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Instalaciones eléctricas
Conceptos Básicos de Electricidad
La corriente eléctrica es el flujo de electrones a través de un conductor, originada por la diferencia de potencial, creada por una fuente generadora de corriente.
La circulación se produce por el desplazamiento de electrones de átomo a átomo; y la intensidad de la misma indica la cantidad de electrones que circulan por un conductor.
Unidad de Medida
La unidad de medida es el Amperio; mide la intensidad de corriente eléctrica.
Se representa con la letra A (Amperio).
Tensión
Definimos como Tensión a la diferencia de potencial entre dos puntos.
Cuanto mayor sea la corriente que circula por los conductores, más se calientan, pudiendo llegar al punto de fundirse y arder. Esta es una de las causas principales de los incendios en edificios si no se respetan las Normas de seguridad respectivas.
Corriente Continua y Alterna
La corriente eléctrica puede ser continua o alterna.
La corriente continua es un flujo de electrones que siempre tiene el mismo sentido de circulación. En cambio, la corriente alterna (CA) cambia su sentido, variando cíclicamente su dirección y magnitud.
La diferencia fundamental entre ambas es que la corriente continua genera un efecto Ohm mucho mayor, y por lo tanto resulta más peligrosa para las personas. Generalmente la corriente alterna se utiliza en las redes de distribución de edificios y para grandes consumos.
La corriente continua se usa para suministrar energía a pequeños consumos, por ej. para aparatos electrónicos que no superan los 24 voltios.
Todos estos aparatos se conectan a la red eléctrica por la incorporación de pequeños transformadores de corriente alterna (220 voltios) a continua.
Sistema Monofásico y Sistema Trifásico
El sistema monofásico es un circuito cerrado, con dos polos, por el cual circula corriente alterna.
El sistema trifásico es la suma de tres monofásicos que comparten el retorno usando sólo cuatro conductores. Este sistema tiene la ventaja que sólo utiliza el retorno a cada ciclo de corriente alterna, uno de los tres monofásicos, en forma alternativa, economizando así dos conductores.
De manera que un sistema trifásico transporta tres veces más de energía que un monofásico y con tan sólo dos conductores más. Por ello, las acometidas y redes de distribución, son trifásicas, distribuyendo las fases por plantas o viviendas, según el caso.
Unidad de Medida: Voltio.
Normalmente pueden encontrarse tensiones de 125, 220 y 380 voltios para las redes de distribución en edificios; y de 12 y 24 voltios para suministro de aparatos electrónicos.
Para transportes de energía, se realiza la distribución en alta tensión, con valores del orden de 400.000 voltios para transporte a grandes distancias y de 11.000 voltios para distribución en las ciudades y pueblos.
Esta alta tensión se reduce en estaciones transformadoras, llevándola a 380 y 220 voltios para alimentación de edificios.
Potencia
La Potencia de un sistema, es la capacidad que éste posee para producir un trabajo en una unidad de tiempo.
Significa que un sistema con alta potencia puede realizar mucho más trabajo en una hora que otro que tenga poca potencia.
Unidad de Medida: Vatio, aunque se utiliza mucho más su múltiplo por 1000: el Kilovatio.
Con independencia del sistema, se definen igual así sean centrales hidroeléctricas, calderas de vapor, motores de automóviles o aparatos domésticos.
En edificios, por lo general, los aparatos y máquinas no superan los 30 kilovatios.
En la fórmula P = V x l ; vemos que:
Se indica que para producir la misma potencia P, se puede aumentar la tensión V y disminuir la intensidad l, o viceversa.
Habitualmente la red impone la tensión (220 ó 380 voltios).
A mayor potencia del sistema, más corriente eléctrica absorberá.
Consumo
El Consumo es la potencia absorbida por unidad de tiempo.
Se mide en Kilovatios hora.
Por ejemplo: Una estufa de 1 kilovatio consume en una hora 1 kilovatio hora; por otro lado, una bombilla de 100 vatios, consume en una hora 0,1 kilovatio hora.
Ley de Ohm
La corriente eléctrica continua es un flujo de electrones que circulan por un material conductor; en ese flujo se encuentran con cierta dificultad para circular, esta dificultad es la que denominamos resistencia eléctrica.
La resistencia eléctrica de un conductor depende de tres variables que se expresan en la ecuación:
- V = I . R; Ley de Ohm
La Ley de Ohm (una de las leyes fundamentales de la electromecánica), postulada por el matemático y físico alemán Georg Simon Ohm relaciona el valor de la resistencia (R) de un conductor con la Intensidad (I) de corriente que lo atraviesa y con la diferencia de potencial entre sus extremos.
Donde:
V : es el voltaje o tensión (expresada en voltios)
I : es la intensidad de corriente (expresada en amperios) o submúltiplos.
R : es la resistencia de la carga ( expresada en Ohms ) o submúltiplos.
Debido a que existen materiales que dificultan más el paso de corriente que otros, cuando el valor de la resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente (en amperios) también varía de forma inversamente proporcional.
De acuerdo a la ley de Ohm, el valor de la tensión es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por ende, si el voltaje aumenta o disminuye, el amperaje de la corriente aumentará o disminuirá en la misma proporción siempre que el valor de la resistencia conectada al sistema, se mantenga constante.
Resumiendo: A mayor corriente, mayor calor.
Como no todos los materiales se comportan del mismo modo al paso de la corriente eléctrica, ofreciendo diferentes resistencias; por lo general se usan cables de cobre o de aluminio, que son buenos conductores de la electricidad y presentan poca resistencia.
Conductores
Hemos explicado que debido al efecto Ohm, los conductores se calientan al paso de corriente; pero no todos los conductores se comportan del mismo modo, ya que ofrecen diferentes resistencias, ésto debido a las secciones de cables empleados.
Vemos que a mayor sección, menor es el calentamiento; es decir que cuanto mayor sea la sección del cable, mayor cantidad de corriente acepta sin calentarse.
Limitaciones
Los conductores tiene limitaciones en su uso; la principal limitación es la corriente eléctrica capaz de tolerar.
Los cables deben dimensionarse adecuadamente para evitar su calentamiento, pues, además del riesgo de incendio, pueden ocasionarse pérdidas de energía en forma de calor.
Otra limitación es la distancia a recorrer desde su conexión hasta la alimentación de receptores (artefactos, tomas, etc.) Si la distancia es extensa, se produce un efecto de caída de tensión, que origina la pérdida de voltaje en los conductores, imposibilitando así el voltaje requerido para alimentación (220 voltios) en su punto de llegada.
Tipos de Conductores
Los materiales más empleados en los conductores son el cobre y el aluminio.
El conductor de menor resistencia es el cobre, pero es más caro que el aluminio; por ello se emplea el aluminio para acometidas aéreas o para cortos tramos desde las estaciones transformadoras hasta los edificios.
En los edificios se utilizan dos tipos diferentes de conductores, a saber:
- Conductores de 750 voltios de aislamiento
Se utilizan en instalaciones protegidas bajo tubo o conducto. Estos conductores son fáciles de pasar por huecos y tubos. No se permite instalarlos directamente al aire.
En su mayoría se instalan en la distribución de cableado en las viviendas, partiendo desde los cuadros de distribución hasta los puntos de consumo en enchufes y luminarias.
En la cubierta de los cables está grabada la expresión H.O.7.V. perteneciente a la norma UNE.
- Conductores de 1000 voltios de aislamiento
Se utilizan en instalaciones exteriores.
Estos conductores soportan mucha más corriente en una misma sección que los de 750 voltios. Son más rígidos y gruesos. Por lo general se usan para líneas principales de conexión, entre cuadros o de acometida general.
Su cubierta es de color negro y llevan grabada la expresión V.V.0,6/1KV, de la norma UNE.
Dimensionamiento de los Conductores
Para poder dimensionar correctamente los conductores, se debe tener en cuenta la corriente máxima que deberán soportar.
Tomando como base la corriente obtenida, se busca en las tablas del Reglamento Electrónico para Baja Tensión, y se elige un conductor que admita una corriente mayor.
Tener en cuenta las correcciones para instalaciones enterradas, bajo tubo empotrado o al aire, ya que las condiciones térmicas de disipación de calor no son las mismas en cada caso y ésto afecta a la corriente máxima admitida.
Habitualmente suelen instalarse líneas con conductores de 2,5 mm2 de sección para las líneas repartidas del alumbrado y para derivaciones a receptores e interruptores, de 1,5 mm2.
Para enchufes y tomas de corriente, se suele instalar conductores de 4 mm2 en las líneas repartidoras, y de 2,5 mm2 en las derivaciones, pues normalmente soportan más corriente que las líneas de alumbrado.
Esquemas
Las instalaciones eléctricas en edificios se organizan con esquema de árbol. Partiendo de su única entrada, llamada acometida, se encuentra el Cuadro General de Protección. Desde allí se distribuyen las distintas líneas que suministran de energía eléctrica a plantas y sectores de la instalación en derivaciones sucesivas.
El esquema gráfico de la instalación se denomina Esquema Unifilar.
Se lo llama unifilar porque la representación de las líneas se realiza con un solo trazo, sin contar con los cables que haya en cada línea.
Este esquema debe ser claro y expresar en forma gráfica toda la instalación para su correcta ejecución en obra.
Protecciones
a. Para Evitar Sobrecargas y Cortocircuitos
Frente a una sobrecarga imprevista, un conductor puede calentarse en exceso al punto de fundirse.
Tomemos como ejemplo lo siguiente:
Si en un mismo enchufe conectamos dos estufas eléctricas, el televisor y una lámpara, es muy posible que la línea no pueda aguantar esta corriente y comienza a calentarse en forma peligrosa.
Para evitar sobrecargas y accidentes, en la cabecera de la línea se instalan protecciones térmicas. Estas protecciones están provistas de interruptores automáticos que saltan frente a un exceso de temperatura y se calibran a distintos valores de intensidad de corriente. Tardan menos tiempo en dispararse cuanto mayor es la corriente que circula por el conductor.
Observando las tablas del REBT (Reglamento Electrónico para Baja Tensión), vemos por ejemplo que para el cable de 750 voltios de aislamiento, de 2,5 mm2 de sección y de 2 conductores, se admite una corriente máxima de 21 amperios. Para darle una protección adecuada a esta línea, se elige un interruptor automático calibrado con un máximo de 21 amperios.
En el caso de un cortocircuito, la protección es diferente.
Si dos conductores de un circuito se ponen en contacto sin ninguna resistencia entre ellos, se produce el cortocircuito.
Tomemos como ejemplo lo siguiente:
Este es un episodio común, que ha sucedido muchas veces con niños por su curiosidad característica; es el hecho de introducir tijeras en los bornes de un enchufe. Vemos que casi sin resistencia y con 220 voltios de tensión, se establece una corriente de miles de amperios; debido a que el enchufe no tolera tanta corriente, se genera un chispazo quemando el enchufe, las tijeras, deteriorando el sector, y lo peor, poniendo en riesgo la vida.
Para evitar estos problemas, se instala un interruptor magnético o magnetotérmico que, con un disparo instantáneo corta el suministro de corriente de todo el circuito.
Para saber si el disparo se produjo por sobrecarga o por cortocircuito, debe tocarse el interruptor. Si éste se encuentra caliente, se debe a una sobrecarga; en cambio, si el mismo está a temperatura ambiente, ha sido un cortocircuito.
Como protección adicional pueden instalarse fusibles calibrados a una determinada corriente.
Para Evitar Contactos Indirectos
Un contacto indirecto se produce si una persona toca algún elemento metálico cargado de electricidad. Puede ocurrir como consecuencia de un cable pelado en algún lugar de la instalación que esté en contacto con otro material conductor transmitiéndole corriente.
Cuando se produce el contacto, existe una fuga de corriente, ya que la corriente que sale del circuito es menor que la que entra.
Esta fuga puede detectarse mediante la instalación de un Interruptor Automático Diferencial. Este aparato trabaja comparando el valor de la corriente de entrada y la de salida del circuito. Si detecta una diferencia mayor a 0,03 amperios, se dispara automáticamente.
Toma de Tierra
En los edificios, las tomas de tierra se realizan cuando se están ejecutando las cimentaciones. Es una instalación común para todo el edificio consistente en un sistema de piquetas y anclajes.
Su misión es efectuar una conexión con la tierra, considerada con potencial 0. Desde allí parte un conductor común que se distribuye por todas las líneas de la instalación.
En caso de fuga de corriente , cualquier protección actúa en el momento en que se produce la avería, sin que ninguna persona corra el riesgo de tomar contacto con algún elemento electrificado.
Una forma simple de aumentar la seguridad y calidad en la toma de tierra, es tirar un cable de cobre desnudo de sección 35mm2 alrededor de las zapatas de cimentación, previo al hormigonado, para que éste quede entre el hormigón y la tierra. Luego se conecta con el sistema de piquetas.
Cuadros de Distribución
Las derivaciones de la línea principal se conectan a los cuadros de distribución. Éstas son cajas o armarios de metal o plástico donde se sitúan las protecciones de las líneas.
Estas cajas pueden ir empotradas o en la superficie y siempre deben estar homologadas y ser de marcas comerciales reconocidas que garanticen su seguridad.
Conviene que cada interruptor esté marcado con un rótulo indeleble para identificar la línea que protegen, de este modo se facilitan las reparaciones y el mantenimiento; en el interior del cuadro habrá un esquema unifilar con la sección de la instalación a la que sirve.
Equipos de Medida
El Equipo de Medida y de protección de la compañía se instala junto al cuadro general del edificio. Suele situarse en un lugar de fácil acceso para que los inspectores de la compañía hagan las lecturas.
Está conformado por varios módulos de contadores y fusibles. Incluye el interruptor general de control de potencia (i.c.p.).
Para cada rango de potencias, le corresponde un equipo de medida normalizado.
En los edificios de viviendas suele colocarse una centralización de contadores en la planta baja para que las lecturas se tomen sin necesidad de acceder a las viviendas.
En edificios unifamiliares, los equipos se instalan en la pared hacia el exterior o en la cerca de la vivienda, para no acceder, como expresamos en el caso anterior.
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Referencias
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