Instalaciones Electricas Residenciales
Con el fin de establecer un acotamiento dentro del sistema eléctrico nacional se hará una breve descripción del macro sistema venezolano. Dentro del conjunto de elementas que componen el sistema eléctrico nacional están en primer lugar los Centros de producción de energía eléctrica como. La Central Hidroeléctrica “Raúl Leoni” en el Guri, Macagua I, II, José Antonio Páez, etc. Existen también centrales (le generación térmica tales como: Planta Centro Tacoa Arrecife, La Mariposa, etc. En cada uno de esto centros de producción hay subestaciones de transformación que elevan la tensión generada a valores del orden de 115,230, 400 u 800 KV. Desde allí parten líneas de transmisión por las cuales circula la energía eléctrica hasta otras sub estaciones de transformación que reducirán el voltaje a valores del orden de 115, 66 o 34.5 KV continúan líneas de sub-transmisión hasta otras subestaciones en el medio rural o urbano que reducen la tensión a valores de 34.5 KV, o 13.8 KV. Desde cada subestación de distribución habrá salidas que pueden variar en número desde uno a doce o más, conforme a las necesidades del sector de distribución. Estos circuitos de distribución denominados alta tensión son los que alimentan determinados sectores de un centro poblado ya sea rural o urbano, abasteciendo los bancos de transformación ubicados en postes, casetas o sótanos construidos para alojar a los mismos. El banco de transformación bien sea monofásico o trifásico, podrá alimentar en un medio residencial, un grupo de viviendas ubicadas en edificios, o bien distribuidas en una, dos o más hectáreas circundantes al punto de transformación. En ambos casos el servicio a un suscriptor residencial será en baja tensión en 120 /240V si es monofásico o bien, en 120 / 208V en el caso de un sistema trifásico, empleados en Venezuela por las empresas de servicio eléctrico. Ver figura.
En la siguiente figura se puede observar un grafico de un modelo de sistema eléctrico típico, donde aparecen: el sistema de distribución en alta tensión, el banco de transformación monofásico y la línea de baja tensión. Como punto final del sistema de distribución, un poste de baja tensión en el cual se encuentra los adaptadores de acometida, sitios donde se conectan los conductores que servirán al suscriptor formando parte de la acometida eléctrica. Seguidamente la protección de conexión o entrada y luego el equipo de medición. Precisamente hasta allí, la instalación eléctrica es responsabilidad de la empresa suministradora del servicio eléctrico. A partir del medidor, la responsabilidad y mantenimiento del sistema eléctrico es competencia del abonado.
A partir del medidor, es necesaria una serie de equipos y accesorios para distribuir la energía eléctrica hacia las diferentes habitaciones de la vivienda. Estos equipos y accesorios permiten distribuir la electricidad de una forma segura, y de tal manera evitar accidentes que puedan causar daños materiales y a personas. Todas las viviendas no son iguales, unas requieren mayor energía eléctrica para satisfacer las necesidades de sus ocupantes que otras, esto está directamente relacionado con el número de ocupantes de las mismas. Por tanto existen diversos equipos y accesorios que permiten la versatilidad a la hora de realizar las instalaciones eléctricas de las viviendas. A continuación se describen los grados de electrificación de viviendas y luego se describen los diversos equipos y accesorios para la distribución de la electricidad.
GRADOS ELECTRIFICACIÓN DE LA VIVIENDA
Electrificación mínima: Permite la utilización de alumbrado, lavadora sin calentador eléctrico incorporado, nevera, plancha y pequeños aparatos electrodomésticos. Previsión de demanda máxima total: 3000 watios.
Electrificación media: Permite la utilización de alumbrado, cocina eléctrica, cualquier tipo de lavadora, calentador eléctrico de agua, nevera y otros aparatos electrodomésticos. Previsión de demanda máxima total: 5000 watios.
Electrificación elevada: Permite la utilización de alumbrado, cocina eléctrica, cualquier tipo de lavadora, calentador eléctrico de agua, nevera, calefacción eléctrica, aire acondicionado y otros aparatos electrodomésticos. Previsión de demanda máxima total: 8000 watios.
Electrificación especial: Es la que corresponde a aquellas viviendas dotadas de aparatos electrodomésticos en gran número o de potencias unitarias elevadas, o de un sistema de calefacción eléctrica y de acondicionamiento de aire de gran consumo. Previsión de demanda máxima total: A determinar en cada caso.
EQUIPOS Y ACCESORIOS
Tableros
Se denomina así a un panel o grupo de unidades de paneles, diseñados para ensamblaje de un sistema de barras, con interruptores o si ellos. Pueden ser los interruptores automáticos o no contra sobre-corrientes. Estos interruptores se usan también para operación de los circuitos de iluminación, tomas de uso general o fuerza. El tablero podrá estar formado por un gabinete auto soportante o bien en una caja embutida en pared o tabiques. El acceso al mismo será por el frente donde habrá una tapa cubre barras y protecciones, además, una puerta con bisagra que puede o no tener cerradura. Un tablero puede disponer de espacio necesario según el diseño, para alojar medidores de tensión, corriente, potencia, energía o frecuencia, de acuerdo a las exigencias del usuario.
Todo tablero debe estar construido de material incombustible y debe poseer las siguientes características:
· Caja metálica: Si se trata para embutir, con lamina de acero galvanizada Nº 16 con troqueles para entrada de tuberías.
· Puerta y frente: De lamina de acero pintada de 1/8”, bisagras, cerradura de llave única, tarjetero para identificación de circuitos y etiquetas de identificación.
· Pintura: Base anti oxido de fondo, pintura gris eléctrico o pintura martillada, secad al aire o en horna.
· Barras de fase: de cobre electrolítico cadmiado, fijas al chasis con aisladores, separación mínima entre dos fases de 2 cm, con capacidad de corriente de hasta 4000 A.
· Barras de conexión de neutros y tierras: de cobre electrolítico cadmiado, plateada o similar.
· Interruptores ramales: Interruptores termo-magnéticos de 1, 2 o 3 polos conforme a las necesidades de capacidad, con conectores de presión para cables de entrada en cobre o aluminio, conectados a las barras de fase por platinas.
· Interruptor Principal: interruptor termo-magnético bipolar o tripolar desde 15 hasta 600 amp. Para tableros de alumbrado y hasta 5000 amp. para tableros de fuerza.
El tablero es el receptor de la acometida, en el siguiente grafico se observa la llegada de la acometida al tablero principal, las conexión al tablero de cada fase, el neutro y la tierra.
Dispositivos de protección
La energía eléctrica tiene dos riesgos fundamentales:
a) Incendio por calentamiento de conductores o receptores, debido a consumo excesivo o cortocircuito.
b) Electrocución o descarga eléctrica en personas por un contacto indirecto o derivación.
Para evitar estos riesgos se han dispuesto esta serie de dispositivos:
Para evitar cortocircuitos se emplea: Fusibles y Magneto-térmicos (PIA).
Para evitar consumos excesivos: Limitador de potencia (ICP)
Para evitar las descargas eléctricas o electrocución se emplea: Diferencial y puesta a tierra.
Fusible: Operador eléctrico que cuando sube en exceso la intensidad de un circuito, se calienta y se funde antes de que lo haga el circuito, cortando así el flujo de corriente que circula por él y protegiendo la instalación de un posible incendio, como ocurre en una subida de tensión en el circuito o de un cortocircuito provocado en él.
Actualmente los fusibles no se utilizan en las viviendas, solamente alguno en la acometida general. En los coches se siguen utilizando, para proteger los circuitos de los cortos para que no se quemen. (Imagina que se quema el aparato de música de 500 Euros, por poner un fusible equivocado de más intensidad o puentearlo)
Termo-Magnéticos: Es un dispositivo de protección provisto de un comando manual y cuya función consiste en desconectar automáticamente una instalación o un circuito, mediante la acción de un elemento bimetálico y un elemento electromagnético, cuando la corriente que circula por él excede un valor preestablecido en un tiempo dado.
La protección térmica está formada por un bimetal, dos láminas de material con distinto coeficiente de dilatación a la temperatura, rodeadas de un material resistivo. La protección magnética está formada por una bobina, un núcleo móvil y un juego de contactos para cerrar o interrumpir el circuito.
El principio de funcionamiento se basa en dos efectos que produce la corriente eléctrica al circular: el efecto térmico o calórico y el efecto magnético. El diseño de un disyuntor considera esos dos efectos para que, de acuerdo a un determinado valor de corriente, su funcionamiento sea normal, pero al excederse sea detectado por cualquiera de los dos mecanismos.
Un exceso de corriente producirá aumento de temperatura y, por consiguiente, dilatación del bimetal, el cual activará el dispositivo de desconexión. Del mismo modo, el aumento de corriente produce atracción del núcleo, el cual activará el dispositivo de desconexión. En ambos casos, el disyuntor cuenta con un sistema de enclavamiento mecánico o traba que impide la reconexión automática del dispositivo. Para restablecer el paso de energía debe eliminarse la causa que provocó el exceso de corriente, destrabar el mecanismo bajando la palanca manualmente y luego volviéndola a subir.
Las causas del exceso de corriente pueden ser una falla de cortocircuito, provocado por la unión de dos conductores activos a potencial diferente – como fase y neutro - , o la unión de un conductor activo que pase por la carcaza metálica de un artefacto conectado a tierra. Otra causa de exceso de corriente puede ser una sobrecarga, que consiste en un aumento de la potencia por exceso de artefactos o porque un artefacto tiene una instalación deficiente. Esta situación se produce frecuentemente al conectar estufas o calefactores eléctricos en circuitos de menor corriente nominal.
Por sus características de operación, el elemento bimetálico del disyuntor actúa en forma lenta, por lo que se presta especialmente para la protección de sobrecargas; en cambio, el sistema magnético es de acción rápida y protege eficazmente del cortocircuito.
Variando las características de estos sistemas se pueden obtener disyuntores de diversas velocidades de operación, lo que permitirá ubicarlos en diferentes partes de una instalación y, de este modo, optimizar la protección.
Los disyuntores se conectan en serie, en la fase, entre el punto de alimentación y los posibles puntos de falla, con el objeto de delimitar la falla en un área reducida. La protección que esté más próxima al punto de falla debe operar primero y si ésta, por cualquier motivo, no actúa dentro de su tiempo normal, la que sigue debe hacerlo. El ideal es que la falla sea despejada en el disyuntor más cercano. Si se consigue este objetivo, los cortes de energía son sectorizados y la detección de la falla se hace más fácil.
Al proyectar una instalación, entonces, deberán coordinarse las protecciones para conseguir selectividad en la operación. Por ejemplo, un disyuntor colocado en el empalme debe ser comparativamente más lento que uno ubicado en el tablero de distribución. Para lograr este efecto, se pueden estudiar las curvas tiempo-corriente de los disyuntores tipo B, C, D - K, Z y MA.
Por lo tanto, un disyuntor debe ser seleccionado por la capacidad de corriente que es capaz de soportar en condiciones normales y por la rapidez con que se desconectará ante una eventual falla.
Térmico: Utiliza una lámina bimetálica, que a determinada I se calientan, y se doblan abriendo el circuito, funcionando a voltaje algo alto pero de larga duración.
Sabías que…, el termostato controla la temperatura de algunos aparatos, utilizando una lámina bimetálica de hierro y latón. Estos metales tienen dilataciones diferentes por lo que la lámina se dobla a medida que se calienta y a una temperatura requerida la lámina abre un circuito eléctrico y desconecta la fuente de calor.
Magnético: utiliza un electroimán detectando voltajes muy elevados o un cortocircuito.
Limitador de potencia: Interruptor limitador (ICP): Es un Interruptor Automático instalado por la compañía suministradora, que limita el paso de corriente al máximo contratado, cortando automáticamente si se supera este máximo. Tipos de contratación de potencia según necesidades:
* Mínima: 3000 vatios
* Media: 5000 vatios
* Máxima: 8000 vatios
* Especial: a determinar cada caso.
Diferenciales:
Interruptores Diferenciales (ID) Para evitar descargas eléctricas sobre personas. Externamente son muy parecidos a los Interruptores automáticos, permitiendo cortar manualmente el suministro.
Se distinguen por un pulsador de prueba que se utiliza para comprobar su correcto funcionamiento. Estos interruptores se desconectan automáticamente cuando detectan una salida indeseada de energía eléctrica fuera del circuito que protegen.
Su principio de funcionamiento está basado en la ley de Kirchhoff que dice que la suma vectorial de las corrientes en un circuito (entrando o saliendo) es igual a cero. En condiciones normales de funcionamiento, estas corrientes suman cero; al existir una falla a tierra que afecte a los conductores activos, por pequeña que sea, esta ley no se cumplirá.
Por ejemplo, si se produce un fallo en la funda aislante del cable, por contacto con una persona puede producirse una derivación a tierra (potencial cero). El diferencial se activa al detectar la salida indeseada de energía eléctrica, cortando inmediatamente el suministro de energía y evitando desagradables consecuencias. Las características que lo definen son:
Corriente máxima admisible: Límite de corriente que puede atravesar el Interruptor Diferencial.
Sensibilidad: Límite de la diferencia entre la corriente que entra en el circuito y la que sale. Su elección dependerá de la instalación a proteger, distinguiendo tres valores:
· Alta sensibilidad: 30 mA.
· Media sensibilidad: 300 mA.
· Baja sensibilidad: 500 mA.
La parte principal del dispositivo diferencial consta de un transformador de corriente de núcleo toroidal; esta forma de núcleo permite un mejor rendimiento del protector. Un devanado en el núcleo capta la corriente de diferencia y, por medio del electroimán, activa la apertura del circuito.
El protector diferencial protege fundamentalmente a las personas ante descargas eléctricas por problemas de aislación en conductores activos, descuidos al trabajar en circuitos energizados, fallas en aislaciones de máquinas y contactos accidentales.
La instalación de diferenciales se hace principalmente en circuitos de enchufe, desde donde se conectan pequeñas máquinas-herramientas y electrodomésticos. Si estos artefactos no se encuentran en óptimas condiciones de funcionamiento, el diferencial puede actuar sin que aparentemente exista falla.
La adquisición de este tipo de componentes debe considerar dos aspectos: la corriente nominal de trabajo y la sensibilidad nominal de operación. Normalmente se emplean protectores diferenciales de 30 miliamperes de sensibilidad y 25 amperes de corriente nominal de trabajo. La operación normal de estos protectores se produce, en realidad, con corrientes de 22 miliampères en tiempos del orden de los 0,001 segundos.
Estos dispositivos cuentan con un botón que permite verificar el correcto funcionamiento del mecanismo de desconexión.
Fuerza Electromotriz Inducida
La fem inducida en un conductor rectilíneo de longitud L que se mueve a una velocidad V, cuya dirección forma un ángulo acon la dirección del campo magnético de inducción uniforme B, en cuyo interior se mueve cortando sus líneas de fuerza, tiene por valor:
E = B L V sen a
Si las tres magnitudes son perpendiculares, entonces el valor de la fem es:
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Esta fórmula también se puede poner en la forma:
Se genera una fem E mientras el conductor se mueve,cortando las líneas de fuerza del campo magnético:
E = B L V
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Si los conductores activos forman parte de una espira que giran en el interior de un campo magnético tendríamos un generador elemental de CC:
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Fuerza Electromagnética
La fuerza sobre un conductor rectilíneo de longitud L por el que circula una corriente I, cuya dirección forma un ángulo acon la dirección del campo magnético de inducción uniforme B, en cuyo interior se encuentra, tiene por valor:
F= I L B sen a
Si las tres magnitudes son perpendiculares, entonces el valor de la fuerza electromagnética es:
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Esta fuerza desarrolla un trabajo de valor:
El conductor se mueve a causa de una fuerza F cuando por él circula una intensidad I:
F = I L B
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Si los conductores activos forman parte de una espira el interior de un campo magnético, por el que circula una corriente, tendríamos un motor elemental de CC:
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Estudio Energético del Generador Elemental
Estudio Energético del Motor Elemental
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