CATEDRA DE INSTALACIONES II - sistemamid.com
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F.A.U.D. U.N.C.
CATEDRA DE INSTALACIONES II
INSTALACIONES
ELÉCTRICAS
Las instalaciones eléctricas de un edificio son sistemas compuestos por diferentes elementos que permiten la utilización, racional y en condiciones adecuadas de seguridad, de la energía procedente de la red de alimentación externa, destinados a iluminación, fuerza motriz, ventilación, o acondicionamiento ambiental, entre otras aplicaciones. El presente trabajo comprende los desarrollos teóricos básicos que posibilitan el trazado del proyecto y el cálculo analítico de las instalaciones correspondientes, en viviendas individuales y colectivas, edificios institucionales e industriales, y su directa relación con las demás áreas tecnológicas y de diseño. Asimismo se incluyen las instalaciones destinadas a Servicios Auxiliares de muy baja tensión y las utilizadas en los sistemas de Automatización y Domótica. Para una mejor comprensión del tema, lo hemos dividido en cuatro unidades:
- 1º. Los Principios Básicos, que nos permitirán conocer las magnitudes y unidades eléctricas, que utilizaremos en la segunda unidad. Pag. 2 a 25
- 2º. El trazado y cálculo de instalaciones eléctricas. Pag. 26 a 75
- 3º. Sistemas de Protección. Pag. 76 a 91 Materiales utilizados en las instalaciones Pag. 92 a 96
- 4º. Servicios Auxiliares en MBT, Automatización y Domótica. Pag. 97 a 113
1º Unidad
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PRINCIPIOS BASICOS
Podemos definir a la ENERGIA como la capacidad de producir un trabajo, siendo el
TRABAJO la cantidad de esfuerzo realizado para vencer una resistencia a lo largo de un trayecto. En general la física reconoce diversas maneras de manifestación de la energía: - Mecánica. - Térmica. - Eléctrica. - Radiante. - Química. - Nuclear. En nuestro caso estudiaremos particularmente una de estas manifestaciones de la
energía, LA ELECTRICIDAD. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Toda la materia existente en el universo está compuesta por átomos, y éstos a su vez, se encuentran conformados por un núcleo central y pequeñas partículas llamadas electrones, que giran alrededor de aquel, del mismo modo que en el sistema solar los planetas giran alrededor del sol.
Por convención, al núcleo se le asigna una carga eléctrica positiva ( + ) y a los electrones
una carga negativa ( - ) (Fig. 1). En razón de que las cargas eléctricas de diferente signo se atraen, así como las cargas del mismo signo se repelen, los cuerpos cargados eléctricamente con el mismo signo tienden a separarse. En cambio, si los cuerpos tienen cargas eléctricas diferentes, tenderán a atraerse entre sí.
De manera que, la fuerza centrífuga de la que están animados los electrones (que tiene carga negativa), que tendería a hacerlos escapar de su órbita, es contrarrestada por la atracción del núcleo (que tiene carga positiva), encontrándose en consecuencia el átomo en equilibrio. La diferencia que hay entre los distintos elementos está dada por la cantidad de electrones que componen sus átomos.
Atomo de CobreAtomo de Hidrógeno
1 solo electrón 29 electrones girando en 4 órbitas
Figura 1
-
++
-electrón
carga negativa
núcleocarga positiva
4
4
El átomo de Hidrógeno, por ejemplo, está formado por un núcleo alrededor del cual gira un solo electrón. El átomo de Oxígeno tiene 8 electrones girando en sus órbitas. El Cobre tiene 29 electrones, el uranio 92 y así para cada uno de los elementos naturales existentes en la naturaleza (Fig. 1).
En algunos materiales, los electrones que se encuentran en las órbitas periféricas más alejadas del núcleo, son atraídos más débilmente por éste, por lo tanto pueden librarse de esta fuerza más fácilmente, pasando de un átomo a otro, cuando son sometidos a fuerzas
o estímulos externos. A éstos electrones se los denomina LIBRES.
CONDUCTORES Y NO CONDUCTORES: Según la facilidad que exista o no para el paso de éstos electrones entre un átomo y otro
podemos distinguir entre cuerpos CONDUCTORES y cuerpos NO CONDUCTORES o AISLADORES.
CONDUCTORES entonces son aquellos materiales en los que, por medio de una fuente o excitación externa, podemos lograr que los electrones libres salten de un átomo a otro vecino
produciéndose lo que llamamos una corriente electrónica o CORRIENTE ELECTRICA. (Fig. 2)
Aunque el número de electrones libres solo constituye una pequeña parte del total que conforman los cuerpos conductores, es todavía muy numeroso. Por ejemplo, un cm
3 de Cobre
contiene unos 1 x 1016
electrones libres, cantidad suficiente como para asegurar una continuidad en la circulación de la corriente.
NO CONDUCTORES o AISLADORES son aquellos cuerpos en los que no se puede producir la corriente eléctrica por encontrarse sus electrones más fuertemente ligados al núcleo. Todos los metales, incluido el Mercurio –líquido a temperatura ambiente – se encuentran
dentro del grupo de los CONDUCTORES.
Entre los AISLADORES en cambio podemos encontrar al vidrio, la madera, los cerámicos, los materiales plásticos, etc.
CIRCULACION DE LA CORRIENTE ELECTRICA. Equivalencia con un circuito hidráulico.
fuente externaproveniente de una
-
electrón
Figura 2
un átomo a otroque se desplazan deelectrones libres
-+
-+
-+
-+
CUERPO CONDUCTOR
una fuente externa
-+
-
se desplaza haciaelectrón que
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Ya que a la electricidad solo podemos percibirla por los efectos que produce (Calor, Luz, Magnetismo), antes de comenzar a estudiar un circuito eléctrico consideraremos en primer lugar un circuito hidráulico equivalente. En este circuito podemos distinguir cuatro elementos importantes, necesarios para el funcionamiento del sistema (Fig. 3).
1 - La represa (depósito acumulador 3 - La conexión entre el generador y la
de agua), que por diferencia de carga, (el conducto entre la represa
de nivel, es el origen del movi- y la turbina, y el retorno del agua al miento de ésta, denominado depósito por efecto de la evaporación
acumulador o GENERADOR. y la lluvia). 2 - La Turbina, denominada CARGA, 4 - El dispositivo de control, COMPUERTA que consume energía. que permite abrir o cerrar el sistema. Al existir una diferencia de niveles (altura) entre el depósito superior y la turbina, se
produce entre ambos una Diferencia de Potencial energético. Cuanto mayor sea la diferencia de niveles, mayor será la energía disponible, acumulada en el sistema como energía Potencial. Al abrir la compuerta comienza a circular el agua por el conducto (Flujo Hidráulico), produciéndose una transformación de la energía POTENCIAL en energía CINETICA , la que estará limitada por el efecto de frenado que le producen las aletas de la carga, por la fricción del agua contra las paredes de los conductos, y por la diferencia de altura entre el depósito y la turbina. La cantidad de agua que pasará en la unidad de tiempo será directamente proporcional a la diferencia de altura e inversamente proporcional a la resistencia presente en el circuito.
Presión
Represa
Conducto
Turbina
Diferenciade Nivel
Retorno por evaporación y lluvia
Figura 3
Compuerta
Flu
jo d
e a
gua
6
6
Caudal = -------------------------- Fricción + Carga A partir de estas consideraciones podemos definir las tres magnitudes básicas presentes en este circuito hidráulico:
a) La diferencia de altura, Diferencia de Potencial Hidráulico ó PRESIÓN.
b) La cantidad de agua que circula por segundo ó CAUDAL. .
c) La oposición al paso del líquido ó FRICCIÓN y CARGA. Con estos elementos aprendidos conceptualmente podemos analizar un circuito eléctrico y comparar sus semejanzas con el hidráulico.
Circuito Eléctrico Básico
Un circuito eléctrico elemental está constituido por los siguientes elementos, donde podemos apreciar la similitud con el circuito hidráulico estudiado precedentemente (fig.4).
MAGNITUDES ELÉCTRICAS
Analicemos las tres Magnitudes Fundamentales de la electricidad:
DIFERENCIA DE POTENCIAL
Existen diversos métodos para lograr una Diferencia de Potencial eléctrico, entre las que podemos mencionar: - QUIMICOS : Baterías - Pilas. - FOTOVOLTAICOS : Fotocélulas. - ELECTROMAGNETICOS : Dinamos - Alternadores Una descripción detallada de cada uno de estos sistemas escaparía a los alcances de nuestra materia, de manera que en este caso veremos en forma simplificada como se logra una D.D.P. por medios químicos: Acumulador de Plomo Supongamos un recipiente que contiene ácido sulfúrico diluido en agua, (Fig. 5). Dentro del recipiente colocamos dos placas, una de ellas de plomo macizo (Pb) y la otra, también de plomo, pero perforada en forma de rejilla, en cuyos agujeros se ha colocado Sulfuro de Plomo (Pb SO 4).
Interruptor
CargaGeneradorG
Flujo de electrones
Retorno
Figura 4
-
+
7
7
Proceso de Carga: Si entre ambas placas aplicamos una fuente de energía eléctrica externa, mediante un
Generador ( G ), se producirá una reacción química : el ácido atacará a la placa de plomo macizo y
algunos de los electrones de ésta pasarán a la otra placa, acumulándose en ella, lográndose luego de un cierto tiempo una apreciable diferencia entre la cantidad de electrones que posee una placa con relación a la otra.
Como sabemos que a los electrones se les asigna una carga negativa (-), podemos decir que
en una de las placas se encuentra acumulado un potencial NEGATIVO con relación a la otra, que por
el contrario se encuentra a un potencial POSITIVO (+), ya que le faltan electrones. Esto es, hemos logrado, como equivalente a la diferencia de altura conseguida en el sistema
hidráulico, una DIFERENCIA DE POTENCIAL ELECTRICO, que será la causa de la circulación de
la corriente eléctrica.
Esta D.D.P. eléctrica, es una magnitud denominada Voltaje, tiene como unidad el Voltio, su
símbolo es V y se lo mide con un instrumento llamado Voltímetro.
Al voltaje también se lo denomina Tensión o Fuerza Electro Motriz. Una vez completado el proceso de cargado, retiramos el generador y tendremos acumulada una cierta cantidad de energía eléctrica, disponible para alimentar algún dispositivo que la consuma. Proceso de Descarga: Si conectamos entre los terminales del acumulador una carga (Fig. 5), se producirá a través de ésta una circulación de electrones, hasta que la diferencia de potencial entre las placas sea cero, esto indica que el acumulador se ha descargado. El dispositivo descrito anteriormente es el utilizado en los automóviles, y se lo denomina batería, suministrando generalmente una D.D.P. de 12 Voltios. Bajo el mismo principio funcionan las pilas utilizadas en los equipos electrónicos, generalmente con una Tensión de 1,5 V.
HH
Figura 5
Proceso de Carga
4SO
2
Proceso de Descarga
4SO
2
flujo
- +G
CARGA
- +flujo
8
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INTENSIDAD DE CORRIENTE :
Consideremos un trozo de metal (cuerpo conductor), compuesto por átomos con sus electrones, los que se encuentran en equilibrio. (fig. 6 a)
Si a los extremos de este conductor conectamos los dos polos de una batería, (es decir, aplicamos una Diferencia de Potencial), sucederá que los electrones libres que se encuentran cerca del extremo positivo (+) serán atraídos por éste (fig. 6 b), por el efecto de atracción entre cargas de diferente signo. Simultáneamente, los electrones libres ubicados en el extremo conectado al polo negativo (-) serán repelidos por éste, saltando hacia los átomos del interior del conductor, originándose una
CORRIENTE ELECTRICA a través de él, desde el negativo del acumulador hacia el positivo del mismo.
Decimos entonces que INTENSIDAD DE CORRIENTE es otra de las magnitudes eléctricas, que está definida como la cantidad de electrones que pasan por segundo a través de la sección de un conductor.
Su unidad de medida es el AMPERIO o AMPER y su símbolo A. Se lo mide con un instrumento llamado amperímetro.
- +
Figura 6 a
Figura 6 b
Bateria
Interruptor
Las cargas positivas y negativas se encuentran en equilibrio
Flujo de electrones
Las cargas negativas se mueven hacia el polo positivo
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RESISTENCIA ELECTRICA : Siempre que se produce una corriente de electrones libres, estos deben recorrer un camino tortuoso a través de los átomos, originándose fricciones entre las partículas atómicas, y como consecuencia de ello, generación de calor, que es energía que se pierde, aún en los materiales conductores. Esto significa una cierta oposición al paso de la corriente eléctrica, denominada
RESISTENCIA, cuyo valor será directamente proporcional a la longitud del conductor e inversamente proporcional a su sección. Decimos entonces que la oposición al paso de la corriente eléctrica, que denominamos
Resistencia, es una magnitud cuya unidad es el OHM, su símbolo la letra griega (omega) y se la
mide con un instrumento llamado Ohmetro. Con el objeto de poder comparar los diferentes materiales que se emplean en las instalaciones eléctricas, en cuanto a su resistencia, se ha establecido la llamada resistencia específica
o RESISTIVIDAD, que se designa con la letra griega (ro).
El valor inverso de la resistencia específica es la Conductancia específica o
CONDUCTIVIDAD, que se designa con la letra griega (kappa).
La tabla siguiente contiene los valores de Resistividad y Conductividad de los materiales conductores más usuales en instalaciones eléctricas. TABLA I
MATERIAL CONDUCTIVIDAD ( ) RESISTIVIDAD (
m/mm2 mm2/m
Plata 68 0.0147 Cobre 56 0.0178 Oro 45 0.0219 Aluminio 35 0.0286 Hierro 9 0.1120 Plomo 5 0.1977 La resistencia total de un conductor dependerá no solamente de su longitud, sección y conductividad, sino también de su temperatura. En los metales la resistencia aumenta con la temperatura, de allí la importancia, como veremos más adelante, de un correcto dimensionamiento de los conductores en los circuitos
eléctricos, a los efectos de disminuir al máximo las pérdidas de energía por recalentamiento, ya que lógicamente, lo que pretendemos es transportar la energía desde la fuente generadora hasta la carga o consumo, sin malgastarla en el camino.
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RELACION ENTRE LAS MAGNITUDES ELECTRICAS PRINCIPALES.
LEY DE OHM. En todo circuito por el que circula una corriente eléctrica, existen relaciones entre las tres
magnitudes estudiadas anteriormente. Estas relaciones reciben el nombre de LEY DE OHM, en honor del físico alemán que estudió estos fenómenos eléctricos a principios del siglo pasado. La ley de Ohm establece las siguientes relaciones que permiten, conociendo dos de estas magnitudes, conocer el valor de la tercera:
V V
I ( A ) = ------------- V ( V ) = I x R R ( ) = ------------
R ( ) I ( A )
Además de estas relaciones primarias, se utiliza también una fórmula, derivada, que nos da
la magnitud de la potencia consumida en el circuito, expresada en VATIOS (W) o en VOLTAMPERES
( VA ), y es producto de la Intensidad por el Voltaje: P = I x V
- La potencia entregada por el generador se mide en VOLTAMPERES.
- La potencia consumida por los artefactos (a los que denominamos genéricamente cargas)
puede estar expresada en VATIOS o en VOLTAMPERES, (más adelante, al estudiar Corriente Alternada, veremos la diferencia entre ambas magnitudes):
P (W o VA) = I x V
De esta última fórmula podemos deducir la Intensidad:
P
I ( A ) = ---------------------
V
Estas relaciones, particularmente la última recuadrada, nos permitirán más adelante aplicarlas para calcular las secciones de los conductores en una instalación eléctrica. Cabe destacar como muy importante que el correcto dimensionamiento de los conductores disminuirá las pérdidas de energía por recalentamiento y principalmente evitará los peligros de cortocircuito e incendio, producido en las instalaciones eléctricas debido a un erróneo cálculo de la sección de los mismos. El trabajo o energía eléctricos depende de la Potencia consumida y del tiempo durante el cual
dicha potencia se utiliza. Se expresa en Vatios/Hora o más generalmente en Kilovatios/Hora (Kw/h).
La energía eléctrica producida por las centrales se vende a los consumidores con unas determinadas condiciones de precio, llamadas tarifas y se facturan de acuerdo con los Kw/h, medidos
por aparatos denominados Medidores.
CLASES DE CORRIENTE ELECTRICA
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En nuestra aplicación en las instalaciones eléctricas podemos distinguir dos clases de corriente :
- CORRIENTE CONTINUA. Es aquella en la que la polaridad de los terminales de salida
del generador ( + y - ), se mantiene siempre constantes, en consecuencia, dentro del circuito los electrones circularán siempre en el mismo sentido.
- CORRIENTE ALTERNADA. Es aquella en la que la polaridad de salida del generador se invierte alternativamente (el polo positivo pasa a ser negativo y el negativo positivo), en razón de ello, los electrones varían su sentido de circulación constantemente. La
cantidad de veces por segundo que se produce esta inversión se denomina frecuencia, y en el caso de la energía suministrada por EPEC, la frecuencia es de 50 ciclos por segundo, o lo que es lo mismo, 50 Hertz.
La CORRIENTE CONTINUA ( C.C. - D.C. = ) es producida por medios químicos, pilas baterías, acumuladores o por medio de aparatos llamados dínamos, como los más utilizados en los automóviles de hasta hace unos 15 años.
La CORRIENTE ALTERNADA ( C.A - A.C ) es producida por aparatos llamados alternadores y es la usada en los sistemas de alimentación domiciliaria (EPEC) y en los automóviles modernos para cargar las baterías.
DIFERENCIAS ENTRE C.C. Y C.A.
La C.C., que se opera generalmente en bajo voltaje ( 6 - 12 - 24 - 36 V ), tiene como característica fundamental que puede ser acumulada por medio de pilas o baterías de acumuladores, es decir que se puede mantener una reserva de energía,. El inconveniente que presenta este tipo de corriente es que los dispositivos generadores pueden producir solamente potencias reducidas, destinadas a alimentar equipos móviles o portátiles (linternas, radios, teléfonos celulares, baterías de automóviles, etc.
La C. A. en cambio no puede acumularse, pero se caracteriza por posibilitar la generación de grandes potencias, (como la necesaria para alimentar una ciudad, por ejemplo), y el aumento o
disminución de su voltaje, por medio de dispositivos llamados transformadores, resultando particularmente útil esta cualidad porque permite transportar estas grandes potencias a muy largas distancias, mediante las denominadas Líneas de Transmisión.
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MAGNETISMO
IMANES NATURALES Se puede encontrar en la naturaleza un material, conocido como magnetita, que tiene la particularidad de atraer pequeñas partículas de otros materiales que contengan hierro en su composición. Este efecto, denominado magnetismo natural, es también el producido por nuestro planeta, que se comporta como un gran imán con dos polos, el norte y el sur, desde donde sale el llamado flujo magnético, que conforma un campo magnético alrededor de la tierra. Los imanes naturales no tienen aplicación en los circuitos eléctricos, porque su fuerza de atracción es muy débil, sin embargo, los efectos magnéticos, bajo la forma de imanes fabricados artificialmente o por la aplicación de otras técnicas de utilización de los fenómenos del magnetismo, son de amplia difusión en los sistemas e instalaciones eléctricos. ELECTRO MAGNETISMO - IMANES ARTIFICIALES Existe una vinculación directa entre electricidad y magnetismo. En efecto, cuando se hace circular una corriente eléctrica a través de un conductor, alrededor de éste se origina un campo magnético, cuya magnitud será proporcional a la intensidad de la corriente circulante ( Fig. 7 ).
Si tomamos un alambre conductor y lo arrollamos en forma de espiral, formando un cilindro
(Fig. 8 ), obtendremos una bobina solenoide, en el que cada vuelta de alambre constituye una
espira.
Al hacer circular una corriente eléctrica por esta bobina solenoide, lograremos concentrar el campo magnético que rodea a cada una de las espiras del conductor.
Circulación de lacorriente
Campo magnético alrrededor del conductor
Figura 7
Arrollamiento de alambre conductorformando espiras
Campo magnético concentrado
Figura 8
Flujo eléctrico
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Si dentro de este bobinado introducimos un trozo de hierro, al que denominamos núcleo, (Fig. 9) y luego conectamos el bobinado a una fuente de energía eléctrica, podremos observar que el núcleo se comporta como un imán, con dos polos (norte y sur), que atraerá partículas de materiales ferrosos, al igual que lo hacían los imanes naturales.
Hemos fabricado un imán artificial, denominado electroimán, que tendrá una fuerza de atracción magnética proporcional a la corriente que circule por el bobinado, fuerza que se mantendrá mientras continuemos alimentando éste bobinado. DIFERENCIAS ENTRE CAMPO ELÉCTRICO Y CAMPO MAGNÉTICO El CAMPO ELÉCTRICO es una perturbación o influencia en el espacio, producido por cargas eléctricas estáticas. Estas influencias se manifiestan por medio de Líneas de Fuerza o Campo de Fuerza Eléctrico. El campo eléctrico actuará sobre cualquier cuerpo cargado eléctricamente, el que será atraído o repelido de acuerdo a su polaridad (positiva o negativa) y en forma proporcional al nivel de dichas cargas. El CAMPO MAGNÉTICO es una perturbación o influencia en el espacio producida por cargas eléctricas en movimiento. Las líneas de influencia, denominadas Líneas de Fuerza o de Campo Magnético son concéntricas a las trayectorias de las cargas eléctricas y, a diferencia del campo eléctrico, no actúa sobre todos los cuerpos, ya que atrae solamente al hiero y al acero. APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO
POLO SUR
Fuente de energía
POLO NORTE
Interruptor
Núcleo de hierro
GFigura 9
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El efecto electromagnético tiene diversas y muy importantes aplicaciones en los circuitos eléctricos, en dispositivos llamados :
- Relevadores o Relés. - Contactores. - Transformadores. - Motores eléctricos.
Veamos entonces en que consiste cada uno de ellos.
Relevadores y Contactores:
Son dispositivos que permiten realizar la apertura o cierre de circuitos eléctricos a distancia, aprovechando el efecto de que un núcleo de hierro ubicado dentro de una bobina solenoide se convierte en un imán cuando es alimentado por una fuente de energía. Este imán atraerá a un brazo móvil, llamado armadura, el que permitirá abrir o cerrar un par de contactos, (Fig. 10), que a su vez, pueden controlar algún dispositivo eléctrico (CARGA), ubicado a distancia.
Figura 10 Cuando el consumo de la carga es pequeño, es decir, con corrientes de bajo nivel, estos
controladores se denominan Relés o Relevadores.
Cuando en cambio el consumo de la carga es elevado (corrientes elevadas), estos
dispositivos reciben el nombre de Contactores. Ambos dispositivos se fabrican para funcionar alimentados tanto por corriente continua como por corriente alternada. Decimos entonces que Relevadores y Contactores son dispositivos que permiten efectuar a distancia la apertura y cierre de circuitos eléctricos. Los electroimanes tienen también una muy extensa aplicación en el control de dispositivos electromecánicos (por ejemplo, la apertura de una puerta mediante el portero eléctrico, permitiendo destrabar a distancia la cerradura de entrada a un edificio desde los departamentos en cada piso)
Transformadores:
Interruptor
fuente de energía
Núcleo de hierro
POLO SURPOLO NORTE
ARMADURA MÓVIL
G
CARGA
Figura 10
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Estos dispositivos, mencionados anteriormente en el presente apunte (Pág. 11, Diferencias
entre corriente continua y corriente alternada), funcionan únicamente con Corriente Alternada y
permiten aumentar o disminuir el voltaje de una línea de transmisión o de alimentación. El principio de funcionamiento es el siguiente: Si disponemos de un arrollamiento de alambre (bobinado primario, Fig. 11), sobre un núcleo de hierro, conectado a una fuente de energía de corriente alternada, que le suministra un determinado voltaje, se producirá en ésta bobina un campo magnético concentrado dentro del núcleo. Núcleo de hierro
Si próximo a él colocamos otro arrollamiento (bobinado secundario), por efecto de la denominada inducción electromagnética, obtendremos en los extremos de este último una diferencia de potencial (voltaje de salida), que será proporcional a la cantidad de espiras de cada uno de los bobinados. Vale decir que si ambos bobinados tienen la misma cantidad de vueltas (denominadas espiras), el voltaje de entrada será igual al de salida. Pero si por ejemplo, el primario tiene 100 espiras y el secundario 1000 (relación 1:10), y alimentamos al transformador con 110 Voltios, a la salida obtendremos 1100 voltios. A la inversa, si el primario tiene 1000 espiras y el secundario 100 (relación 10:1), y alimentamos al transformador con 220 voltios, a la salida obtendremos 22 voltios. Los transformadores entonces son dispositivos que permiten modificar los valores de voltaje de una línea de alimentación de C.A. , destacando nuevamente que funcionan únicamente alimentados con Corriente Alternada. Justamente por ello, como veremos más adelante, son utilizados en las redes de distribución de energía, elevando los valores de generación en las usinas (de 6000 V a 133 KV o 266 KV), para transportar esta energía a grandes distancias y luego, nuevamente mediante transformadores, reducirla a los valores normales de distribución industrial y domiciliaria (380 V – 220 V). También tienen mucha aplicación los transformadores en los aparatos eléctricos y electrónicos de uso domiciliario ( timbres, lámparas dicróicas, televisores, equipos de audio, computadoras, impresoras, etc. ), ya que permiten reducir el voltaje de 220 V a valores de 12 – 24 ó 36 V, necesarios para alimentar estos equipos.
Fuente de energía
Gde C.A.
Bobinado Primario
Voltaje de Salida
Bobinado Secundario
Figura 11
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Motores Eléctricos: Otra aplicación muy importante del electromagnetismo es en los motores eléctricos, que son máquinas que permiten convertir la energía eléctrica en mecánica, de amplia utilización en instalaciones domiciliarias, comerciales e industriales. Los principios de funcionamiento de estos motores escapan a los alcances del presente curso, simplemente diremos que existen básicamente dos tipos de motores eléctricos:
- Aquellos de hasta 1 HP de potencia, que funcionan conectados a una alimentación
Monofásica de 220 V. Esto significa que solamente se requiere una fase y neutro para su funcionamiento. Todos los equipos electrodomésticos comunes utilizan motores monofásicos (licuadoras, batidoras, ventiladores, equipos de aire acondicionado familiares, pequeños equipos de bombeo, cortadoras de césped, etc.) Para el comando de puesta en marcha de estos motores, se puede utilizar un simple interruptor, similar a los empleados para el encendido de lámparas de iluminación, pero con corte de ambos polos (llave bipolar), mediante un contactor.
- Los motores de más de 1 HP, que para obtener mejor rendimiento, funcionan mediante una
alimentación Trifásica de 380 V, esto es, requieren para su funcionamiento una línea de tres fases. (el conductor de neutro no se requiere para la alimentación del motor, pero puede ser necesario para los contactores de comando)
Estos motores son de aplicación en grandes equipos comerciales e industriales (ascensores, escaleras mecánicas, equipos de calefacción y refrigeración centrales, bombeadores de gran caudal, etc.). Para la puesta en marcha de estos motores de potencia elevada, se hace necesario la utilización de llaves tripolares o contactores, como los mencionados anteriormente, que posibilitan su control a distancia.
CARGAS RESISTIVAS - CARGAS INDUCTIVAS
Vimos anteriormente que existen dos tipos de corriente eléctrica: Continua y Alternada, por
otra parte, en un circuito eléctrico pueden conectarse además dos tipos de cargas: carga Resistiva y
carga Inductiva.
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Denominamos carga Resistiva a aquella constituida por una resistencia pura, incluyendo dentro de esta clasificación a las lámparas incandescentes comunes, lámparas dicroicas, estufas a cuarzo, planchas para ropa, calentadores y todo aquel artefacto eléctrico que no tenga bobinados.
Las cargas Inductivas en cambio son aquellas que tienen arrollamientos de alambre, denominados bobinados, como los transformadores, los motores eléctricos, los electroimanes, las lámparas de descarga gaseosa (tubos fluorescentes, lámparas de vapor de mercurio y de sodio, que necesitan para funcionar conectarse a la alimentación mediante un bobinado llamado reactancia o balasto) y los transformadores utilizados para alimentar lámparas dicróicas. De acuerdo al tipo de carga y de corriente presente en cada circuito, se originarán diversas relaciones entre el voltaje y la intensidad que afectarán el cálculo de los circuitos eléctricos. Para una mejor comprensión del tema recurriremos a la representación gráfica de las magnitudes eléctricas.
CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTÍNUA
Representación de la Corriente Continua Hemos visto anteriormente que la circulación de electrones en un circuito, siguiendo siempre el mismo sentidos, da lugar a una Corriente Continua. Si utilizamos un par de ejes coordenados (Fig. 9 ), disponiendo simultáneamente sobre el eje de ordenadas los valores de voltaje de C.C. aplicado a un circuito y además los valores de la intensidad que circula por el mismo, y sobre el eje de absisas indicamos el tiempo transcurrido, podremos observar que tanto la D.D.P. (V) como la corriente (I) se mantienen constante a lo largo del tiempo, mientras se encuentre cerrado el interruptor.
En este caso, en el que la corriente comienza a circular en el circuito en el mismo instante en que se aplica voltaje a la carga, decimos que corriente y voltaje están en Fase y para el cálculo de la Intensidad de corriente es de aplicación directa la Ley de OHM mencionada anteriormente:
W
I = -------------
V
CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNADA
Potencia Aparente – Potencia Activa – Potencia Reactiva
Los artefactos y dispositivos utilizados en nuestras instalaciones eléctricas (denominados cargas) funcionan todos alimentados con C.A., donde se originan condiciones de trabajo diferentes a las presentes en circuitos de C.C.
La energía de C.A. producida por los alternadores se denomina Potencia Aparente y se la mide en Voltamperes ( VA ).
Figura 9
+Retorno
GGenerador
Carga
-Flujo de electrones
Interruptor cerrado
de C.C.
V +
A
tiempo
voltaje
Intensidad
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Por otra parte la energía transformada efectivamente por la carga en energía útil y calor se
denomina Potencia Activa y se la mide en Vatios ( W ) y como veremos más adelante, no toda esta energía consumida por la carga es transformada en potencia útil. En un circuito de C.A. podemos distinguir dos tipos de cargas: Lámparas Incandescentes Estufas de cuarzo
* Cargas Resistivas Calefactores eléctricos Planchas Motores Reactancias para lámparas de descarga gaseosa
* Cargas Inductivas Contactores o Relés
Transformadores
Representación de la Corriente Alternada
Si representamos en un eje de coordenadas los valores de voltaje e intensidad producidos por un generador de CA aplicado a un circuito, la gráfica a de variar, dependiendo del tipo de carga
que se encuentre conectada en el circuito, pudiendo ser ésta Resistiva o Inductiva.
Carga Resistiva en C.A. : En principio podremos observar (Fig. 10), que el voltaje producido por un generador de C.A. no es constante. Representado por una línea continua, vemos que partiendo de un valor cero, a medida que transcurre el tiempo comienza a aumentar hasta llegar a un valor máximo (curva hacia arriba), momento en que comienza a disminuir hasta llegar nuevamente a cero.
En este momento, en el generador se invierte la polaridad de salida, y el voltaje comienza nuevamente a aumentar hasta un valor máximo (curva hacia abajo), luego comienza a disminuir hasta llegar finalmente a cero. La duración de este ciclo se denomina período. La cantidad de veces en que estos ciclos se
repiten por segundo se denomina FRECUENCIA, y en el caso de la C.A. suministrada por E.P.E.C., tal como lo mencionáramos anteriormente, la frecuencia de generación es de 50 ciclos/segundo, o lo que es igual, 50 Hertz.
G
+
-
Interruptor cerrado
Retorno
Flujo de electrones
Generador
de c.a.
Figura 10
Carga
A
V +
voltaje
Intensidad en Fase
tiempo
+
-
resistiva
V -
A
(simultánea con el voltaje)
19
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Si en el mismo gráfico representamos, mediante una línea de trazos, la intensidad de la corriente, veremos que ésta comienza a aumentar simultáneamente con el voltaje, llegando también a un valor máximo y luego retornando a cero en ambos hemiciclos. Esto significa que la corriente comienza a circular por el circuito en el mismo momento que se comienza a aplicar el voltaje a la carga. Decimos también en este caso que corriente y voltaje están en Fase, situación que se cumple
en los circuitos de C.A. únicamente cuando la carga es resistiva. En la primera mitad del ciclo, la línea de trazos hacia arriba, indica que la corriente circula en un sentido, en la segunda mitad del ciclo, la línea hacia abajo nos señala que la corriente circula en el sentido contrario, porque se ha invertido la polaridad en el generador. Esto significa que el sentido de circulación de los electrones dentro del circuito se invierte o se 50 veces por segundo. Debido a esta alternación en la polaridad del voltaje y en el sentido de circulación de la corriente, es que a estos circuitos se los denominan de Corriente Alternada ( C.A. ). En este caso, en el que la corriente comienza a circular en el circuito en el mismo instante en que se aplica voltaje a la carga, igualmente decimos que corriente y voltaje están en Fase y para el cálculo de la Intensidad de corriente también es de aplicación directa la Ley de OHM :
W
I = -------------
V
Carga Inductiva en C.A. - Impedancia Inductiva : Cuando el generador de C.A. alimenta una carga inductiva, al comenzar a aumentar el
voltaje, en el inicio del ciclo, el bobinado conectado como carga, también denominada Impedancia
Inductiva, produce un efecto de oposición inicial al paso de la corriente, llamado fuerza contraelectromotriz, que hace que la corriente no comience a circular simultáneamente con el voltaje, sino que lo hace luego de transcurrido un cierto tiempo y vencida esa oposición ( Fig. 11), es decir que existe una diferencia de fase, atraso o desfasaje entre voltaje e intensidad.
El valor de este desfasaje dependerá de las características constructivas del bobinado (cantidad de vueltas y diámetro del arrollamiento) y como los generadores de C..A. son máquinas rotativas, el valor del atraso lo podemos medir en unidades angulares.
Efectos de las Cargas Inductivas en los circuitos de Corriente Alternada
FACTOR DE POTENCIA (Coseno )
La potencia entregada por la Empresa de Energía se denomina Potencia Aparente y su unidad de medida es el VOLTAMPERIO ( VA ) y es el producto del voltaje aplicado a la carga, multiplicado por la intensidad total de corriente presente que circula por los conductores de alimentación.
Potencia Aparente ( VA ) = V x I ( 1 )
Figura 11
inductiva
Carga
cerradoInterruptor
de c.a.
Generador
Flujo de electrones
- +
+ -
G
Retorno
tiempo
voltaje
V -
A
Intensidad
V +
A
defasada
(atrasada en el tiempo
con relación al voltaje)
20
20
Cuando a la línea de alimentación de C.A. conectamos una carga inductiva, se produce una situación de desfasaje, como el visto en la figura 11, y parte de la potencia entregada por la Empresa
de Energía, (Potencia Aparente), es devuelta al generador sin aprovecharla y no es registrada por los medidores comunes, situación que resulta desfavorable para la empresa proveedora. La potencia que realmente se transforma en trabajo en un circuito inductivo de C.A. se
denomina Potencia Activa, se mide en W y es siempre menor que la Potencia Aparente entregada por EPEC.
Esta Potencia Activa se obtiene multiplicando la Potencia Aparente por el valor del Coseno
(denominado también FACTOR DE POTENCIA), siendo el ángulo de desfasaje existente
entre el Voltaje y la Intensidad.
Potencia Activa ( W ) = Potencia Aparente (VA) x Cos.
Potencia Activa (W)
de donde deducimos: Potencia Aparente (VA) ; V x I = --------------------------------- ( 2 )
Cos.
Expresado por medio de una función trigonométrica, (Fig. 12) la hipotenusa representa a la
Potencia Aparente - Pap -; el cateto adyacente la Potencia Activa – Pac -; siendo el ángulo de
desfasaje entre voltaje e intensidad. El cateto opuesto, representa el valor de la Potencia Reactiva
– Pr -, devuelta a la línea, y que no es registrada por los medidores comunes.
Es decir que el valor de la potencia Aparente dependerá directamente del ángulo de desfasaje entre voltaje e intensidad, expresado en valor absoluto por el Coseno de dicho ángulo.
El valor del Cos. denominado también Factor de Potencia, está dado siempre por
valores iguales o menores que 1. ( Cos. < = 1 )
Si de la fórmula anterior (2) despejamos la intensidad: Potencia Activa ( W ) I ( A ) = ----------------------------------
V x Cos.
Podemos deducir entonces que la Intensidad Total que circulará por los conductores de alimentación de un circuito de C.A. con carga Inductiva no será solamente función de la Potencia Activa que consume la carga, sino que dependerá también del valor del desfasaje que esta carga
produce (Cos. ). Consecuentemente, cuanto mayor sea el Cos. , o sea cuanto más se
aproxime a 1 su valor, menor será la intensidad en el circuito, para una misma potencia
activa consumida.
Potencia Activa - Pac - ( W )
Potencia Aparente - Pap - (
VA )
Po
ten
cia
Re
activa
Figura 12
Pr
( V
Ar
)
21
21
Como definición, decimos que: el Coseno o Factor de Potencia, es un coeficiente que nos
indica el grado de desfasaje entre el Voltaje y la Intensidad, producido por una carga inductiva, en un circuito alimentado por C.A.
Como segunda definición, podemos decir también que: el Coseno o Factor de Potencia, es
un coeficiente que afecta el cálculo de la Intensidad de corriente en circuitos de Corriente Alternada que alimentan cargas inductivas.
Ambas definiciones son correctas, la primera describe en lenguaje técnico, las causas o el origen del Factor de Potencia, la segunda define los efectos que este coeficiente produce en el cálculo de la Intensidad de corriente, y por lo tanto esta última es la que usamos más habitualmente. Como veremos más adelante, en los circuitos eléctricos que habremos de
diseñar, la sección de los conductores de alimentación dependerá de la
corriente total que circule por los mismos, de manera que deberemos conocer
con exactitud los valores de intensidad presentes en cada caso, para evitar
el calentamiento de estos conductores.
Por otra parte, trataremos de reducir al máximo la Potencia Reactiva (Pr), que es energía no aprovechada pero que circula por los conductores,
mediante la corrección del Factor de Potencia, como se indica a
continuación, con lo que lograremos reducir la corriente total presente en
los circuitos.
Corrección del Factor de Potencia. IMPEDANCIA CAPACITIVA Dijimos que la Potencia Reactiva no es registrada por los medidores comunes domiciliarias,
por lo tanto la empresa de electricidad exige mantener el Cos. por encima de ciertos valores,
iguales o mayores a 0,80 (Cos. > 0.80), ya que de otra manera, es grande la cantidad de energía
que suministra y no puede facturar. Para lograr una reducción en el ángulo de desfasaje se utilizan unos elementos llamados
CAPACITORES, que son dispositivos en los que, a la inversa que en las bobinas, la corriente se
encuentra desfasada pero adelantada con respecto al voltaje, esto es, se produce un efecto opuesto al de las impedancias inductivas, compensando de esta manera las pérdidas de energía. En instalaciones industriales de gran consumo, la empresa de energía dispone medidores especiales que indican la potencia reactiva que se está disipando, aplicando bonificaciones sobre su facturación en los casos en que esta potencia no supere ciertos límites preestablecidos. En este tipo de instalaciones, o cuando los motores utilizados son de gran potencia (P.Ej. en el caso de los ascensores o grandes equipos de Aire Acondicionado), los fabricantes indican junto con
las características de los equipos, el Cos. que éstos introducen en la línea de energía. Esto permite
calcular con exactitud las secciones de los conductores de alimentación así como también los capacitores que deberán conectarse en el circuito para aproximar el Factor de Potencia a valores
cercanos a 1. Como la carga inductiva puede ser variable, dependiendo de la cantidad de motores que funcionen simultáneamente, en los tableros de electricidad se dispone de un instrumento, llamado Cofímetro, que permite conocer los valores instantáneos y conectar o desconectar manualmente los capacitores necesarios para lograr la adecuada corrección de fase. También existen dispositivos automáticos, controlados electrónicamente, para corrección del
Cos. que permiten una mayor precisión en el control del desfasaje.
22
22
En las instalaciones domiciliarias en cambio, las potencias que consumen los equipos
electrodomésticos son muy reducidas, de modo que éstos no traen indicación acerca del Cos.
que introducen. En la nueva reglamentación, como veremos más adelante, se utiliza una tabla de consumos (Tabla IV), en la que ya se incluye este factor en los valores a tomar en cuenta para realizar los cálculos correspondientes, expresando dichos consumos directamente como Potencia Aparente
en VA (Voltamperes).
Ejemplo:
Si tenemos un equipo con carga inductiva con una potencia activa (Pac) de 250 KW y un Cos. = 0,75 y se desea
elevar el factor de potencia a un valor de Cos. = 0,95, ¿ que potencia deberán tener los capacitores ?
Solución: Ingresando con el Factor de Potencia del dispositivo 0,75, buscamos en la columna de 0,95 y allí leemos el Coeficiente 0,553. Multiplicando este valor por la Pac 250 KW, obtendremos 138,2 KW, que es la potencia capacitiva necesaria. Pac 250 KW x 0,553 = 138,2 KW
PRODUCCIÓN Y TRANSPORTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA. La producción de energía se realiza en centrales llamadas USINAS, generalmente ubicadas lejos de los lugares de consumo, con voltajes del orden de los 6000 V ( 6 KV ). Mediante transformadores se eleva este voltaje a valores muy altos ( 133 ó 266 KV ) y por medio de Líneas de Transmisión se la transporta hasta los puntos de distribución y consumo, donde se reducen estos
TABLA XI
CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA
Factor de
Potencia del FACTOR DE POTENCIA CORREGIDO
Dispositivo 1 0,95 0,90
0,60 1,333 1,004 0,848
0,65 1,168 0,839 0,683
0,70 1,02 0,691 0,535
0,75 0,882 0,553 0,397
0,80 0,750 0,421 0,265
0,85 0,620 0,291
0,90 0,485 0,156
0,95 0,329
23
23
Voltajes, nuevamente mediante sucesivas etapas con transformadores, a los valores normales de uso industrial o domiciliario de 380 V y 220 V , la Figura 16 muestra el esquema general de Producción, Transporte y Distribución.
LÍNEAS Y REDES TRIFÁSICAS Hemos visto que tanto los generadores como las cargas tienen que disponer por lo menos
de dos polos para lograr la diferencia de potencial (voltaje), necesario para el funcionamiento de los
circuitos eléctricos, que en este caso reciben el nombre de MONOFÁSICOS.
TR
IFÁ
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A
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D
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o
Fase S
Fase
T
Fase R
24
24
Pero las Líneas y Redes de distribución de energía de C.A. están alimentadas por Alternadores y Transformadores que tiene tres polos, o fases, recibiendo los circuitos el nombre de
TRIFÁSICOS, utilizándose para su distribución tres conductores llamados Fases más un cuarto
conductor, denominado Neutro.
En las figuras 17 y 18 se indican en detalle los circuitos de distribución de estas redes Trifásicas y la forma de conexión de los artefactos.
En este tipo de circuitos la DDP (voltaje) entre cada una de las Fases es de 380 V, y se utiliza para alimentación de motores o cargas Trifásicos, con los que se obtiene un mayor rendimiento de la energía consumida. Los artefactos electrodomésticos y de iluminación normalmente usados en viviendas, comercios,
alumbrado público, etc, requieren una alimentación Monofásica, de 220 V, utilizándose para ello
una cualquiera de las fases y el Neutro.
CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS.
Puesta a tierra (jabalina)
Tomacorrientemonofásico (220 V)
Carga
trifásica (380 V)
FASE R
FASE S
FASE T
NEUTRO
FIGURA 18
Transformador Trifásico
Fase R
Fase S
Fase T
NEUTRO
Carga Monofásica Carga Trifásica
220 V 380 V
Red de distribución Trifásica
Figura 17
25
25
En base al sistema de distribución y utilización de la energía eléctrica vistos precedentemente, podemos clasificar a las instalaciones por la tensión o voltaje aplicado entre las fases, de la siguiente manera:
- Muy Baja Tensión ( MBT ); hasta 50 V. ( Distribución interna de señales de audio, video, telefonía, transmisión de datos, computación, alarmas, etc)
- Baja Tensión ( BT ); desde 50 hasta 1.000 V. (en el caso de EPEC, las redes de distribución externa se realizan en 380 V y la distribución interna en 220 V y/o 380 V)
- Media Tensión ( MT ); desde 1.000 hasta 33.000 V ( Líneas de Transmisión )
- Alta Tensión ( AT ); más de 33.000 V “ “ “ Cabe destacar que la mayoría de los aparatos electrónicos ( Televisores, Radios, Computadoras, Equipos de Audio, Microondas, Centrales telefónicas, etc.) funcionan con valores de voltaje muy bajo, de modo que requieren a su vez un transformador que reduzca de 220 V a 50 V o menos. Estos pequeños transformadores en algunos casos se encuentran instalados dentro de los mismos aparatos, y en otros son externos, como por ejemplo los utilizados para alimentación y carga de los teléfonos celulares que reducen el voltaje de línea (220 V de C.A.) y además lo convierten en C.C.
2da. Unidad
26
26
TRAZADO Y CALCULO DE
INSTALACIONES
ELECTRICAS
Conocidos los principios básicos, estamos en condiciones de encarar el Trazado y Cálculo de las Instalaciones Eléctricas Domiciliarias. Los elementos que integran una instalación de este tipo son aquellas vistas en la primera parte de este apunte como Circuito Eléctrico Básico (Fig. 4), a saber: - Generador de corriente (en nuestro caso la línea de alimentación externa). - Los dispositivos que consumen energía (carga). - Los conductores (cables). - Los controles (llaves, interruptores, pulsadores, contactores).
A este listado debemos agregar los dispositivos de medición y de seguridad y protección, tanto de las personas como de la propia instalación.
REPRESENTACIÓN DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS A los circuitos eléctricos se los representa mediante símbolos establecidos por convención, que permiten una fácil interpretación de los mismos. En la página siguiente se incluyen algunos de los símbolos generalmente más usados en el trazado de instalaciones eléctricas.
FORMAS DE REPRESENTAR LOS CIRCUITOS.
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27
SIMBOLOGÍA
El siguiente es un listado de los principales símbolos utilizados en los proyectosde instalaciones eléctricas adoptados por IRAM.
Cruce de cables sin empalmar
Cruce de cablesempalmados
Boca de luz de techo
(centro)
Boca de luz de dos efectos
Boca de luz de pared (aplique)
Tomacorriente Trifásicoó Monofásico con tomaa tierra
Llave de un punto
Llave de dos puntos
Llave de tres puntos
Llave bipolar
Llave tripolar / tetrapolar
Llave combinaciónescalera
Llave termomagnética
Transformador
Fusible
Medidor
Tablero Principal
Tablero Seccional
M
Caja de derivación
Pulsador
Campanilla
Disyuntor Diferencial
Puesta a tierra
Automático para escalera
Toma para teléfono
Toma para T.V.T.V.
T
E
Monofásico
Detector de movimiento
para alarma
Mediante los símbolos indicados anteriormente, existen dos maneras de representar un circuito
28
28
eléctrico, uno de ellos, denominado MULTIFILAR, es principalmente utilizado en proyectos donde se deba indicar con mayor precisión la forma de conectar los distintos elementos que lo integran (Fig. 19 ).
La línea de EPEC ( Trifásica, 380 V ), está representada por tres conductores ( Fases R, S y T ) y un cuarto conductor neutro.
Los circuitos se indican con dos, o cuatro conductores, según corresponda a alimentaciones monofásicas o trifásicas.
interruptor
Motor
220 V
Monofásico
Lámpara
220 VM
MonofásicoCircuito
TrifásicoCircuito
MonofásicoCircuito
220 V
220 V
380 V
TGf
n
f n
f f f nFigura 19
Fase T
neutro
Fase S
Fase R
Esquemas MULTIFILARES
Línea EPEC Trifásica
29
29
El otro método, denominado UNIFILAR, es el generalmente utilizado en nuestros proyectos de arquitectura por ser más simple y esquemático (fig. 20 ).
En este caso, la línea de EPEC está representada por una sola recta, con cuatro trazos que nos indican que se trata de una línea trifásica más neutro. También la acometida y los circuitos se indican con una sola línea, con dos o cuatro trazos cruzados, según que la alimentación sea Monofásica o Trifásica.
Las Figuras Nº 21, 22 y 23 nos muestran la representación esquemática unifilar de los
elementos mínimos exigidos por EPEC, con que debe contar una instalación eléctrica, desde la Línea de Alimentación hasta su distribución en los circuitos internos, en sus dos alternativas mas comunes:
Monofásico
MLámpara
Motor
Figura 20
220 V
380 V
CircuitoTrifásico
220 V
Circuito
TG
MonofásicoCircuito
220 V
Monofásico 220 V
interruptor
Línea EPEC Trifásica
Acometida
Trifásica Monofásicas
Acometidas
Esquemas UNIFILARES
fusible
30
30
- 1.- Acometida Unifamiliar, Monofásica 220 V.
- 2.- Acometida Multifamiliar o de Usuario Multiple, Trifásica 380 V.
1.- Acometida Unifamiliar Monofásica 220 V.
Ambos circuitos son similares, pero en el 21 b se a incorporado en el Tablero General un disyuntor diferencial, dispositivo para protección de las personas, que se describe más adelante (pag. 67).
2.- Acometida Multifamiliar o de Usuario Múltiple, Trifásica 380 V.
M
Circuito Nº 1
Circuito Nº 2
TG
Figura 21 a
Circuito Nº 3
(fase y neutro)
Acometida Monofásica
Línea EPEC Trifásica
Fusible de Línea
(solo sobre la fase)
Medidor monofásico
Fusible de Medidor
(sobre fase y neutro)
TM TM TM
M
TMTMTM
Figura 21 b
Circuito Nº 1
Circuito Nº 2
Circuito Nº 3
un interuptor diferencial
En el Tablero, se incorporó
TG bipolar (que corte fase y neutro)DD
(sobre fase y neutro)
Fusible de Medidor
Medidor monofásico
(fase y neutro)
(solo sobre la fase)
Fusible de Línea
Acometida Monofásica
Línea EPEC Trifásica
Llave General
Por cada circuito, una TM bipolar
(que corte fase y neutro)
31
31
Cuando se trata de alimentación de más de un usuario (múltiple o multifamiliar), por ejemplo, el caso de los edificios de departamentos, se utiliza una única acometida trifásica, con fusibles en cada una de las fases de entrada (Fig. 22).
Luego, en el Tablero Principal, se dividen los diferentes circuitos para alimentar con 220 V monofásico los Tableros Seccionales de cada uno de los departamentos ( TS 1, TS 2, TS3 ), que a su vez, se dividirán en circuitos internos (C!, C2, C3, .....).
También del Tablero Principal se alimentará el TS 4, del cuál salen los circuitos de uso común del edificio ( Iluminación de pasillos, Ascensores, Bombeo, etc.), que podrán ser monofásicos 220 V o trifásicos 380 V.
con Tablero Principal y Seccionales
T.P.
T.S 1 T.S 2 T.S 3 T.S 4
LINEA TRIFÁSICA E.P.E.C.
C1C2C3
C2C1
C3
C2
C1
C2C1
ILUMINACIÓNPASILLOS
ASCENSORES
BOMBEO
al Depto. 1
al Depto. 2
al Depto. 3
Fusibles de Línea (en las tres fases)
ACOMETIDATRIFÁSICA
AlimentacionesMonofásicas
AlimentaciónTrifásica
a la Sala de Máquinas
Esquema de instalación para Usuario Múltiple
Figura 22
Fusibles generales
de Entrada
( ver detalle en Fig. 23 )
(en las tres fases)
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32
Dentro del Tablero Principal, se hace necesario la instalación de Medidores individuales para cada departamento, así como también uno o más medidores para los circuitos de uso común del edificio, de manera que permita medir los consumos en forma separada para cada uno de ellos. En la Figura 23 se indica el detalle interno del Tablero Principal, con todos los elementos
mínimos que debe contener.
Figura 23
LINEA TRIFÁSICA E.P.E.C.
Fusibles de Línea
M M M M
EntradaFusibles de
MedidorFusibles de
T.P.
al T.S. 1
al T.S. 2
al T.S. 3
al T.S. 4
GeneralLlave
TRIFÁSICAACOMETIDA
Detalle interior del Tablero Principal
para Usuario Múltiple
Fusibles Generalesde Entrada
Trifásica
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PROYECTO DE UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA
METODOLOGIA DE DISEÑO
La metodología de diseño indica la manera aconsejada para realizar el proyecto de una instalación eléctrica. Este diseño deberá respetar la Reglamentación para el Proyecto y Ejecución de Instalaciones Eléctricas Domiciliarias, vigente en la ciudad de Córdoba, que establece las condiciones mínimas que deberán cumplir dichas instalaciones para preservar la seguridad de las personas y los bienes, así como asegurar la confiabilidad y calidad de su funcionamiento. La Asociación Electroctécnica Argentina ( AEA ), propone para ello un método que permite establecer la Demanda de Cálculo o Grado de Electrificación ( GE ), de acuerdo a los siguientes pasos:
1.- Clasificación de los Circuitos.
2.- Ubicación de las bocas de iluminación y tomacorrientes, de acuerdo a las
necesidades particulares de cada caso.
3.- Ubicación de las llaves interruptoras.
4.- Ubicación de los tableros Principales y Seccionales o Secundarios.
5.- Determinación de la Potencia ( en VA ), que consume cada artefacto a conectar, y en el
caso de un edificio multiusuario, la Demanda de Edificios en Propiedad Horizontal.
6.- Determinar el Grado de Electrificación.
7.- Establecer el Número Mínimo de Circuitos.
8.- Puntos mínimos de Utilización.
9.- Trazado tentativo de los circuitos que alimentarán las bocas.
10.- Estimación de las cargas de consumo ( Demanda de Potencia ), en función de
los requerimientos del proyecto. Uso de la Planilla de Circuitos
11.- Cálculo de la sección de los conductores y diámetros de cañerías.
12.- Cálculo de las llaves termomagnéticas.
13.- Dimensionamiento de los espacios técnicos.
14.- Selección del tipo de acometida.
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1.- Clasificación de los Circuitos
Se considera boca al punto fijo de un circuito donde se conecta el aparato a utilizar (carga) mediante borneras, tomacorrientes o conexiones fijas. No se consideran bocas a las cajas de paso o derivación ni las que contienen llaves ni atenuadores.
Circuitos de usos generales: Son circuitos monofásicos y alimentan bocas de salida para conectar artefactos de alumbrado
(centros y brazos) y/o tomacorrientes, y tendrán como mínimo conductores de cobre de 2.5 mm2 de
sección hasta la última boca o toma del circuito. Por el tipo de bocas a alimentar estos circuitos podrán ser: a) Solo para bocas de alumbrado. b) Solo para tomacorrientes. d) Circuitos para usos especiales. e) Circuitos de conexión fija.
a) Circuitos sólo para bocas de alumbrado: En ellos se debe prever que los artefactos a conectar por boca no superen los 500 VA. La demanda de cálculo será: Demanda = Numero de bocas x Potencia en VA por boca x FS (*) (*) Factor de Simultaneidad: Para Viviendas = 0,66 Para Locales y oficinas = 1,0
Este resultado no puede ser mayor a 2200 VA y con un máximo de 15 bocas, para cada uno de estos circuitos. Deberán contar con protección de interruptor automático, con un rango máximo de 16 A, de accionamiento instantáneo, adecuado para proteger sistemas con cargas lumínicas Tipo “C” o “D”, (ver más adelante sistemas de protección).
b ) Circuitos sólo para tomacorrientes:
Clasificación de los tomacorrientes: TA: Previstos solo para conectar artefactos de iluminación y artefactos con un consumo máxima de 100 VA, (veladores, radio reloj, etc.). TB: Previstos de uso general, para conectar artefactos móviles de hasta 500 VA (lustradoras, aspiradoras, tostadoras, heladeras, etc.) TC: Para artefactos de hasta 1000 VA, (planchas, estufas, etc.). No podrá preverse más de un TC por cada circuito. T.E: Para alimentar artefactos que consumen más de 1000 VA. La selección de los tipos de tomacorrientes a instalar en cada ambiente está condicionada, de acuerdo a lo indicado más adelante, como Puntos Mínimos de Utilización, y una vez determinados los tipos de tomas a utilizar, la demanda de cálculo será la sumatoria de éstos.
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La potencia máxima para cada circuito no deberá superar los 2200 VA, con un máximo de 10 tomas y deberán contar con protección de interruptor automático, con un rango máximo de 16 A, de accionamiento instantáneo, adecuado para proteger sistemas con cargas lumínicas Tipo “C” o “D”, (ver más adelante sistemas de protección).
d) Circuitos para Usos Especiales: Son de destino exclusivo para bocas de: - Iluminación, que superen individualmente los 500 VA. - - - Tomacorrientes, monofásicos o trifásicos, que alimenten consumos mayores a 1000 VA cada uno. - Parques o jardines cuya carga en conjunto supere los 1000 VA.
Cada boca se identificará en el proyecto como BE (boca iluminación especial) o TE (tomacorriente especial). No hay límite en el número de bocas, pero en todos los casos la potencia máxima permitida por cada boca es de 4000 VA. La demanda de cálculo resultara de la sumatoria de todos los consumos previstos en VA, con un FS = 1. Contarán con interruptor automatico tipo "C" para las BE y de tipo "D" para los TE, con una sección mínima de conductores de 4 mm
2.
e) Circuitos de Conexión Fija:
Previstos para cargas de motores monofásicos o trifásicos, con consumos superiores a 2200 VA y no podrán tener derivaciones. Estas cargas se conectarán a través de tableros exclusivos, sin utilización de tomacorrientes, ( Ascensores, equipos de bombeo, etc.) Las protecciones indicadas para este tipo de equipos, deberán ser mediante contactores con actuación térmica por sobrecarga, falta de fase, baja tensión y cortocircuito.
2.- UBICACION DE LAS BOCAS DE LUZ y TOMACORRIENTES
Para la distribución racional de las bocas de luz y toma corrientes, es decir los puntos de utilización de la energía, es importante conocer las actividades que se han de desarrollar en cada ambiente a diseñar, así como también la disposición del amoblamiento a colocar en los mismos. En el caso de las bocas de luz, el hecho que se las denomine CENTRO no significa que deban ubicarse en el centro del ambiente, como habitualmente se hace, sino que deberán localizarse en los lugares que signifiquen un adecuado aprovechamiento de los artefactos de iluminación utilizados. Se puede inclusive recurrir a las bocas de pared, brazos o apliques, para lograr puntos de luz concentrados o, por el contrario, gargantas laterales de luz difusa, todo siempre en función de los requerimientos del diseño. El mismo criterio se ha de seguir para la ubicación de los tomacorrientes, tomando en cuenta los artefactos o dispositivos a conectar en ellos, considerando también la cantidad de éstos, tendiendo a evitar el uso posterior de fichas múltiples adicionales (triples) y cables de prolongación.
3.- UBICACION DE LAS LLAVES INTERRUPTORAS
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Conocida la ubicación de las bocas de luz, se dispondrán los interruptores para control de aquellas, teniendo en cuenta particularmente la forma de abrir de las puertas, pudiendo instalarse llaves múltiples, que posibiliten el control de varios artefactos de iluminación desde un mismo punto. También se podrá considerar el uso de llaves Combinación Escalera, que permiten encender y/o apagar las luces desde dos puntos de un ambiente indistintamente.
4.- UBICACIÓN DE TABLEROS PRINCIPALES Y SECCIONALES
En instalaciones unifamiliares, el Tablero Principal (generalmente el único tablero) se ubicará de manera que sea fácilmente accesible para su operación, pudiendo localizarse dentro de cualquiera de los locales de la vivienda, lejos de las zonas húmedas.
Cuando se trata de instalaciones multiusuario, el Tablero Principal, que contiene los medidores individuales de cada departamento, deberá ubicarse en lugar de fácil acceso para que el personal de EPEC pueda realizar la lectura de los mismos. Podrán instalarse en Planta Baja, en el ingreso del edificio o en un local dispuesto especialmente para ello, en P.B. o subsuelo.
5.- DETERMINACIÓN DE LA POTENCIA QUE CONSUME CADA ARTEFACTO.
Para poder efectuar el cálculo de las secciones de los conductores a utilizar en un circuito,
deberemos conocer además la Potencia Aparente (VA) que consume cada uno de los dispositivos que han de conectarse en el mismo y previo a ello resulta conveniente efectuar un resumen conceptual de las diferencias entre Potencia Aparente ( VA ) y Potencia Activa ( W ), valores ambos utilizados en el desarrollo de circuitos que funcionan con Corriente Alternada.
Elementos básicos de un circuito:
Tal como vimos anteriormente, en todo circuito eléctrico de C.A. podemos identificar una serie de elementos mínimos que lo componen, como los indicados en la siguiente figura:
Figura 24 Estos elementos son:
- El dispositivo que genera la Diferencia de Potencial, produciendo energía,
denominado Generador de Corriente Alternada o Alternador, que debe tener como mínimo dos polos de salida, aunque como veremos más adelante, generalmente en nuestras redes de EPEC tienen tres polos.
- El dispositivo denominado Carga, que consume esta energía eléctrica y la transforma en energía útil en forma de luz, calor, trabajo mecánico o alimentación de equipos electrónicos.
+
Generador G
-
Interruptor
Carga
Intensidad ( A )
Voltaje ( V )
conductores
37
37
- Los Conductores que enlazan estos dos dispositivos.
- Y por último las Llaves, Interruptores y otros elementos de control y
seguridad. Para que el sistema funcione deben encontrarse presentes todos estos elementos y cerrado el interruptor.
Líneas de distribución Trifásicas Dijimos que los generadores tiene que disponer por lo menos de dos polos para lograr la diferencia de potencial ( DDP ) entre ellos, pero las redes de distribución de C.A. están alimentadas por
38
38
Transformadores, denominados trifásicos, que tienen tres polos o Fases de salida, más un cuarto conductor, denominado Neutro, con un circuito de distribución como se indica en la Figura 25: Figura 25
Se pueden observar una carga Monofásica (220 V entre una Fase y Neutro), y otra
carga Trifásica (380 V entre fases, sin conexión a neutro).
CÁLCULO DE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE
Cargas Resistivas: En el caso de cargas Resistivas, no existe defasaje entre le Voltaje y la
Intensidad (Cos. = 1), por lo tanto la potencia consumida por el artefacto es igual a la potencia entregada por el Alternador.
Pot. Ap. ( VA ) = Pot. Act. ( W ) , por lo tanto:
Pot. Act. ( W )
I ( A ) = -------------------------
Voltaje ( V )
Por ejemplo: Una plancha común, funcionando con 220 V, con una potencia indicada en su placa de 1000 W, tendrá una corriente de :
1000 W I = -------------------- = 4,55 A
220 V Para este valor de corriente deberemos dimensionar la sección de nuestros conductores.
Cargas Inductivas Monofásicas: En estos casos, los bobinados de las cargas producen un defasaje
(Cos. menor que 1), por lo tanto la Potencia Total que la línea deberá suministrar en el circuito será
la Potencia Activa, transformada en energía útil más la Potencia Reactiva, producida por este defasaje, pero que no es transformada en energía útil.
Pot. Ap (VA) = Pot. Act. (W) + Pot. React. (VA)
Como esta Potencia Reactiva es función del ángulo de defasaje entre Voltaje e Intensidad, podemos decir que:
Transformador Trifásico
Fase R
Fase S
Fase T
NEUTRO
Carga Monofásica Carga Trifásica
220 V 380 V
Red de distribución Trifásica
39
39
Pot. Act. ( W )
Pot. Ap. ( VA ) = --------------------------
Cos.
Resultando entonces que la intensidad de la corriente que circulará por el circuito, y para la cual deberemos dimensionar la sección de los conductores será:
Pot. Ap. ( VA ) Pot. Ap. ( W )
I ( A ) = ------------------------ o lo que es lo mismo I ( A ) = -----------------------------------
Voltaje ( V ) Voltaje ( V ) x Cos.
Por ejemplo: La corriente que circula en un circuito que alimenta un motor monofásico, que entrega
una potencia útil equivalente a 1000 W y que tiene un Cos. de 0,80, será: 1000 W
Pot. Ap. = ------------------ = 1250 VA 0,80
1250 W 1000 W I ( A ) = ------------------ = 5,68 A ó I ( A ) = ------------------------ = 5,68 A 220 V 220 V x 0,80 De donde podemos deducir que para una misma Potencia Activa entregada, la corriente del motor (carga inductiva – 5,68 A) será superior a la de la plancha (carga reactiva – 4,55 A), y consecuentemente la sección de los conductores para alimentación del motor será mayor.
Cargas Inductivas Trifásicas: Los motores eléctricos con una potencia mayor a 1 HP, generalmente son fabricados para funcionar con alimentación trifásica, porque de esta manera se obtienen mejores rendimientos de trabajo. Las características eléctricas del motor están indicadas por el fabricante en una plaqueta colocada en la parte externa del mismo, en ella se incluyen:
- La potencia mecánica al eje que el motor puede entregar, en HP. - El voltaje de funcionamiento entre fases.
- El Cos.
- El rendimiento eléctrico Con estos datos estaremos en condiciones de calcular la intensidad de corriente que circulará por cada fase: En primer lugar calculamos la Potencia Aparente ( VA ), a partir de la potencia en HP: HP x 746 Pot. Ap. ( VA ) = ----------------------------
Rend. x Cos.
Pot. Ap. ( VA ) Luego I ( A ) por fase = ------------------------------- 1,73 x 380 V
40
40
Siendo:
746 coeficiente de conversión (1 HP = 746 W). 1,73 Valor constante de relación entre fases, en un sistema trifásico. 380 Valor del voltaje entre fases.
Por ejemplo: Calcular la corriente por fase de un motor trifásico que funciona con 380 V y tiene una potencia de 5 HP;
Rendimiento = 0,80; Cos. = 0,90 5 HP x 746 Pot. Ap. = ---------------------------- = 5181 VA 0,80 x 0,90 5181 VA I = ---------------------------- = 8 A por fase 1,73 x 380 V Con los valores de corriente calculados estaremos en condiciones de determinar la sección de los conductores para alimentación de estos equipos. Veamos como se calcula la intensidad de corriente para diferentes tipos de cargas.
Artefactos de Iluminación
En el caso de los artefactos de iluminación que se han de instalar en forma permanente, en los que se utilizan lámparas incandescentes, la demanda de Potencia es la indicada directamente en la
ampolla de vidrio de cada una de ellas, expresada en Vatios (W), ya que su Cos. es igual a 1,
resultado entonces la Potencia Aparente (VA) igual a la Potencia Activa ( W ). P ap. ( VA ) I ( A ) = -------------------- 220 V Cuando se prevé utilizar lámparas de descarga gaseosa (Tubos Fluorescentes, Lámparas de Mercurio, etc.), parte de la potencia consumida se transforma en luz y otra parte la consume el equipo
auxiliar (balasto) que origina un defasaje en la circulación de la corriente (Cos. menor que 1), y consecuentemente, a la potencia nominal indicada en la lámpara deberá sumársele la potencia que
consume este equipo auxiliar, efecto que puede mejorarse corrigiendo el Cos. , o utilizando balastos electrónicos. La tabla siguiente indica las relaciones aproximadas entre la Potencia Nominal, indicada en la lámpara ( W ) y la Potencia Aparente ( VA ) que realmente se consume en cada caso.
41
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Los valores de Corriente se obtienen dividiendo la Potencia Aparente (VA) por 220 V. P ap. ( VA ) I ( A ) = -------------------- 220 V
- Estufas y artefactos para producir calor
En el caso de Estufas eléctricas, Planchas y artefactos que funcionan simplemente con resistencias, el cálculo de la demanda es igual al de una lámpara incandescente, es decir su Potencia Nominal, en W, será igual a la Potencia Aparente en VA, pero es importante destacar que dicha demanda es significativa, como lo indica la siguiente Tabla III: TABLA III Potencia Nominal (W) = Artefacto Potencia Aparente (VA) Corriente (A) - Plancha 1000 4.5 - Estufa cuarzo 1 vela 1000 4.5 " " 2 velas 2000 9.0 - Secador de cabello 750 - 1200 3.4 – 5,5 -
Electrodomésticos
TABLA II CONSUMO DE TUBOS FLUORESCENTES
Balasto sin corrección Balasto con corrección Balasto
Potencia de Cos. de Cos. electrónico
Nominal Potencia Corriente Potencia Corriente Potencia Corriente
(W) Aparente (VA) ( A ) Aparente(VA) (A) Aparente(VA) (A)
20 46 0,21 22 0,10 14 0,06
40 95 0,43 44 0,20 26 0,12
105 212 0,96 132 0,60 90 0,41
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42
La siguiente tabla indica la demanda de potencia aproximada y su correspondiente corriente, para los aparatos electrodomésticos de uso más frecuente, que funcionan con 220 V. TABLA IV Artefacto Potencia Activa (W) Corriente (A) - Heladera Familiar 300 a 600 1,4 a 2,8 - Acondicionadores de ventana: . Frío solo 2000 F/h. 2000 9,1 " " 2500 " 2500 11,4 Frio-calor 2000 " 3300 15,0 " “ 2500 " 4000 18,2 Split Frio solo 2200 " 860 3,9 “ " " 4500 " 2100 9,5 - Batidora 200 0,9 - Aspiradora 500 2,3 - Lavarropas común 300 1,3 - Lavarropas Automático 300 a 600 1,4 a 2,8 - Horno microondas 800 a 1200 3,6 a 5,5 - Computadora con impresora 300 1,3 - Televisor Color 80 0,36
En el caso de los pequeños electrodomésticos indicados en la tabla anterior, si bien algunos de ellos utilizan motores, es decir tienen carga inductiva, en razón de la pequeña potencia consumida, se
indica sus valores en Vatios, sin tener en consideración su Cos
- Motores eléctricos
El cálculo de la Potencia Aparente de un motor eléctrico, monofásico o trifásico, se realiza en base a su potencia en HP (generalmente indicada por el fabricante en una placa), con la siguiente fórmula: HP x 746 Pot. Activa ( W ) Potencia Aparente ( VA ) = -------------------------------- = ------------------------------
Cos. x Cos. x
Siendo de Rendimiento del motor, indicado por el fabricante,
al igual que su Cos. y la Potencia en HP.
La intensidad de corriente se calcula entonces con las siguientes fórmulas:
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43
. Para motores Monofásicos
Pot. Aparente ( VA ) Pot. Activa ( W )
I ( A ) = ------------------------------------ = -----------------------------------------
220 V 220 V x Cos. x
. Para motores Trifásicos
Pot. Aparente ( VA ) Pot. Activa ( W )
I ( A ) = -------------------------------------- = ---------------------------------------------------
(por fase) 1,73 x 380 V 1,73 x 380 V x Cos. x
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44
DEMANDA EN EDIFICIOS DE PROPIEDAD HORIZONTAL Los edificios de propiedad horizontal tienen Servicios Generales vinculados a una medición exclusiva de los consumos de energía, separada del resto de los sistemas de los demás usuarios, tal como lo indicado en los circuitos de las Figuras 21 y 22. En estos servicios se incluyen: a) El sistema de ascensores. b) El bombeo de agua. c) Los sistemas de iluminación de espacios comunes, pasillos, ingreso, etc., con luces permanentes o automáticas. La alimentación de los servicios generales es de tipo trifásica y neutro, para poder disponer de energía trifásica para los motores de mayor potencia y energía monofásica para motores pequeños y la iluminación.
a) Ascensores La sala de máquinas de los ascensores tendrá una línea exclusiva de alimentación trifásica y el diseño de la instalación termina con el dimensionamiento de los conductores hasta el tablero de ascensor, desde donde el especialista completará los circuitos de operación y comando. Para estimar la potencia en VA que consumirá cada equipo debemos establecer la cantidad de personas a transportar y su velocidad en metros por segundo, lo que nos determinará la potencia en HP del motor a instalar. Además debemos conocer el rendimiento típico del motor (del orden del 83 al 88 %) y el factor de potencia del mismo (entre 0,87 y 0,92), ambos datos aportados por el fabricante. Aplicando la siguiente fórmula podremos establecer los valores de la Intensidad ( A ) que ha de circular por el circuito de alimentación: HP x 746 Intensidad Ascensores ( A ) = ----------------------------------------------------
1,73 x 380 x Cos. x
Siendo: 1,73 Valor constante de relación entre fases ( V 3 )
380 D.D.P. entre fases ( V ). 746 Factor de conversión: (1 HP = 746 W ) La siguiente tabla indica los valores promedio de demandas para diferentes tipo de ascensores, funcionando a plena carga, de acuerdo a la cantidad de personas transportadas y deben ser tomados sólo para propósitos de estimación de la sección de los conductores:
45
45
TABLA V Velocidad 4 personas 8 personas 10 personas 16 personas m/seg. HP A HP A HP A HP A 0.6 4 5.6 7 9.8 9 12.6 15 21.6 1.0 6 8.4 12 16.8 14 19.6 30 42.0 1.5 9 12.6 20 28.0 30 42.0 30 42.0 2.0 15 21.6 30 42.0 30 42.0 50 70.0 Para la selección de llaves o interruptores no se tomarán estos valores, sino la correspondiente al momento de arranque a plena carga, que es considerablemente superior y está indicado en las especificaciones técnicas de los fabricantes de motores y/o equipos.
b) Bombeo de Agua: Los edificios en altura requieren un sistema que permita elevar el agua desde el Tanque de Bombeo hasta el Tanque de Reserva, ubicado en la terraza. Las bombas, generalmente centrífugas accionadas por motores eléctricos trifásicos, tendrán una demanda de energía que dependerá de los siguientes parámetros: . Diferencia de altura entre ambos tanques. . Caudal a bombear. . Rendimiento del conjunto motor - bomba. A la diferencia real de altura existente entre los tanques deberán adicionarse las perdidas producidas en las cañerías, codos y curvas, determinándose la denominada Altura Total ( Ht ) o Altura Manométrica ( Hm ). Altura Manométrica ( Hm ) = Altura real ( m ) + Perdidas en cañerías. A los fines prácticos podemos considerar: Altura Manométrica ( Hm ) = Altura real ( m ) x 1.3 El caudal a bombear dependerá del consumo diario de agua del total del edificio. La siguiente tabla orienta acerca de los consumos típicos diarios: TABLA VI Servicio Consumo Lts./24 Hs. Departamento de hasta 100 m2. 700 Local con servicio de cocina. 300 Locales y oficinas con sanitarios mínimos 100 El rendimiento de las bombas centrífugas ( RB ) varía según sus características de fabricación, oscilando entre el 45 y el 85 %.
46
46
La fórmula para determinar la potencia en HP de un equipo de bombeo para elevar, en una
hora, toda el agua a consumir en un día, será: Caudal ( lts./día ) x Hm ( mts. ) Potencia Bombeo ( HP ) = -------------------------------------------------- 3600 x 75 x RB Siendo:
3600 Cantidad de segundos que tiene una hora. 75 Valor constante. RB Rendimiento de la bomba, valor indicado por el fabricante.
Si en cambio queremos bombear toda el agua en un tiempo mayor, por ejemplo 2 horas, la formula será: Caudal ( lts./día ) x Hm ( mts. ) Potencia Bombeo ( HP ) = -------------------------------------------------- 3600 x 75 x RB x 2 Para tiempos de bombeo diferentes, la fórmula será: Caudal ( lts./día ) x Hm ( mts. ) Potencia Bombeo ( HP ) = --------------------------------------------------
3600 x 75 x RB x T Siendo T el tiempo de bombeo elegido, en horas. Con estos datos de potencia en HP, aplicamos la fórmula indicada en la pagina 21,
considerando en este caso el rendimiento del motor (83 al 87 %) y su factor de potencia ( Cos. 0.87 a 0.92 ), indicados por el fabricante: HP x 746 Intensidad Bomba ( A ) = ---------------------------------------------------
1,73 x 380 x Cos. x
c) Sistemas comunes de iluminación: En general se proyecta un tablero desde el que saldrán líneas monofásicas en 220 V, para alimentación de luces permanentes, luces automáticas de palier y/o pasillos, portero eléctrico y amplificador de T.V., considerando para cada caso la Potencia Total como la sumatoria de los consumos correspondientes, en función de la cantidad de lámparas y dispositivos a conectar (por ejemplo: transformadores para reducir el voltaje). Las fórmulas a aplicar serán: Pot. Total ( W ) Intensidad Servicios Iluminación ( A ) = ------------------------- Para artefactos de iluminación con 220 V carga resistiva. Pot. Total ( VA ) “ “ “ ( A ) = -------------------------- Para artefactos de iluminación con 220 V carga inductiva
47
47
6.- GRADO DE ELECTRIFICACIÓN
Se establece el Grado de Electrificación de un inmueble a los efectos de determinar, en la
instalación, el número de circuitos y los puntos de utilización que deberán considerarse como mínimos.
Definiciones: Boca, Punto de una línea de circuito donde se conecta una carga, mediante Bocas de Iluminación, Bornes, Tomacorrientes o Conexiones fijas. No se consideran Bocas las cajas de paso, de derivación, y los elementos de medición o protección (llaves, atenuadores, etc.)
Ubicadas las Bocas de Iluminación, los Tomacorrientes y demás artefactos a alimentar, con la correspondiente asignación de consumos de cada uno de ellos, se efectuará la sumatoria de potencias, estableciéndose de este modo la Demanda de Potencia máxima simultánea. El valor total resultante , juntamente con la superficie cubierta del edificio ( en m
2 ), permitirá
determinar el Grado de Electrificación , de acuerdo a la siguiente clasificación: Deberá verificarse que la superfi-
Mínimo : Hasta 3700 VA y hasta 60 m2 de superficie cubierta. cie del inmueble no supere el lími
te indicado para dicho grado. Medio : Hasta 7000 VA y hasta 130 m
2 “ “ Caso contrario deberá adoptarse
el G.E. correspondiente a la su-
Elevado : Hasta 11000 VA y hasta 200 m2 “ “ perficie del inmueble.
Superior : Más de 11000 VA y más de 200 m2 “ “
7.- NÚMERO MÍNIMO DE CIRCUITOS El número mínimo de circuitos se establece como resultado de los Grados de Electrificación determinado previamente, de acuerdo a la siguiente tabla:
G.E. Mínimo: 1 circuito exclusivo de BI 1 circuito exclusivo de T
G.E. Medio : 1 circuito exclusivo de BI 1 circuito exclusivo de T 1 circuito especial (toma de más de 2200 VA)
G.E. Elevado: 2 circuitos exclusivos de BI 2 circuitos exclusivos de T
2 circuitos de uso especial (tomas de más de 2200 VA) Cuando sea necesario conectar un equipo cuyo consumo sea superior a 25 A, esta conexión será por medio un de circuito exclusivo, directo al tablero. (El valor de 25 A representa un valor de 5500 VA en 220 V monofásico y de 16500 VA en 380 V trifásico
48
48
8.- PUNTOS MÍNIMOS DE UTILIZACIÓN
Se denomina así a la cantidad mínima de BI y T que el proyectista deberá disponer en su diseño eléctrico, para cada ambiente de vivienda, oficina o local comercial.
G.E. Mínimo:
. Sala Estar y Comedor - 1 T cada 6 m2 de superficie, más 1 BI.
. Dormitorio - 2 T más 1 BI.
. Cocina - 3 T más 1 BI.
. Baño - 1 T más 1 BI.
. Vestíbulo - 1 T más 1 BI.
. Pasillo - ---- 1 BI.
G.E. Medio :
. Sala Estar y Comedor - 1 T cada 6 m2 de superficie, más 1 BI.
. Dormitorio - 3 T más 1 BI.
. Cocina - 3 T más los artefactos que el proyecto indique, más 2 BI.
. Baño - 1 T más 1 BI.
. Vestíbulo - 1 T cada 12 m2 más 1 BI.
. Pasillo - 1 T cada 5 m de longitud más 1 BI.
G.E. Elevado y Superior:. Lo indicado en electrificación media más lo que el proyecto indique.
9.- TRAZADO DE LOS CIRCUITOS Una vez conocida la ubicación de bocas, tomas, llaves y tableros, se trazarán tentativamente los circuitos que los alimentarán, por medio de un esquema unifilar, que unirá éstas bocas con los tableros correspondientes, respetando los valores mínimos y máximos estudiados anteriormente para cada categoría de circuito y tratando de lograr un equilibrio en las cargas conectadas a cada fase. A partir del Tablero Seccional, se unirán las bocas de luz y los tomacorrientes, tratando en lo posible de seguir un recorrido lineal, lo más directo posible y evitando entrecruzarse con otros circuitos. Luego se completará el trazado uniendo las bocas de luz con sus correspondientes llaves interruptoras.
Para una mejor identificación, cuando se trate de bocas de salida de más de un efecto, se identificarán con números o letras las bocas de iluminación y sus correspondientes llaves de accionamiento. En cada tramo del circuito, entre bocas, se indicará en la parte superior de la línea el diámetro de la cañería a utilizar y en la parte inferior la cantidad de conductores que han de pasar y la sección de los mismos, según cálculos que veremos más adelante. En los siguientes gráficos están indicados diferentes tipos de circuitos, presentados en diagrama unifilar, su equivalente multifilar y la representación real, que permitirá determinar la cantidad de conductores a pasar en cada caso, debiendo incluirse en toda la instalación un
"Conductor de Protección", para la puesta a tierra de los artefactos que así lo requieran, constituido
por un cable de cobre AISLADO, cuya sección mínima será 2.5 mm2, con aislación de color verde y
amarillo, tal como se verá más adelante en el capitulo de protección a las personas.
49
49
Figuras 26 - 27
f
n
Tomacorriente monofásico
2 x 2,5 + TT
T
f
n
Boca de luz con llave de un punto
2 x 2,5 + T
2
x
1 2 x 2,5 + T
2
x
1
2 x 2,5 + T
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15,4
12
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12
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caño o 15,4
caño o 15,4
con toma a tierraT
T
LL1
LL1
B1
B1
50
50
Figura 28
En todos los casos y por razones de seguridad, cuando se realice el conexionado de Bocas de Iluminación, tal como se indica en los esquemas anteriores, la llave solamente interrumpirá la fase y alimentará la parte posterior del portalámparas. Para el cableado de las fases se utilizarán
cualquiera de los colores siguientes: marrón, rojo, negro, blanco, verde.
El conductor de neutro, que siempre estará conectado, será cableado en color celeste y alimentará la rosca externa del portalámparas, de esta manera se previene posibles contactos accidentales al efectuar reparaciones.
El conductor de masa (puesta a tierra) será de color verde y amarillo.
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51
51
Figura 29
El desarrollo en detalle del método a emplear para el trazado y cálculo de una instalación eléctrica domiciliaria se encontrará en la Guía de Trabajo Práctico, complementaria del presente Apunte.
LOS ESQUEMAS DE LAS PAGINAS SIGUIENTES MUESTRAN EJEMPLOS
DE CIRCUITOS TÍPICOS PARA LOS TRES GRADOS
DE ELECTRIFICACACIÓN
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55
55
10.- ESTIMACION DE LA DEMANDA DE POTENCIA
Conocer la potencia que consumirá cada circuito, así como también lo que consumirán la totalidad de los circuitos de un edificio permitirá dimensionar las secciones de los conductores, cañerías, y protecciones para que las instalaciones funcionen correctamente. Con esto habremos logrado, por una parte, evitar sobre dimensionar la instalación, encareciendo su costo y por otra parte, y esto es muy importante de tener en cuenta, no construiremos una instalación que resulte poco apta o incluso peligrosa cuando se la utilice a plena carga.
Definimos entonces a la Demanda de Potencia como el valor en VA que resulta de analizar las cargas (consumos) que un circuito demandará de la red de alimentación eléctrica, asignando a cada boca de iluminación, tomacorriente o boca de alimentación de equipos eléctricos, una potencia fija máxima en VA, en función de los consumos estimados que habrán de alimentar. .
Cada circuito podrá proyectarse para cargas ya conocidas o para cargas estimadas previstas, según el destino de cada local y respetando los valores mínimos y máximos vistos previamente. Además, para el caso de unidades de vivienda individuales, la demanda de
potencia para cada una de ellas será afectada por un factor de simultaneidad o
minoración, que tiene en cuenta para cada tipo de circuito una cierta previsión de ocurrencia simultánea de consumo. Este factor de Simultaneidad por circuito (FS) se indica en la TABLA 38. Cuando se trata de determinar la Demanda de Potencia o carga total de un edificio multiusuario o complejo habitacional, se aplicará el Coeficiente de Simultaneidad indicado en la TABLA 39, en función de la demanda de potencia de cada una de las unidades que componen el complejo.
PLANILLA DE CIRCUITOS Simultáneamente con la estimación de la demanda, resulta necesario confeccionar la Planilla de Circuitos y Cargas, aplicable tanto en instalaciones individuales como en las del tipo multiusuario. En dicha planilla, cuyo modelo se indica en las páginas 48y 49, se anotarán en forma detallada los valores en VA y en A de cada una de las bocas y tomacorrientes por circuito y por local.
Una vez finalizada el trazado tentativo de cada uno de los circuitos se calcularán las potencias e intensidades parciales por cada uno de éstos así como la potencia e intensidad total que demandará toda la instalación. Cuando la potencia total (Demanda Total) resulte inferior a 5000 VA, se podrá conectar mediante alimentación Monofásica (220 V, solamente 1 fase y neutro).
56
56
Si la Demanda Total supera los 5000 VA, EPEC exige una alimentación trifásica (380 V, 3 fases y neutro) y en este caso, se deberá utilizar la planilla de Distribución de Cargas por Fase, lo que permitirá verificar si se ha logrado una distribución equilibrada de las cargas por circuito y por fase.
Si se observara una marcada diferencia de consumos entre fases, se deberá redistribuir las cargas hasta lograr equilibrar estos consumos. En segundo lugar, como veremos más adelante, los resultados de la planilla de circuitos nos permitirá el cálculo de las secciones de los conductores y de sus correspondientes sistemas de protección. Con estos resultados estaremos en condiciones de calcular la sección del Alimentador Principal, que son los conductores que unen la acometida con el Tablero General (denominado en los edificios multiusuarios Tablero General de Medidores), asi como también los diámetros de las cañerías que han de alojarlos. En estas instalaciones de usuarios múltiples, o en aquellas de un solo usuario pero que tienen, por su magnitud, Tableros Seccionales, se denomina Alimentador Seccional a los conductores que unen el Tablero General con los seccionales. En los edificios en altura, este Alimentador Seccional llega hasta cada piso y departamento a través de la denominada Columna Montante, que puede estar realizada con cañería individual o común para todos.
57
57
eeeeeeeeeeeeee
eeeeeee Eee EEEn
1,73 X 380 V
I ( A ) = -------------------
Alimentación TRIFÁSICA
Alimentación MONOFÁSICA
Lámparas Incandescentes
Para circuitos que funcionan con Corriente Alternada
Generador
Resumen de fórmulas
P ( W )
(por fase)
I ( A ) = --------------- 220 V
Pac ( W )
Lámparas Mezcladoras
Tostadoras
Planchas
Lámparas Dicróicas para
220 v
Lámparas de Bajo Consumo
Estufas
Dispositivos con
carga RESISTIVA
I ( A ) = ---------------------------
P ( VA ) = ---------------------------
(por fase) 1,73 x 380
P ( HP ) x 746
Rendim. x Cos.
P ( VA )
I ( A ) = ----------------------
220 V x Cos. I ( A ) = ----------------------
*
Pap ( VA )
220 V
P (HP) x 746
Lámparas Dicroicas para MBT (12-24 V)
Lámparas de Mercurio y de Sodio
Balastos para tubos fluorescentes (Tabla 36)
Transformadores
Tubos Fluorescentes (Tabla 36) *
Electrodomésticos (Tabla IV)
Motores monofásicos y trifásicos
ºº
*
carga INDUCTIVA
Dispositivos con
Carga
En el caso de Tubos Fluorescentes y Electrodomésticos, si bien
estos dispositivos funcionan con inductancias, en las Tablas IV y
36, los valores de Potencia Aparente (VA) indicados ya incluyen la
corrección por C os. , de manera que se aplicará la siguiente
fórmula:
(Este es el caso particular de Hornos
Eléctricos trifásicos con resistencias)
(motores
Monofásicos)
(motores Trifásicos)
58
58
Planilla de CIRCUITOS y de CARGAS
Locales y Departamentos
Designación Circ. Cant. Bocas Pot. Unitaria Fact. Pot. Total Int. Total Sec. Cond. Llaves
Local Nº Sim. ( VA ) ( A ) ( mm2 ) Termomag.
Consumo Total General = ( VA )
Corriente Total por fase = ( A )
Sección de los conductores desde el Medidor hasta el T.G. =
(Caño mm)
59
59
Planilla de CIRCUITOS y de CARGAS
Servicios Generales: Iluminación
Designación Circ. Cant. Bocas Pot. Unitaria Fact. Pot. Total Int. Total Sec. Cond. Llaves
Local Nº Sim. ( VA ) ( A ) ( mm2 ) Termomag.
Accesos
Paliers
Escaleras
Terraza
Cocheras
S. De Máquin.
Total Iluminación:
Servicios Generales: Fuerza Motriz
Designación Circ. Cant. Bocas Pot. Unitaria Fact. Pot. Total Int. Total Sec. Cond. Llaves
Local Nº Sim. ( VA ) ( A ) ( mm2 ) Termomag.
Ascensor
Ascensor
Bombas
Compactador
Calderas
Aº. Aº.
Total F.M =
Cuadro Resúmen
Locales y Departamentos
Iluminación
Fuerza Motriz
Consumo Total General Locales y S.de Máquinas = ( VA )
Corriente Total por fase = ( A )
Sección de los conductores desde el Medidor hasta el T.G. =
(Caño mm)
60
60
UBICACION DE TABLEROS Y ELEMENTOS DE MEDICION En el caso de viviendas unifamiliares, generalmente el único elemento de
medición es el Medidor, provisto por E.P.E.C., dispositivo que permite únicamente contabilizar el consumo de energía eléctrica, expresada en KW/Hora, y que deberá instalarse sobre la línea de edificación (como veremos más adelante en los diferentes tipos de acometidas), de manera de resultar fácilmente accesible al encargado de leer los consumos. Tratándose de sistemas multiusuarios, habrá tantos medidores como usuarios, más los correspondientes a los servicios comunes. Estos podrán ubicarse sobre el frente de la propiedad, coincidente con la línea municipal, o inmediatamente próximos a una entrada de libre acceso, o dentro del ámbito de la propiedad, siempre respetando la facilidad de acceso por parte del personal de E.P.E.C. y con los diferentes circuitos perfectamente señalizados e individualizados.
Tablero de protección del medidor de energía: En el caso de suministros unifamiliares, E.P.E.C. lo indica a no más de 2 (dos) metros de distancia de la parte posterior de la caja del medidor. Hasta ocho usuarios, la reglamentación permite cajas de medidores independientes, cada uno con sus dispositivos de protección (fusibles) ubicados éstos también a una distancia no mayor de 2 mts. del medidor.
En sistemas de múltiples viviendas, se acostumbra a construir un Tablero
de Medición en el interior del inmueble o edificio. En este tablero estarán ubicadas las protecciones anteriores y posteriores del medidor (indicadas en la fig. 23), así como también los medidores, individuales para cada circuito, los dispositivos de comando y protección (Llaves Generales y Seccionales, fusibles) y los eventuales instrumentos de medición (Voltimetros, Amperimetros, Cofimetros, Frecuencimetros, etc.) En general los tableros se ubicarán en lugar seco, de fácil acceso y alejado de otras instalaciones (agua, gas, etc.) que por fallas propias puedan afectar al propio tablero. Frente al tablero habrá un espacio libre para facilitar su operación o para trabajos de mantenimiento. Para aquellos que requieren acceso posterior, deberá dejarse detrás del mismo un espacio libre mínimo de 1 metro. El local donde se instale no podrá utilizarse para el almacenamiento de ningún tipo de combustible ni de material de fácil imflamabilidad. Los siguientes esquemas, indican algunas de las formas de disponer los tableros y elementos de medición, con las dimensiones mínimas de pasillos que permitan la fácil apertura de las puertas de acceso y la libre circulación del operador.
61
61
Figura 32
TABLERO
mín
imo
1
,20 m
.
variable según cantidad de medidores
mín
imo
1
,20 m
.
TABLERO
mín
imo
1
,20 m
.
mín
imo
1
,20 m
.
TABLERO
TABLERO
Tablero con acceso frontal
Tablero con doble acceso
Doble línea de tableroscon acceso frontal
Distintas maneras de disponer los trableros
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62
COLUMNA MONTANTE Es el sistema de cañerías que, partiendo del tablero general, distribuye los conductores hasta los tableros de los locales, departamentos, sala de máquinas, etc. Es importante tener en cuenta, en los edificios en altura, la dimensión de los espacios que habrá que disponer para el paso de estos conductos, especialmente en los recorridos verticales, los que conviene que sean próximos a los núcleos de circulación vertical, escaleras y ascensores, para facilitar su mantenimiento. Estas columnas montantes deberán trazarse, por razones de seguridad, separada de las canalizaciones de agua y gas. Se representa por un esquema (similar al mostrado en la Figura 33), en el que se indicará la manera en que se distribuyen las alimentaciones a cada piso y en cada uno de éstos, a cada tablero, teniendo en cuenta que:. Se permite que las líneas de los circuitos de Iluminación y toma corrientes estén alojadas en una misma cañería , pero no deben alimentar una misma boca de salida. Por lo tanto, en bocas de salida mixtas (interruptor y tomacorriente), cada una de ellas debe estar conectada a su circuito de alimentación correspondiente. Dentro de cada cañería se pueden colocar hasta tres líneas de circuitos de uso general, siempre que pertenezcan a la misma fase y que la suma de sus cargas no supere los 20 amperes y el número de bocas de salida las 15. No se permite colocar en un mismo caño más de 4 conductores de más de 25 mm
2 de sección.
Las campanillas, porteros, telefonía, televisión, sistemas de alarma y señalización, también denominados Circuitos para Señales Débiles ( SD ), o de Muy Baja Tensión ( MBT ), serán alimentados por caños independientes de los restantes circuitos. También serán alimentados con caños independientes los circuitos de Fuerza Motriz.
63
63
Esquema de una columna montante para un edificio Multiusuario.
Figura 33
Acometida EPECTrifásica
T.G.
Toma a Tierra
T.S. 1
Equipos de bombeo
Flotante tanque
Iluminación y Serv. Grales.
T.S. 3
Local comercial
T.S. 4
Local comercial
T.S. 2
T.S. 5
Depto. 1 a
T.S. 6
Depto. 1 b
Subsuelo
P.B.
1º P.
T.S. 7
T.S. 13
Depto. 2 a
Depto. 5 a
T.S. 8
T.S. 14
Depto. 2 b
Depto. 5 b
2º P.
5º P.
6º P.
Terraza
T.S. 15Depto. 6 a
T.S. 16
Depto. 6 b
T.S. 17S.M. Ascensores
Flotante tanque
Baliza
T.S. 12Depto. 4 b
Depto. 3 b
T.S. 10
Depto. 3 a
T.S. 9
3º P.
Depto. 4 a
T.S. 11
4º P.
COLUMNA MONTANTE de ELECTRICIDAD
Caja de derivación
Depto. del portero
T.S. 17
64
64
ACOMETIDAS
ELEMENTOS MÍNIMOS CON QUE DEBE CONTAR UNA ACOMETIDA
Figura 34
Este circuito representa una acometida domiciliaria monofásica. En el caso de tratarse de una acometida trifásica, los fusibles de línea serán tres, uno sobre cada fase y el medidor deberá remplazarse por uno trifásico
M
Circuito Nº 1
Circuito Nº 2
TG
Circuito Nº 3
(fase y neutro)
Acometida Monofásica
Línea EPEC Trifásica
Fusible de Línea
(solo sobre la fase)
Medidor monofásico
Fusible de Medidor
(sobre fase y neutro)
TM TM TM
Llave General
65
65
La figura 35 muestra un circuito similar al anterior, pero donde se ha remplazado la Llave General, dentro del Tablero General, por un Interruptor Diferencial monofásico. Si la acometida fuese trifásica se utilizará un Interruptor Diferencial Trifásico
tetrapolar, que corte las tres fases más el neutro.
Figura 35
M
TMTMTM
Circuito Nº 1
Circuito Nº 2
Circuito Nº 3
un interuptor diferencial
En el Tablero, se incorporó
TG bipolar (que corte fase y neutro)DD
(sobre fase y neutro)
Fusible de Medidor
Medidor monofásico
(fase y neutro)
(solo sobre la fase)
Fusible de Línea
Acometida Monofásica
Línea EPEC Trifásica
Por cada circuito, una TM bipolar
(que corte fase y neutro)
66
66
a 1) ACOMETIDA DE EDIFICIO RETIRADO DE LA LINEA
MUNICIPAL
Figura 36
L.E.
T.G.
a los circuitos
L.M.
Red aérea E
.P.E
.C.
Medidor
Fusible
de línea
Fusibles demedidor
67
67
DETALLE DE LOS MATERIALES USADOS EN LA ACOMETIDA
Figura 37
L.M.
gabinete para
Medidorgabinete para
Fusibles
pipeta de bakelita
rack conaisladores
cañogalvanizado pilar de mampostería
o prefabricado
68
68
Dimensiones del pilar, según Norma EPEC E.T.21
Figura 38
caja para
Fusibles
0,70 a 1,10 m
caja para
Medidor
4,00 m
69
69
a 2) ACOMETIDA DE EDIFICIO SIN RETIRO DE LA LINEA
MUNICIPAL, de ALTURA MENOR a 3,70 M
Figura 39
L.E.
L.M.
T.G.
circuitosa los
Red trifásica
70
70
Dimensiones de la acometida, según Norma EPEC E.T.21
Figura 40
gabineteFusibles
0,70 a 1,10 m
Medidor
para
gabinete
para
4,00 m
71
71
a 3) ACOMETIDA DE EDIFICIO SIN RETIRO DE LA LINEA
MUNICIPAL, de ALTURA MAYOR a 3,70 M
Figura 41
L.E.
L.M.
T.G.
circuitosa los
Medidor
Red Aére
a E.P
.E.C
.
72
72
b) ACOMETIDA desde RED SUBTERRÁNEA
Figura 42
L.E.
L.M.
T.G.
circuitosa los
Red Subterrá
neaBotella dederivación
Tablero p/fusibles
Medidor
de línea
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73
CALCULO DE LAS SECCIONES DE LOS CONDUCTORES Y
DIÁMETRO DE LAS CAÑERIAS Cuatro son la etapas utilizadas para el cálculo de la sección de los conductores y cañerías: - 1º Cálculo por Calentamiento o de Corriente Admisible. - 2º Determinación del diámetro de las cañerías.
- 3º Verificación por Caída de Tensión, complementario del cálculo por Calentamiento. - 4º Verificación por Corriente de Cortocircuito.
1º - CALCULO POR CALENTAMIENTO O DE CORRIENTE ADMISIBLE Al circular una corriente eléctrica por un conductor, en razón de la resistividad propia del material (ver paginas 7-8, Tabla I), se produce el calentamiento del mismo, proporcional a la Intensidad ( A ) que demanda el circuito e inversamente proporcional a su sección. Este calentamiento no deberá superar los valores máximos fijados por las Normas IRAM, para disminuir las pérdidas por caída de voltaje y los riesgos de incendio. Establecidos los circuitos, se determinarán las secciones de los
conductores, de acuerdo a la corriente que demanden, por medio de la tabla 32, que indica los valores máximos de corriente, en Amperes, para conductores de cobre y las secciones correspondientes, debiendo respetarse además las secciones
mínimas indicadas en la tabla 30. La sumatoria de la corriente de todos los circuitos, se utilizará para seleccionar los conductores de alimentación (acometida o montante).
2º - DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO DE LAS CAÑERÍAS
La tabla 34 informa sobre el diámetro de la cañería a utilizar, en función de la sección y cantidad de conductores que deberá alojar, en función de la sección y cantidad de conductores que deben alojar, previstos para caños del tipo
Normal, en caso de usar caños del tipo Pesado, se utilizará la medida inmediata superior. Se permite colocar en un mismo caño los conductores de hasta tres circuitos de uso general, como máximo, siempre que pertenezcan a la misma fase y que la suma de las intensidades en conjunto no exceda de 20 Amperes y el número de bocas de salida la 15.
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74
No se permite colocar en un mismo caño más de 4 conductores de más de 25 mm
2 de sección.
Las campanillas, porteros, telefonía, televisión, sistemas de alarma y señalización, también denominados Circuitos para Señales Débiles ( SD ), o de Muy Baja Tensión ( MBT ), serán alimentados por caños independientes de los restantes circuitos. También serán alimentados con caños independientes los circuitos de Fuerza Motriz. En la página siguiente se incluyen las tablas necesarias para calcular los circuitos de instalaciones eléctricos.
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75
TABLAS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE CIRCUITOS
ELÉCTRICOS
RESUMEN de TABLAS DE ELECTRICIDAD
TABLA 30 TABLA 31 Grado de Electrificación
Secciones mínimas de conductores de cobre
a utilizar según el tipo de circuito G.E. Mínimo : hasta 3700 VA ó 60 m2
Acometida E.P.E.C. 6 mm2 G.E. Medio : hasta 7000 VA ó 130 m2
Alimentación de Tablero General G.E. Elevado : hasta 11000 VA ó 200 m2
o Tablero Seccional 4 mm2
G.E. Superior: más de 11000 VA ó más de 200 m2
Circuitos de usos especiales 4 mm2
TABLA 34
Ramal desde Tablero hasta la última Diámetros de cañerias
boca de Iluminación o tomacorriente. 2,5 mm2
Secc. del Diametro interior del caño, en mm, para las
Bajadas a llaves 1 mm2 conductor siguientes cantidades de conductores
(mm2) 2+T 3+T 4+T 5+T 6+T
Cordones flexibles 0,75 mm2
1 12.5 12.5 15.4 18.6 21.7
TABLA 32 TABLA 33
Intens. de Corriente Selección de Interruptores 1.5 12.5 12.5 15.4 18.6 21.7
Máxima admisible Termomagnéticos
para conductores Secc. de Intensidad nominal 2.5 15.4 18.6 21.7 21.7 28.1
de cobre conduct. del interruptor
Secc. Int. Máx. de cobre 4 18.6 21.7 21.7 28.1 28.1
(mm2) (A) (mm2) Clases "C y D"
2.5 20 6 18.6 21.7 28.1 28.1 28.1
1 10.5 4 25
1.5 13 6 35 10 21.7 28.1 28.1 34 34
2.5 18 10 45
4 24 16 60 16 28.1 28.1 34 40.8 40.8
6 31 25 80
10 43 35 100 25 28.1 34 34 40.8 40.8
16 59 50 120
25 77 35 28.1 34 45.9 ---- ----
35 96 Clase C: Protección típica
50 117 en el ámbito residencial 50 34 45.9 45.9 ---- ----
70 149
Clase D: Protección de 70 45.9 52.5 62.7 ---- ----
motores de gran consumo.
TABLA 35 Consumo de Tubos Fluorescentes
Balasto sin corrección Balasto con corrección Balasto
Potencia de Cos. de Cos. electrónico
Nominal Potencia Corriente Potencia Corriente Potencia Corriente
(W) Aparente (VA) ( A ) Aparente(VA) (A) Aparente(VA) (A)
20 46 0.21 22 0.10 14 0.06
40 95 0.43 44 0.20 26 0.12
105 212 0.96 132 0.60 90 0.41
76
76
3º - VERIFICACIÓN POR CAÍDA DE TENSIÓN. En los circuitos de usos generales y en las instalaciones en viviendas, oficinas y locales comerciales la reglamentación indica que no es necesario verificación por caída de tensión. Sí en cambio se efectuará en aquellos circuitos que alimentan dispositivos sensibles a las variaciones de voltaje, como veremos más adelante. Los conductores tendrán una sección tal que no produzcan caídas de tensión inaceptables para el normal funcionamiento de los artefactos conectados en el circuito. Los porcentajes máximos de caída de tensión admitidos son los siguientes:
a) Para líneas monofásicas o trifásicas que alimentan sistemas de iluminación: 3 % del valor nominal de la tensión de funcionamiento.
b) Para líneas que alimentan motores manejados por contactores : 2.5 % del valor nominal de la tensión de funcionamiento
Esta exigencia tiende a evitar que este tipo de motores, que en general toman una corriente de arranque 6 veces la corriente nominal de trabajo, afecten en esos momentos el funcionamiento correcto de las bobinas de comando del contactor. Las fórmulas para calcular las caídas de tensión son las siguientes: En líneas monofásicas (220 V) 2 x L x I Caída de Tensión u = -------------------- c x s En líneas trifásicas (380 V)
1,73 x L x I x Cos. Caída de Tensión u = --------------------------------------------------
c x s Siendo:
u = Caída de tensión a lo largo del conductor por fase, en Voltios 1,73 = Constante. L = Longitud de la línea, en metros. I = Intensidad de corriente en cada conductor, en Amperes.
c = Conductividad eléctrica ( cobre = 56).
s = Sección del conductor, en mm2
Cos. = Factor de Potencia del motor.
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77
4º - VERIFICACION DE SECCIONES POR CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO Los conductores calculados en las etapas anteriores deben tener la capacidad térmica para tolerar los cortocircuitos que se pudieran producir, durante el brevísimo tiempo de su duración, tiempo que estará vinculado al tiempo de actua-ción de las protecciones que cada circuito debe tener asociado (fusibles, llaves termomagnéticas, etc.). Esta capacidad térmica dependerá de su sección, es decir de su masa de cobre, por ello debemos también verificar si las secciones calculadas se encuentran dentro de los límites permitidos. En razón de que este cálculo excede los alcances de nuestro estudio, en el presente apunte indicaremos solamente a título de ejemplo un método simplificado, utilizando los valores más frecuentes, con las siguientes dos etapas:
a) Cálculo de la Corriente de Cortocircuito: 220 V Ik = --------------- Zr + Zt Donde:
Ik = Corriente de cortocircuito, en Kilo Amperes. Zr = Impedancia de los conductores del servicio eléctrico, desde el transformador hasta el punto de suministro, (en el caso de cable preensamblado, Zr = 0.628 miliohm por metro). Zt = Impedancia del transformador de EPEC que alimenta el circuito, dependiendo de su potencia, de acuerdo a la siguiente tabla :
TABLA IX
IMPEDANCIA DE LOS TRANSFORMADORES Potencia del Transformador en KVA Impedancia ( en KVA ) ( en miliohms ) 16 451 25 288 50 144 100 72 160 45
200 36 250 29 500 14
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78
b) Verificación de la sección de los conductores Ik x t S > ------------------ K Donde: S = Sección del conductor, en mm
2 .
t = Tiempo de actuación de la protección = 0.02 segundos (20 milisegundos). K = Factor adimensional, que depende del material del conductor y su aislación (para cobre aislado en PVC, K = 114). LA VERIFICACION DE LAS SECCIONES CALCULADAS POR LOS METODOS DE CAIDA DE TENSION Y POR CORTOCIRCUITO SOLO PODRAN
AUMENTAR LOS VALORES OBTENIDOS POR EL METODO POR CALENTAMIENTO.
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3ra. Unidad
SISTEMAS DE PROTECCION
MATERIALES UTILIZADOS EN
LAS INSTALACIONES
Los elementos y sistemas de protección son dispositivos que permiten detectar condiciones de circulación de corrientes excesivas o anormales, definidas como Sobrecargas, Cortocircuitos, Fallas a Tierra Etc., e interrumpir la conexión de la línea de alimentación u ordenar su interrupción a través de elementos de maniobra (llaves, interruptores, etc.), acoplados al dispositivo de protección. Existen sistemas de protección que también permiten detectar condiciones de sobretensión o baja tensión, actuando automáticamente sobre los elementos de maniobra. Estos sistemas tienen dos objetivos fundamentales: - Proteger de daños a los distintos elementos que constituyen la instalación y a los equipos o dispositivos conectados a ella. - Proteger a las personas contra accidentes eléctricos.
PROTECCIÓN DE LA INSTALACIÓN En el primer caso, es decir, dispositivos destinados a proteger la instalación (es decir, a los cables conductores), su capacidad de ruptura debe ser tal que evite que los circuitos a los cuales está protegiendo superen los valores de corriente máxima para los cuales han sido calculados, evitando de esta manera que éstos sean dañados por recalentamiento. De esta manera se evitan también los riesgos de incendio por sobrecalentamiento de los conductores, causa muy frecuente de este tipo de accidente. Dentro de esta clasificación encontramos: FUSIBLES La manera más elemental de protección es por medio de un fusible, trozo de alambre o lámina conductora que se fabrica calibrando su punto de ruptura, e intercalándolo en el circuito de manera que se "funda" e interrumpa la circulación de corriente cuando ésta supera los valores normales previstos por el cálculo.
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Presenta dos inconvenientes, el primero que su reparación resulta incomoda porque debe realizarse justamente cuando se ha cortado la luz y además se requieren herramientas para ello. Segundo, que ante la emergencia, generalmente no se reponen con los alambres o láminas calibradas correspondientes, perdiendo en consecuencia su eficiencia y razón de ser, aún cuando la norma establece que los fusibles deben ser encapsulados y desechables luego de su fusión. La reglamentación de EPEC establece intercalar un Fusible de Línea ( ver esquema en Pag. 29 ), entre ésta y el medidor, para evitar que una falla en la acometida pueda afectar al resto de la red externa. La reparación de este fusible corre por cuenta exclusiva de la empresa de energía, no pudiendo efectuarla el usuario y se encuentra colocado solamente sobre los cables de Fase, es decir que el neutro no lleva fusible. NO puede ser reemplazado por interruptor automático. Luego del medidor, se deberán colocar otros fusibles, esta vez para protección de este elemento de medición, intercalados sobre los conductores de las fases y el neutro. Estos fusibles se encuentran ubicados en tableros aislantes, dentro de una caja metálica, generalmente en la parte posterior del pilar, a una distancia no mayor de 2 metros después del medidor, pueden ser remplazados por interruptores termomagnéticos, como veremos más adelante y SÍ pueden ser repuestos por el usuario.
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DIFERENTES TIPOS DE FUSIBLES Y TABLEROS Figura 43
INTERRUPTORES AUTOMATICOS Los interruptores Automáticos Termomagnéticos son dispositivos modernos de protección, que reemplazan ventajosamente la tradicional protección con fusibles. En caso de cortocircuito cortan instantáneamente la corriente por acción electromagnética y en caso de sobrecarga la cortan en forma retardada por efecto térmico, siendo dicho retardo mayor cuando menor es la sobrecarga. En el mercado se los consigue diferenciados por la cantidad de polos (unipolares, bipolares, tripolares) y además por su distinta característica de interrupción (denominada Curva de Disparo), de acuerdo a la siguiente clasificación:
- Clase "C", utilizados en instalaciones domiciliarias, donde las corrientes son más constantes y uniformes, y en circuitos de iluminación.
- Clase "D", utilizado en los circuitos que alimentan motores, principalmente de gran potencia, ya que estos absorben una mayor corriente en el momento de arranque.
Nota: La antigua denominación L ó G ha sido reemplazada por la actual: C y D respectivamente
Fusibles tipo
DIAZED
Fusibles tipo
NH
de chapa
TABLEROS
de plástico
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La ventaja de estos interruptores es que no hay que sustituirlos cuando se produce una falla en el circuito. Al actuar interrumpiendo la corriente (y una vez subsanado el inconveniente), simplemente se acciona nuevamente la palanca y vuelven a funcionar, restableciendo el circuito sin pérdida de tiempo. Además, utilizando unidades bipolares o tripolares, aún cuando la falla se produzca en una sola de las fases, se interrumpen simultáneamente todas las fases protegidas, porque cada uno de las llaves unipolares se encuentra unida con las demás mediante puentes externos. Existen interruptores para las siguientes intensidades (valores nominales de la carga de la instalación):
TABLA 33 - Clase - C 10, 15, 20, 25 y 35 A. - Clase - D 10, 15, 20, 25, 35, 50, 70 y 100 A. Los interruptores Automáticos Termomagnéticos tienen que traer un sello de conformidad que otorga el IRAM (Instituto Argentino de Racionalización de Materiales), que certifica que éstos se fabrican de acuerdo con las prescripciones de la Norma IRAM Nº 2169 y que su producción se controla periódicamente por dicho Instituto.
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SELECCION DE INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS Para cada sección de los conductores de la instalación corresponde una intensidad máxima admisible y de este modo puede seleccionares el interruptor que debe ser colocado como protector de estos conductores, de acuerdo a la siguiente tabla:
TABLA 33 (editada también en la página 73 y 112)
Sección del Conductor Intensidad Nominal de cobre a proteger del interruptor en mm2 en Amperes Clase "C" y Clase "D" 2,5 20 A 4,0 25 A 6,0 35 A 10,0 45 A 16,0 60 A 25,0 80 A 35,0 100 A 50,0 120 A
Clase C: Protección típica en el ámbito residencial.
Clase D: Protección para motores de gran consumo. Otras ventajas adicionales de los interruptores automáticos son: - Diseño muy compacto. - Operación frontal. - Larga vida útil. - Fácil montaje en los tableros por medio de sistemas modulares (rieles DIN). - Actúan también como llave de acción manual. En el mercado se comercializan tableros en cajas metálicas y de plástico, para embutir y exteriores, con puerta y sin ella, que permiten su fácil instalación, diseñados especialmente para alojar los interruptores Termomagnéticos, desde 2 hasta 15 polos.
INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS
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Figura 44
Existen también interruptores automáticos que permiten proteger la instalación y a los artefactos conectados en ella de los efectos de las sobretensiones (cuando el voltaje de línea supera los 220 V), generalmente producido por descargas atmosféricas (rayos), caídos sobre la red externa, tema que se desarrolla más adelante, en el apartado “Protección Contra Descargas Atmosféricas”.
Figura 45
En todos los casos, los interruptores de todas las marcas existentes en el mercado disponen de un sistema de enganche posterior, que posibilita su instalación de manera sencilla en tableros modulares, por medio de un riel DIN.
Resulta importante destacar que los Interruptores
Automáticos cumplen la función de proteger únicamente a la
instalación, pero no protegen a las personas.
Unipolar Bipolar Tripolar
Potector contra
Sobretensiones
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PROTECCIÓN DE LAS PERSONAS
En el segundo caso, esto es, protección de las personas ante eventuales descargas eléctricas, el sistema debe prever las medidas destinadas a evitar los peligros de un contacto eléctrico con partes metálicas, que en condiciones normales están aisladas de las partes bajo tensión, pero que puedan quedar unidas a consecuencia de una falla.
Puesta Tierra:
El más elemental sistema de protección, que deberá realizarse en forma
obligatoria en todas las instalaciones eléctricas, es la Puesta a Tierra de todas las partes metálicas de la instalación (cajas, tableros, etc.), que se realizará por medio de un conductor denominado "conductor de protección", de cobre electrolítico AISLADO (IRAM 2183), de color amarillo y verde, que recorrerá toda la instalación y cuya sección mínima se establece en 2,5 mm
2 en los circuitos de uso general y
hasta la última boca o tomacorriente. Este conductor, deberá conectarse a la pata correspondiente de los
tomacorrientes con puesta a tierra (de tres patas), de uso obligatorio, y estará vinculado con un Electrodo de Puesta a Tierra (JABALINA), el que es fundamental para asegurar la derivación a tierra de las eventuales pérdidas originadas en el circuito. Las partes metálicas del pilar de acometida (caño de bajada, caja de medidor y caja de fusibles) tendrán que conectarse también a la jabalina, mediante cable aislado, amarillo y verde, de 10 mm
2 de sección y uniones abulonadas.
La Jabalina deberá ser de acero, con depósito electrolítico de cobre firmemente adherido y que no se deteriore con el paso del tiempo, cumplimentando la Norma IRAM 2309. Se recomienda instalar la Toma a Tierra en un lugar próximo al Tablero de Fusibles del Medidor, directamente enterrada en el terreno natural, preferentemente en un lugar húmedo, para favorecer la conducción a tierra.
NO SE PERMITE utilizar a este efecto las redes ni las instalaciones metálicas de Gas ni de Agua. En la página siguiente se muestra un esquema de puesta a tierra en una instalación domiciliaria, ( Figura 46 ).
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Figura 46
Caja
para
Medid
or
Fusib
les
Caja
para
Table
ro
Genera
l
a los
cir
cuito
s
Jabalin
a
Tapa d
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erd
e10 m
m2
10 m
m2
10 m
m2
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PROTECCION COMPLEMENTARIA CON INTERRUPTOR
AUTOMATICO POR CORRIENTE DIFERENCIAL
Efectos de la corriente eléctrica sobre el cuerpo humano
El conocimiento de los efectos de la corriente eléctrica sobre el cuerpo humano es útil para tomar conciencia de los riesgos inherentes al uso de la misma. Dichos fenómenos han sido estudiados en todo el mundo y los principales resultados obtenidos podemos apreciarlos en el siguiente cuadro resumen:
Las estadísticas demuestran que el 95 % de los accidentes personales producidos por la electricidad son debido a descargas a tierra a través del cuerpo.
Si bien existen formas de minimizar estos riesgos, como por ejemplo mediante la puesta a tierra vista anteriormente de todos los elementos metálicos y los sistemas de doble aislación, siempre existe la posibilidad latente de un accidente, ya sea por fallas imponderables o por el incumplimiento de medidas de seguridad.
Corriente
50-60 Hz Duración de Efectos fisiológicos sobre el cuerpo humano
Valor Eficaz la descarga
mA
0 - 1 No crítico - Rango del comienzo de la percepción
1 - 15 No crítico - Rango del comienzo de contractura muscular,
tendencia a quedarse agarrado al elemento conductor,
dolores intensos en músculos de manos y dedos.
15 - 30 Minutos - Contractura intensa de los músculos, imposibilidad de
desprenderse, dificultades respiratorias, aumento de la
presión sanguínea, límite tolerable.
30 - 50 segundos a minutos - Irregularidad cardíaca, fibrilación ventricular, inconsciencia.
50 - 200/300 Menos de un ciclo - Fuerte shock, no se producen disturbios en el sistema cardíaco.
cardíaco ( 750 mseg.)
Más de un ciclo cardíaco - Disturbios en el sistema circulatorio, fibrilación cardíaca,
principio de electrocución, en relación al corazón: poco importante,
inconsciencia, se producen lesiones en la piel.
Más de Menos de un ciclo - Fibrilación cardíaca, principio de electrocución, en relación al
200/300 cardíaco ( 750 mseg.) corazón, muy importante: principio de fibrilación sólo en la fase
sensitiva, insonsciencia, se producen lesiones en la piel.
" Más de un ciclo - Detención del corazón, recuperable, zona de defibrilación ventricular,
cardíaco inconsciencia, quemadoruas.
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Los progresos tecnológicos han permitido desarrollar detectores diferenciales y dispositivos de apertura de elevada sensibilidad con costos y tamaños reducidos, que son aplicables a interruptores automáticos de uso generalizado y OBLIGATORIO en las instalaciones eléctricas.
Principio de Funcionamiento de los Interruptores Automáticos Diferenciales (También llamados Disyuntores Diferenciales)
Las protecciones diferenciales para la protección de descargas a tierra están basadas en la detección de diferencias entre las corrientes que entran y salen de un elemento cualquiera conectado en un circuito eléctrico. A fin de interpretar el principio de funcionamiento, analizaremos un ejemplo: Supongamos un circuito monofásico, como el de la Fig. 47-a, donde la
corriente de entrada a la carga ( I e ), es por supuesto igual a la corriente de salida
de la misma ( I s ).
I e = I s I e = I p + I s
Figura 47-a Figura 47-b Consideremos ahora el mismo circuito pero donde se ha producido una corriente de derivación a tierra ( pérdida ), Figura 47-b; por lo tanto la corriente
de entrada Ie ya no es igual a la de salida Is, sino que será la suma de la
corriente que consume la carga más la que se deriva a tierra por la pérdida Ip. Esto significa que por el conductor de entrada circulará más corriente que por el conductor de salida.
Ie = Ip + Is
Esta diferencia es la que se detecta mediante un dispositivo llamado
Protector Diferencial, Disyuntor Diferencial o Interruptor Diferencial, el que, de manera automática, cuando se presenta esta diferencia de corrientes, corta la alimentación de energía a la carga.
Fase
Fase
Fase
Neutro
CONSUMO ( Carga )
I eI s
CONSUMO ( Carga )
I s
Fase
Neutro
Fase
Fase
I e
pérdida a tierra
I p
89
89
En la Figura 48 podemos apreciar la configuración eléctrica que adopta un sensor diferencial, que consta de :
- Núcleo magnético toroidal.
- Arrollamientos primarios de entrada y salida, Ape y Aps, conectados para producir flujos magnéticos de igual magnitud pero en oposición.
- Arrollamiento secundario As. - Relay de desenganche (electroimán).
Veamos que sucede con este sensor para las dos condiciones de funcionamiento vistas anteriormente: En el primer caso, cuando no existe ninguna pérdida a tierra, los flujos
magnéticos producidos por los arrollamientos primarios Ape y Aps, son iguales pero en oposición porque las corrientes circulan en sentido contrario, de manera que se anulan entre si, no produciendo efecto alguno sobre el arrollamiento secundario
As.
Fase
Neutro
Fase
Fase
Figura 48
(electroimán)
Ape Ape
As
núcleo toroidal
CONSUMO ( Carga )
I eI s
Relay de desenganche
90
90
En el segundo caso, cuando se ha producido una pérdida a tierra, a través de uno de los arrollamientos primarios circulará una corriente mayor que por el otro, es decir que existirá una diferencia entre ambos flujos magnéticos, el que inducirá
una f.e.m en el arrollamiento secundario As, es decir que en los extremos de este bobinado aparecerá una diferencia de potencial (voltaje) .
Este voltaje se utiliza para activar la bobina de un dispositivo de apertura automático (relay de desenganche, Fig. 48), que ante esa situación, produce el corte de la alimentación de energía a la carga, pudiendo utilizarse también para accionar un sistema de alarma. Los valores de operación, en lo que se refiere al brevísimo tiempo de
actuación ( 30 milésimas de segundo – 30 ms ) y a la corriente diferencial por
pérdida ( 30 milésimas de Amper – 30 mA), de los protectores que se comercializan en la actualidad en nuestro medio, permiten obtener un elevado margen de seguridad en el uso de la energía eléctrica. Los Interruptores Diferenciales incluyen un pulsador que permite verificar periódicamente el correcto funcionamiento del dispositivo. Por otra parte, la construcción modular, con enganche mediante riel DIN, posibilita la fácil instalación en los tableros.
DE CUALQUIER FORMA, SU APLICACION NO EXIME AL PROYECTISTA,
AL CONDUCTOR TECNICO DE LA OBRA Y AL USUARIO, DE APLICAR TODAS
LAS MEDIDAS DE SEGURIDAD, FUNDAMENTALMENTE LAS CONECCIONES A
TIERRA. En la Figura 49 se indican los símbolos que representan disyuntores
diferenciales bipolares, (utilizados en instalaciones monofásicas), en los que al
actuar se interrumpen la fase y el neutro y tetrapolares, (utilizados en instalaciones trifásicas), en los que se interrumpen las tres fases y el neutro simultáneamente . Se incluyen las representaciones multifilares y unifilares.
Figura 49
Símbolos de Disyuntores Diferenciales
monofásico
esquemas multifilares(bipolar)
esquemas unifilares
Trifásicotetrapolar
monofásico(bipolar)
Trifásico(tetrapolar)
91
91
La siguiente figura representa un circuito de una instalación domiciliaria monofásica, a la que se le ha agregado en el TG un Disyuntor Diferencial bipolar ubicado aguas arriba, para que se encuentre protegido por los interruptores Termomagnéticos.
Figura 50
M
TMTMTM
Circuito Nº 1
Circuito Nº 2
Circuito Nº 3
un interuptor diferencial
En el Tablero, se incorporó
TG bipolar (que corte fase y neutro)DD
(sobre fase y neutro)
Fusible de Medidor
Medidor monofásico
(fase y neutro)
(solo sobre la fase)
Fusible de Línea
Acometida Monofásica
Línea EPEC Trifásica
Por cada circuito, una TM bipolar
(que corte fase y neutro)
92
92
DISYUNTORES DIFERENCIALES
Monofásico Trifásico
Corta Fase y Neutro Corta las 3 Fases y Neutro
Comparación entre DD
y Termomagnética
Pulsador para
verificar
funcionamiento
El DD protege
a las personas
la Llave
Termomagnética
protege los
circuitos
93
93
94
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95
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MATERIALES UTILIZADOS EN LAS INSTALACIONES
ELECTRICAS
Conductores Los conductores eléctricos aplicados en las instalaciones de nuestro medio son casi exclusivamente de cobre, bajo la forma de CABLES, constituidos por varios alambres delgados trenzados para lograr mayor flexibilidad y aislados con PVC. Cada conductor debe estar aislado en forma individual, pero se pueden agrupar varios conductores bajo una sola cobertura o Vaina, obteniéndose los cables unipolares, bipolares, tripolares, tetrapolares, etc., como los indicados en la parte superior de la siguiente figura.
Figura 52
Cuando se utilicen en locales húmedos, mojados o polvorientos, serán del tipo adecuado para soportar el riesgo propio del local. Los utilizados en columnas montantes o en locales de ambiente peligroso deberán tener aislación ignífuga, es decir que no permita la propagación del fuego. Para tendidos a la intemperie o en instalaciones subterráneas se utilizan conductores especialmente protegidos con doble o triple vaina aislante, e inclusive con mayas metálicas, como los indicados en la parte inferior de la figura anterior. Los conductores macizos (de un solo alambre) no deberán utilizarse en líneas de instalaciones eléctricas.
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Llaves interruptoras, Tomacorrientes, Fichas Las llaves, tomacorrientes y fichas deben llevar estampada la indicación de la tensión y la intensidad de servicio para cuyo uso han sido construidas, no podrán emplearse para tensiones e intensidades mayores a las marcadas. En el caso de las llaves estarán ejecutadas de tal modo que aseguren un corte rápido del arco eléctrico que se forma en el momento de la interrupción. Las fichas deben construirse en forma tal que permitan ser retiradas con facilidad sin tirar del conductor, y podrán ser usadas para interrupción de la corriente de aparatos de cuya potencia no sea superior a 1000 VA y cuando la tensión de servicio sea de 220 V. Para potencias mayores y hasta 3 KVA, deberá proveerse de un interruptor, si el aparato no lo trae incorporado. Los tomas y fichas deben estar provistos de una tercera pata para la conexión del conductor de puesta a tierra. Los siguientes son esquemas de las diferentes combinaciones de llaves y tomas, los símbolos correspondientes se indican en la Pagina. 26:
Figura 53
Llave de 1 punto
Llave de 2 puntos
Llave de 3 puntos
y toma común
Llave de 1 punto
y toma con tierra
Llave de 2 puntos Doble toma
con tierray toma con tierra
Llave de 2 puntos
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CANALIZACIONES Para materializar los circuitos, los conductores y demás elementos que los constituyen deberán canalizarse, utilizándose para ello diferentes métodos, clasificados de la siguiente manera:
REDES DE DISTRIBUCIÓN EXTERNAS ( E.P.E.C.)
- Aéreas
Cable desnudo
Cable preensamblado
- Subterráneas
CANALIZACIONES INTERNAS
- En cañerías
Embutidas
Acero
P.V.C.
Liviano
Semi pesado
Pesado
Pesado
Liviano
AceroA la vistaSemi Pesado
Pesado
Subterráneo
Cable- Directamente enterrado
En conductos
- Bandejas Portacables
- Blindobarras
- Cablecanal de P.V.C. a la vista
Cable subterráneo
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Los caños rígidos de acero se fabrican en tramos de tres metros, en los siguientes tipos:
- Caño pesado: esmaltado o galvanizado. Se lo utiliza principalmente en trazados a la vista, generalmente en instalaciones industriales.
- Semi-pesado: con costura y pintados con esmalte. Son los que
generalmente se utilizan en las instalaciones embutidas.
- Livianos: construidos con chapa de menor espesor, no están autorizados por el M.O.P. para sus obras. Para los empalmes se utilizan cuplas roscadas y las uniones con las cajas se realizan por medio de conectores
Los caños flexibles de PVC, se expenden en rollos, facilitando su colocación, utilizándose juntas de unión (cuplas) del mismo material. Para su instalación en paredes deberán quedar recubiertos por un mínimo de 5 mm. Al colocarlos en losas de Hormigón, deberá cuidarse particularmente que no se los aplaste al hormigonar. En todos los casos, las dimensiones del diámetro interior, expresado en milímetros, se determinarán por medio de la tabla 34 (Pag. 72).
Bandejas portacables: En instalaciones de grandes superficies o en salas de máquinas, que requieren el tendido de conductores de gran sección para alimentar equipos de consumo elevado, se utilizan, en replazo de los caños, las Bandejas Portacables, construidas en metal (chapa galvanizada, acero inoxidable, aluminio). Generalmente son perforadas para mejorar la ventilación de los conductores, fabricándose con accesorios que permiten una instalación muy flexible (curvas, derivaciones), adaptable a cada necesidad. Este tipo de montaje posibilita el acceso directo a los conductores para su control y mantenimiento.
Blindobarras: En instalaciones industriales donde se requiere flexibilidad en la instalación, que permita el cambio en la ubicación de las distintas máquinas que han de conectarse a la red de energía eléctrica, éstas se alimentan mediante un sistema de barras de cobre, colocadas dentro de una canalización metálica colgada del techo, y mediante fichas especiales se bajan los conductores para cada máquina.
Instalaciones subterráneas
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Para instalaciones subterráneas se pueden utilizar cables especialmente fabricados para ese fin, que permiten su instalación directamente en el suelo, debido a sus características constructivas, con materiales resistentes a la acción corrosiva de los terrenos y a los esfuerzos mecánicos (Figura 52). Generalmente están constituidos por una doble aislación; la individual de cada conductor y un envainado que recubre al conjunto de conductores, ambos de PVC. Existen también cables subterráneos que sobre el envainado de PVC poseen una envoltura metálica, llamada armadura, lo que le confiere una mayor resistencia mecánica. Para las derivaciones y empalmes se utilizan piezas especiales denominadas botellas de empalme.
100
100
4ª Unidad
SERVICIOS AUXILIARES en
Muy Baja Tensión,
AUTOMATIZACIÓN y
DOMÓTICA
Servicios Auxiliares en Muy Baja Tensión
Estas instalaciones, también denominadas de Señales Débiles, comprenden los sistemas que utilizan muy baja tensión de alimentación, con valores inferiores a 50 V, de CC ó CA, y un bajo consumo eléctrico (baja potencia, Vatios).
Tienen aplicación tanto en viviendas individuales o colectivas, como en instalaciones comerciales o industriales.
Podemos encontrar, entre los más frecuentemente utilizados:
- Llamada y señalización. - Localización de personas. - Portero eléctrico y portero visor. - Telefonía e intercomunicación. - Alarma y protección contra incendio. - Seguridad contra robo. - Enlaces para computación. - Control de ingreso y egreso de personas. - Antenas colectivas para TV.
Estos circuitos de MBT exigen condiciones especiales de instalación, entre las que podemos mencionar: . Para tensiones inferiores a 50 VCC ó VCA no son necesarias medidas especiales para protección de las personas contra contactos directos o indirectos, sin embargo es conveniente que se los protejan contra sobre intensidades producidas por contactos con circuitos de mayor tensión. . La alimentación se efectuará mediante transformadores con separación entre los bobinados primario y secundario. Además los elementos metálicos del sistema deberán estar correctamente conectados a la descarga a tierra. . Los conductores de MBT deberán disponer de canalizaciones independientes del resto de los circuitos de BT (220 y 380 V). . Ninguna de las partes conductoras ni de masa tendrán contacto con partes activas, neutros o masas de los circuitos de potencia.
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Llamada y señalización:
Son los sistemas más simples de comunicación, de una sola vía, que permiten, mediante la utilización de un pulsador, accionar a distancia un zumbador o campanilla, y en algunos casos también una señal luminosa. Las campanillas y las luces se alimentan con un máximo de24 V de CA, a través de un transformador reductor de voltaje. La reglamentación de instalaciones eléctricas establece que estos sistemas se alimenten por medio de circuitos independientes desde el tablero.
Localización de personas y avisador:
Son sistemas también de una sola vía, utilizados en hospitales, estaciones terminales de transporte, aeropuertos, supermercados, etc., para pasar mensajes o información de carácter general. Se utiliza una central de transmisión y parlantes remotos, distribuidos en el edificio.
Portero eléctrico y portero visor:
Los circuitos de portero eléctrico y portero visor son sistemas combinados de intercomunicación (de dos vías) y comando, en los cuales, mediante un sistema telefónico interno, se pueden comunicar la zona de ingreso del edificio con cada una de las unidades de vivienda, y además, desde cada una de estas unidades, se puede accionar la apertura de la puerta de acceso. Constan de tres partes principales: . Circuito de timbre en cada unidad de vivienda, mediante pulsadores en planta baja. . Circuito de comunicación, mediante micrófono y receptor en planta baja y microteléfono en los pisos. . Circuito de accionamiento de puertas, mediante cierrapuertas magnético y pulsador de piso. Adicionalmente se puede incorporar un sistema de video que, mediante una cámara convenientemente ubicada en la entrada, permite la visualización de la misma desde cada piso. Este sistema, con cámaras múltiples, permite también el control de seguridad para comercios, industrias, edificios públicos, etc. Todos los sistemas deben contar con interruptores generales y protección contra sobre corrientes mediante fusibles o llaves termomagnéticas.
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La siguiente figura muestra un circuito típico de montante para portero eléctrico y apertura de puerta eléctrico.
Figura 54
Telefonía e intecomunicación:
Las instalaciones telefónicas en el interior de los edificios generalmente se ajustan a las disposiciones de las concesionarias telefónicas de la zona, pudiendo efectuarse la acometida de forma aérea o subterránea.
Figura COLUMNA MONTANTE
Depto. 3 b
Depto. 2 b
Depto. 1 b
P.B.
Subsuelo
Depto. 1 a PE1º P.
Depto. 3 a
Depto. 2 a
3º P.
2º P.
Depto. 4 b
Depto. 6 b
Depto. 5 b5º P.
Depto. 4 a4º P.
Depto. 6 a
Depto. 5 a
6º P.
Terraza
Caja de derivación
A B1º
2º
3º
4º5º
6º alimentación 220 V
Tablero enel ingreso
cerradura eléctrica
cable
multipar
PE
PE
PE
PE PE
PE PE
PE PE
PE PE
de PORTERO ELÉCTRICO
Depto. del porteroPE
Portero
del tablero de Serv. Grales.
telefónico
103
103
Los sistemas de telefonía interna pueden ser: . Individuales, en los que cada usuario dispone de un acceso desde el exterior, a partir de un tablero de ingreso, y distribuido en el interior mediante una montante común que recorre todo el edificio. . Centrales, en los que existe una o varias centrales telefónicas, con una red de distribución por montantes, hacia cada uno de los remotos, permitiendo la intercomunicación entre ellos y con el exterior. Las derivaciones a cada uno de los equipos remotos se realiza por cañerías exclusivas para telefonía y señales débiles, con módulos de conexión (Conectores RJ45 ) especiales para toma telefónica. La interconexión se realiza mediante cable especial para telefonía,
denominado multipar, porque dentro de una misma vaina de aislamiento contiene varios pares de conductores de muy pequeña sección, ya que las señales utilizadas transportan corrientes muy débiles. Se comercializan cables desde 1 par ( 2 conductores), hasta 100 pares (200 conductores) dentro de una misma vaina aislante.
Alarmas y protecciones contra Incendio:
Estos sistemas de alarma cumplen la función de detectar e informar que se está produciendo un siniestro, el que deberá combatirse antes que adquiera mayores proporciones. Las acciones automáticas que pueden realizar estos sistemas dependerá de los niveles de complejidad que se estén utilizando: . Alarma sonora y visual (luces), señalando la localización del siniestro. . Información a una central remota, o al cuartel de bomberos. . Extinción automática con agua o gases especiales. . Puesta en marcha de un sistema de extracción de humos. . Cierre de las puertas de protección contra incendios. . Desconexión de máquinas y equipos. Los sistemas automáticos están conformados por elementos detectores y los circuitos de alarma asociados. Los elementos detectores más comunes que se pueden encontrar en el mercado son:
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Detector de ionización: Determina la concentración de gases de combustión visibles e invisibles, actúa como pronto aviso.
Detector de humos: Efectúa una apreciación óptica del oscurecimiento del aire, producido por la presencia de humo en un local.
Detector de llamas: Detecta la fuente luminosa producida por las llamas.
Detector de temperatura máxima: Funciona por medio de una placa bimetálica que reacciona y se dispara al sobrepasarse una temperatura determinada.
Detector incremental: Actúa cuando el incremento de temperatura por unidad de tiempo sobrepasa de cierto valor. Todos estos elementos, al actuar y dispararse, pueden incluir sus propios dispositivos sonoros y luminosos de señalización o accionar los demás componentes de un sistema de alarma centralizado.
Seguridad contra Robos:
Tiene como finalidad señalar el ingreso de personas a los locales, existiendo en el mercado diferentes elementos para detección de movimiento: . Por rayos Infrarrojos, invisibles al ojo humano. . Por detección de niveles de temperatura corporal. . Por detección de sonidos. . Por rotura de vidrios. . Por apertura de puertas y ventanas. Estos elementos detectores pueden incluir su propio sistema de alarma sonora o estar conectados a una central de monitoreo, mediante cableado por montantes.
Enlaces para computación- Redes LAN:
Con el incremento de la informática en muchas de las actividades que se desarrollan en un edificio, se hace necesario, para lograr un mayor rendimiento y eficiencia en el proceso de transmisión y procesamiento y archivo de la información, estructurar un sistema de enlace entre las diferentes máquinas.
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Para ello se recurre a cableados especiales, llamados Redes LAN (Red de Área Local), consistentes en un cableado con conductores especiales, de los cuales veremos dos tipos, los más usuales:
- Cable coaxial fino, que puede tener hasta 185 m de longitud y soporta hasta 30 computadoras conectas en red.
- Cable de par trenzado, externamente es igual al cable telefónico.
Con una longitud máxima de 100 m por tramo, es más cómodo y económico, aunque necesita usar un aparato distribuidor de señales, llamado Hub, o Patchera, que encarece la instalación.
El sistema también podrá disponer de cableado coaxil para alimentación de señales provenientes de antenas para microondas y satelitales, generalmente ubicadas en la azotea.
Todas los cableados utilizados para Señales Débiles deben
canalizarse separadamente de los líneas de Baja Tensión, ya sea por cañerías
independientes exclusivas o mediante bandejas portacables con sectores
separados. El conjunto de cables, conectores y aparatos de distribución
constituyen un Cableado Estructurado, como el indicado en la Figura 58 y todos los componentes deben cumplir con normas de servicio para cualquier tipo de sistema informático conectado al mismo. El objetivo de estos sistemas de cableado estructurado es posibilitar su instalación en edificios, aún sin conocer con precisión los equipos que han de conectarse, es decir, que tenga la flexibilidad suficiente para adaptarse a los requerimientos normalizados, sin tener que realizar posteriormente cambios en su tendido. La complejidad de los sistemas a utilizar escapa a los alcances del presente apunte, para un correcto diseño y tendido de las redes deberá recurrirse a profesionales especialistas para montarlas y configurarlas, debiendo tenerse en cuenta, a los efectos del diseño de nuestra instalación, los espacios técnicos necesarios para el pasaje de los cables y ubicación de distribuidores.
Control de ingreso y egreso de personas: Para controlar el ingreso y egreso de personal se utilizan relojes marcadores, con tarjetas individuales para cada empleado. También existen sistemas de relojes que funcionan mediante tarjetas magnéticas, individuales para cada empleado, que registran el movimiento del personal simplemente pasándolas por una ranura. Esta información es cargada
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directamente en un programa de computación que realiza de manera automática la liquidación de sueldos, impresión de planillas y recibos así como también permite calcular, graficar y almacenar datos estadísticos referidos al personal.
Antenas colectivas para TV: Las ondas radioeléctricas son una forma de propagación de la energía a través del espacio, siendo la antena el elemento que permite captar estas ondas. Las antenas se clasifican en : . Individuales (para viviendas unifamiliares) . Colectivas (para edificios de departamentos) En ambos casos, para una correcta recepción debe tenerse en cuenta la adecuada altura, su correcta orientación y la ganancia de señal. Las antenas colectivas requieren de la colocación en la parte superior del edificio de un sistema de captación (antena propiamente dicha) y de un amplificador (booster), para distribuir la señal a los distintos receptores individuales, a través de una línea de cables coaxiles, y módulos especiales para la toma de la señal en cada departamento. El desarrollo de redes de Televisión por cable o la recepción directa mediante satélites y antenas parabólicas individuales (Direc TV, Sky TV), hace que este tipo de antenas colectivas ya no sea de tanta aplicación, no obstante ello, hacemos mención del sistema, ante la posibilidad de que existan edificios que se encuentren fuera de la cobertura de las redes de TV por cable.
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AUTOMATIZACIÓN Y
DOMÓTICA
Desde hace un par de décadas el mundo ha tomado conciencia del despilfarro de energía que se realizaba en todos los órdenes, sensibilizando a la sociedad y fomentando el desarrollo de nuevas fuentes de energía al par que se comenzaron a estudiar y aplicar técnicas que posibiliten una disminución y ahorro de esa energía mal utilizada. Una parte importante de la energía es utilizada en los edificios y a su vez, un elevado porcentaje de ésta se pierde a través de los cerramientos mal diseñados desde el punto de vista térmico, con inadecuado aislamiento o incorrecta orientación. También se desperdicia energía a causa de una incorrecta regulación y tiempos de utilización de los equipos de climatización, iluminación, circulación vertical y en general, en dispositivos que generan calor. Nuestra tarea deberá orientarse a tratar de lograr una reducción en los consumos energéticos, mediante técnicas apropiadas de diseño de los cerramientos, y de los sistemas de acondicionamiento mecánico y circulación, que signifiquen un uso racional de la energía. Al aplicar lo que podemos llamar estrategia de gestión energética, deberá lograrse un equilibrio justo entre los menores costos de construcción, instalación, consumo y mantenimiento versus el mayor confort y seguridad posible.
El primer paso para lograr estos objetivos, desde el punto de vista térmico, se podrá conseguirá aplicando ajustadamente la estimación de las cargas térmicas y buscando la utilización racional de los materiales y sistemas de climatización que mejor consigan armonizar la aislación térmica y la selección de equipos, con el diseño arquitectónico, tema que hemos desarrollado en las unidades correspondientes a Acondicionamiento Termo Mecánico.
El segundo paso consiste en la racionalización en el uso de todos los sistemas instalados, atendiendo a tres factores prioritarios:
- Confort - Ahorro Energético - Seguridad
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Para lograr estos objetivos de racionalización, disponemos en la actualidad de cuatro niveles de intervención:
- Los Controles Automáticos. - La Automatización. - La Domótica. - La Telemática.
Controles Automáticos
A nivel doméstico aún no son de gran aplicación estas técnicas, no obstante ya existen en el mercado dispositivos que incorporan los automatismos en pequeña escala:
- Control de iluminación, mediante fotocélulas y detectores de movimiento.
- Control de electrodomésticos, encendido y apagado automáticos. - Control de climatización, con termostatos. - Control de cerramientos, persianas, toldos, puerta y ventanas. - Activación de alarmas. - Simulación de presencia. - Sistemas de riego.
Todos estos dispositivos pueden o no estar vinculados entre sí, funcionando generalmente de manera independiente, por lo que no constituyen un sistema automatizado, pero permiten un grado mínimo de control y racionalización.
Figura 55
Sensor contactor)
EQUIPO
Rociador
Alarma
Visual
Alarma
Sonora
de Aº Aº
o de bombeoActuador
(Relevador o
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Automatización
Si a los dispositivos de control automático mencionados anteriormente los vinculamos entre sí mediante una central que coordine todas las funciones, podemos decir que se trata de un sistema automatizado, con un mayor grado de racionalización. Podemos distinguir dos niveles de automatización:
- Pequeña y mediana escala, mediante el uso de PLR. - Gran escala, por medio de PLC.
En ambos casos, los sistemas automáticos está integrados por tres tipos de dispositivos:
a – Sensores
b – Coordinador Lógico
c - Actuadores
Figura 56
a) Sensores, Permiten detectar condiciones variables dentro de los ambientes, emitiendo señales de aviso e información para los controladores
- Detectores de humo - “ “ fuego - “ “ gases tóxicos - “ “ luminosidad - “ “ temperatura - “ “ incrementos de temperatura - “ “ presencia - Comparadores analógicos
Sensores
LÓGICO
ActuadoresCOORDINADOR
Sonora
o de bombeo
Visual
Alarma
Alarma
Rociador
de Aº Aº
EQUIPO
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b) Controladores Lógicos
b.1 - Relés Lógicos Programables ( Niveles de Automatización en pequeña y mediana escala)
Reciben la información de los censores y la procesan, enviando señales de comando a los actuadores. Para los sistemas de automatización en pequeña o mediana escala
existen en el comercio local los llamados Relés Lógicos Programables ( PLR ) o Relés Inteligentes, que son aparatos que funcionan sobre la base de chips electrónicos, diseñados para ser usados en pequeños sistemas de automatización. Estos Relés Pueden ser utilizados en viviendas individuales y colectivas, así como también en la industria, el comercio y los servicios. Lo compacto y fácil de su instalación, con un sistema de enganche similar al usado por las llaves termomagnéticas, hacen de ellos una alternativa económica en las soluciones basados en lógica de pequeña y mediana escala. La simplicidad de su programación, que incluye una pequeña pantalla de LCD, conjuga las exigencias de la automatización con las expectativas del usuario no especializado. En la figura siguiente se puede apreciar un PLR típico, posible de adquirir en los comercios locales a precios muy accesibles.
Figura 57
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b.2 - Controladores Lógicos Programables (Automatización en gran
escala)
Cuando se trata de sistemas de gran magnitud, se utilizan los
Controladores Lógicos Programable ( PLC ), compuestos por una computadora ( teclado, monitor y CPU, Figura 58), que resulta el cerebro del sistema automático, la que en función de las señales enviadas por los sensores y los programas grabados en su memoria, ordena realizar acciones a los actuadores.
Estos PLC, cumplen funciones similares a los vistos anteriormente en los PLR, pero permiten una mayor complejidad y amplitud del sistema, posibilitando la interrelación entre los parámetros aportados por los censores, creando un verdadero sistema integral de automatización.
Figura 58
c) Actuadores, son los dispositivos que reciben las instrucciones del PLR o del PLC y comandan a los equipos y máquinas:
- Relevadores y contactores - Servomotores - Electroválvulas - Disparo de alarmas, sonora y visual, información a la central de
seguridad correspondiente y accionamiento de extinguidores, ventiladores y aberturas de seguridad.
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Domótica
La gestión energética integral comienza a utilizarse en grandes edificios, aplicando la DOMÓTICA, (del latín domus casa, y del griego automática, esto es, “casa que se controla por si misma”) y permite lograr el máximo grado de racionalización. A este tipo de edificios automatizados suele denominárselos
“inteligentes”, aunque, según nuestro criterio, el concepto de inteligente únicamente cabría aplicárselo a aquellas construcciones en las que, desde la génesis misma del proyecto arquitectónico, han sido consideradas integralmente las mejores condiciones funcionales, morfológicas, tecnológicas y de ahorro energético. Teniendo en cuenta los dos primeros factores vistos anteriormente, confort y ahorro energético, esta gestión energética incluye tres funciones básicas:
a) - Desarrollo del diseño arquitectónico atendiendo a una utilización racional de los materiales de los cerramientos, orientados a lograr las menores perdidas y ganancias de calor posibles a través de ellos. Esto redundará en la posibilidad de instalar equipos de acondicionamiento de menor costo inicial y menor consumo energético.
b) - Diseño de los sistemas y posterior autorregulación de la potencia de los equipos de acondicionamiento, de acuerdo a las necesidades particulares y variables cada sector. c) - Programación de los tiempos de funcionamiento de los sistemas de acondicionamiento, iluminación y de transporte vertical, autoajustables también de acuerdo a los requerimientos de cada sector.
Con relación al tercer factor, seguridad, la gestión energética incluye las siguientes funciones: a) - Control de iluminación, activación y desactivación de luces, mediante censores de presencia y/o de luminosidad. b) - Control de apertura y cierre de puerta y ventanas, mediante censores de presencia, de ruido y de rotura de vidrios, con señalización y aviso al personal de seguridad y policía. c) - Control de accesos de personal, mediante tarjetas magnéticas. d) - Activación de alarmas por robo, incendio, humo o gases tóxicos, las que a su vez, accionan dispositivos para la extinción y eliminación de gases y de señalización y aviso a la central de bomberos.
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El gran desarrollo de los sistemas informáticos posibilita que en la actualidad resulte posible medir, controlar y supervisar simultáneamente gran cantidad de variables, que, interpretadas por un programa en la PC (que actúa como el cerebro del sistema), permiten establecer secuencias completas de operaciones de todos los sistemas del edificio, pudiendo almacenar en memoria órdenes de actuación e inclusive, “aprender” de las distintas situaciones que ocurran, logrando de este modo que el edificio se “adapte” a cada uno de los distintos requerimientos posibles.
Telemática - Ofimática
La integración de todos estos dispositivos de automatización con sistemas de comunicación a distancia, vía telefónica o radial (en este último caso, generalmente mediante antenas parabólicas para microondas y enlace satelital), reciben el nombre de TELEMÁTICA, permitiendo el control y la activación o desactivación de los actuadores desde cualquier lugar del mundo. Cuando la vinculación de los sistemas informáticos se aplican para integración de las distintas secciones de una oficina o comercio, reciben el nombre de OFIMÁTICA, materializada mediante REDES, como la que se muestra en la siguiente figura. Figura 59
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cableado troncalcableado
telefónicaenlace a red
horizontal
repartidorarmario
trabajoPuesto de
microondasenlace por
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RESUMEN de TABLAS DE ELECTRICIDAD
TABLA 31 TABLA 32 Grado de Electrificación
Secciones mínimas de conductores de cobre
a utilizar según el tipo de circuito G.E. Mínimo : hasta 3700 VA ó 60 m2
Acometida E.P.E.C. 6 mm2 G.E. Medio : hasta 7000 VA ó 130 m2
Alimentación de Tablero General G.E. Elevado : hasta 11000 VA ó 200 m2
o Tablero Seccional 4 mm2
G.E. Superior: más de 11000 VA ó más de 200 m2
Circuitos de usos especiales 4 mm2
TABLA 35
Ramal desde Tablero hasta la última Diámetros de cañerias
boca de Iluminación o tomacorriente. 2,5 mm2
Secc. del Diametro interior del caño, en mm, para las
Bajadas a llaves 1 mm2 conductor siguientes cantidades de conductores
(mm2) 2+T 3+T 4+T 5+T 6+T
Cordones flexibles 0,75 mm2
1 12,5 12,5 15,4 18,6 21,7
TABLA 33 TABLA 34
Intens. de Corriente Selección de Interruptores 1,5 12,5 12,5 15,4 18,6 21,7
Máxima admisible Termomagnéticos
para conductores Secc. de Intensidad nominal 2,5 15,4 18,6 21,7 21,7 28,1
de cobre conduct. del interruptor
Secc. Int. Máx. de cobre 4 18,6 21,7 21,7 28,1 28,1
(mm2) (A) (mm2) Clases "C y D"
2,5 20 6 18,6 21,7 28,1 28,1 28,1
1 10,5 4 25
1,5 13 6 35 10 21,7 28,1 28,1 34 34
2,5 18 10 45
4 24 16 60 16 28,1 28,1 34 40,8 40,8
6 31 25 80
10 43 35 100 25 28,1 34 34 40,8 40,8
16 59 50 120
25 77 35 28,1 34 45,9 ---- ----
35 96 Clase C: Protección típica
50 117 en el ámbito residencial 50 34 45,9 45,9 ---- ----
70 149
Clase D: Protección de 70 45,9 52,5 62,7 ---- ----
motores de gran consumo.
TABLA 36 Consumo de Tubos Fluorescentes
Balasto sin corrección Balasto con corrección Balasto
Potencia de Cos. de Cos. electrónico
Nominal Potencia Corriente Potencia Corriente Potencia Corriente
(W) Aparente (VA) ( A ) Aparente(VA) (A) Aparente(VA) (A)
20 46 0,21 22 0,10 14 0,06
40 95 0,43 44 0,20 26 0,12
105 212 0,96 132 0,60 90 0,41
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MATERIALES MAS COMUNES UTILIZADOS EN LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS DOMICILIARIAS
CAÑOS
Hierro : Liviano - Semipesado - Pesado
P.V.C.: Liviano (gris) - Pesado (naranja)
Equivalencias de diámetros:
(mm) 12,5 15,3 18,5 21,7 28 34
interior (pulgadas) 1/2 " 5/8 " 3/4 " 7/8 " 1 " 1 1/4 "
CAJAS
Hierro : Liviano - Semipesado - Pesado Accesorios: Ganchos J
Ganchos U
P.V.C.: Liviano - Pesado
Octogonales : 7 x 7 9 x 9
Rectangulares 5 x 5 5 x 10 10 x 10
CONECTORES - CODOS - CURVAS - CUPLAS
Metálicos :
Medidas correspondientes a los caños a utilizar
Plásticos :
TABLEROS
Chapa doblada : Exterior o para embutir - Con riel DIN, para alojar 2 - 4 - 6 - 8 - 10 - 12 ...... 24
llaves termomagnéticas y Disy. Dif.
Material Plástico : Exterior o para embutir -
CAJAS de fundición de aluminio
Para Medidor y Fusibles: Monofásico o Trifásico
JABALINAS:
De cobre o acero cobreado, mínimo 15,8 mm, longitud mínima 1200 mm.
CAÑOS para ACOMETIDA
De hierro galvanizado, con rosca para toma a tierra y TE para derivación.
Pipeta de bakelita, Rack Monofásico o Trifásico, con aisladores de porcelana.
Llaves y Tomacorrientes para embutir. Cables y Termomagnéticas según cálculo,
Disyuntor diferencial: 2 x 25 - 2 x 40 - 4 x 25 - 4 x 40 - 4 x 63 - 4 x 80 A
Artefactos : Portalámparas, Apliques, Bases p/tubos fluorescentes rectos o curvos, etc.
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DESCARGAS ATM OSFÉRI CAS
INSTALACIONES II
Arq. José Luis Borojovich
FAUD UNC
PROTECCI ÓN CON TRA
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PROTECCIÓN DE LOS EDIFICIOS CONTRA
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DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
CONCEPTOS BÁSICOS
ELECTROSTÁTICA:
Es la parte de la Física que estudia los fenómenos relativos a las cargas eléctricas yacentes en los cuerpos y que se manifiestan:
- cuando éstos son frotados; - cuando son sometidos a la acción del fuego; - cuando son sometidos a la acción de la presión.
Electricidad por frotamiento:
Todo cuerpo, al ser frotado, produce electricidad.
Esto se admite porque el frotamiento descompone los átomos de las sustancias de los cuerpos, lo cual origina la aparición de minúsculas cantidades de electricidad, denominadas “cargas eléctricas”.
Si éste cuerpo es no conductor, la electricidad se acumula en forma de cargas
estáticas, las cuales se evidencian por el fenómeno de atracción de cuerpos livianos. El cuerpo que adquirió estas cargas está electrizado, la carga estática se localiza en su superficie y se descarga hacia los objetos preferentemente puntiagudos. El cuerpo que no posee dicha propiedad está en estado neutro. Para llevar un cuerpo electrizado, al estado neutro, se lo descarga, es decir se envían sus cargas eléctricas a Tierra, por medio de un alambre conductor de cobre.
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO del PARRAYOS
Si se acerca a un cuerpo cargado eléctricamente un elemento puntiagudo conectado a tierra (Figura 1), la electricidad estática del cuerpo salta hacia la punta y se descarga a tierra. Las nubes, cuerpos formados por vapor de agua, se cargan con electricidad estática como consecuencia de su rozamiento con las partículas de polvo presentes en la atmósfera. Por otra parte, el aire atmosférico en condiciones normales se comporta como un material aislante, pero si el vapor de agua contenido en su masa aumenta considerablemente y al mismo tiempo la carga eléctrica de las nubes llega a valores muy elevados (100.000 a 600.000 Voltios con respecto a la tierra), este comportamiento como aislante se convierte en conductor de la electricidad. En estas condiciones, la energía acumulada en las nubes tiende a descargarse hacia la tierra, a través de algún cuerpo conductor qué lo posibilite (el aire atmosférico húmedo y con partículas de polvo), buscando los puntos de mayor aproximación a la nube (elementos elevados de la superficie terrestre, particularmente puntiagudos), originándose un rayo.
a traves del aire
+
Figura 1
++
con electricidad estáticaCuerpo cargado
+
Conductorde cobre
Elemento puntiagudo
Toma a Tierra
Descarga
120
120
Generalmente la corriente eléctrica se origina desde las nubes hacia la tierra, (Rayo en sentido descendente), aún cuando también se pueden producir corrientes de sentido ascendente, desde la tierra hacia las nubes y asimismo descargas entre nubes que se encuentran a distinto potencial eléctrico (manifestándose como Relámpagos y Truenos) Esta descarga, de muy breve tiempo de duración, pero de una intensidad muy elevada (10.000 a 200.000 amperes) es un fenómeno que no se puede evitar, y los daños que puede ocasionar son muy grandes, en objetos y personas. Mediante la utilización de dispositivos denominados PARARRAYOS, se puede lograr inducir o “atraer” la caída de los rayos a través de estos dispositivos y descargar a tierra el enorme potencial de energía, protegiendo los objetos circundantes y las vidas humanas. Existen en el mercado diversos tipos de pararrayos, de los cuales indicamos las más comunes:
Pararrayos de Barra o de FRANKLIN
Consiste en una barra o mástil de material conductor (generalmente acero inoxidable), terminado en punta. Para mejorar la acción preventiva y ampliar el radio de cobertura, a estos pararrayos de barra se los fabrica con una punta central vertical y un haz de puntas divergentes (Figura 2). Si a este elemento se lo ubica convenientemente sobre los edificios, en su parte más elevada (Figura 3) y se lo conecta a tierra, favorecerá la descarga atrayendo hacia si la energía eléctrica acumulada en la nube. Punta central Electrodos divergentes Figura 2
Pararrayos FRANKLIN Este tipo de pararrayos se denomina de FRANKLIN, y se admite que preserva los edificios comprendidos en un cono cuyo vértice es su punta vertical y la base un circulo de radio igual al doble de su altura. Así, un pararrayos cuya barra mide 8 metros y está colocado sobre un edificio de 30 mts. de altura, su cono de protección se extiende en un círculo de: (8 + 30) x 2 = 76 mts. de radio en el suelo.
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Experimentalmente se ha determinado también que se logra gran seguridad dentro de un cono de 30º y seguridad relativa hasta 45º. (Figura 4). Cono de protección
Cuando el edificio tiene una relación de forma apaisada, se deberán instalar más de un pararrayos (Figura 5), cada uno de ellos con su descarga individual.
Pararrayos de MELSENS
Así como el pararrayos de Franklin trabaja bajo el principio del poder de atracción de las puntas, hay otro sistema que protege los edificios, bajo el principio de la Jaula de Faraday, es el llamado Pararrayos de MELSENS (Figura 6). Una red de conductores metálicos, en conexión con la tierra, rodea el edificio, siguiendo sus líneas arquitectónicas perimetrales horizontales y está provisto también de haces divergentes en las partes salientes de la construcción.
Figura 3
estáticamenteNube cargada
Toma a Tierra
conductorde cobre
Pararrayos
-
--
-
++
++
++
Figura 4
+
30º - 4
5º
++
++ +
DOBLE CONO DE PROTECCIÓN
Toma a Tierra
Figura 5
Toma a Tierra
30º - 4
5º
+
30º - 4
5º
++
+
+ +
122
122
Cualquier descarga que se produzca va a tierra por el camino más fácil, es decir, a través de los conductores de cobre.
Pararrayos Activo, con DISPOSITIVO de CEBADO
Existen actualmente en el comercio sistemas denominados Activos, constituidos por un conjunto deflector (Figura 7), que se carga estáticamente utilizando el campo eléctrico presente en el ambiente en los instantes previos a la caída del rayo, este dispositivo, en el momento preciso provoca una descarga, canalizada a través de su electrodo central, antes que lo hagan todos aquellos objetos capaces de convertirse en puntos de impacto. Estos pararrayos activos de cebado tienen un diámetro de cobertura de 200 m. aproximadamente. Electrodo central Figura 7
Pararrayos Activo Electrodos de cebado
Tomas a Tierra
de cobreconductor
Figura 6
de haces divergentes
Pararrayos
123
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Los edificios altos, los postes de luz o telefónicos, así como los árboles hacen las veces de pararrayos, debido a su altura. Es por ello que resulta peligroso guarecerse debajo de los árboles los días de tormenta eléctrica.
NORMAS para la INSTALACIÓN DE PARARRAYOS:
La Municipalidad de Córdoba establece que aquellos edificios que tengan más de 12 mts. de altura deberán contar de protección con pararrayos, de cualquiera de los sistemas existentes.
Por su parte, la Norma IRAM 2184 establece las condiciones para instalaciones de protección contra descargas atmosféricas. Básicamente se deberá cumplir que:
a) El elemento receptor (el pararrayos propiamente dicho), deberá ser el punto más alto de la instalación, quedando al menos a dos metros por encima de cualquier otro elemento a proteger.
b) El elemento de vinculación (el conductor de bajada a tierra), debe ser de cobre desnudo, de
35 a 50 mm2 de sección. Las curvas que tome dicho conductor deben ser suaves, con radios
no inferiores a 20 cm., y no debe pasar cerca de líneas de Baja Tensión.
c) La instalación dispersora (toma a tierra), tiene por objeto descargar a tierra la corriente eléctrica del rayo, está constituida generalmente por elementos metálicos, enterrados en el suelo. Los más utilizados son las Jabalinas, los de Red o Anillos y los Dispersores de Placa con las características que se indican a continuación:
Jabalinas Verticales: Serán de acero galvanizado, o de acero recubiertas de Cobre (Figura 8-a). La superficie de contacto mínima será de 0,25 m
2 para viviendas y de 0,50 m
2 para
instalaciones de mayor magnitud. La longitud mínima será de 1,80 m. Se dispondrá una caja de inspección para verificar el correcto empalme entre conductor de vinculación y la jabalina (Figura 8-b).
Dispersores de Red o de Anillos: Construidos con conductores de cobre de 35 mm
2 de sección como mínimo. Estos conducto-
res deberán estar enterrados a una profundidad no inferior a 0,50 m, en forma de anillo, al cuál deberán conectarse las bajadas, y podrán alojarse en el fondo de las zanjas utilizadas para los cimientos (Figura 9).
Dispersores de Placas: Construidos de cobre, con un espesor mínimo de 2 mm, o de hierro galvanizado, con un espesor mínimo de 2,5 mm, puestos en posición vertical, con
una separación mínima entre placas de 3m (Figura 10) Superficie mínima de contacto 0,50 m
2.
- En todos los casos la resistencia de puesta a tierra deberá ser inferior a 20 Ohms.
124
124
Figura 8-a
Jabalinas de acero cobreado
Caja de Inspección Figura 8-b
125
125
PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES
TRANSITORIAS
mínimo 0,50 m
Fondo de zanjadesnudo 35 mm2
DISPERSOR DE ANILLO
FIGURA 9
Anillo de cobre
(conductores de cobre)Elementos de vinculación
Zanja para cimientos
DISPERSORES de PLACA
Placas de cobre
o hierro galvanizado
Sup. de contacto mínima 0,50 m2
FIGURA 10
mínima 3,0 m
Elementos de
vinculación
Separación
mínima 0,50 m
Profundidad
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126
“CON PARARRAYOS solamente NO ES SUFICIENTE”
El empleo de pararrayos aumentará la probabilidad de inducir y controlar impactos de descargas atmosféricas, en proporción a su área de cobertura, pero si necesitamos mantener en funcionamiento continuo los aparatos y dispositivos eléctricos y electrónicos conectados a las redes de energía eléctrica, telefónica y también a las antenas, deberemos protegerlos contra las Sobre tensiones Transitorias que los rayos generan en forma indirecta. Las sobretensiones transitorias son elevaciones bruscas de la Diferencia de Potencial (voltaje), de las redes domiciliarias (220 V - 380 V), que pueden llegar a varios miles de voltios, aplicadas a los dispositivos eléctricos y electrónicos durante muy breves lapsos de tiempo
(microsegundos, s), pero suficientes para producirles daños, muchas veces irreparables o de mucha importancia.
COMO SE PRODUCEN LAS SOBRETENSIONES
Sobretensiones Inducidas: Son las debidas a caídas de rayos o descargas entre nubes, donde se generan campos electromagnéticos que, por efecto de inducción o de acoplamiento capacitivo, provocan Sobretensiones Transitorias en las antenas externas (Figura 11), afectando el funcionamiento de los aparatos conectados a ellas (televisores, equipos de comunicaciones).
Sobretensiones Conducidas: Son debidas a la caída de un rayo sobre cualquier línea aérea, eléctrica o telefónica pudiendo dañar los equipos conectados a ellas (Figura 12),
++++
Figura 11
Inducción electromagnéticasobre las antenas
++
estáticamenteNubes cargadas
+
+ +
++
+
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Sobretensiones por aumento de potencial a tierra: Cuando se produce la caída de un rayo, controlada mediante pararrayos o sobre algún objeto elevado, en las zonas cercanas al punto de impacto, se produce un aumento del potencial a tierra, que origina una Sobretensión Transitoria entre el conductor de fase y el neutro o entre fases (Figura 13).
Sobretensiones por Conmutación o Maniobra de la Compañía: Producidas cuando la compañía que suministra energía eléctrica realiza conmutación de redes o de equipos generadores o cambios de grandas cargas, lo que puede ocasionar pulsos de sobretensión transitorios, que superen los valores máximos soportados por los artefactos conectados a la red.
- Electrodomésticos
- Computadoras
- Teléfonos
Figura 12
o energía eléctrica
de teléfono
Rayo sobre líneas
- Electrodomésticos
Figura 13
- Computadoras
Rayo cercano a la
línea de energía
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COMO SE PROTEGEN LAS INSTALACIONES En principio, para que todo sistema de protección funcione de manera óptima, hay que disponer de una buena puesta a tierra. Por otra parte se deberán instalar protectores contra Sobretensiones Transitorias, que son dispositivos destinados a limitar estos valores excesivos y derivar las ondas de corriente hacia tierra para reducir la amplitud de estos voltajes a valores no peligrosos para la instalación y los dispositivos conectados a ella. Se fabrican cuatro tipos de Limitadores de Sobretensiones:
Para protección de los circuitos y artefactos eléctricos:
- Clase I: Limitadores de protección Gruesa, para ondas de 10/350 s de duración, se utilizan cuando existe la posibilidad elevada de descargas atmosféricas extremadamente fuertes. Requieren la coordinación con un limitador Clase II para asegurar la protección de los aparatos o dispositivos conectados.
- Clase II: Limitadores de protección media y fina, para ondas de 8/20 s de duración, originadas en maniobras de la compañía de energía eléctrica.
Para protección de Redes telefónicas, de comunicación e informática:
- PRC, para proteger redes de telefonía análoga, contestadores, modems, fax, etc.
- PRI, para proteger redes de telefonía digital, sistemas automatizados de Domótica, redes de informática o de datos.
Los Limitadores de Sobretensión están diseñados en dimensiones similares a los Disyuntores Diferenciales y a los Interruptores Termomagnéticos, monofásicos y trifásicos, de manera que puedan instalarse en los tableros eléctricos como parte de los sistemas de protección, tal como se indica en las figuras 13 y 14.
Limitadores de sobretensión transitoria
Clase I y Clase II Bipolar (Monofásico) Figura 13
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Clase I y Clase II Tripolar (Trifásico) Figura 14 Los limitadores de sobretensión se conectan sobre la línea de entrada, aguas arriba del Tablero General, en cada una de las fases (según que la acometida sea monofásica o trifásica), y además, un cable conectado directamente a la descarga a tierra, tal como se indica en la Figura 15.
130
130
Figura 15
C 2
DDTG
C 1
TM TM TM
C 3
descarga a tierra
L
NLimitador de sobretensión
M
Línea EPEC Trifásica
