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TEMA 2 PROCEDIMIENTOS PARA LA SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y SUS PROTECCIONES

Los conductores en baja tensión (hasta 2,000 V.) se deben de seleccionar de acuerdo a la tensión del sistema eléctrico en el que se instalarán (220-2) y con base en las secciones (310-13), (310-14) y (310-15), seleccionando la corriente eléctrica de las tablas (310-la que aplique), calculando la corriente de las cargas máximas (210-22) y las cargas permitidas en (210-23). Además, aplicando lo mencionado en (215-2) para alimentadores y a lo permitido para su protección en [240-3 (b) y (c)] de acuerdo a las cargas a alimentar. Adicionalmente los conductores deben de seleccionarse para soportar sobrecorrientes generadas por fallas a tierra y corto circuito entre conductores, por corrientes eléctricas de fuga y por caída de tensión.

Procedimiento para la selección de conductores y sus protecciones, establecido en los HANBOOK de los NEC´s 96 Pág. 86; 99 (Español) pág. 109; 02 pág. 104; 05 pág. 108 y 08 pág. 118.

N° Descripción de la actividad. 1ª selección. 2ª selección. a Circuito con varias salidas para conectar cargas

con cordón y clavija [240-3 (b) (1) y Artículo 353].

NA. NA

b Tipo de conductor (310-13) y condiciones de instalación del conductor [110-14 (c) y 310-15 (c)].

THWN. THHW.

c Temperatura ambiente de la instalación del conductor [310-15 (a), (b) y (c)].

28° C. 28° C.

d Conductores activos (310-15 “g” y “i”). 4. 4. e Factor de 0.85 por exposición a radiación solar.

[310-15 (3)] NA NA.

f Factor de corrección por temperatura (Tablas 310-16, 17 y la que aplique).

1.0 1.0

g Factor de agrupamiento por conductores activos [310-15 (g) (1)].

0.80. 0.80.

h Factor de degradación (e) x (f) x (g). 0.80. 0.80. i Carga no continua (Art. 100 Definición) NOTA 2. 125. 125. j Carga continua (Art. 100 Definición) NOTA 2. 200. 200. k Carga calculada (1.25 x “j “+ 1.00 x “i”). 375. 375. l Carga degradada del conductor (k/h). NOTA 1. 468.75 468.75 m Temperatura de las terminales [110-14 (c)]. 75° C 75° C. n Tamaño mínimo del conductor (Tabla 310-16

con “k” y “m” columna de terminales). 500 kcmil. 600 kcmil.

o Capacidad del conductor (Tabla 310-16 con “n” y “b”).

380. 475.

p Capacidad mínima de la protección (240-6 con “k”).

400. 400.

q Capacidad degradada del conductor (o) x (h). 304. 380. r Capacidad del conductor (Tabla 310-16 con la

columna de “m” 380 420

s Capacidad del circuito (La menor de “q” y “r”) 304 380 t Capacidad de la protección para la capacidad

del circuito de “s” 350. 400.

u Definir si la capacidad mínima de la protección Es mayor, ya Es igual. Las

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“p” es igual o menor al de la capacidad de la protección de la capacidad el circuito “t” (240-3). Si es mayor la protección en “p” escoger otro conductor de mayor capacidad o de aislamiento con mayor temperatura y mayor tamaño. Si es menor o igual la respuesta, la selección es la correcta.

que 400 A. es mayor a 350 A. Escoger otro tamaño conductor o aislamiento

selecciones son correctas.

NA (NO APLICA) N (NO) S (SI). OTRO EJEMPLO de los HANDBOOK de los NEC´s pág. 88 NEC-99 Español; pág. 82 NEC 96; pág.

84 NEC 02; pág. 84 NEC 05 y pág. 93 NEC 08. N° Descripción de la actividad. EJEMPLO. EJEMPLO a Circuito con varias salidas para conectar cargas

con cordón y clavija [240-3 (b) (1) y Artículo 353].

NA. NA

b Tipo de conductor (310-13) y condiciones de instalación del conductor [110-14 (c) y 310-15 (c)].

THWN. THHW.

c Temperatura ambiente de la instalación del conductor [310-15 (a), (b) y (c)].

30° C. 46° C.

d Conductores activos (310-15 “g” y “i”). 4. 4. e Factor de 0.85 por exposición a radiación solar.

[310-15 (3)] N. A. N. A.

f Factor de corrección por temperatura (Tablas 310-16, 17 y la que aplique).

1 0.82

g Factor de agrupamiento por conductores activos [310-15 (g) (1)].

0.80. 0.80

h Factor de degradación (e) x (f) x (g). 0.8 0.656 i Carga no continua (Art. 100 Definición). 0 50. j Carga continua (Art. 100 Definición). 25 80. k Carga calculada (1.25 x “j “+ 1.00 x “i”). 31.5 150 l Carga degradada del conductor (k/h). NOTA 1. 39. 229 m Temperatura de las terminales [110-14 (c)]. 60° C 75° C. n Tamaño mínimo del conductor (Tabla 310-16

con “k” y “m” columna de terminales). 8 1/0

o Capacidad del conductor (Tabla 310-16 con “n” y “b”).

50 A. 170 A.

p Capacidad mínima de la protección (240-6 con “k”).

35 150

q Capacidad degradada del conductor (o) x (h). 40. 112. r Capacidad del conductor (Tabla 310-16 con la

columna de “m” 40 150

s Capacidad del circuito (La menor de “q” y “r”) 40 112 t Capacidad de la protección para la capacidad

del circuito de “s” 40. 125

u Definir si la capacidad mínima de la protección “p” es igual o menor al de la capacidad de la protección de la capacidad el circuito “t” (240-3). Si es mayor la protección en “p” escoger otro conductor de mayor capacidad o de aislamiento

35 menor a 40 es correcta la selección y se puede utilizar el de 35 0 el

Es mayor 150 que 125 y no es correcta la selección, por lo que se debe

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con mayor temperatura y mayor tamaño. Si es menor o igual la respuesta, la selección es la correcta.

de 40 A para la protección.

de seleccionar otro conductor.

NA (NO APLICA) N (NO) S (SI) Práctica para determinar la selección correcta al ejemplo de la segunda columna de la tabla

de los ejemplos anteriores. a Circuito con varias salidas para conectar cargas

con cordón y clavija (240-3-1 y Artículo 353).

NA

NA b Tipo de conductor (310-13 y condiciones de la

instalación del conductor). THHW THHW

c Temperatura ambiente. De la instalación del conductor

46° 46°

d Conductores activos (310-15 “i”). 4 4 e Factor de 0.85 por exposición a radiación solar.

(310-15 -3)

f Factor de corrección por temperatura (Tablas 310-16, 17,18 y 19).

g Factor de agrupamiento por conductores activos (310-15 “g” “1”).

h Factor de degradación (e) x (f) x (g). i Carga no continua (Artículo 100 Definición). 50 50 j Carga continua (Artículo 100 Definición). 80 80 k Carga calculada (1.25 x “j “+ 1.00 x “i”). l Carga degradada del conductor (k/h). m Temperatura de las terminales (110-14-c). n Tamaño mínimo del conductor (Tabla 310-16 con

“k” y la columna temperatura de las terminales “m”).

o Capacidad del conductor (Tabla 310-16 con “n” y la columna del aislamiento del conductor “b”).

p Capacidad mínima de la protección (240-6 y con “k”).

q Capacidad degradada del conductor “o” por “h”” r Capacidad del conductor (Tabla 310-16 con “n” y

en la columna de “m”)

s Capacidad del circuito (La menor de “q” y “r”) t Capacidad de la protección para la capacidad del

circuito “s”

u Definir si la capacidad mínima de la protección “p” es igual o menor al de la capacidad de la protección del conductor en “t” (240-3). Si es mayor la protección en “p” escoger otro conductor de mayor capacidad o de aislamiento con mayor temperatura y mayor tamaño. Si es menor o igual la respuesta, la selección es la correcta.

NA (NO APLICA) N (NO) S (SI). Procedimiento:

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a) Defina y anote si ó no en el circuito se instalarán salidas de receptáculos de acuerdo al artículo 353 y con la sección 240-3 (b) (1), que se usan para conectar equipos portátiles alimentados con cordón y clavija.

b) Seleccionar el tipo del aislamiento del conductor con base en su uso, instalación y aplicación aplicando la Tabla 310-13 y las secciones 110-14 (c), 310-10 y 310-15 (3).

c) Considerar la temperatura ambiente en la que se instalará el conductor, de acuerdo a las secciones 110-14 (c), 310-10, 310-15 (c) y 310-16.

d) Determine el número de conductores activos que serán instalados en la canalización o cable con base en la Sección 310-15 (g) e (i)

e) Si el conductor se instalará a la intemperie y no está marcado como resistente al sol (SR), se debe de aplicar un factor de 0.85 de acuerdo a la sección 310-15 (3), aplicado a la capacidad de conducción de corriente y adicional a los demás factores de degradación.

f) De acuerdo al tipo de conductor (b) y a la temperatura ambiente (c) obtener en la columna que se que se aplique de las tablas 310-16,17, 18 y 19, este factor de corrección por temperatura.

g) Este factor de agrupamiento se obtiene de la Sección 310-15 (g) con (d). h) Multiplicar los factores obtenidos en los incisos (e), (f) y (g) anteriores. i) Considerar la carga en Amperes que opere en periodos menores de 3 horas. j) Tomar nota de la carga en Amperes que opere en forma ininterrumpida por 3 horas o más. k) Ejecute la operación siguiente: 1.25 X (j) más 1.0 X (i) y anótela. l) Divida los resultados del inciso (k) entre (h) y apunte el resultado. m) Con base en la carga calculada (k) y sección 110-14 (c), determinar la columna por

temperatura que se utilizará de acuerdo con las terminales de los elementos de todo el circuito.

n) Obtener un tamaño del conductor de las tablas 310-16 a 19, de acuerdo a (m) y (k). o) Con (n) y la columna determinada en (b) con el tipo del aislamiento, obtener de las tablas 310-

16 a 19, según proceda, la corriente en Amperes permitida. p) Definir la capacidad mínima de la protección de acuerdo con 240-6 y con (k). q) Obtener la capacidad degradada del conductor multiplicando (o) X (h). r) Determinar la capacidad del conductor de las Tabla 310-16 a 19, con (n) y la columna de “m”. s) La capacidad del circuito es la menor de las cantidades obtenidas entre (q) y la capacidad del

tamaño del conductor (r). t) De acuerdo con las secciones 240-3 o 6 y 310-15 (h) seleccionar la capacidad de la

protección para la capacidad del circuito obtenida en “s”. u) Definir si la capacidad mínima de la protección “p” es igual o menor al de la capacidad de la

protección definida para “t”. Si es mayor la protección en “p” escoger otro conductor de mayor capacidad o de aislamiento con mayor temperatura y mayor tamaño. Si es menor o igual la respuesta, la selección es la correcta.

OTRO PROCEDIMIENTO TOMANDO LA CORRIENTE DEGRADADA DE “l” DEL LIBRO ELECTRICAL WIRING DE LOS AUTORES MULLIN Y SMITH ES:

l Carga degradada del conductor (k / h). 468.75 468.75 m Temperatura de terminales [110-14 (c)] 75°C. 75°C. n De la tabla 310-16, con “l” y “b” determinar el

tamaño de conductor. 750 kcm.

THW. 600 kcm. THHW.

o De la tabla 310-16, con “k” y “m” determinar el tamaño del conductor

500 kcm. THW.

500 kcm. THW.

p Seleccionar el mayor conductor de “n” y “o”. 750 kcm. 600 kcm. q De la tabla 310-16, con “p” y “b” seleccione la

corriente del conductor 475. 475.

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q Degrade la corriente de “q” por “h”. 380. 380. r De la tabla 310-16, con “p” y “m” obtenga la

corriente del conductor. 475. 420.

s Seleccione la menor de “q” y “r”. 380. 380. t Capacidad mínima de la protección [240-3 (b) y

(c), 240-6 y 310-15 (h) con “k”].

400.

400. u Capacidad máxima de la protección [240-3 (b) y

(c), 240-6 y 310-15 (h) con “s”]. 400. 400.

Como se puede observar los dos resultados son correctos y la decisión resulta de comparar por precio, ya que el de 750 kcm o el de 700 kcm, son mucho más caros que el de 600 kcm, en esta comparación el fabricante nacional menciona que el THW-LS se puede utilizar en 75/90°C, por lo que el precio por el aislamiento no importa. Además en ambos procedimientos se concluye que el conductor de 500 kcm THW, no cumple con lo requerido al no quedar protegido por la protección mínima de 400 A. después de degradar su capacidad de conducción permitida en la columna de 75°C o la de 90°C. EL ÚLTIMO PROCEDIMIENTO QUE APARECE EN LA PÁGINA 71 DE LA REVISTA DE JULY/AUGUST 2003 IAEI. ASÍ COMO EN LOS NEC´s 05 y 08 Ejemplo D3(a), ES EL SIGUIENTE:

PPRIMER PASO “A” POR TERMINALES DE DISPOSITIVOS:

PRIMERA SELECCIÓN.

SEGUNDA SELECCIÓN.

k Carga calculada (1.25 x “j “+ 1.00 x “i”). 375. 375 l Capacidad mínima de la protección [240-3 (b) y

(c), 240-6 y 310-15 (h) con “k”].

400.

400 m Temperatura de terminales [110-14 (c)]. 75°C. 75°C. n De la tabla 310-16, con “m” [110-14 (c) (1) y (2).

Obtener el calibre del conductor igual o inmediato superior a la capacidad de (k).

500 kcm. THW.

600 THHW

SEGUNDO PASO “B” POR TEMPERATURA DEL AISLAMIENTO DEL CONDUCTOR:

PRIMERA SELECCIÓN,

SEGUNDA SELECCIÓN.

a Sumar la corriente continua y no continua sin aplicar el factor de 1.25 para la corriente continua.

325 325

b Dividir la corriente de “a” entre el factor de degradación total (“a”/ “h”).

406.25 406.25

c Con la temperatura del aislamiento (75°C o 90º C) y la corriente de (b), obtener de la tabla 310-16 el calibre del conductor.

600 kcm.

THW

600 kcm THHW.

Anotado en la parte “A”

terminales. d De la misma tabla anotar la corriente del

conductor “c” en la columna del aislamiento (75°C o 90ºC).

420. 475. A 90ºC THHW.

e De la misma tabla anotar la corriente del conductor “c” en la columna de terminales (75°C).

420. 420.

f Multiplicar la corriente obtenida en “d” por el factor de degradación total de “h”

336. 380.

g Obtener la protección de “f”con 240-3 y 240-6. 350. 400. h Comparar la protección obtenida en “g” de este 350 es menor Es igual 400 a

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SEGUNDO PASO “B”con la seleccionada en “l” del PRIMER PASO “A”. Si es menor la “g” se deberá de escoger otro conductor mayor de tamaño y/o mayor de temperatura.

a 400, luego se debe de escoger otro conductor.

400 por lo que la selección es

correcta.

En este procedimiento también se llega a la misma selección: Un conductor de 600 kcm tipo THHW O THW para 90°C. Asímismo, en los tres procedimientos el conductor de 500 kcm para 75/90°C no cumple con lo requerido por la capacidad mínima de la protección de 400 A. Evaluando el resultado del conductor de 600 kcm THHW de 90°C, se concluye lo siguiente:

1. El medio de protección se enfría a través del conductor dado que se requieren 375 A considerando el 125% de la carga continua y el conductor puede conducir a 75°C permanentemente hasta 420 A.

2. La carga degradada del conductor es de 380 A la cual es superior a la carga de 325 A, sin aplicar el 125 % de la carga continua, ya que esta sólo sirve para seleccionar el medio de protección.

3. La protección de 400 A, protege al conductor de 600 kcm de acuerdo con [240-3 (b) y (c)] y permite alimentar la carga de 325 A, la que se incrementa a 375 A al aplicar el 125% de la carga continua.

Es importante considera que los conductores sujetos a diferentes temperaturas durante su trayectoria, se verán afectados si se tienen 3 m o el 10% del total de la trayectoria lo que sea mayor, a una temperatura mayor a la están presentes en otras partes de la trayectoria. De tal manera que la temperatura a considerar será la de ese 10% o 3m lo que sea mayor, según 310-15 (c). Además, en conductores adyacentes, se debe de considerar la temperatura del aislamiento del conductor mas bajo, de tal manera que si se tiene un conductor desnudo, este debe de calcularse a la temperatura más baja del aislamiento conductores que se encuentran en la misma canalización o adyacentes. Una vez seleccionado el conductor se debe de determinar si soportará la corriente máxima de falla, asimismo se establecerá la capacidad interruptiva del dispositivo de protección seleccionado por sobrecarga. Ambos, con base en el cálculo de corto circuito en el punto de falla que involucra al conductor y al dispositivo de protección por sobrecarga seleccionado, ya sea fusible o interruptor automático. Para motores, transformadores, equipos de procesamiento de datos, maquinaria industrial, refrigeración, aire acondicionado, ventilación y calefacción se deberán de consultar y aplicar las Secciones Técnicas involucradas, en todas, el procedimiento expuesto se puede aplicar con las variaciones particulares de cada caso. Cuando se tengan que revisar instalaciones ya ejecutadas se seguirá el mismo procedimiento con las excepciones de que en la revisión se deberán de tomar mayores datos en el campo o sitio y la carga deberá de ser registrada a través de medición por no menos de 72 horas como recomendación, para definir la carga continua y no continua. Asímismo, los conductores deben incrementarse en su tamaño por caída de tensión y en su caso por corto circuito, en ese mismo incremento proporcionalmente, se debe de modificar el conductor de puesta a tierra seleccionado para equipos y para sistemas eléctricos. Se sugiere que la caída de tensión desde las terminales de la fuente de alimentación no rebase el 5% y se distribuya de la manera siguiente:

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El cálculo anterior se puede realizar con formulas y los datos necesarios deben proporcionar los fabricantes de conductores y cables. El NEC-99 HANDBOOK página 1125, contiene dos ejemplos y la Tabla-9 “Resistencia y reactancia de c.a. de cables trifásicos para 600 V a 60 Hz y 75°C. Tres conductores sencillos en un conduit.” Los datos están en Ohms al neutro por 1000 pies. Además, presenta dos ejemplos que representan el uso y aplicación de la Tabla mencionada a factor de potencia de 0.85 y explica como aplicar los datos a diferentes factores de potencia. Es necesario aclarar que los resultados se calculan como caída entre fase y neutro, por lo que se debe de multiplicar el resultado por raíz cuadrada de 3 (1.73) para obtener la caída de tensión entre fases Otra forma de calcular es aplicando la formula de:

1.73 x I x L x (R cos %+X sen %) %e = -----------------------------------------------------

V f-f. Pero se requieren aplicar datos que deben de proporcionar los fabricantes de cables para calcular la reactancia inductiva “X” de la formula:

X = 2 x 3.14 x f x L como inductancia, que se calcula como:

L = 4.605 x Log. DMG/RMG x 10*4 Ohms/km.

Por otra parte se puede calcular utilizando la figura de la página siguiente, con la que podemos obtener la caída de tensión en un circuito con el conductor ya seleccionado. Ejemplo: Calcular la caída de tensión utilizando un conductor cal. #6, con una longitud de 55 m (180 pies), instalado en tubería metálica de un circuito trifásico para 40 A con un factor de potencia del 80%. Aplicar el procedimiento siguiente: • Multiplicar 180 X 40=7,200. • Entre a la tabla y obtenga el número en donde se cruzan la columna de 80% del factor de

potencia y el renglón del calibre #6. El resultado es 745. • Multiplique los dos resultados anteriores 745 X 7,200 = 5,364,000. • Divida entre 1,000,000 la cantidad obtenida y resulta 5.364 , que es la caída de tensión en Volts. • Para obtener la caída de tensión en porciento (%), divida la cifra anterior entre la tensión del

circuito y multiplicuelo por 100, o sea, para 220 V. el resultado será de 5.364 / 220 X 100 = 2.44%. Para obtener la caída de tensión al neutro, el resultado se debe dividir entre 1.73.

Con esta tabla, también se puede seleccionar el conductor para una caída de tensión determinada.

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Se deben de efectuar los cálculos de corto circuito hasta los tableros de distribución para alumbrado y control, que se aplican para seleccionar los dispositivos, equipos y componentes de la instalación

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eléctrica (110-9). Para revisar que los conductores soporten las corrientes de falla se procede en las formas siguientes: • Obtener de los fabricantes las gráficas a 60, 75, 90 °C u otra temperatura a la que debe como

máximo operar el aislamiento del conductor, de no tener las gráficas se deberá de aplicar la fórmula abajo mencionada. En la gráfica se muestra un conductor con aislamiento de 75°C.

Aplicando la fórmula y corroborando con la gráfica un conductor calibre #10 soporta 8,697 A en 0.004 segundos. Como práctica determine lo mismo sólo que para calibre # 12. • Otra manera es la de considerar que un conductor con aislamiento a 75 ° C soporta:

o Un Ampere (RMS). o Por 5 segundos y o Por cada 0.0215 mm 2 (42.5 circular mils) de área transversal.

Y proceder a hacer los cálculos correspondientes de acuerdo al calibre del conductor y su aislamiento. Con el calibre # 10 se obtiene el mismo resultado de la fórmula y de la gráfica. Para conductores desnudos utilizados para puesta a tierra, que se deben de instalar junto con los conductores activos, se aplica lo mismo que para conductores aislados ya que el calentamiento del cobre desnudo afectará el aislamiento de los otros conductores. Sin embargo cuando se calculen solos, a los conductores de cobre desnudos se aplica lo siguiente

o Un Ampere (RMS). o Por 5 segundos y o Por cada 29.1 circular mils de área transversal.

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Además, el punto de fusión del cobre se debe calcular con: o Un Ampere (RMS). o Por 5 segundos y o Por cada 16.19 circular mils de área transversal del conductor.

A continuación se muestra una tabla con los datos para el cálculo de la corriente que pueden soportar los conductores, dada la tabla para varias instituciones y asociaciones:

Efectuar cálculos para calibres 10 y 12 como práctica para comparar los métodos de selección.

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Un aspecto importante para los conductores es el hecho de no comprobar que después de la aplicar los procedimientos de selección por capacidad de conducción de corriente, no se apliquen los procedimientos de selección por corto circuito, tal y como se aprecia en el ejemplo siguiente para la selección del conductor de puesta a tierra de equipo:

Las figuras que se aplican en este problema se encuentran a continuación y en la Tabla 250-94 de la NOM-001-SEDE-2005.

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Los conductores en derivación, ver figura siguiente, tal y como lo permite la sección 240-21 y la tabla 210-24, deberán de revisarse para que soporten corrientes de falla y se encuentren dentro de las caídas de tensión sugeridas.

Es importante recordar la nomenclatura y datos que los fabricantes deben de marcar en el exterior del aislamiento de los conductores para hacer visibles las características y clase de aislamiento, en

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los casos en que se tengan que revisar, aprovechar y rediseñar instalaciones eléctricas ya ejecutadas. (310-6, 7, 8, 9, 10 y 11). El calibre 14 es el menor que se debe de utilizar en instalaciones eléctricas de hasta 2,000 V , para más de 2,000 V el conductor mínimo es de calibres 6 y 8 para aluminio y cobre respectivamente y hasta 35,000 V los calibres mínimo 1/0 cobre y aluminio. (Tabla 310-5). Par la selección de los conductores de más de 2,000 V, se aplicarán las especificaciones y observaciones de (310-60), las tablas 310-67 a 86 considerando la columna de 90° o al menos que se especifique otra cosa (110-40) y las tablas 310-61, 62, 63 y 64. Así como en los arreglos que aparecen en la FIGURA 310-60. A esta última figura la hace falta la simbología y las claves de las observaciones a cada dibujo o arreglo como sigue:

Así mismo le hace falta la letra “o” entre los detalles 2 y también entre los detalles 3. Ver la NOM-001-SEDE-2005. También se permite calcular la capacidad de conducción de corriente a diferentes temperaturas de las de las tablas, aplicando las fórmulas siguientes:

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Es conveniente revisar la aplicación con los ejemplos del apéndice “B” del NEC-99 HANDBOOK en español, para conductores alojados en ductos al aire y subterráneos, tal y como ahí se explican para 0 a 2,000 y 0 a 5,000 V. Para fines de aplicar el Artículo 710, la norma menciona que arriba de 600 V se debe considerar alta tensión, por lo que al aire o subterráneo en ducto o sin él y con pantalla o sin ella, se deberá de aplicar para la selección de conductores lo mencionado en el artículo 710, particularmente en la sección 710-4, donde se mencionan las profundidades mínimas de enterrado, así como la sección 310-7 y para protección por sobrecorriente la parte “B” del artículo 710.