INTERPRETACION DEL ARTÍCULO 310.15(A)(2) DEL NEC (NFPA 70).

INTRODUCCIÓN

El articulo 310.15 (A) (2) del NEC (NATIONAL ELECTRICAL CODE) cubre los requerimientos particulares para seleccionar la ampacidad de conductores aislados de 0 a 2 000 Voltios cuando en el recorrido de un circuito los conductores están sometidos a la influencia de dos temperaturas extremas en forma simultánea. Una de esas temperaturas sería la ambiental, mientras la otra sería la irradiada por una fuente de calor como  por ejemplo: un horno de tratamiento térmico o un proceso industrial en donde los equipos irradian un calor elevado al ambiente circundante. Otro caso particular es cuando los conductores están alojados dentro de un ducto expuesto directamente a la luz solar.

En primer lugar definiremos el concepto de ampacidad, de acuerdo con el artículo 100 del NEC la ampacidad o capacidad de corriente de un conductor se define como “la máxima corriente, en amperios, que un conductor puede conducir continuamente bajo las condiciones de uso sin exceder su capacidad de temperatura”. La capacidad de temperatura de un conductor, a su vez, es la máxima temperatura que un conductor puede soportar durante un período prolongado sin sufrir degradación de su aislante. 

La temperatura de operación de los conductores está afectada por:

• La temperatura ambiente: esta puede variar tanto a lo largo del conductor como por el transcurso del tiempo.

• El calor generado internamente en el conductor debido al flujo de corriente, debido al efecto Joule ( I2*R).

• La rapidez a la cual el calor generado se disipa en el medio ambiente que rodea al conductor.

• Conductores adyacentes que conducen corrientes los cuales tienen el efecto de incrementar la temperatura ambiente y de impedir la disipación de calor del grupo de conductores. 

ARTICULO 310.15 (A) (2) DEL NEC (NFPA 70) SELECCIÓN DE AMPACIDAD.

“Cuando se pueda aplicar más de una ampacidad de las Tablas o calculada a un circuito de una longitud dada, se debe usar la de MENOR VALOR”.

Nota: el menor valor se refiere a la ampacidad relacionada con la temperatura ambiental más alta en la longitud total del circuito,  y constituye la condición más desfavorable. 

EXCEPCION DEL ARTICULO 310.15)(A)(2) :

“Cuando se apliquen dos ampacidades distintas a partes adyacentes de un circuito, se permitirá utilizar la mayor ampacidad más allá del punto de transición a una distancia igual a 3.0 m (10 pies) o 10 por ciento de la longitud del circuito formado a la capacidad de corriente más alta, el valor que sea menor”. 

Nota: se selecciona el VALOR MAYOR de ampacidad (relacionado con la temperatura ambiente más baja) cuando el tramo de menor ampacidad sea igual o menor a 3.0m (10 pies), o, no mayor al 10% del tramo del circuito de mayor ampacidad.

La mayor ampacidad podrá ser usada cuando la longitud del tramo de menor ampacidad sea igual o menor a 10 pies (3.0m) y además este tramo no será mayor al 10% de la longitud del tramo de mayor ampacidad. Así los conductores tendrán un recorrido suficiente para disipar la mayor temperatura. 

EJEMPLO:

Tres conductores de 500kcmil THW (75ºC), alojados en una tubería conduit rígida (RMC) de 3”, parten desde un MCC (Centro de Control de Motores) y pasan por un tramo de 12 pies (3.6m), adyacente al área de influencia de un horno de tratamiento térmico y hacia una bomba (ver Figura 1), la separación ente el MCC y la bomba es de 150 pies (45.72m). La temperatura ambiente es de 86ºF (30ºC), mientras que la temperatura en el área de influencia del calor irradiado del horno es de 113ºF (45ºC). Se debe determinar la ampacidad de los conductores de acuerdo con el artículo 310.15 (A) (2).

Figura 1. Ejemplo de Aplicación del artículo 310.15 (A) (2).

Solución:

1. La mayor ampacidad  se alcanza a la temperatura ambiente de 86ºF (30ºC), los conductores de cobre de 500kcmil THW (75ºC) tienen una ampacidad de 380 Amperios a esta temperatura, según la tabla del NEC 310.15 (B)(16).

2.  La temperatura ambiente cerca del horno, por donde  pasa la tubería, se encuentra a 113ºF (45ºC). Usando el factor de corrección por temperatura ambiente de la Tabla 310.15 (B)(2)(A) para una temperatura de 113ºF (45ºC) se tiene que el factor es igual a 0.82. Así que la ampacidad de los conductores de 500kcmil THW (75ºC) queda ajustada a: 0.82 x 380 A = 311.6 Amperes (  ̴312A).

La longitud de 12 pies (3.6m) del tramo de menor ampacidad es mayor a 10 pies (3.6m); entonces, aplicando el artículo 310.15 (A) (2) seleccionamos la ampacidad menor de acuerdo con la opción basada a una temperatura ambiente de 113ºF (45ºC). Entonces 312 A sería la ampacidad de los conductores en todo el recorrido, así la temperatura de operación de los conductores (THW-75ºC) no sería sobrepasada, evitándose de esta forma  la degradación del aislante de los cables.

Ver en la Figura 2 siguiente el resumen en forma gráfica de la solución del ejemplo planteado.

Figura 2. Resumen del ejemplo planteado.

En caso contrario si el tramo de conductores en el área de influencia de la irradiación de calor del horno hubiese sido menor o igual a 10 pies, la ampacidad seleccionada de los conductores sería de 380 A de acuerdo con la excepción del artículo 310.15 (A) (2) del NEC.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

El artículo 310.15 del Código Eléctrico Nacional (NEC) cubre los requerimientos generales para el cálculo de ampacidad de conductores eléctricos aislados en el rango de 0 a 2 000 Voltios, los requerimientos están cubiertos ampliamente en tablas con factores de corrección por temperatura y por grupos de cables, también por tablas que indican las capacidades de los diferentes tipos de conductores y de acuerdo a sus tipos de aislamientos para condiciones ambientales específicas, por lo cual se desprende que no están considerados todos los posibles escenarios de condiciones de uso en el recorrido de los conductores.

En resumen, el artículo 310.15 suministra los requerimientos esenciales para el cálculo inicial de las ampacidades de los conductores. Una metodología más general  para aplicaciones especiales de cálculos de ampacidades de conductores, y que no están contempladas en el NEC, está desarrollada en la sección 13.4 de Norma IEEE 399 - “IEEE RECOMMENDED PRACTICE FOR INDUSTRIAL AND COMMERCIAL POWER SYSTEMS ANALYSIS”, esta metodología utiliza el valor inicial de ampacidades obtenidas de acuerdo con el artículo 310 del NEC. Se recomienda a aquellos lectores interesados en profundizar más acerca del cálculo de ampacidades consultar la norma IEEE 399 en su capítulo 13.

Finalmente, el NEC suministra los requerimientos esenciales para el cálculo de las ampacidades de los conductores; sin embargo, el ingeniero o técnico debe aplicar su buen juicio, criterio y buenas prácticas de ingeniería para el uso más eficiente de los requerimientos del artículo 310 del NEC y considerar de acuerdo a la aplicación específica la necesidad de aplicar la norma IEEE 399, como por ejemplo bancadas de tuberías subterráneas o cables directamente enterrados en el suelo.

Autor: Ing. Hugo E. Reyes H.