37 mm², 6 AWG 13,3 mm², 4 AWG 21,2 mm², 2 AWG 33,6 mm², 1/0 AWG 53,5 mm², 2/0 AWG 67,4 mm² y 4/0 AWG 107 mm². Por encima de 4/0 se usa el kcmil (miles de circular mils): 250 kcmil son 127 mm² y 500 kcmil, 253 mm². La calculadora da siempre el calibre cuya sección iguala o supera la métrica.
¿Por qué el aluminio necesita más sección que el cobre?
Porque su resistividad es un 64 % mayor: 0,0283 Ω·mm²/m frente a 0,0172 Ω·mm²/m a 20 °C. Para transportar la misma corriente con el mismo calentamiento hace falta aproximadamente una sección y media, y con la misma caída de tensión, un 60 % más de sección. A cambio pesa la mitad, y por eso domina en líneas aéreas y en grandes secciones enterradas. Las tablas de IEC 60364-5-52 empiezan en 2,5 mm² para el aluminio y el NEC lo permite desde 12 AWG.
¿Qué es la clase 2 de IEC 60228 y en qué se diferencia de la 5?
IEC 60228 clasifica los conductores por flexibilidad: la clase 1 es rígida (alambre único), la clase 2 es el conductor cableado de instalación fija con un mínimo de alambres (7 hasta 35 mm², 19 hasta 95, 37 hasta 185, 61 hasta 500), y las clases 5 y 6 son los flexibles y muy flexibles, hechos de alambres finos (0,21 a 0,51 mm de diámetro máximo en la clase 5). Para la misma sección nominal un flexible tiene algo más de resistencia: 0,780 Ω/km frente a 0,727 Ω/km en 25 mm² de cobre. La norma define la sección por esa resistencia máxima, no por las dimensiones, y la calculadora usa el valor de la clase elegida para la caída de tensión.
¿Cuándo conviene poner cables en paralelo?
Cuando la sección que pide el cálculo no existe, no se puede tender o resulta más cara que dos menores: en la práctica, a partir de 240–300 mm² en cobre y en casi todas las acometidas de aluminio de gran sección. La calculadora dimensiona el conjunto para n conductores idénticos por fase o dice cuántos hacen falta con la sección que tenga disponible. Las condiciones (IEC 60364-5-52, 523.7; NEC 310.10(G)) son que sean del mismo material, sección, longitud y trazado, sin derivaciones, con protección común y, con unipolares, dispuestos de forma simétrica para que la corriente se reparta por igual.
¿Qué caída de tensión se admite?
El criterio general de IEC 60364-5-52 (anexo G) recomienda no pasar del 3 % en alumbrado y del 5 % en otros usos, medidos desde el origen de la instalación. El reglamento español (REBT, ITC-BT-19) fija el 3 % para alumbrado y el 5 % para el resto en instalaciones interiores alimentadas desde la red, y hasta el 6,5 % en instalaciones con centro de transformación propio. En Estados Unidos, el NEC lo trata como recomendación (notas informativas de 210.19 y 215.2): 3 % en el circuito derivado y 5 % en total.
¿Qué protección necesita un cable y por qué un fusible pide más sección?
IEC 60364-4-43 (433.1) exige dos condiciones: Ib ≤ In ≤ Iz y I2 ≤ 1,45 × Iz, donde I2 es la corriente que asegura el disparo en el tiempo convencional. En un interruptor automático modular (IEC 60898) I2 = 1,45 In, así que basta con In ≤ Iz. En un fusible gG de 16 A o más I2 = 1,6 In, y la segunda condición obliga a que Iz sea al menos 1,1 In. Por eso, para 19 A en tubo sobre pared, un automático de 20 A admite 2,5 mm² de cobre y un fusible de 20 A pide 4 mm².
¿Cómo se comprueba la sección por cortocircuito?
Con la condición adiabática k²S² ≥ I²t (IEC 60364-4-43, 434.5.2): la energía de la falta no debe llevar el conductor por encima de la temperatura límite del aislamiento. k vale 115 para cobre con PVC, 143 para cobre con XLPE o EPR, 76 y 94 para el aluminio. Una falta de 10 kA despejada en 0,1 s pide al menos 27,5 mm² de cobre con PVC, es decir, 35 mm², aunque el circuito transporte 20 A. Por debajo de 0,1 s hay que usar el I²t que deja pasar la protección, dato del fabricante.
¿Cuántos amperios admite un cable de media tensión de 240 mm²?
Depende de la instalación. Un cable unipolar de aluminio de 240 mm², 12/20 kV, aislamiento XLPE y pantalla de 16 mm² conectada en ambos extremos, en trébol, admite según IEC 60287 unos 347 A directamente enterrado a 1 m (terreno de 1,5 K·m/W y 25 °C), 316 A con la terna en un tubo de 160 mm y 449 A al aire a 40 °C. Con dos ternas a 20 cm baja a 282 A por terna. Son valores muy próximos a los que publican los fabricantes en esas mismas condiciones.
¿Cómo se ajusta la intensidad de una tabla de IEEE 835 a otra temperatura o a un banco de tubos?
Con los factores de IEEE 399: I’ = I × Ft × Fth × Fg. Ft corrige la temperatura del conductor y del ambiente con √((Tc’ − Ta’)/(Tc − Ta) × (234,5 + Tc)/(234,5 + Tc’)) en cobre; Fth, la resistividad térmica del terreno respecto a 90 °C·cm/W; y Fg, el agrupamiento en bancos de tubos o enterrados. Un cable tripolar de 15 kV y 350 kcmil con 375 A de base, en un banco de 3 × 5 tubos con terreno de 120 °C·cm/W a 30 °C y el conductor limitado a 75 °C, queda en 375 × 0,82 × 0,90 × 0,479 = 133 A.
¿Qué tensión de tiro aguanta un cable al tenderlo por un tubo?
IEEE 525 (anexo J) limita la tensión sobre los conductores a 70 N/mm² en cobre recocido o aluminio duro (52,5 N/mm² en aluminio 3/4 duro), a dos veces la de un conductor si se tiran dos o tres, y a 26,7 kN con ojo de tiro o 4,45 kN con manga sobre la cubierta. En las curvas, además, la presión lateral no debe pasar de 7300 N/m de radio en cables de potencia. La tensión crece linealmente en los rectos y exponencialmente en las curvas, por eso el sentido del tiro importa: en el ejemplo de la norma, un sentido acaba en 21 kN y el otro en 37 kN.

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