miércoles, 23 de noviembre de 2016

Electricidad - Generalidades

Una instalación eléctrica es el conjunto de circuitos eléctricos que, colocados en un lugar específico, tienen como objetivo un uso específico. Incluye los equipos necesarios para asegurar su correcto funcionamiento y la conexión con los aparatos eléctricos correspondientes. Existen distintos tipos, como:
Según su tensión:

·         Instalaciones de alta y media tensión.

·         Instalaciones de baja tensión.

·         Instalaciones de muy baja tensión.

Según su uso:

·         Instalaciones generadoras.

·         Instalaciones de transporte.

·         Instalaciones transformadoras.

·         Instalaciones receptoras.


Instalaciones Eléctricas de Baja Tensión

Son el caso más general de instalación eléctrica. En estas, la diferencia de potencial máxima entre dos conductores es inferior a 1.000 voltios (1 kV), pero superior a 24 voltios.
Según el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión de España, se considera instalación de baja tensión eléctrica a aquella que distribuya o genere energía eléctrica para consumo propio y a las receptoras en los siguientes límites de tensiones:
·         Tensión alterna: igual o inferior a 1000 voltios.
·         Tensión continua: igual o inferior a 1500 voltios.

  

Sistemas de Distribución

La Red de Distribución de la Energía Eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico cuya función es el suministro de energía desde la subestación de distribución hasta los usuarios finales.
Los elementos que conforman la red o sistema de distribución son los siguientes:
·  Subestación de Distribución: conjunto de elementos (transformadores, interruptores, seccionadores, etc.) cuya función es reducir los niveles de alta tensión de las líneas de transmisión (o su transmisión) hasta niveles de media tensión para su ramificación en múltiples salidas.
·         Circuito Primario.
·         Circuito Secundario.
La distribución de la energía eléctrica desde las subestaciones de transformación de la red de transporte se realiza en dos etapas.
La primera está constituida por la red de reparto, que, partiendo de las subestaciones de transformación, reparte la energía, normalmente mediante anillos que rodean los grandes centros de consumo, hasta llegar a las estaciones transformadoras de distribución. Las tensiones utilizadas están comprendidas entre 25 y 132 kV.

La segunda etapa la constituye la red de distribución propiamente dicha, con tensiones de funcionamiento de 3 a 30 kV y con una característica muy radial. Esta red cubre la superficie de los grandes centros de consumo, uniendo las estaciones transformadoras de distribución con los centros de transformación, que son la última etapa del suministro en media tensión, ya que las tensiones a la salida de estos centros son de baja tensión (220V).

Seguridad y Protecciones Eléctricas

Las instalaciones eléctricas disponen de varios elementos de seguridad para disminuir el riesgo de accidentes, como los causados por cortocircuitos, sobrecargas o contacto de personas o animales con elementos en tensión (Electrocución).
Un cortocircuito ocurre cuando falla un aparato o línea eléctrica por el que circula corriente, y esta pasa directamente:
·         Del conductor activo o fase al neutro o tierra.
·         Entre dos fases en el caso de sistemas polifásicos en corriente alterna.
·         Entre polos opuestos en el caso de corriente continua.
Protección contra Sobrecargas: Entendemos por sobrecarga al exceso de intensidad en un circuito, debido a un defecto de aislamiento o bien, a una avería o demanda excesiva de carga de la máquina conectada a un motor eléctrico.
Las sobrecargas deben de protegerse, ya que pueden dar lugar a la destrucción total de los aislamientos, de una red o de un motor conectado a ella. Una sobrecarga no protegida degenera siempre en un cortocircuito.
Según los reglamentos electrotécnicos "Si el conductor neutro tiene la misma sección que las fases, la protección contra sobrecargas se hará con un dispositivo que proteja solamente las fases, por el contrario si la sección del conductor neutro es inferior a la de las fases, el dispositivo de protección habrá de controlar también la corriente del neutro". Además debe de colocarse una protección para cada circuito derivado de otro principal.
Los dispositivos más empleados para la protección contra sobrecargas son:
·         Fusibles calibrados, tipo gT o gF (nunca aM).
·         Interruptores automáticos magnetotérmicos (PIA).
·         Relés térmicos.
 
Para los circuitos domésticos, de alumbrado y para pequeños motores, se suelen emplear los dos primeros, al igual que para los cortocircuitos, siempre y cuando se utilice el tipo y la calibración apropiada al circuito a proteger. Por el contrario para los motores trifásicos se suelen emplear los llamados relés térmicos.
Cortocircuito: Se denomina cortocircuito al fallo en un aparato o línea eléctrica por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo o fase al neutro o tierra en sistemas monofásicos de corriente alterna, entre dos fases o igual al caso anterior para sistemas polifásicos, o entre polos opuestos en el caso de corriente continua. Es decir: Es un defecto de baja impedancia entre dos puntos de potencial diferente y produce arco eléctrico, esfuerzos electrodinámicos y esfuerzos térmicos.
El cortocircuito se produce normalmente por los fallos en el aislante de los conductores, cuando estos quedan sumergidos en un medio conductor como el agua o por contacto accidental entre conductores aéreos por fuertes vientos o rotura de los apoyos.
Debido a que un cortocircuito puede causar importantes daños en las instalaciones eléctricas e incluso incendios en edificios, estas instalaciones están normalmente dotadas de fusibles o interruptores magneto térmicos a fin de proteger a las personas y los objetos.
Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el aire para conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a las personas o construcciones.

Estructura y Funcionamiento

Las instalaciones de pararrayos consisten en un mástil metálico (acero inoxidable, aluminio, cobre o acero) con un cabezal captador. El cabezal tiene muchas formas en función de su primer funcionamiento: puede ser en punta, multipuntas, semiesférico o esférico y debe sobresalir por encima de las partes más altas del edificio. El cabezal está unido a una toma de tierra eléctrica por medio de un cable de cobre conductor. La toma de tierra se construye mediante picas de metal que hacen las funciones de electrodos en el terreno o mediante placas de metal conductoras también enterradas. En principio, un pararrayos protege una zona teórica de forma cónica con el vértice en el cabezal; el radio de la zona de protección depende del ángulo de apertura de cono, y éste a su vez depende de cada tipo de protección. Las instalaciones de pararrayos se regulan en cada país por guías de recomendación o normas.
El objetivo principal de estos sistemas es reducir los daños que puede provocar la caída de un rayo sobre otros elementos. Muchos instrumentos son vulnerables a las descargas eléctricas, sobre todo en el sector de las telecomunicaciones, electromecánicas, automatización de procesos y servicios, cuando hay una tormenta con actividad eléctrica de rayos. Casi todos los equipos incluyen tecnologías electrónicas sensibles a las perturbaciones electromagnéticas y variaciones bruscas de la corriente. La fuente más importante de radiación electromagnética es la descarga del rayo en un elemento metálico o, en su caso, en un pararrayos. Las instalaciones de pararrayos generan pulsos electromagnéticos de gran potencia cuando funcionan.

Interruptor diferencial

Un interruptor diferencial (ID), también llamado dispositivo diferencial residual (DDR), es un dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas de corriente alterna con el fin de proteger a las personas de los contactos directos e indirectos provocados por el contacto con partes activas de la instalación (contacto directo) o con elementos sometidos a potencial debido, por ejemplo, a una derivación por falta de aislamiento de partes activas de la instalación (contacto indirecto). También protegen contra los incendios que pudieran provocar dichas derivaciones
Si nos fijamos en la Figura 1, vemos que la intensidad (I1) que circula entre el punto a y la carga debe ser igual a la (I2) que circula entre la carga y el punto b (I1 = I2) y por tanto los campos magnéticos creados por ambas bobinas son iguales y opuestos, por lo que la resultante de ambos es nula. Éste es el estado normal del circuito.
Si ahora nos fijamos en la Figura 2, vemos que la carga presenta una derivación a tierra por la que circula una corriente de fuga (If), por lo que ahora I2 = I1 - If y por tanto menor que I1.
Los transformadores de suministro eléctrico sujetos al régimen de neutro TT (95% en España) tienen conectado a tierra su terminal neutro y por tanto se cierra circuito eléctrico en cuanto se pone en contacto cualquiera de los hilos de fase con tierra. Es aquí donde el dispositivo desconecta el circuito para prevenir electrocuciones, porque hay derivación de corriente hacia la toma de tierra que deben tener todos los elementos metálicos de los aparatos eléctricos.

La diferencia entre las dos corrientes de los hilos del suministro es la que produce un campo magnético resultante, que no es nulo y que por tanto producirá una atracción sobre el núcleo N, desplazándose de su posición de equilibrio, provocando la apertura de los contactos C1 y C2 e interrumpiendo el paso de corriente hacia la carga, en tanto no se rearme manualmente el dispositivo.

Antes de rearmar el dispositivo se recomienda examinar la causa de su actuación y corregirla o habrá riesgo de prolongar una grave situación de inseguridad, de todas formas el sistema de mecanismo libre no dejará rearmar el ID hasta que no haya fuga a tierra menor que su sensibilidad.

Puesta a Tierra

    Es una unión de todos los elementos metálicos que mediante cables de sección suficiente entre las partes de una instalación y un conjunto de electrodos, permite la desviación de corrientes de falla o de las descargas de tipo atmosférico, y consigue que no se pueda dar una diferencia de potencial peligrosa en los edificios, instalaciones y superficie próxima al terreno.

Generalidades de la puesta a Tierra:

  Medidas de protección a las personas contra choques eléctricos se deben considerar 3 elementos fundamentales:
Parte Viva: Parte conductora de un componente o instalación, presenta una diferencia de potencial con respecto a tierra. En una línea hablamos de conductor vivo para designar a los conductores de fase y neutro.
Masa: Es la parte conductora de un componente, una instalación puede ser tocada fácilmente y que normalmente no está viva, pero puede volverse viva en condiciones de falla o derecho.
Conductores extraños a la instalación: Son los conductores que no forman parte de la misma, pero que pueden introducir un potencial, generalmente el de tierra.

Tipos de puesta a Tierra:

·         Tierra de Servicio: Mantiene el potencial de tierra de algunas partes de los circuitos de alimentación, como los centros estrellas de transformadores y generadores, esta es funcional.
·         Tierra de protección: Consiste en la tierra de los elementos conductores extraños a la instalación para brindar protección contra contactos indirectos; es decir permite derivar las corrientes de falla peligrosas para las personas.
·         Puesta a tierra de referencia: Es la destinada a brindar un potencial constante, que podrá ser empleado como referencia de distintos equipos.
·         Puesta a tierra pararrayos: Es la encargada de llevará tierra las sobre tensiones producidas por las descargas atmosféricas. En algunas ocasiones se realizan Puesta a tierras conjuntas, ejemplos funcionales y de protección.

Jabalina

Instalar en zonas de conductividad máxima. No instalar al ras de muros, rocas, patios, pasillos debido a que impiden la difusión de las corrientes de fuga, la distancia debe ser de por lo menos 3 metros.
Evitar pozos, cisternas, natatorios, debido a que el agua es mala conductora y los muros pueden impedir la difusión de la corriente de fuga y ocasionar en el terreno circundante gradientes de potencial peligroso.

Mantenimiento de la resistencia de P.A.T.

La resistividad del terreno se ve afectada por varios factores, principalmente la humedad y la salinidad. Para la humedad alcanza con un riego, (si es una temporada de poca lluvia), para mantener la salinidad, se pueden hacer tratamientos con cloruro de sodio, carbonato de sodio, sulfito de cobre, de magnesio etc. Se colocan estos productos en una excavación alrededor de la jabalina y luego se riega. La infiltración del agua en el suelo distribuye las sales, este tratamiento suele durar 2 años.
La resistencia de P.A.T. de una jabalina está dada por la combinación de las resistencias de las distintas capas del suelo. Es decir luego de realizar una instalación de P.A.T. lo correcto es hacer la medición con un telurímetro y corroborar que la resistencia está en los valores que deseamos.

Conductor de protección

Los conductores de protección y las uniones equipotenciales deben protegerse contra los deteriores mecánicos y químicos y contra los esfuerzos electrodinámicos y térmicos.
No deben intercalarse fusibles ni interruptores. Sí deberá instalarse un dispositivo mecánico al solo efectos de realizar mediciones de resistencia de P.A.T., el que solo podrá abrirse mediante el uso herramientas.

Partes de la jabalina


Resistividad del suelo

La resistividad del suelo es la propiedad que tiene éste, para conducir electricidad, es  conocida además como la resistencia específica del terreno. En su medición, se promedian los efectos de las diferentes capas que componen el terreno bajo estudio, ya que éstos no suelen ser uniformes en cuanto a su composición, obteniéndose lo que se  denomina "Resistividad Aparente" que para el interés de este trabajo, será conocida simplemente como "Resistividad del Terreno".
Elementos que influyen en la resistividad del suelo:
·         Naturaleza del terreno: Los suelos son buenos, regulares o malos conductores de acuerdo a su naturaleza.
·         Humedad: El  agua contenida influye de manera decisiva sobre la resistividad. Al aumentar  disminuye la resistividad, y al disminuir aumenta la resistividad. El agua disocia las sales en iones y cationes que transportan los electrones en el suelo.
·         Temperatura: La resistividad aumenta al disminuir la temperatura, pero por debajo de 0ºC aumenta muy rápidamente. Esto es porque el agua contenida se congela y los iones contenidos pierden movilidad.
·         Salinidad: Al aumentar la salinidad, disminuye la resistividad, por los motivos expuestos en humedad.
·     Estratigrafía: Los suelos están formados por capas diferentes, por lo tanto de distintas resistividades. Su resistividad  final será la combinación de cada una de ellas.
·         Variaciones estacionales: En épocas de lluvia el nivel freático se aproxima a la superficie del suelo presentando  una resistividad menor que en el período de sequía. Para conseguir mantener el valor de resistividad en forma uniforme a lo largo del año, es conveniente instalar jabalinas más profundas, por eso no se recomienda el uso de jabalinas de 1 metro, las que fueron eliminadas de la Norma IRAM 2309. Las revisiones periódicas de la instalación deben hacerse en los períodos de menos precipitaciones del año.

·         Influencia entre jabalinas cercanas: La resistencia de tierra de una jabalina depende mucho más de su longitud  que de su diámetro. No es posible mejorar los valores de resistencia sólo con aumentar la cantidad de jabalinas, sin tener en cuenta su área de influencia, la cual es de 5 veces el largo de la jabalina aproximadamente. Para los cables enterrados perimetralmente, no mejora la resistividad al poner 2 cables muy juntos o en la misma zanja.

Corrientes Parásitas

·         Corriente parásita o corriente de Foucault: Se produce cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable, o viceversa. El movimiento relativo causa una circulación de electrones, o corriente inducida dentro del conductor. Estas corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magnéticos que se oponen al efecto del campo magnético aplicado. Cuanto más fuerte sea el campo magnético aplicado, o mayor la conductividad del conductor, o mayor la velocidad relativa de movimiento, mayores serán las corrientes de Foucault y los campos opositores generados.
·         Orígenes de las corrientes de Foucault: En lugares donde no se tiene una buena conexión a tierra o simplemente que esta no exista, se producen corrientes parásitas, ya que mediante el sobrecalentamiento y exceso de energía acumulada se generan la corriente de Foucault. Ejemplos claros donde aparecen este tipo de corrientes inductoras lo podemos observar en la mayoría de maquinaria eléctrica, dinamos, continua, alternadores, transformadores y en cualquier máquina donde exista un flujo de inducción. En general, las corrientes de Foucault son indeseadas, ya que representan una inútil disipación de energía en forma de calor.

Telurómetro

El telurómetro es un aparato que nos permite realizar la medición de un SPAT para comprobar su correcto funcionamiento siendo así el principal indicador del estado del mismo.
Un telurómetro es un equipo profesional para efectuar mediciones en Sistemas de Puesta a Tierra en parámetros de voltaje y resistencia.

¿Para qué nos sirve conocer la resistividad del suelo?

Para mantener la seguridad de las personas que trabajen o estén en contacto con las instalaciones, se hace necesario un sistema de puesta a tierra así como mantener en condiciones óptimas de operación los distintos equipos de la red eléctrica.
Las distintas medidas que se hacen de la puesta a tierra y de la resistividad del terreno tienen por objeto garantizar ésta seguridad, no sólo en condiciones normales de funcionamiento, sino también ante cualquier circunstancia que anule el aislamiento de las líneas

Existen dos parámetros importantes a la hora de diseñar o efectuar el mantenimiento de un sistema de puesta a tierra: la resistencia de puesta a tierra (medida en ohmios) y la resistividad del terreno (medida en ohmímetro).

Tipos de Telurómetro

Telurómetro analógico: La forma y procedimiento para medir la resistencia del pozo es la misma la única diferencia es que el valor obtenido lo marcará la aguja y este dependerá de la escala que se esté utilizando.





Telurómetro digital: Son lo que actualmente son mayormente utilizados y su utilización es más precisa al arrojarnos un único valor en el display eliminando así los errores de medición por paralelaje.



¿Es importante conocer la resistividad del terreno?
La resistividad del suelo es la propiedad que tiene éste para conducir electricidad, es conocida además como la resistencia específica del terreno, para nosotros nos es de mucha importancia el poder conocer estos datos ya que influirán mucho en las mediciones que realicemos.
Los telurómetro MRU-100/MRU-101. Estos telurímetros son portátiles y miden la resistencia de puesta a tierra y la resistividad por el método de Wenner.

El método de Wenner consiste en medir la resistividad del suelo, para esto se insertarán 4 electrodos en el suelo. Los cuatro electrodos se colocan en línea recta y a una misma profundidad de penetración, las mediciones de resistividad depende de la distancia entre electrodos y de la resistividad del terreno.