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Transcript
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA
“JOSÉ SIMEÓN CAÑAS”
MANUAL PRÁCTICO DE LABORATORIO PARA LAS
MATERIAS DEL ÁREA DE POTENCIA
TRABAJO DE GRADUACIÓN PREPARADO PARA LA
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
PARA OPTAR AL GRADO DE
INGENIERO ELECTRICISTA
POR:
WILFREDO AUGUSTO LEONOR CARTAGENA
JUAN ARNULFO CHAVARRIA URQUILLA
JAIME FERNANDO ZEPEDA QUINTANILLA
OCTUBRE 2008
ANTIGUO CUSCATLÁN, EL SALVADOR, C.A.
RECTOR
JOSE MARIA TOJEIRA, S.J.
SECRETARIO GENERAL
RENÉ ALBERTO ZELAYA
DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
EMILIO JAVIER MORALES QUINTANILLA
COORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
OSCAR ANTONIO VALENCIA MONTERROSA
DIRECTOR DEL TRABAJO
ENRIQUE ANDRÉS MATAMOROS LOPEZ
LECTOR
DORIS MARÍA CALDERÓN
DEDICATORIA.
Esta tesis la dedico en primer lugar a Dios por haberme permitido finalizar mis estudios
universitarios y por haber estado a mi lado en cada dificultad que se me presentó, ya que sin él no
estuviera donde me encuentro ahora.
También se la dedico a mi mamá Milagro Rosalía Cartagena de Leonor quien me apoyó en todo
momento y nunca me dejo solo, a mi papá Wilfredo Arnulfo Leonor Contreras que estuvo a mi lado,
a mis abuelos Milagro Martínez de Cartagena y José Juventino Augusto Cartagena que si no los
tuviera a mi lado, no estaría presentando esta tesis, a mis hermanos Juan Francisco Leonor
Cartagena y Emilio José Leonor Cartagena, y a mi novia Natalia Carolina Deleón Rauda que me
ha apoyado hasta el momento en forma incondicional en todos mis problemas y me ha dado su
apoyo en todo momento.
Y especial agradecimiento al Ing.Matamoros que nos dio su apoyo incondicional para la realización
de la tesis.
El hombre encuentra a Dios detrás de cada puerta que la ciencia logra abrir.
Wilfredo Augusto Leonor Cartagena.
DEDICATORIA.
Mi Trabajo de Graduación lo dedico:
A DIOS por darme la oportunidad de vivir y el privilegio de ser parte componente de la clase
profesional.
A mis padres que me dieron la vida y me han apoyado en todas mis decisiones. Gracias por todo
papá y mamá por mostrarme el camino a seguir para obtener la superación personal por medio del
propio esfuerzo y la dedicación constante. Y aunque hemos atravesado momentos difíciles siempre
han estado para mí, apoyándome y brindándome todo su amor y comprensión.
A mis hermanos Gloria, Samuel y Delmy, por estar conmigo y apoyarme siempre; no solo por
medio del factor económico, que aunque es sumamente importante, se vuelve superficial al
compararlo con la infinidad de valiosos y sabios consejos, producto de la propia experiencia
personal. Los quiero de todo corazón y este trabajo que me llevó seis meses realizar y el título de
Ingeniero Electricista que me tomó cinco años obtener y estoy a punto de recibir son para ustedes.
Con esfuerzo y dedicación aquí está lo que ustedes me brindaron, un título de Educación Superior,
solamente les estoy devolviendo una parte de lo que ustedes me dieron en un principio.
A mis hermanos menores Joel y Verónica, gracias por estar conmigo y apoyarme siempre.
A mis profesores por confiar en mí, especialmente al Ingeniero Enrique Matamoros, asesor de este
Trabajo de Graduación y la Ingeniera Doris Calderón, lectora de esta Tesis. Gracias por todas las
enseñanzas técnicas y los consejos prácticos, herramientas fundamentales en la vida profesional.
Y a mis compañeros de Tesis, sin quienes yo no lo hubiese logrado. Tantas desveladas, debates,
discusiones y desacuerdos sirvieron de algo y al final acá está el fruto de nuestro esfuerzo. Hemos
podido obtener un trabajo digno de un Ingeniero con sello UCA.
Juan Arnulfo Chavarría Urquilla.
DEDICATORIA
Dedicado e inspirado en la voluntad de Dios todopoderoso, quien es el eje principal de mi vida y de
todos los que lo amamos; con todo mi cariño, dedico este trabajo tan trascendental a mis padres,
doña Reyna y don Jaime quienes con sus consejos, su apoyo incondicional y su amor lograron que
en mi surgiera el carácter, el positivismo, la perseverancia y la humildad necesaria para siempre
luchar por alcanzar los objetivos de la vida, siempre tomando en cuenta los valores y los principios
morales y cristianos inalienables que tiene que tener todo ser humano; también a mis hermanos
Patricia y Stanley, por siempre comprenderme y acompañarme en largos momentos de estudio, a
la vez por llenarme de ánimos y alegrías en ese camino.
A mi abuelo Nicolás que con su humildad y fe me dio lecciones sin costo alguno de lo que es
compartir muchas cosas de la vida y en especial un logro como al que ahora se llega; a toda la
familia Zepeda y toda la familia Quintanilla que siempre han estado al pendiente de mi carrera, así
como los que ya partieron a la presencia del señor.
A mi novia Jaqueline que a lo largo de mi carrera, me dio ese aliento y amor que tanto se necesita
para lograr culminarla y a toda su familia que siempre estuvo al pendiente.
A mis grandes amigos del colegio, la universidad y la colonia, que siempre convirtieron los
momentos más duros en momentos alegres y nunca olvidaron a pesar de tener sus problemas que
nuestra amistad sobresale por encima de cualquier obstáculo.
Al padre Tojeira quien con su amistad y carisma siempre tenia palabras y acciones indicadas en
momentos indicados, lo que le agradezco mucho.
A mis maestros del Colegio Externado San José y la UCA que sin su conocimiento, guía y
experiencia, nunca hubiera sido posible el aprendizaje a lo largo de todos los estos años continuos
de estudio que he tenido; muy en especial al Ing. Enrique Matamoros, Ing. Fredy Villalta, Ing.
César Villalta y el Ing. Oscar Valencia. También a las autoridades de la Universidad por permitirme
desarrollarme como Representante Estudiantil de la Facultad.
A la Rama Estudiantil IEEE-UCA y a IEEE Sección El Salvador, que desde el año 2005 ha sido
parte importante en mi desarrollo profesional, forjando un sentido de liderazgo y organización en
mí, que en el presente ocupo y que en un futuro me servirá.
A mis compañeros de tesis Will y Juan, que con esas largas jornadas de trabajo demostraron junto
a mí esa tenacidad que nos ayudará en cada una de nuestras vidas.
“Aunque vayan mal las cosas como a veces suelen ir, descansar alcazo debes pero nunca
DESISTIR”.
Jaime Fernando Zepeda Quintanilla
RESUMEN EJECUTIVO
La creciente necesidad por mantener la teoría y la práctica de la mano, ha llevado a la carrera
de Ingeniería Eléctrica a buscar un mayor nivel de integración entre ambas líneas del
conocimiento,
y así
desarrollar
mecanismos
que
permitan
un
aprendizaje efectivo,
aprovechando los recursos que la Universidad pone a disposición de los estudiantes con el
fin de relacionar la carrera directamente con la realidad de la Ingeniería aplicada en la
especialidad de potencia a nivel nacional; sin dejar a un lado todo tipo de referencias útiles
a nuestro sistema, sin importar que provengan de distintos países del mundo.
La coordinación de la realización del diseño de proyectos unificadores entre la teoría y la práctica
para una misma asignatura, está fundamentada en el nivel de complejidad que cada una de las
materias tratadas poseen; en esta oportunidad el departamento de Ciencias Energéticas de la
Universidad Centroamericana “José Simeón Cañas” (UCA) ha mejorado la calidad y el nivel
académico con el diseño de este tipo de laboratorios, ya que los mismos benefician a estudiantes,
recién graduados y a las mismas empresas que están enfocadas en los trabajos relacionados a la
Ingeniería Eléctrica en la rama de potencia.
Es de esta manera que surge el proyecto denominado ”Manual Práctico de Laboratorio de
Materias del área de Potencia” a sugerencia del catedrático que imparte dichas materias el Ing.
Enrique Matamoros, quien relaciona la práctica y la teoría en forma íntima , dando así la
importancia que cada una de ellas nos brindan al situarse inmersas dentro de un sistema
educativo superior, del cual se espera alta calidad y mucha seguridad a la hora del diseño y
análisis de nuevas tecnologías que todo sistema eléctrico de potencia necesita.
Este documento explica y elabora los métodos de diseño, seguridad de instalación, medición,
prueba y maniobra de instalaciones residenciales, industriales y todo tipo de sistema de
distribución de energía que alimente a cargas de baja y media tensión; así como el análisis de
los sistemas de emergencia y las protecciones que se implementan en redes eléctricas. La
estructura de este trabajo de graduación está conformada por 5 capítulos de exposición.
i
ii
ÍNDICE
RESUMEN EJECUTIVO .......................................................................................................................i
ÍNDICE DE TABLAS ...........................................................................................................................ix
ÍNDICE DE FIGURAS. ........................................................................................................................xi
SIGLAS ............................................................................................................................................ xvii
PRÓLOGO. ....................................................................................................................................... xix
CAPÍTULO 1: INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES. .................................................... 1
1.1 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 1. ............................................................................ 1
1.1.1 OBJETIVOS ...................................................................................................................... 1
1.1.2 EXPOSICION .................................................................................................................... 1
1.1.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS..................................................................... 7
1.1.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ........................................................................ 7
1.1.5 PROCEDIMIENTO ............................................................................................................ 8
1.1.6 CUESTIONARIO ............................................................................................................. 12
1.1.7 ANEXOS.......................................................................................................................... 13
1.2 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 2 ........................................................................... 14
1.2.1 OBJETIVOS .................................................................................................................... 14
1.2.2 EXPOSICIÒN .................................................................................................................. 14
1.2.3 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS .................................................................................... 23
1.2.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ...................................................................... 23
1.2.5 PROCEDIMIENTO .......................................................................................................... 24
1.2.6 CUESTIONARIO ............................................................................................................. 26
1.2.7 ANEXOS.......................................................................................................................... 27
1.3 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 3 ............................................................................ 28
1.3.1 OBJETIVOS .................................................................................................................... 28
1.3.2 EXPOSICION. ................................................................................................................. 28
1.3.3 PRUEBA TEÓRICA DE CONOCIMIENTO ..................................................................... 34
1.3.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ...................................................................... 34
1.3.5 PROCEDIMIENTO .......................................................................................................... 35
1.3.6 CUESTIONARIO ............................................................................................................. 39
1.3.7 ANEXOS.......................................................................................................................... 40
1.4 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 4. ......................................................................... 41
1.4.1 OBJETIVOS ................................................................................................................... 41
1.4.2 EXPOSICIÒN ................................................................................................................. 41
1.4.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.................................................................. 45
1.4.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................... 46
1.4.5 PROCEDIMIENTO ......................................................................................................... 46
1.4.6 CUESTIONARIO. ........................................................................................................... 49
1.4.7 ANEXOS......................................................................................................................... 50
1.5 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 5. ........................................................................... 54
1.5.1 OBJETIVOS ................................................................................................................... 54
1.5.2
EXPOSICIÒN ............................................................................................................ 54
1.5.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.................................................................. 61
1.5.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................... 62
1.5.5 PROCEDIMIENTO. ........................................................................................................ 62
1.5.6 CUESTIONARIO. ........................................................................................................... 63
1.5.7 ANEXOS.......................................................................................................................... 64
1.6 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 6 ............................................................................ 65
1.6.1 OBJETIVOS ................................................................................................................... 65
1.6.2 EXPOSICION ................................................................................................................. 65
1.6.3
PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS............................................................. 70
1.6.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................... 70
1.6.5 PROCEDIMIENTO. ........................................................................................................ 70
1.6.6 CUESTIONARIO. ........................................................................................................... 70
1.6.7 ANEXOS. ........................................................................................................................ 71
1.7 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 7 .......................................................................... 72
1.7.1 OBJETIVOS.................................................................................................................... 72
1.7.2 EXPOSICION.................................................................................................................. 72
1.7.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS .................................................................. 77
1.7.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDO........................................................................ 77
1.7.5 PROCEDIMIENTO .......................................................................................................... 77
1.7.6 CUESTIONARIO ............................................................................................................ 77
1.7.7 ANEXOS ......................................................................................................................... 78
1.8 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 8. .......................................................................... 79
1.8.1 OBJETIVOS..................................................................................................................... 79
1.8.2 EXPOSICION................................................................................................................... 79
1.8.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. .................................................................. 83
1.8.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ..................................................................... 84
1.8.5 PROCEDIMIENTO .......................................................................................................... 84
1.8.6 CUESTIONARIO. ........................................................................................................... 86
1.8.7 ANEXOS. ......................................................................................................................... 87
1.9 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 9. .......................................................................... 89
1.9.1. OBJETIVOS.................................................................................................................... 89
1.9.2 EXPOSICION.................................................................................................................. 89
1.9.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. ................................................................. 94
1.9.4 MATERIALES Y EQUIPO................................................................................................ 94
1.9.5 PROCEDIMIENTO. ......................................................................................................... 94
1.9.6. CUESTIONARIO. ........................................................................................................... 97
1.9.7 ANEXOS. ......................................................................................................................... 98
CAPITULO 2: SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE ENERGIA ....................................................... 101
2.1 EXPERIEMNTO DE LABORATORIO No 1 .......................................................................... 101
2.1.1 OBJETIVOS................................................................................................................... 101
2.1.2 EXPOSICION................................................................................................................. 101
2.1.3. PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS ................................................................ 106
2.1.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS.................................................................. 107
2.1.5 PROCEDIMIENTO ........................................................................................................ 109
2.1.6 CUESTIONARIO. .......................................................................................................... 111
2.1.7 ANEXOS. ....................................................................................................................... 111
2.2 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 2. ........................................................................ 114
2.2.1 OBJETIVOS................................................................................................................... 114
2.2.2 EXPOSICION................................................................................................................ 114
2.2.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. ............................................................... 120
2.2.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ................................................................... 120
2.2.5 PROCEDIMIENTO ....................................................................................................... 120
2.2.6 CUESTIONARIO .......................................................................................................... 122
2.2.7 ANEXOS. ..................................................................................................................... 122
2.3. EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 3 ........................................................................ 125
2.3.1 OBJETIVOS.................................................................................................................. 125
2.3.2 EXPOSICIÓN................................................................................................................. 125
2.3.3. PRUEBA TEÓRICA DE CONOCIMIENTOS. ............................................................... 133
2.3.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ................................................................... 133
2.3.5. PROCEDIMIENTO ...................................................................................................... 134
2.3.6. CUESTIONARIO. ........................................................................................................ 137
2.3.7. ANEXOS. ..................................................................................................................... 137
2.4 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 4 ......................................................................... 140
2.4.1 OBJETIVOS................................................................................................................... 140
2.4.2 EXPOSICIÓN................................................................................................................ 140
2.4.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTO. ................................................................ 148
2.4.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS .................................................................... 148
2.4.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 148
2.4.6 CUESTIONARIO ........................................................................................................... 149
2.4.7 ANEXOS........................................................................................................................ 150
2.5 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 5. ....................................................................... 153
2.5.1 OBJETIVOS. ................................................................................................................ 153
2.5.2 EXPOSICION ............................................................................................................... 153
2.5.3 PRUEBA TEÓRICA DE CONOCIMIENTOS................................................................ 156
2.5.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 156
2.5.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 156
2.5.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 159
2.5.7
ANEXOS.................................................................................................................. 160
2.6 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 6. ....................................................................... 163
2.6.1 OBJETIVOS. ................................................................................................................ 163
2.6.2 EXPOSICIÓN. .............................................................................................................. 163
2.6.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS................................................................. 167
2.6.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS.................................................................. 168
2.6.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 168
2.6.5 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 176
2.6.7 ANEXOS........................................................................................................................ 177
2.7 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 7 ......................................................................... 178
2.7.1 OBJETIVOS. ................................................................................................................. 178
2.7.2 EXPOSICIÓN ............................................................................................................... 178
2.7.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS................................................................. 189
2.7.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDO ...................................................................... 190
2.7.5 PROCEDIMIENTO ........................................................................................................ 191
2.7.6 CUESTIONARIO ........................................................................................................... 192
2.7.7- ANEXOS ...................................................................................................................... 193
CAPITULO 3: EQUIPOS Y DISPOSITIVOS INDUSTRIALES........................................................ 197
3.1 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 1. ........................................................................ 197
3.1.1 OBJETIVOS .................................................................................................................. 197
3.1.2 EXPOSICION ................................................................................................................ 197
3.1.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS................................................................. 200
3.1.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ................................................................... 201
3.1.5 PROCEDIMIENTO ........................................................................................................ 201
3.1.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 203
3.1.7 ANEXOS....................................................................................................................... 204
3.2 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 2 ........................................................................ 205
3.2.1 OBJETIVOS .................................................................................................................. 205
3.2.2 EXPOSICION ................................................................................................................ 205
3.2.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS................................................................ 209
3.2.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 210
3.2.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 210
3.2.6 CUESTIONARIO. .......................................................................................................... 210
3.2.7 ANEXOS....................................................................................................................... 211
3.3 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 3. ........................................................................ 214
3.3.1 OBJETIVO .................................................................................................................... 214
3.3.2 EXPOSICION ............................................................................................................... 214
3.3.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTO ................................................................. 217
3.3.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ................................................................... 217
3.3.5 PROCEDIMIENTO ...................................................................................................... 218
3.3.6 CUESTIONARIO .......................................................................................................... 218
3.3.7 ANEXOS........................................................................................................................ 219
3.4 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 4 .......................................................................... 220
3.4.1 OBJETIVOS ................................................................................................................. 220
3.4.2 EXPOSICION ............................................................................................................... 220
3.4.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. ............................................................... 225
3.4.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 225
3.4.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 226
3.4.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 226
3.4.7 ANEXOS. ...................................................................................................................... 227
3.5 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 5. ......................................................................... 229
3.5.1 OBJETIVOS................................................................................................................... 229
3.5.2 EXPOSICION................................................................................................................ 229
3.5.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. ............................................................... 234
3.5.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS............................................................... 235
3.5.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 235
3.5.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 235
3.5.7 ANEXOS. ...................................................................................................................... 236
3.6 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 6. ........................................................................ 237
TABLEROS INDUSTRIALES DE MEDIA Y BAJA TENSION..................................................... 237
3.6.1 OBJETIVO ..................................................................................................................... 237
3.6.2 EXPOSICION................................................................................................................ 237
3.6.3 PRUEBA TEÓRICA DE CONOCIMIENTOS ................................................................ 240
3.6.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ................................................................... 240
3.6.5 PROCEDIMIENTO ........................................................................................................ 241
3.6.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 241
3.6.7 ANEXOS ....................................................................................................................... 241
3.7 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 7. ........................................................................ 242
3.7.1
OBJETIVOS............................................................................................................. 242
3.7.2 EXPOSICION................................................................................................................ 242
3.7.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. ............................................................... 247
3.7.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 248
3.7.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 248
3.7.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 249
3.7.7 ANEXOS ....................................................................................................................... 250
CAPITULO 4: PROTECCIONES Y APARATOS DE MANIOBRA DE REDES ELÉCTRICAS ....... 253
4.1 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 1. ....................................................................... 253
4.1.1 OBJETIVOS................................................................................................................. 253
4.1.2 EXPOSICION................................................................................................................ 253
4.1.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. ............................................................... 267
4.1.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 267
4.1.5 PROCEDIMIENTO ....................................................................................................... 267
4.1.6 CUESTIONARIO ........................................................................................................... 268
4.1.7 ANEXOS ....................................................................................................................... 269
4.2 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 2. ....................................................................... 270
4.2.1 OBJETIVOS................................................................................................................... 270
4.2.2 EXPOSICION................................................................................................................ 270
4.2.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. ............................................................... 283
4.2.4 MATERIALES Y EQUPOS REQUERIDOS.................................................................. 284
4.2.5 PROCEDIMIENTO ........................................................................................................ 284
4.2.6 CUESTIONARIO .......................................................................................................... 285
4.2.7 ANEXOS ....................................................................................................................... 285
4.3 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 3. ....................................................................... 286
4.3.1 OBJETIVOS.................................................................................................................. 286
4.3.2 EXPOSICION................................................................................................................ 286
4.3.3 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS. ................................................................................ 293
4.3.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................ 293
4.3.5 PROCEDIMIENTO ........................................................................................................ 293
4.3.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 294
4.3.7 ANEXOS ....................................................................................................................... 295
4.4 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 4. ........................................................................ 296
4.4.1 OBJETIVOS ................................................................................................................. 296
4.4.2 EXPOSICION ............................................................................................................... 296
4.4.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS............................................................... 301
4.4.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 301
4.4.5 PROCEDIMIENTO ....................................................................................................... 302
4.4.6 CUESTIONARIO. .......................................................................................................... 304
4.4.7 ANEXOS...................................................................................................................... 305
4.5 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 5. ....................................................................... 306
4.5.1 OBJETIVOS ................................................................................................................. 306
4.5.2 EXPOSICION ............................................................................................................... 306
4.5.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS................................................................ 314
4.5.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ................................................................... 314
4.5.5 PROCEDIMIENTO ....................................................................................................... 314
4.5.6 CUESTIONARIO. .......................................................................................................... 316
4.6.7 ANEXOS...................................................................................................................... 316
4.6 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 6. ....................................................................... 317
4.6.1 OBJETIVOS ................................................................................................................. 317
4.6.2 EXPOSICION ............................................................................................................... 317
4.6.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS................................................................ 330
4.6.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 331
4.6.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 331
4.6.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 335
4.7 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 7....................................................................... 336
4.7.1 OBJETIVOS ................................................................................................................. 336
4.7.2 EXPOSICION ............................................................................................................... 336
4.7.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.............................................................. 342
4.7.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 342
4.7.5 PROCEDIMIENTO ....................................................................................................... 342
4.7.6 CUESTIONARIO. .......................................................................................................... 344
4.7.7 ANEXOS....................................................................................................................... 345
CAPITULO 5: DISEÑO DE MODULOS: ......................................................................................... 347
5.1 INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES Y PROTECCIONES Y APARATOS DE
MANIOBRA DE REDES ELECTRICAS...................................................................................... 347
5.2 SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y EQUIPOS Y DISPOSITIVOS
INDUSTRIALES.......................................................................................................................... 353
CONCLUSIONES............................................................................................................................ 357
REFERENCIAS............................................................................................................................... 359
BIBLIOGRAFÍA. .............................................................................................................................. 361
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Tipo de Cables .................................................................................................................. 24
Tabla 1.2 Combinaciones de Apagadores ........................................................................................ 26
Tabla 1.3 Mediciones ........................................................................................................................ 48
Tabla 1.4.Tipos de conductores eléctricos y sus características...................................................... 50
Tabla 1.5 Capacidades de Conducción de Corriente de cables de baja tensión ............................. 51
Tabla 1.6 Factores de Corrección..................................................................................................... 52
Tabla 1.7 Capacidades de Corriente en Baja Tensión ..................................................................... 52
Tabla 1.8 Factores de Corrección..................................................................................................... 53
Tabla 1.9 Número Máximo de Conductores Aislados en Tubería Conduit....................................... 64
Tabla 1.10 Número de Conductores en Tubo Conduit ..................................................................... 87
Tabla 1.11 Tensiones y Capacidades para las que se fabrican los interruptores termo magnéticos
........................................................................................................................................................... 88
Tabla 1.12 Tarifa 2004 de la energía eléctrica. ................................................................................ 98
Tabla 1.13 Tarifa 2005 de la energía eléctrica. ................................................................................ 99
Tabla 2.1 Factores de Sobrecarga.................................................................................................. 102
Tabla 2.2 Factores de Seguridad.................................................................................................... 103
Tabla 2.3 Distancias Mínimas de Seguridad. ................................................................................. 105
Tabla 2.4 Materiales........................................................................................................................ 108
Tabla 2.5 Distancias Mínimas de Seguridad Conductores ............................................................. 112
Tabla 2.6 Distancias Seguridad Vertical en Soportes..................................................................... 113
Tabla 2.7 Placa de datos Transformador........................................................................................ 122
Tabla 2.8 Materiales Instalación Transformador............................................................................. 124
Tabla 2.9 Valores Normalizados para Corrientes ........................................................................... 127
Tabla 2.10 Nivel básico de Aislamiento .......................................................................................... 128
Tabla 2.11 Conexión de Transformadores ..................................................................................... 131
Tabla 2.12 Mediciones .................................................................................................................... 134
Tabla 2.13 Mediciones .................................................................................................................... 134
Tabla 2.14 Mediciones .................................................................................................................... 135
Tabla 2.15 Elementos según Código .............................................................................................. 139
Tabla 2.16 Tipos Interruptores ........................................................................................................ 141
Tabla 2.17 Tensiones Nominales para Interruptores...................................................................... 144
Tabla 2.18 Corrientes Nominales para Interruptores...................................................................... 144
Tabla 2.19 Niveles de Tensión para Interruptores.......................................................................... 145
Tabla 2.20 Tiempos de Interrupción ............................................................................................... 146
Tabla 2.21 Mediciones .................................................................................................................... 157
Tabla 2.22 Mediciones Transformador ........................................................................................... 158
Tabla 2.23 Mediciones………………………………………………………………………………….....160
Tabla 2.24 Mediciones .................................................................................................................... 158
Tabla 2.25 Características .............................................................................................................. 163
Tabla 2.26 Transformadores Monofásicos ..................................................................................... 164
Tabla 2.27 Características de Transformadores............................................................................. 168
Tabla 2.28 Mediciones Transformadores........................................................................................ 170
Tabla 2.29 Mediciones en Transformadores .................................................................................. 172
Tabla 2.30 Mediciones .................................................................................................................... 175
Tabla 2.31 Voltajes Medidos........................................................................................................... 189
Tabla 2.32 Condiciones Normales de Operación .......................................................................... 190
Tabla 3.1 Valores de Resistividad................................................................................................... 211
Tabla 3.2 Potencia Media Anual de Temperatura Ambiente .......................................................... 223
Tabla 3.3 Datos Técnicos Transformador Pad Mounted ................................................................ 228
Tabla 3.4 Eficacia Luminosa ........................................................................................................... 250
Tabla 3.5 Equivalente de salida de luz ........................................................................................... 251
ix
Tabla 4.1 Capacidad de fusibles .................................................................................................... 269
Tabla 4.2 Mediciones a Realizar .................................................................................................... 285
Tabla 4.3 Características de Autotransformador ............................................................................ 321
Tabla 4.4 Mediciones ..................................................................................................................... 335
Tabla 4.5 Pérdidas en los Conductores en Porcentajes. ............................................................... 339
Tabla 4.6 Mediciones en Motor Estándar....................................................................................... 343
Tabla 4.7 Mediciones en Motor Alta Eficiencia .............................................................................. 344
Tabla 4.8 Distribución típica de perdidas en los motores .............................................................. 345
Tabla 4.9 Eficiencia nominal de motores trifásicos de inducción de alta eficiencia........................ 345
x
ÍNDICE DE FIGURAS.
Figura 1.1 Interruptor diferencial. ........................................................................................................ 6
Figura 1. 2 Interruptor diferencial con derivación a tierra. .................................................................. 6
Figura 1. 3 Circuito equivalente que forma el cuerpo cuando toca una línea. .................................. 8
Figura 1. 4 Circuito Cerrado con el cuerpo humano. .......................................................................... 9
Figura 1. 5 Circuito Trifásico en Conexión estrella con Neutro ........................................................ 10
Figura 1. 6 Circuito con lámpara de Neón Probador ........................................................................ 12
Figura 1. 7 Esquema eléctrico para un sistema unifamiliar .............................................................. 13
Figura 2. 1 Simbología eléctrica
Figura 2. 2 Símbolo del Amperímetro
Figura 2. 3 Circuito básico para medir Voltaje
Figura 2. 4 Circuito en Serie para medición
Figura 2. 5 Circuito en paralelo para medición
Figura 2. 6 Circuito en paralelo con apagadores
Figura 2. 7. Tomacorrientes.
16
17
18
25
25
25
27
Figura 3. 1 Tubo Conduit Metálico Rígido......................................................................................... 29
Figura 3. 2 Cambios de dirección con tubo Conduit. ........................................................................ 30
Figura 3. 3 Atornillado de caja metálica ............................................................................................ 35
Figura 3. 4 Enguiado de Cable usando punta. ................................................................................ 36
Figura 3. 5 Diagrama de Línea Unifilar ............................................................................................. 37
Figura 3. 6 Diagrama de Alambrado con alimentación para el Switch a Apagador ......................... 37
Figura 3. 7 Apagador de tres vías..................................................................................................... 38
Figura 3. 8 Diagrama de disposición y alambrado de tres lámparas................................................ 39
Figura 3. 9 Instalación Residencial Típica Urbana ........................................................................... 40
Figura 4. 1 Alambre........................................................................................................................... 42
Figura 4. 2 Cable............................................................................................................................... 42
Figura 4. 3 Mono conductor .............................................................................................................. 43
Figura 4. 4 Multiconductor................................................................................................................. 43
Figura 5. 1 Tubo Conduit para pared delgada .................................................................................. 56
Figura 5. 2 Coraza Metálica .............................................................................................................. 57
Figura 5. 3 Registro Condulet ........................................................................................................... 58
Figura 5. 4 Ductos ............................................................................................................................. 60
Figura 5. 5 Escalerías ....................................................................................................................... 61
Figura 6. 1 Control de deflexión ........................................................................................................ 65
Figura 6. 2 Pozos de Registro........................................................................................................... 68
Figura 6. 3 Dimensiones de pozos de registro ................................................................................ 69
Figura 6. 4 Tuberías Instaladas ........................................................................................................ 71
Figura 6. 5 Posiciones de tubería en pozos de Registro .................................................................. 71
Figura 7. 1 Cyber Café ..................................................................................................................... 78
Figura 8. 1 Tablero Principal
85
Figura 9. 1 Medidor de Consumo eléctrico
Figura 9. 2 Contador analógico
Figura 9. 3 Lectura de contador
Figura 9. 4 Ejercicio de contadores
89
91
93
94
xi
Figura 9. 5 Contador residencial.
Figura 9. 6 Diagrama de conexiones de un sistema eléctrico residencial
Figura 9. 7 Lectura de medidores
Figura 10. 1 Espaciamientos
Figura 10. 2 Transformadores Monofásicos
Figura 10. 3 Equipos de Seguridad
95
96
97
107
110
111
Figura 11. 1 Sistemas Radiales ...................................................................................................... 116
Figura 11. 2 Sistemas Anillados...................................................................................................... 116
Figura 11. 3 Interruptor de potencia ................................................................................................ 118
Figura 11. 4 Seccionador. ............................................................................................................... 119
Figura 11. 5 Transformador Monofásico ......................................................................................... 121
Figura 11. 6 Fusible......................................................................................................................... 123
Figura 11. 7 Reconectador. ............................................................................................................. 123
Figura 12. 1 Circuito Equivalente .................................................................................................... 132
Figura 12. 2 Transformadores de Medición .................................................................................... 136
Figura 12. 3 Transformadores de Corriente. ................................................................................... 137
Figura 12. 4 Modelo de Transformador.......................................................................................... 138
Figura 13. 1 Interruptor de Aceite.................................................................................................... 141
Figura 13. 2 Estructura de un Interruptor. ....................................................................................... 142
Figura 13. 3 Interruptor de Hexafloruro de Azufre (SF6) ................................................................. 143
Figura 13. 4 Dimensiones Interruptor Tripolar................................................................................. 150
Figura 13. 5 Estructura Interruptor Tripolar ..................................................................................... 151
Figura 13. 6 Interruptor.................................................................................................................... 152
Figura 13. 7 Transformador de Corriente........................................................................................ 152
Figura 14. 1 Razón de Transformación........................................................................................... 154
Figura 14. 2 Transformador Monofásico ......................................................................................... 157
Figura 14. 3 Transformador Monofásico con Pararrayos................................................................ 160
Figura 14. 4 Transformador Monofásico ......................................................................................... 161
Figura 14. 5 Transformador en Poste ............................................................................................. 162
Figura 14. 6 Diferencia Angular....................................................................................................... 166
Figura 14. 7 Placa de Transformador.............................................................................................. 167
Figura 14. 8 Transformador de 10 KVA .......................................................................................... 169
Figura 14. 9 Conexión Delta-Estrella .............................................................................................. 169
Figura 14. 10 Transformador de 10 KVA ........................................................................................ 171
Figura 14. 11 Conexión Delta- Delta ............................................................................................... 171
Figura 14. 12 Transformador de 10 KVA ........................................................................................ 173
Figura 14. 13 Conexión Estrella Abierto-Delta Abierto ................................................................... 174
Figura 14. 14 Banco Trifásico Montado en Poste .......................................................................... 177
Figura 15. 1 Subestación................................................................................................................. 179
Figura 15. 2 Subestación con un juego de barras en anillo, con tres aparatos de corte y con paso
directo. ............................................................................................................................................. 182
Figura 15. 3 Subestación con un juego de barras en anillo, con cuatro aparatos de corte y
seccionadores de seccionamiento de barras................................................................................... 182
Figura 15. 4 Esquema con un interruptor y medio por salida ........................................................ 183
Figura 15. 5 Disposición de fases asociadas ................................................................................. 183
xii
Figura 15. 6 Disposición de fases separadas ................................................................................. 184
Figura 15. 7 Disposición de fases mixtas........................................................................................ 184
Figura 15. 8 Simbología Diagramas Unifilares. .............................................................................. 188
Figura 15. 9 Subestación Típica Rural............................................................................................ 193
Figura 15. 10 Subestación de Potencia .......................................................................................... 194
Figura 15. 11 Subestación de Potencia Montserrat....................................................................... 195
Figura 15. 12 Subestación de Potencia Montserrat....................................................................... 195
Figura 16. 1 Desconectador de Operación ..................................................................................... 202
Figura 16. 2 Seguridad Personal .................................................................................................... 204
Figura 16. 3 Señalización de Riesgo .............................................................................................. 204
Figura 17. 1 Medición de Tierras .................................................................................................... 207
Figura 17. 2 Material para Tratado de Tierras ................................................................................ 209
Figura 17. 3 Molde de Soldadura................................................................................................... 213
Figura 17. 4 Soldadura ya Terminada............................................................................................. 213
Figura 18. 1 Subestación en Poste ................................................................................................ 216
Figura 18. 2 Subestación en Poste ................................................................................................ 219
Figura 18. 3 Estructura en H ........................................................................................................... 219
Figura 19. 1 Capacidad de Sobrecarga ......................................................................................... 222
Figura 19. 2 Transformador Seco ................................................................................................... 223
Figura 19. 3 Partes de un Transformador tipo Pad Mounted ......................................................... 225
Figura 19. 4 Transformador Pad Mounted...................................................................................... 227
Figura 19. 5 Placa de Transformador Pad Mounted....................................................................... 227
Figura 19. 6 Parte Interna Transformador Pad Mounted ................................................................ 228
Figura 20. 1 Diagrama Unifilar Planta de Emergencia.................................................................... 234
Figura 20. 2 Diagrama de Bloques Sistema Eléctrico ................................................................... 236
Figura 20. 3 Planta de Emergencia................................................................................................. 236
Figura 21. 1 Tableros ...................................................................................................................... 238
Figura 21. 2 Tablero ........................................................................................................................ 238
Figura 21. 3 Tablero Distribución .................................................................................................... 239
Figura 21. 4 Tablero de Control ...................................................................................................... 240
Figura 22. 1 Esquema de conexiones............................................................................................. 243
Figura 22. 2 Lámpara Compacta .................................................................................................... 246
Figura 22. 3 Lámpara con Balasto. ................................................................................................. 249
Figura 22. 4 Lámpara Fluorescente ................................................................................................ 250
Figura 23. 1 Fusibles....................................................................................................................... 255
Figura 23. 2 Curva Intensidad Nominal.......................................................................................... 258
Figura 23. 3 Fusibles Diazed ......................................................................................................... 259
Figura 23. 4 Fusibles Cartucho ...................................................................................................... 260
Figura 23. 5 Casquillos ................................................................................................................... 260
Figura 23. 6 Cartuchos.................................................................................................................... 261
Figura 23. 7 Pinzas ......................................................................................................................... 261
Figura 23. 8 Tipos de Cartuchos..................................................................................................... 262
xiii
Figura 23. 9 Interruptor MCCB ........................................................................................................ 263
Figura 23. 10 Corriente en Arranque.............................................................................................. 266
Figura 23. 11 Interruptor MCCB ...................................................................................................... 268
Figura 24. 1 Relé Térmico ............................................................................................................... 271
Figura 24. 2 Disparo por Fallo de Fase........................................................................................... 272
Figura 24. 3 Curva Característica de un relé ................................................................................. 273
Figura 24. 4 Curva Característica Relé Electrónico ........................................................................ 274
Figura 24. 5 PTC ............................................................................................................................. 275
Figura 24. 6 Curva Típica de un Termistor...................................................................................... 276
Figura 24. 7 Curva Corriente-Tiempo.............................................................................................. 277
Figura 24. 8 Termistores NTC ........................................................................................................ 278
Figura 24. 9 Curva de Resistores según Temperatura. ................................................................. 280
Figura 24. 10 Curva Intensidad ....................................................................................................... 281
Figura 24. 11 Curva protección de Motores .................................................................................... 282
Figura 24. 12 Termistor en el Bobinado del Motor.......................................................................... 283
Figura 24. 13 Diagrama de arranque motor trifásico. .................................................................... 284
Figura 24. 14 Relé Térmico ............................................................................................................. 285
Figura 25. 1 Motor Eléctrico. ........................................................................................................... 288
Figura 25. 2 Conexión Delta 6 Puntas ............................................................................................ 289
Figura 25. 3 Conexión Delta 9 Puntas ............................................................................................ 290
Figura 25. 4 Conexión Estrella 6 Puntas......................................................................................... 290
Figura 25. 5 Conexión Estrella 9 Puntas......................................................................................... 291
Figura 25. 6 Conexión de Motores con 6 puntas ........................................................................... 291
Figura 25. 7 Conexión de Motores con 9 Puntas........................................................................... 292
Figura 25. 8 Partes de un Motor..................................................................................................... 295
Figura 26. 1
Figura 26. 2
Figura 26. 3
Figura 26. 4
Motor Eléctrico ........................................................................................................... 302
Motor Eléctrico Desarmado........................................................................................ 304
Multímetro .................................................................................................................. 305
Growler...................................................................................................................... 305
Figura 27.1 Anillos del Rotor .......................................................................................................... 306
Figura 27. 2 Falso Contacto Severo............................................................................................... 308
Figura 27. 3 Excentricidad Estática................................................................................................ 313
Figura 27. 4 Excentricidad Dinámica.............................................................................................. 313
Figura 27. 5 Arranque Directo ........................................................................................................ 315
Figura 27. 6 Ensayos Generales..................................................................................................... 316
Figura 28. 1 Conexión Motor Asíncrono Trifásico .......................................................................... 319
Figura 28. 2 Curva Arranque Directo .............................................................................................. 319
Figura 28. 3 Arranque Directo ........................................................................................................ 320
Figura 28. 4 Parámetros de Motor con Arranque Tipo Autotransformador.................................... 322
Figura 28. 5 Conexión Estrella-Triángulo....................................................................................... 324
Figura 28. 6 Arrancador Estrella-Delta........................................................................................... 325
Figura 28. 7 Curvas Comparativas entre Conexión Estrella y Delta.............................................. 326
Figura 28. 8 Curva Tipos de Arranque ........................................................................................... 327
Figura 28. 9 Curva Arranque Suave............................................................................................... 327
Figura 28. 10 Arranque a través de una Rampa de Voltaje........................................................... 328
Figura 28. 11 Arranque con Limitación de Corriente ..................................................................... 329
Figura 28. 12 Curvas de Paro de un Arrancador Suave ................................................................ 330
xiv
Figura 28. 13 Arranque por Autotransformador ............................................................................. 332
Figura 28. 14 Esquema de Control ................................................................................................ 333
Figura 28. 15 Arranque Directo...................................................................................................... 334
Figura 29. 1Diagrama de Arranque Directo .................................................................................... 343
Figura 30. 1
Figura 30. 2
Figura 30. 3
Figura 30. 4
Figura 30. 5
Figura 30. 6
Figura 30. 7
Figura 30. 8
Vista Frontal............................................................................................................... 347
Vista Lateral módulo. ................................................................................................. 348
Vista superior módulo. ............................................................................................... 348
Módulo Completo....................................................................................................... 349
Acabado final módulo. ............................................................................................... 350
Módulo con gavetas.................................................................................................. 351
Riel. ............................................................................................................................ 352
Módulo con rieles....................................................................................................... 352
Figura 31. 1 Diseño de módulo. ...................................................................................................... 354
xv
xvi
SIGLAS
NEC
National Electrical Code.
Rn:
Tierra del neutro.
Id:
Corriente de falla.
Pe:
conductor de protección.
Ru:
Tierra de utilización.
Ic:
Corriente en el cuerpo.
AWG:
American Wire Gauge
fem :
Fuerza electromotriz..
PVC
Cloruro de polivinilo
SIGET:
Superintendencia general de electricidad y telecomunicaciones.
BIL:
Nivel básica de Aislamiento
AAC:
Conductor todo de aluminio.
ACSR :
Conductor de aluminio con alma de acero..
NBI:
Nivel básico de asilamiento al impulso.
NBS:
Nivel básico de aislamiento al impulso por maniobra de interruptores.
VAR:
.Voltios, amperios, reactivos.
NOM:
Norma Oficial mexicana.
CFE:
Comisión federal de electricidad.
IEEE:
Instituto de ingenieros electrónicos y electricistas
xvii
xviii
PRÓLOGO.
En el presente trabajo se desarrolla un modelo innovador de respaldo a la metodología de
enseñanza tradicional en las materias impartidas en el área de Potencia, se busca la optimización
de los conocimientos técnicos por medio de la implementación de la teoría básica a la práctica a
través de la creación de Laboratorios que cuenten con los recursos tecnológicos más avanzados y
que actualmente son utilizados en Instalaciones Eléctricas reales.
Lo anterior se llevará a cabo mediante la creación de un Manual de Laboratorio que cubra las
materias impartidas en el área de potencia y que cuente con los estándares de calidad que el
propio medio laboral y más específicamente industrial exige, por lo tanto la información ahí
recolectada estará basada en conocimiento previo y personal de los autores de dicha Tesis al ser
participantes activos del Mercado Laboral actual. Además, en busca de una optimización completa
de los conocimientos teórico-prácticos, se diseñarán y entregarán los modelos físicos con que
dichos Laboratorios técnicos deben contar.
El documento consta de cinco capítulos, en los cuáles se presentan distribuidos por materias, toda
la información teórica y práctica elaborada en formato de guías de trabajo orientadas a la máxima
comprensión del interesado; y por último se presenta el capítulo cinco en donde aparecen los
diseños de montaje e instalación del equipo físico en el área designada para cada Laboratorio, así
como los planos de los módulos de trabajo.
En el capítulo uno, se desarrollan todas las guías de trabajo para la materia de Instalaciones
Eléctricas Industriales. Dando al estudiante la información de normas de seguridad, elementos de
una instalación eléctrica y diseño de la misma.
En el capítulo dos, se desarrollan todas las guías de trabajo para la materia de Sistemas de
Distribución de Energía. Proporcionando conceptos básicos utilizados, entre los cuales se
encuentran: voltajes de generación, distribución, transmisión y normas de diseño de líneas de
transmisión.
En el capítulo tres, se desarrollan todas las guías de trabajo para la materia de Equipos y
Dispositivos Industriales. Se exponen los fundamentos para el diseño y montaje de tableros
eléctricos, redes de tierra y subestaciones.
En el capítulo cuatro, se desarrollan todas las guías de trabajo para la materia de Protecciones y
Aparatos de Maniobra; en las cuales se desarrollan los siguientes temas: fusibles, relés,
guardamotores, arranque de motores y nociones básicas de mantenimiento preventivo y correctivo
de motores.
En capitulo 5, se desarrollan los modelos físicos de los módulos de trabajo a utilizarse en cada uno
de los Laboratorios diseñados para las Materias del área de Potencia.
xix
xx
CAPÍTULO 1: INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES.
1.1 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 1.
NORMAS DE SEGURIDAD ELECTRICA Y HERRAMIENTAS.
1.1.1 OBJETIVOS
•
Aprender las reglas fundamentales de seguridad a seguir a la hora de realizar instalaciones
eléctricas.
•
Conocer las herramientas más adecuadas a utilizar al momento de realizar una instalación
eléctrica manteniendo las normas de seguridad.
1.1.2 EXPOSICION
A ESTUDIANTES, INSTRUCTORES Y MAESTROS:
Cuando se está trabajando con electricidad o equipos mecánicos se deben seguir ciertas normas
para no poner en riesgo nuestra seguridad y la de las personas que nos rodean y colaboran con la
labor que se está realizando.
Antes que nada se debe contar con un BOTIQUIN DE PRIMEROS AUXILIOS y absolutamente
todos los usuarios de ese laboratorio deben conocer el lugar en que se encuentra. Se debe insistir
a los estudiantes que en cualquier situación anómala que se presente en sus prácticas y que
pueda poner en riesgo el bienestar del grupo sea notificado con prontitud al maestro o instructor, ya
que el está capacitado para dar una solución que garantice el buen funcionamiento del equipo y la
seguridad física y psicológica de los estudiantes.
Mientras el estudiante siga las instrucciones expuestas por su maestro o instructor no correrá
peligro durante la realización de su práctica. Cada año numerosas personas sufren choques
eléctricos que pueden ser inclusive fatales. La corriente eléctrica puede causar serios daños físicos
aún en cantidades de milésimas de amperios.
Es absolutamente necesario que cualquier persona que trabaje con electricidad aplique
estrictamente las normas de seguridad. La electricidad puede ser peligrosa o incluso fatal para
quienes no entienden o no practican las reglas básicas de seguridad. Se registran muchos
accidentes fatales con electricidad, entre personas bien preparadas que, por un exceso de
confianza o descuido violan las reglas fundamentales de seguridad personal.
1
En todo el mundo han ocurrido accidentes que pueden ir desde pérdidas económicas hasta
tragedias personales por el uso incorrecto de las herramientas destinadas para la elaboración de
instalaciones eléctricas.
Como futuro ingeniero debe saber que la principal regla de seguridad personal a cumplir a la hora
de trabajar con electricidad es pensar primero.
Como señalan las estadísticas de diversos Cuerpos de Bomberos, las instalaciones eléctricas
inadecuadas aparecen entre las principales causas de incendios en el mundo entero. Por eso,
nunca estará de más afirmar que la estructura de los sistemas eléctricos merece ser
cuidadosamente observada y comprendida, a fin de minimizar riesgos y economizar energía que se
traduce en menos costos variables dentro de su empresa.
Los riesgos representados por la electricidad son de diversos tipos. Entre ellos merecen citarse:
a) Descarga a través de un ser humano.
b) Causa de un incendio o explosión.
RIESGOS DE LA ELECTRICIDAD
Riesgos de incendios por causas eléctricas
Los incendios provocados por causas eléctricas son muy frecuentes. Ellos ocurren por:
•
Sobrecalentamiento de cables o equipos bajo tensión debido a sobrecarga de los conductores.
•
Sobrecalentamiento debido a fallas en termostatos o fallas en equipos de corte de temperatura.
•
Fugas debidas a fallas de aislamiento.
•
Auto ignición debida a sobrecalentamiento de materiales inflamables ubicados demasiado
cerca o dentro de equipos bajo tensión, cuando en operación normal pueden llegar a estar
calientes.
•
Ignición de materiales inflamables por chispas o arco.
Shock Eléctrico
Un shock eléctrico puede causar desde una sensación de cosquilleo hasta un desagradable
estímulo doloroso resultado en una pérdida total del control muscular y llegar a la muerte.
2
La protección contra el shock eléctrico se consigue usando:
•
Equipos de maniobra con baja tensión.
•
La doble aislación o la construcción aislada
•
Las conexiones a tierra y la protección por equipos de desconexión automática
•
La separación eléctrica entre las fuentes y la tierra.
Frecuentemente se usan adaptadores de enchufes.
Tenga siempre en cuenta que cuando se usan estos aditamentos
Puede desconectarse la tierra del equipo que está usando.
Control de los riesgos eléctricos
Los factores principales a considerar son:
•
El diseño seguro de las instalaciones.
•
El diseño y construcción de los equipos de acuerdo a normas adecuadas.
•
La autorización de uso después que se ha comprobado que es seguro.
•
El mantenimiento correcto y reparaciones.
•
Las modificaciones que se efectúen se realicen según normas.
Las precauciones generales contra el shock eléctrico son:
•
Selección del equipo apropiado y el ambiente adecuado.
•
Buenas prácticas de instalación.
•
Mantenimiento programado y regular del equipo instalado.
•
Uso de acuerdo a las instrucciones del fabricante.
A) Descarga a través de un ser humano:
Si un individuo no aislado toca uno de los polos de un conductor la electricidad se descargará a
tierra a través de su cuerpo. En cambio, si el contacto de realiza simultáneamente con los dos
polos del conductor, el cuerpo del individuo servirá para cerrar el circuito.
La magnitud del daño producido por una descarga eléctrica depende de la intensidad de la
corriente (Amperaje), de la duración de la misma y de la trayectoria recorrida en el cuerpo del
sujeto. Dado que en el momento de la descarga eléctrica el individuo pasa a formar parte del
circuito hay que tener en cuenta otros factores tales como su mayor o menor conductividad, por
3
ejemplo, el estado de humedad de la piel influye, ya que si ésta está mojada disminuye su
resistencia al paso de la corriente, es decir que el sujeto se vuelve mejor conductor.
El peligro de muerte es mayor cuando la corriente eléctrica atraviesa órganos vitales en su paso
por
el
individuo:
corazón
(fibrilación),
pulmones,
sistema
nervioso
(paro
respiratorio).
B) Causa de un incendio o explosión:
Se ha visto que uno de los fenómenos que acompaña el paso de corriente a través de un
conductor es la producción de calor (efecto Joule), que es mayor cuanto más grande sea la
resistencia del conductor y/o la corriente eléctrica.
Si este fenómeno se produce en instalaciones eléctricas de gran resistencia, es particularmente
peligroso
si
están
presentes
en
la
misma
zona
materiales
fácilmente
inflamables.
NORMAS BASICAS DE SEGURIDAD
Las normas básicas de seguridad son un conjunto de medidas destinadas a proteger la salud de
todos, prevenir accidentes y promover el cuidado del material de los laboratorios. Son un conjunto
de prácticas de sentido común: el elemento clave es la actitud responsable y la concientización de
todos: personal y alumnado.
RESPÈTELAS Y HÁGALAS RESPETAR.
Se deberá conocer la ubicación de los elementos de seguridad en el lugar de trabajo, tales como:
extintores, salidas de emergencia, accionamiento de alarmas, etc.
Observar de qué tipo (A, B o C) es cada extintor ubicado en el departamento de Ciencias
Energéticas y Fluídicas, y verificar qué material combustible -papel, madera, pintura, material
eléctrico- se puede apagar con él. Por ejemplo, nunca usar un extintor tipo A (sólo A) para apagar
fuego provocado por un cortocircuito.
Extintor Tipo A: Sirven para fuego de materiales combustibles sólidos (madera, papel, tela, etc.)
Extintor Tipo B: Para fuego de materiales combustibles líquidos (nafta, kerosene, etc.).
Extintor Tipo C: Para fuegos en equipos eléctricos (artefactos, tableros, etc.).
Existen extintores que sirven para los tres tipos de fuegos. Generalmente son de polvo. En caso de
un fuego de tipo C, si se corta la corriente eléctrica se transforma en uno de tipo A.
El agua en general apaga fuegos de tipo A. La arena sirve para apagar fuegos de tipo B.
4
Precauciones necesarias:
•
No se deben bloquear las rutas de escape o pasillos con equipos, mesas, máquinas u otros
elementos que entorpezcan la correcta circulación.
•
Es indispensable recalcar la prudencia y el cuidado con que se debe manipular todo aparato
que funcione con corriente eléctrica.
•
Nunca debe tocar un artefacto eléctrico si usted está mojado o descalzo.
•
No se permitirán instalaciones eléctricas precarias o provisorias. Se dará aviso inmediato al
encargado de laboratorio en caso de filtraciones o goteras que puedan afectar las instalaciones
o equipos y puedan provocar incendios por cortocircuitos.
•
Es imprescindible mantener el orden y la limpieza. Cada persona es responsable directa del
lugar donde está trabajando y de todos los lugares comunes.
•
Todo material corrosivo, tóxico, inflamable, oxidante, radiactivo, explosivo o nocivo deberá
estar adecuadamente etiquetado.
La corriente eléctrica como factor de accidentes y lesiones
Es imprescindible la concientización del riesgo que engendra la corriente eléctrica. Ya que si bien
no es la mayor fuente de accidentes, se trata generalmente de accidentes graves, en muchos
casos mortales.
Para evitar accidentes y proteger a los usuarios, se utilizan dispositivos de seguridad, entre los
cuales podemos mencionar el interruptor diferencial.
Para la selección de éste deben tomarse en
cuenta las disposiciones descritas en los
artículos 240-8 y 240-14 del NEC.
Dispositivos de desconexión automática.
Interruptor diferencial:
Un interruptor diferencial, también llamado disyuntor por corriente diferencial o residual, es un
dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con el fin de proteger a
las personas de las derivaciones causadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos y
tierra o masa de los aparatos.
En esencia, el interruptor diferencial consta de dos bobinas, colocadas en serie con los
conductores de alimentación de corriente y que producen campos magnéticos opuestos y un
núcleo o armadura que mediante un dispositivo mecánico adecuado puede accionar unos
contactos.
5
Figura 1.1 Interruptor diferencial.
Figura 1. 2 Interruptor diferencial con derivación a tierra.
Si nos fijamos en la Figura 1.1, 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 1.2, 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.
Es aquí donde el dispositivo desconecta el circuito para prevenir electrocuciones, actuando bajo la
presunción de que la corriente de fuga circula a través de una persona que está conectada a tierra
y que ha entrado en contacto con un componente eléctrico del circuito.
6
La diferencia entre las dos corrientes es la que produce un campo magnético resultante, que no es
nulo y que por tanto producirá una atracción sobre el núcleo N, desplazándolo 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 una vez se haya corregido la
avería o el peligro de electrocución.
Aunque existen interruptores para distintas intensidades de actuación, el Reglamento
Electrotécnico de Baja Tensión exige que en las instalaciones domésticas se instalan normalmente
interruptores diferenciales que actúen con una corriente de fuga máxima de 30 mA y un tiempo de
respuesta de 50 ms, lo cual garantiza una protección adecuada para las personas y cosas.
Se dice que se considera un interruptor diferencial de alta sensibilidad cuando el valor de la
corriente es igual o inferior a 30 miliamperios.
1.1.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS
•
Enuncie 5 normas de seguridad que deben seguirse a la hora de hacer una instalación
eléctrica.
•
¿Cuáles son los riesgos que representa la electricidad si no se le usa adecuadamente?
•
¿Cuál es la principal regla de seguridad personal?
•
Explique qué podría pasar si quita la punta de tierra de un enchufe de entrada de tres
alambres.
•
Al entrar en una zona industrial. ¿Cuál es el equipo que por normas de seguridad debe usar?
•
¿Puede confiar su vida a los dispositivos de seguridad tales como fusibles, relevadores y
sistemas de cierre? Explique.
1.1.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS
•
1 Interruptor diferencial de sensibilidad 500 mA.
•
1 Portalámparas.
•
1 Lámpara de 150 W a 220 V.
•
Cable eléctrico tipo AWG número 12
•
1 Amperímetro.
•
1 Voltímetro.
•
1 Wattímetro.
•
1 Clamper.
•
Tubo Conduit de ½ plg.
7
1.1.5 PROCEDIMIENTO
En los siguientes casos se pone a prueba la seguridad personal. Todos ellos representan
situaciones en las cuales, si no se toman en cuenta las normas de seguridad, sin lugar a duda nos
enfrentaremos en algún momento de nuestra vida.
El instructor debe explicar cada una de las situaciones haciendo énfasis en cual norma de
seguridad está siendo irrespetada, al mismo tiempo realizará preguntas acerca de lo expuesto para
identificar la comprensión por parte del alumno.
PARTE A. CONOCIMIENTO TEORICO.
CASOS EN QUE SE PONE A PRUEBA LA SEGURIDAD.
En la siguiente figura: Ri representa la resistencia de distintas partes del cuerpo humano, Zp es la
impedancia de contacto entre la mano y el conductor energizado, que eléctricamente equivale a un
circuito formado por un condensador y una resistencia en paralelo.
Figura 1. 3 Circuito equivalente que forma el cuerpo cuando toca una línea.
8
Preguntas de comprensión:
•
¿Cuál es la resistencia del cuerpo humano?
•
¿Qué valor de corriente puede ser fatal, si la piel se encuentra húmeda?
•
Explicar por qué razón la impedancia entre la mano y el conductor energizado eléctricamente
equivale a un circuito formado por un condensador en paralelo a una resistencia.
•
En caso de falla, el suelo es un conductor sobre una malla que permite el paso de la corriente
Ic, esta corriente circula por el cuerpo de la persona hacia tierra. ¿Qué la limita?
•
¿A cuántos volts, hay peligro de electrocución en este caso?
Figura 1. 4 Circuito Cerrado con el cuerpo humano.
Rn= Tierra del neutro.
Ru= Tierra de utilización.
Id= Corriente de falla.
Ic= Corriente en el cuerpo.
Pe= Conductor de protección.
9
La corriente en el cuerpo (Ic) es función de la tensión de contacto (Vc) y de la resistencia del
cuerpo (Rc), como se muestra en la figura anterior.
PARTE B. REALIZACION PRÁCTICA.
Para la realización del siguiente circuito. Suponga:
Una casa individual, la cual es alimentada por un circuito trifásico en conexión estrella con neutro
(4 hilos), se usa como dispositivo de interrupción para la protección contra contactos directos e
indirectos un interruptor diferencial de sensibilidad 500 mA, el disparo térmico está ajustado a 20 A.
La conexión de puesta a tierra de la casa es Ru = 20 Ω, mientras que la conexión de neutro del
transformador a tierra (Rn) es despreciable.
Todos los contactos y receptores están en condiciones normales de operación.
Figura 1. 5 Circuito Trifásico en Conexión estrella con Neutro
10
Para el interruptor Q1 se procede, con propósitos de verificación, a efectuar las pruebas siguientes:
Sobre el circuito derivado de una lámpara de 150 W a 208 V, entre fase y neutro. Al cerrar,
•
¿Qué sucede con la lámpara y con el interruptor?
•
Sobre el circuito de una lámpara, entre el neutro y tierra ¿Qué sucede?
•
Sobre el circuito de una lámpara entre una fase y tierra ¿Qué sucede?
•
Durante la operación, se presenta una falla de aislamiento franco en la lámpara, entre una fase
y neutro. Indicar a partir de que tensión Vc se produce el disparo del interruptor.
11
1.1.6 CUESTIONARIO
En una línea de 208 V, un electricista trata de verificar si los conductores de fase están bien
conectados y hace contacto con el conductor L3 por medio de un probador con lámpara de neón y
una placa metálica, y tiene una resistencia de 56 kΩ todo el conjunto en serie.
Para efectuar su verificación el electricista coloca sus pies en el suelo que tiene piso, formando un
circuito eléctrico con una fuente y una malla de conducción.
•
Identificar la fuente y trazar el circuito que sigue la corriente Ic.
•
Calcular la corriente que circula por el cuerpo (Ic) y que va en dirección del suelo.
•
Identificar si el electricista está en peligro y por qué.
•
Si ahora realiza la verificación montado sobre un banco aislado del suelo. ¿Qué puede
constatar?
Fig. 1.6
Figura 1. 6 Circuito con lámpara de Neón Probador
12
1.1.7 ANEXOS
Tubería metálica para agua.
Figura 1. 7 Esquema eléctrico para un sistema unifamiliar
13
1.2 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 2
SIMBOLOGÍA Y CONCEPTOS BÁSICOS.
1.2.1 OBJETIVOS
•
Que el alumno conozca los conceptos mínimos relacionados a una instalación eléctrica en baja
tensión.
•
Que el alumno conozca la simbología que representa a los elementos eléctricos utilizados en la
realización de planos eléctricos correspondientes a una instalación eléctrica.
1.2.2 EXPOSICIÒN
Simbología
La Simbología eléctrica, se utiliza para la realización de planos eléctricos, en los cuales, se puede
distinguir el uso de las Normativas. Entre la simbología más utilizada tenemos:
Salida de Centro Incandescente
Arbotante Incandescente Interior
Arbotante Incandescente Intemperie
Arbotante Incandescente Interior
Lámpara Fluorescente
Contacto Sencillo en muro
Contacto sencillo en piso
Contacto sencillo controlado por apagador
Contacto múltiple en muro
Contacto sencillo Intemperie
14
Salida Especial
Interruptor sencillo
Interruptor sencillo de puerta
Interruptor sencillo de cadena
Interruptor de tres vías o de escalera
Interruptor de cuatro vías de escalera ò paso.
Tablero General
Tablero de Fuerza
Campana
Zumbador
Interruptor Flotador
Botón de Timbre
Ventilador
Salida para Televisión
Registro en muro ò losa
Teléfono directo
Extensión Telefónica
15
Transformador de Corriente
Tablero de portero eléctrico
Teléfono de portero eléctrico
Línea por muro y losa
Línea por piso
Tubería por teléfono
Cuadro Indicador
Medidor de la compañía suministradora de
energía
Interruptor termo magnético
Fusible
Interruptor (de navajas) 1 Polo
Interruptor (de navajas) ò cuchilla de 2 polos
Interruptor (de navajas) ò cuchilla de 3 polos
Interruptor de presión para flotador en
posición abierta (con tanque elevado lleno)
Interruptor de presión para flotador en
posición abierta (con tanque bajo ò cisterna
sin agua)
Figura 2. 1 Simbología eléctrica
16
Conceptos Básicos
Partes de un circuito eléctrico
Todo circuito eléctrico práctico, sin importar qué tan simple o qué tan complejo sea, requiere de
cuatro partes básicas:
•
Una fuente de energía eléctrica.
•
Conductores.
•
Una Carga.
•
Un dispositivo de control.
Corriente Eléctrica
Para trabajar con circuitos eléctricos es necesario conocer la capacidad de conducción de
electrones a través del circuito, es decir, cuántos electrones libres pasan por un punto dado del
circuito en un segundo.
A la capacidad de flujo de electrones libres se le llama corriente y se designa, en general, por la
letra I, que indica la intensidad del flujo de electrones medida en Amperios.
Medición de la corriente eléctrica
Hay instrumentos para tal fin, conocidos como: Amperímetros, miliamperímetros, o micro
amperímetros, dependiendo del rango de medición requerido, estos aparatos indican directamente
la cantidad de corriente medida en Amperes que pasa a través de un circuito.
Para el uso de Corriente Alterna, un Amperímetro se conecta “en serie”, es decir, extremo con
extremo con otros componentes del circuito y se designa con la letra A dentro de un círculo como
se ve en la fig.2.2.
Figura 2. 2 Símbolo del Amperímetro
Voltaje o diferencia de potencial
Es evidente que la energía potencial de los electrones libres en la terminal positiva de un circuito es
menor que la energía potencial de los que se encuentran en la terminal negativa; por tanto, hay
17
una “diferencia de energía potencial” llamada comúnmente diferencia de potencial; esta diferencia
de potencial es la que crea la “presión” necesaria para hacer circular la corriente.
Las fuentes de voltaje en los circuitos son las que crean la diferencia de potencial y producen la
circulación de corriente, por eso también se les conoce como Fuentes de Fuerza Electromotriz
(FEM).
La unidad básica de medición de la diferencia de potencial es el Volt y por lo general, se designa
con la letra V o E y se mide por medio de Voltímetros que se conectan en paralelo con la fuente
como se ve en la fig. 2.3.
Figura 2. 3 Circuito básico para medir Voltaje
Resistencia Eléctrica
Es la oposición que un elemento presenta al paso de la corriente eléctrica a través de él.
Todos los componentes que se usan en los circuitos eléctricos, tienen alguna resistencia, siendo
de particular interés en las instalaciones eléctricas la resistencia de los conductores.
Cuatro factores afectan la resistencia metálica de los conductores:
•
Su longitud
•
El área transversal
•
El tipo de material del conductor y
•
La temperatura.
La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud; es decir, que a mayor
longitud del conductor el valor de la resistencia es mayor.
La resistencia es inversamente proporcional al área o sección (grueso) del conductor; es decir, a
medida que un conductor tiene mayor área su resistencia disminuye.
18
La resistencia se puede medir por medio de aparatos llamados multímetro que integran también la
medición de voltajes y corrientes; el circuito tiene que estar desenergizado para dicha medición. La
resistencia también se puede calcular por método indirecto de voltaje y corriente.
Ley de Ohm
La ley de Ohm presenta los conceptos básicos de la electricidad, es importante tener práctica en su
uso.
La ley de Ohm se expresa de la siguiente manera:
Ec. (1.1)
V=I.R
Donde:
V= Voltaje
I = Corriente
R= Resistencia
a) Potencia:
En los circuitos eléctricos la capacidad de realizar un trabajo se conoce como la potencia; por lo
general se asigna con la letra P y en honor a la memoria de James Watt, inventor de la máquina de
vapor, la unidad de potencia eléctrica es el Watt; se abrevia W.
Muchas veces en algunos dispositivos como lámparas, calentadores, secadoras, etc. Se expresa
su potencia en Watts y entonces es necesario manejar la expresión matemática de la potencia.
Para calcular la potencia eléctrica en un circuito eléctrico se usa la relación:
Ec. (1.2)
P=V.I
Donde:
P= potencia en Watts
V= Voltaje
I= Corriente.
Existen aparatos de lectura directa denominados wattímetro que son muy útiles, particularmente en
los circuitos de corriente alterna; el wattímetro denominado electrodinámico se puede usar tanto en
circuitos de corriente continua como de corriente alterna.
b) Energía Eléctrica:
Es la potencia eléctrica consumida durante un determinado período y se expresa como watts-hora
o kilowatts-hora; la fórmula para su cálculo sería:
Ec. (1.3)
E=V.I.t
19
Donde:
P = potencia
V =Voltaje
I = Corriente
t = tiempo en horas.
El kilowatt-hora es la base para el pago del consumo de energía eléctrica. El dispositivo que mide
el consumo de energía eléctrica es el kilowatt-horímetro que, por lo general, se instala en todas las
casas de habitación y del cual representantes de la empresa eléctrica de suministro, toman
lecturas mensuales.
Conexión en Serie.
Con relación a los circuitos conectados en serie se deben tener ciertas características:
•
La corriente que circula por todos los elementos es la misma; esto se puede comprobar
conectando amperímetros en cualquier parte del circuito y observando que la lectura es la
misma.
•
Si algún elemento se desconecta se interrumpe la corriente en todo el circuito.
•
La magnitud de la corriente que circula es inversamente proporcional a la resistencia de los
elementos conectados al circuito y la resistencia total del circuito es igual a la suma de las
resistencias de cada uno de los componentes.
•
El voltaje total aplicado es igual a la suma de las caídas de voltaje en cada uno de los
elementos de circuito.
Conexión en Paralelo
Las características principales de los circuitos conectados en paralelo son:
Las corrientes que circulan por los elementos principales o trayectorias del circuito son iguales a la
suma de las corrientes de los elementos en derivación, también llamadas ramas en paralelo.
A diferencia de los circuitos conectados en serie, si por alguna razón hay necesidad de remover o
desconectar alguno de los elementos en paralelo, esto no afecta a los otros, es decir, no se
interrumpe el flujo de corriente. Este tipo de conexión es la que se usa más en instalaciones
eléctricas residenciales.
El voltaje en cada uno de los elementos en paralelo es igual al voltaje de la fuente de alimentación.
Circuitos en conexión Serie-Paralelo
Son fundamentalmente una combinación de los arreglos serie y paralelo y de hecho combinan las
características de ambos tipos de circuitos.
20
El concepto de Caída de Voltaje.
Cuando la corriente fluye por un conductor, parte del voltaje aplicado se “pierde” en superar la
resistencia del conductor. Si esta pérdida es excesiva y es mayor de cierto porcentaje que fijan las
normativas en El Salvador en instalaciones eléctricas, lámparas y algunos otros aparatos eléctricos
tienen problemas en su operación.
Para calcular la caída del voltaje se puede aplicar la Ley de Ohm que se ha estudiado con
anterioridad en su forma V = R.I.
La resistencia de los conductores depende de su longitud y de su diámetro; a cada calibre del
conductor le corresponde un dato de su resistencia, que normalmente está expresada en ohms por
cada metro de longitud, lo que permite calcular la resistencia total del conductor como:
Ec. (1.4)
R= r . L
Donde:
R= Resistencia total del conductor.
r = resistencia en ohms/metro.
L= longitud total del conductor.
El diseño Eléctrico
Se puede definir como el desarrollo de un método que permita la distribución de la Energía
eléctrica, desde un punto en que se encuentre disponible y que se conoce como la entrada o punto
de alimentación del servicio eléctrico, hasta los puntos de utilización.
Circuito Derivado
Conjunto de conductores que van hasta el último dispositivo de sobre corriente en el sistema.
Generalmente alimenta a una pequeña parte del sistema.
Alimentador
Conjunto de conductores que alimentan a un grupo de circuitos derivados. En casas de habitación
(instalaciones pequeñas) no hay alimentadores; reciben la potencia a través de los Dispositivos de
protección contra sobre corrientes en los tableros.
Tableros
Conjuntos de dispositivos de sobre corriente contenidos en gabinetes accesibles sólo por el frente.
Subalimentadores
Son circuitos derivados, conocidos como alimentadores secundarios. Se colocan después del
tablero general.
21
Canalizaciones
Una canalización es un conducto cerrado, que proporciona protección mecánica a los conductores,
ya que los aísla físicamente y confirma cualquier problema de calor o chispas producidas por fallas
en aislamiento.
Tubo-Conduit
Es un tipo de tubo (de metal o plástico) que se usa para contener y proteger los conductores
eléctricos usados en las instalaciones
Cajas Eléctricas
Son las terminaciones que permiten acomodar las llegadas de los distintos tipos de tubos conduit,
cables armados, o tubos no metálicos; con el propósito de empalmar cables y proporcionar salidas
para contactos, apagadores, salidas para lámparas y luminarias en general. Estas cajas, se han
diseñado en distintos tipos y dimensiones; así como los accesorios para su montaje para dar la
versatilidad que las instalaciones eléctricas requieren.
Conductores Eléctricos
En general la palabra “Conductor” se usa con un sentido distinto al de alambre, ya que por lo
general un alambre es de sección circular, mientras que un conductor puede tener otras formas
(por ejemplo barras rectangulares o circulares), sin embargo, es común que a los alambres se les
designe como conductores, por lo que en caso de mencionar algún conductor de forma o
características distintas a los alambres, se designará específicamente con el nombre que se le
conozca.
Aislamiento
El aislamiento eléctrico se produce cuando se cubre un elemento de una instalación eléctrica con
un material que no es conductor de la electricidad, es decir, que resiste el paso de la corriente a
través del elemento que recubre y lo mantiene en su trayectoria a lo largo del conductor.
Ampacidad
La Ampacidad de un cable es su capacidad de Conducción; es la máxima corriente en Amperes
que puede ser transportada en un conductor cumpliendo con los requerimientos de seguridad.
Interruptor
Se define como un interruptor pequeño de acción rápida, operación manual y baja capacidad que
se usa, por lo general, para controlar aparatos pequeños domésticos y comerciales así como
unidades de alumbrado pequeñas.
22
Contactos
Los contactos se usan para enchufar (conectar) por medio de clavijas, dispositivos portátiles tales
como lámparas, taladros portátiles, radios, televisores, tostadores, licuadoras, batidoras, secadoras
de pelo, rasuradoras eléctricas, etc.
Portalámparas
Quizás el tipo más común de portalámparas usada en las instalaciones eléctricas de casas de
habitación sea el conocido como “socket” construido de casquillo de lámina delgada de bronce en
forma roscada para alojar al casquillo de los focos o lámparas. La forma roscada se encuentra
contenida en un elemento aislante de baquelita o porcelana y el conjunto es lo que constituye de
hecho el portalámpara.
Dispositivos para protección contra sobre corrientes
Son dispositivos de seguridad que garantizan que la capacidad de conducción de corriente de los
conductores no se exceda.
1.2.3 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS
•
¿Cuántos ohmios de resistencia tiene el filamento de una lámpara piloto de bicicleta en cuyo
casquillo hay la indicación de 6V/0.05A?
•
¿Qué tensión es necesaria para que 14 A circulen por una resistencia de 15 ohmios?
•
Calcular la caída de tensión en un conductor de alimentación cargado con 48 A que tiene una
resistencia de 0.16 ohmios.
•
Al medir una resistencia el voltímetro indica 3.8 V y el amperímetro 0.87 A.
tiene la resistencia?
1.2.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS
•
Tablas de Simbología para diseño de Instalaciones Eléctricas.
•
1 Amperímetro.
•
1 Voltímetro.
•
1 Wattímetro.
•
1 Clamper.
•
Alambre eléctrico.
•
Cable eléctrico tipo AWG número 14.
•
Cable eléctrico tipo AWG número 10.
23
¿Cuántos ohmios
•
Cable eléctrico tipo AWG número 1/0.
•
1 Tenaza punta plana.
•
1 Tenaza punta redonda.
•
1 Desarmador punta plana.
•
1 Desarmador punta estrella.
•
4 Portalámparas.
•
1 Cautín.
•
Estaño.
•
1 Fuente de Voltaje AC.
•
2 Focos de 60 W a 120 V AC.
•
3 Apagadores sencillos de contacto de 120V.
1.2.5 PROCEDIMIENTO
Parte A
El estudiante debe medir y cortar 2 longitudes de cable AWG número 10, una de 10cm y la otra de
20 cm.
El estudiante debe medir y cortar 2 longitudes de cable AWG número 1/0, una de 10cm y la otra de
20 cm.
Medir las resistencias para cada uno de los pedazos cortados y luego llenar la siguiente tabla.
Tabla 1.1 Tipo de Cables
Tipo de cable a diferentes longitudes.
AWG 10 L:____ AWG 10 L:____ AWG 1/0 L:____ AWG 1/0 L:____
Resistencia(ohms)
Parte B
El estudiante debe configurar los circuitos como se muestra en las figuras 2.4 y 2.5, haciendo uso
de los materiales y equipos que el instructor ponga a su disposición.
Mida la corriente que está fluyendo y el voltaje que existe en las posiciones en donde se colocará
el amperímetro y el voltímetro respectivamente, tal como se muestra en las figuras 2.4 y 2.5.
Mida con un wattímetro el nivel de Potencia que consumen las cargas; finalmente, observando las
indicaciones de conexión mostradas por el instructor, se procederá a tomar la medida.
24
Foco 1
Foco 2
Figura 2. 4 Circuito en Serie para medición
Foco 1
Foco 2
Figura 2. 5 Circuito en paralelo para medición
Calcular los valores de potencia consumida por los focos, haciendo uso de los
valores de
corriente y voltaje medidos con anterioridad; comparar los resultados con los resultados obtenidos
con el Wattímetro.
Calcular los valores de Energía que consumen estas cargas en un mes, asumiendo que se utilizan
8 horas diarias.
Parte B
Coloque los apagadores en las posiciones que se muestran en la figura 5.
S1
S2
S3
Foco 1
Foco 2
Figura 2. 6 Circuito en paralelo con apagadores
2- Rellene el cuadro que se muestra a continuación, utilizando las distintas combinaciones de
activación y desactivación de los apagadores.
25
Tabla 1.2 Combinaciones de Apagadores
Apagadores Activados
1
2
Focos Encendidos
3
1
2
1.2.6 CUESTIONARIO
•
¿Por qué se utiliza para esta práctica cable AWG calibre 14?
•
¿Se puede utilizar un cable diferente para hacer una instalación como la que se ha realizado
en esta práctica? Justifique su respuesta
•
¿Qué medidas de seguridad hay que acatar para realizar una instalación de este tipo?
•
¿Qué tipo de protección es la más recomendable utilizar en este tipo de instalación?
•
¿Cómo están configuradas las luminarias en los hogares, en serie o en paralelo? ¿Cómo lo
sabe? ¿Cuál es la ventaja de la configuración que has elegido?
•
Mencione 5 elementos que contienen las instalaciones eléctricas de una casa.
•
Investigue y mencione los colores distintivos en los cables eléctricos.
•
En el mercado Nacional ¿Cuáles son las empresas productoras, proveedoras y distribuidoras
de material Eléctrico? Mencione las más importantes.
•
A nivel Internacional ¿Cuáles países son los más importantes productores de material
eléctrico?
26
1.2.7 ANEXOS
Figura 2. 7. Tomacorrientes.
27
1.3 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 3
COMPONENTES DE UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA RESIDENCIAL
1.3.1 OBJETIVOS
•
Que el alumno conozca los Componentes que debe llevar una Instalación Eléctrica, según el
Código Nacional Eléctrico (NEC) para las Instalaciones Eléctricas Residenciales.
•
Que el alumno aplique los conocimientos adquiridos del Código Nacional Eléctrico (NEC) para
solucionar un caso en particular.
•
Que el alumno aprenda a trabajar en Diseño de Instalaciones Eléctricas utilizando las partes
adecuadas según las Normas Nacionales e Internacionales.
1.3.2 EXPOSICION.
Materiales usados en las Instalaciones Eléctricas
Una instalación eléctrica correctamente diseñada emplea normalmente materiales aprobados o
certificados por las normas nacionales o internacionales, especificados en el catálogo técnico
suministrado por el fabricante.
Tipos de Canalización
Es un conducto cerrado diseñado para contener alambres, cables o buses-ducto, pueden ser
metálicos o no metálicos.
Tipos:
Tubos Conduit Metálicos: dependiendo del uso se pueden instalar en exteriores e interiores; en
áreas secas o húmedas, dan una excelente protección a los conductores. Este tipo de canalización
es el más comúnmente usado, ya que prácticamente se utilizan en todo tipo de atmósferas y para
todas las aplicaciones.
En los ambientes corrosivos adicionalmente, se debe tener cuidado de proteger los tubos con
pintura anticorrosiva, ya que la presentación normal de estos tubos, es galvanizada. Los tipos más
usados son:
•
De pared gruesa (tipo rígido)
•
De pared delgada.
•
Tipo metálico flexible (greenfield)
Tubo Conduit Metálico Rígido (Pared Gruesa): Este tipo de tubo conduit (Fig. 3.1) se suministra
en tramos de 3.05 (10 pies) de longitud en acero o aluminio y se encuentra disponible en diámetros
28
desde ½ pulg. (13 mm.), hasta 6 pulg. (152.4 mm.), cada extremo del tubo se proporciona con
rosca y uno de ellos tiene un acople. El tubo metálico, de acero normalmente, es galvanizado y
además, como se indicó antes, tiene un recubrimiento especial cuando se usa en áreas corrosivas.
El tubo conduit rígido puede quedar embebido en las construcciones de concreto (muros o losas), o
bien puede ir montado superficialmente con soportes especiales. También puede ir apoyado en
bandas de tuberías.
Algunas recomendaciones generales para su aplicación, son las siguientes:
•
El número de dobleces en la trayectoria total de un conduit, no debe exceder a 180º.
•
Siempre que sea posible, y para evitar el efecto de la acción galvánica; las cajas y conectores
usados con los tubos metálicos, deben ser del mismo material.
•
Los tubos se deben soportar cada 3.05 m (10 pies) y dentro de 90 cm. (3 pies) entre cada
salida.
Figura 3. 1 Tubo Conduit Metálico Rígido
Tubo Conduit Metálico intermedio o semipesado: Se fabrica en diámetros de hasta 4 plg. (102
mm) su constitución es similar al tubo conduit rígido de pared gruesa, pero tiene las paredes más
delgadas, por lo que tiene mayor espacio interior disponible. Se debe tener mayor cuidado con el
doblado de estos tubos, ya que tienden a deformarse. Tienen roscados los extremos igual que el
de pared gruesa y de hecho sus aplicaciones son similares.
Tubo Metálico de pared delgada (Rígido ligero).
Estos tubos son similares a los de pared gruesa, pero tienen su pared interna mucho más delgada,
se fabrican en diámetros hasta de 4 plg. (102 mm), se puede usar en instalaciones visibles u
ocultas, embebido en concreto o embutido en mampostería, pero en lugares secos no expuestos a
humedad o ambientes corrosivos.
Estos tubos no tienen sus extremos roscados y tampoco usan los mismos conectores que los tubos
metálicos rígidos de pared gruesa, de hecho usan sus propios conectores de tipo atornillado.
Tubo Conduit Metálico Flexible: Este es un tubo hecho de cinta metálica engargolada (en forma
helicoidal), sin ningún recubrimiento. Hay otro tubo metálico que tiene una cubierta exterior de un
29
material no metálico para que sea hermético a los líquidos. Este tipo de tubo conduit es útil cuando
se hacen instalaciones en áreas donde se dificultan los dobleces con tubo conduit metálico, o
bien, en lugares en donde existen vibraciones mecánicas que puedan afectar las uniones rígidas
de las instalaciones. Este tubo se fabrica con un diámetro minino de 12 mm. (1/2 plg) y un diámetro
máximo de 102 mm. (4 plg).
Figura 3. 2 Cambios de dirección con tubo Conduit.
Tubo Conduit no metálico: En la actualidad hay muchos tipos de tubos conduit no metálicos que
tienen una gran variedad de aplicaciones y están construidos de distintos materiales, tales como:
cloruro de Polivinilo (PVC), fibra de vidrio, polietileno y otros. El más usado en instalaciones
30
residenciales es PVC, que es un material auto extinguible, resistente al colapso, a la humedad y a
agentes químicos específicos. Se puede usar en:
•
Instalaciones ocultas.
•
Instalaciones visibles, cuando no se expone el tubo a daño mecánico.
•
En lugares expuestos a los agentes químicos específicos, en donde el material es resistente,
ejemplo laboratorios farmacéuticos.
No se debe usar en:
•
Áreas y locales considerados como peligrosos.
•
Para soportar luminarias o equipos.
•
Cuando las temperaturas sean mayores de 70º C.
Estos tubos, se pueden doblar mediante la aplicación de aire caliente o líquido caliente.
Las normas de instalación para este tipo de tubería, se encuentran en el Código Nacional Eléctrico
(NEC) en su Artículo 347.
TUBO DE POLIETILENO
El tubo Conduit de polietileno debe ser resistente a la humedad y a ciertos agentes químicos
específicos. Su resistencia mecánica, debe ser adecuada para proporcionar protección a los
conductores y soportar el trato rudo al que se ve sometido durante su instalación.
Por lo general, se le identifica por el color anaranjado. Puede operar con voltajes hasta 150 V a
tierra, embebido en concreto o embutido en muros, pisos y techos. También, se puede enterrar a
una profundidad, no menor a 0.50 m.
Cajas y accesorios para canalización con tubo.
Cajas Eléctricas
La caja eléctrica, es la terminación que permite acomodar las llegadas de los distintos tipos de
tubos conduit, cables armados, o tubos no metálicos; con el propósito de empalmar cables,
lámparas y luminarias en general. Estas cajas, se han diseñado en distintos tipos y dimensiones;
así como los accesorios para su montaje para dar la versatilidad que las instalaciones eléctricas
requieren.
Las cajas, se identifican por sus nombres, pero en general son funcionalmente intercambiables con
algunas pocas excepciones.
31
Esto significa que si se aplican en forma conveniente, prácticamente cualquier tipo de caja, se
puede usar para distintos propósitos. Se fabrican metálicas y no metálicas, básicamente la
selección de una caja depende de lo siguiente:
•
El número de conductores que entran.
•
El tipo y número de dispositivos que se conectan a la caja.
•
El método de alambrado usado.
Cajas metálicas de propósitos generales
Estas cajas de propósitos generales, se clasifican de cualquiera de los
tres tipos de categorías
siguientes:
•
Cajas para apagadores
•
Cajas octagonales
•
Cajas cuadradas
Estas cajas (y sus accesorios), se fabrican con material metálico, aún cuando en forma reciente, se
tienen algunas formas de materiales, no metálicos.
Las cajas rectangulares, se usan para alojar apagadores o contactos, algunas de hecho, se usan
para alojar más de un apagador o dispositivo.
Las cajas octagonales y cuadradas se usan principalmente para salidas de la instalación eléctrica,
ya sea para lámparas o luminarias o para montar otros dispositivos (usando la cubierta apropiada).
Ductos Metálicos con tapa: Este tipo de ductos pueden tener la tapa fija o de tipo desmontable,
sirve para contener y a la vez proteger a los conductores, que se colocan o alojan en el ducto
cuando éste ha sido ya totalmente instalado.
Se usan como canalizaciones visibles en lugares secos, cuando se instalan a la intemperie, se
deben especificar a prueba de agua.
Estos ductos, NO se deben aplicar en los casos siguientes:
•
Cuando puedan estar sujetos a daño mecánico severo.
•
Cuando estén expuestos a vapores o gases corrosivos.
•
En lugares clasificados como peligrosos.
Para los fines de espacio de ventilación, todos los conductores alojados en un ducto, lleven o no
corriente, no deben ocupar más del 40% de la sección transversal interior del ducto y no deben
alojar circuitos de control y señalización; como los usados en: estaciones de botones, lámparas de
señalización y los de puesta a tierra, no se consideran como portadores de corriente.
32
Debido a problemas mecánicos, los ductos metálicos, se diseñan de acuerdo al peso máximo de
los conductores que puedan contener, por lo que NO deben instalarse conductores de un calibre
mayor al calibre para el cual se ha diseñado el ducto.
Los ductos metálicos tienen como accesorios de acoplamiento uniones rectas, ángulos y Tes y se
deben soportar a intervalos que no excedan entre soporte 1.50 m. Los ductos, se fabrican en
dimensiones estándar, de: 10 x 10 cm., 15 x 15 cm., 20 x 20 cm. y longitudes de 150 cm., 60 cm. y
30 cm.
Bandeja para cables
Las charolas o pasos de cable son conjuntos prefabricados en secciones rectas con herrajes que
se pueden unir para formar sistemas de canalizaciones. En general, se tienen disponibles tres tipos
de charolas para cables.
Bandeja de paso: que tienen un fondo continuo, ya sea ventilado o no ventilado y con anchos
estándares, de: 15 cm, 22 cm, 30 cm y 60 cm. Este tipo, se usa cuando los conductores son
pequeños y requieren de un soporte completo.
Bandeja tipo escalera: Estas son de construcción muy sencilla, consisten de dos rieles laterales
unidos o conectados por “barrotes” individuales. Por lo general, se usan como soporte de los
cables de potencia. Se fabrican en anchos estándar, de: 15 cm., 22 cm., 30 cm., 45 cm., 60 cm., y
75 cm. Se fabrican ya sea de acero o de aluminio.
Bandeja tipo canal: Están constituidas de una sección de canal ventilada. Se usan por lo general
para soportar cables de potencia sencillos, múltiples o bien varios cables de control
(multiconductores), se fabrican de acero o aluminio con anchos estándar, de: 7.5 cm. ó 10 cm.
Bus-Ducto
El bus-ducto, es un ensamble prefabricado de barras, aisladores y una canalización metálica que
se usan en distintas formas para la distribución de potencia. Se tienen disponibles en distintas
formas y capacidades y la longitud estándar es de: 3.05 m. También, se encuentran disponibles en
el mercado distintos tipos de arreglos.
Canalizaciones Superficiales
Las canalizaciones superficiales, se fabrican en distintas formas en el tipo metálico. Se usan
generalmente en lugares secos, no expuestos a la humedad y tienen conectores y herrajes de
distintos tipos para dar prácticamente todas las formas deseables en las instalaciones eléctricas.
33
Cajas y accesorios para canalización con tubo (CONDULETS)
En los métodos modernos para instalaciones eléctricas de casas-habitación, todas las conexiones
de conductores o uniones entre conductores se deben realizar en cajas de conexión aprobadas
para tal fin y se deben instalar en donde sean accesibles para poder hacer cambios en el
alambrado.
Apagadores
Un apagador se define como un interruptor pequeño de acción rápida, operación manual y baja
capacidad que se usa, por lo general, para controlar aparatos pequeños domésticos y comerciales
así como unidades de alumbrado pequeñas. Debido a que la operación de los apagadores es
manual, los voltajes nominales no deben exceder de 600 volts.
Apagadores de tres vías.
1.3.3 PRUEBA TEÓRICA DE CONOCIMIENTO
1. Elaborar un diseño arquitectónico y realizar lo siguiente:
Elaborar un diagrama de conexiones eléctricas y de distribución de los dispositivos a utilizar en la
instalación, y ubicarlos en el diagrama arquitectónico diseñado.
•
Tomacorrientes dobles.
•
Interruptor de tres vías.
•
Salida para alumbrado incandescente.
•
Salida para TV.
•
Termostato.
•
Salida para teléfono.
•
Salida para ventilador.
•
Tomacorriente para computadora.
1.3.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS
•
1 punta de guía
•
Tecnoducto
•
Caja de Unión
•
Cable THHN calibre 10
•
Cable THHN calibre 12
•
Cable THHN calibre 14
34
•
Martillo
•
Desarmador punta plana
•
Desarmador punta estrella
•
Cinta Aislante
•
Tenazas punta plana
•
Tenazas punta redonda
•
cajas octogonales
•
apagadores sencillos
•
2 focos de 60 W
•
2 cajas eléctricas
•
Cortadora de cable
•
Calibrador
1.3.5 PROCEDIMIENTO
Parte A
El estudiante debe Abrir las perforaciones de las cajas que van a ser utilizadas, tal como se
muestra en la Fig. 3.3.
Forma de atornillado
Monitor
Figura 3. 3 Atornillado de caja metálica
Como siguiente paso se deben fijar muy bien los elementos a utilizar en ésta práctica sobre los
rieles de soporte que están ubicados en el área de trabajo; previo a ello el instructor debió haber
verificado los diagramas.
Fijar el Tubo Conduit que conecta a todos los elementos previamente fijados en el área de trabajo;
el objeto de esto es tener listo el acceso al cableado de la instalación.
Haciendo uso de una punta de Guía, enguiar los cables que el instructor pondrá a disposición, para
esta instalación, tal como se muestra en la Fig. 3.4.
35
Extremo para
enganchar
Seguro
Riel
Cinta de Nylon
Gancho de
la guía
Conductores
Trenzados
Figura 3. 4 Enguiado de Cable usando punta.
Parte B
El estudiante debe abrir las perforaciones de las cajas que van a ser utilizadas, tal como se
muestra en las figuras anteriores.
Se debe hacer una distribución adecuada de los elementos en el área de trabajo; por lo que el
estudiante tiene que hacer un diagrama de distribución de los elementos basándose en el circuito
mostrado en la Fig. 3.5, como sigue:
36
Retorno
Figura 3. 5 Diagrama de Línea Unifilar
Como siguiente paso se deben fijar muy bien los elementos a utilizar en ésta práctica sobre los
rieles de soporte que están ubicados en el área de trabajo; previo a ello el instructor debió haber
verificado los diagramas; incluyendo el tubo Conduit.
Haciendo uso de una punta de Guía, enguiar los cables que el instructor pondrá a disposición, para
esta instalación, tal como se muestra en las figuras anteriores.
Hacer las conexiones correspondientes a los diagramas mostrados en la figura siguiente.
Figura 3. 6 Diagrama de Alambrado con alimentación para el Switch a Apagador
37
Mostrar el circuito instalado al instructor; hecha la revisión observar los resultados de la instalación.
Parte C
Tomando en cuenta el circuito armado en la parte B, compararlo con la Figura 3.10 siguiente;
realizar los nuevos diagramas unifilares y el diagrama eléctrico respectivo.
Figura 3. 7 Apagador de tres vías
Hacer las conexiones correspondientes para este nuevo circuito.
Mostrar el circuito instalado al instructor, hecha la revisión, observar los resultados de la
instalación.
38
1.3.6 CUESTIONARIO
•
¿Para qué tipo de aplicación sirven los apagadores de tres o cuatro vías?
•
Basado en la pregunta anterior. Dibuje un diagrama unifilar y el diagrama eléctrico, en donde
haya la necesidad de utilizar un apagador de 4 vías.
•
En la figura 3.8 como sigue, se muestran los diagramas de disposición y de alambrado de tres
lámparas controladas, una desde un apagador y las otras dos desde otro, y alimentadas desde
un apagador. Realizar el alambrado con los elementos mostrados.
Figura 3. 8 Diagrama de disposición y alambrado de tres lámparas
Dibuje un diagrama unifilar de la sala de su casa, de la cocina, del baño y de su habitación.
Observando solamente las luminarias, contactos y apagadores.
39
¿Qué recomendaría a una persona que tenga un problema de falso contacto con el sistema de
luminarias en su casa? ¿Cómo puede identificar si el problema está en las luminarias o en la
instalación eléctrica?
1.3.7 ANEXOS
Ejemplo de una instalación Residencial típica Urbana
Figura 3. 9 Instalación Residencial Típica Urbana
40
1.4 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 4.
TIPOS DE CONDUCTORES ELECTRICOS Y SELECCIÓN DE PROTECCIONES DE ACUERDO
A SU CAPACIDAD DE CORRIENTE.
1.4.1 OBJETIVOS
•
Conocer los diferentes tipos de conductores eléctricos que existen para su correcta utilización
en situaciones específicas.
•
Identificar los lugares en donde se deben utilizar los distintos tipos de conductores eléctricos,
según sus propiedades de aislamiento.
•
Calcular el calibre adecuado de los conductores eléctricos en una instalación, dependiendo
de la corriente demandada por el circuito.
•
Elaborar circuitos eléctricos sencillos en donde se refleje la utilización de los distintos tipos de
conductores.
•
Hacer mediciones de voltajes y corrientes en los circuitos eléctricos elaborados.
•
Cálculo de la protección para un circuito eléctrico respetando normas de seguridad industrial.
1.4.2 EXPOSICIÒN
¿QUÉ ES UN CONDUCTOR ELECTRICO?
Se aplica este concepto a los cuerpos capaces de conducir o transmitir la electricidad.
Un conductor eléctrico está formado primeramente por el conductor propiamente tal, usualmente
de cobre.
Este puede ser alambre, es decir, una sola hebra o un cable formado por varias hebras o alambres
retorcidos entre sí.
Los materiales más utilizados en la fabricación de conductores eléctricos son el cobre y el aluminio.
Aunque ambos metales tienen una conductividad eléctrica excelente, el cobre constituye el
elemento principal en la fabricación de conductores por sus notables ventajas mecánicas y
eléctricas.
El uso de uno u otro material como conductor, dependerá de sus características eléctricas
(capacidad para transportar la electricidad), mecánicas (resistencia al desgaste, maleabilidad), del
uso específico que se le quiera dar y del costo.
Estas características llevan a preferir al cobre en la elaboración de conductores eléctricos.
El tipo de cobre que se utiliza en la fabricación de conductores es el cobre electrolítico de alta
pureza, 99.99%. Temple: duro, semiduro y blando o recocido.
41
Dependiendo del uso que se le vaya a dar, este tipo de cobre se presenta en los siguientes grados
de dureza o temple: duro, semiduro y blando o recocido.
Partes que componen los conductores eléctricos:
•
El alma o elemento conductor.
•
El aislamiento.
•
Las cubiertas protectoras.
El alma o elemento conductor
Se fabrica en cobre y su objetivo es servir de camino a la energía eléctrica desde las centrales
generadoras a los centros de distribución (subestaciones, redes y empalmes), para alimentar a los
diferentes centros de consumo (industriales, grupos habitacionales, etc.).
De la forma cómo esté constituida esta alma depende la clasificación de los conductores eléctricos.
Así tenemos:
Según su constitución
Alambre: Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por un solo elemento o hilo
conductor.
Figura 4. 1 Alambre
Cable: Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por una serie de hilos conductores
o alambres de baja sección, lo que le otorga una gran flexibilidad.
Figura 4. 2 Cable
42
Según el número de conductores
Monoconductor: Conductor eléctrico con una sola alma conductora, con aislamiento y con o sin
cubierta protectora.
Figura 4. 3 Mono conductor
Multiconductor: Conductor de dos o más almas conductoras aisladas entre sí, envueltas cada una
por su respectiva capa de aislación y con una o más cubiertas protectoras comunes.
Figura 4. 4 Multiconductor
El aislamiento
El objetivo del aislamiento en un conductor es evitar que la energía eléctrica que circula por él,
entre en contacto con las personas o con objetos, ya sean éstos ductos, artefactos u otros
elementos que forman parte de una instalación.
Del mismo modo, el aislamiento debe evitar que conductores de distinto voltaje puedan hacer
contacto entre sí.
Los materiales aislantes usados, desde sus inicios, han sido sustancias poliméricas, que en
química se definen como un material o cuerpo químico formado por la unión de muchas moléculas
idénticas, para formar una nueva molécula más gruesa. Antiguamente los aislantes fueron de
origen natural, gutapercha y papel.
Posteriormente la tecnología los cambió por aislantes artificiales actuales de uso común en la
fabricación de conductores eléctricos.
43
Los diferentes tipos de aislamiento de los conductores están dados por su comportamiento técnico
y mecánico.
Considerando el medio ambiente y las condiciones de canalización a que se verán sometidos los
conductores que ellos protegen, resistencia a los agentes químicos, a los rayos solares, a la
humedad, a altas temperaturas, llamas, etc.
Entre los materiales usados para aislamiento de conductores podemos mencionar el PVC o cloruro
de polivinilo, el polietileno o PE, el caucho, la goma, el neoprén y el nylon.
Capacidad de transporte de los conductores
La corriente eléctrica origina calentamiento en los conductores efecto Joule.
El exceso de temperatura genera dos efectos negativos en los aislantes:
•
Disminución de la resistencia de aislamiento.
•
Disminución de la resistencia mecánica.
El servicio operativo de la energía eléctrica y su seguridad dependen directamente de la calidad e
integridad del aislamiento de los conductores.
Los aislamientos deben ser calculados en relación a la carga de energía eléctrica que transporten
los conductores y a la sección o diámetro de los mismos.
Factores de corrección a la capacidad de transporte.
La capacidad de transporte de los conductores está restringida por su capacidad de disipar la
temperatura del medio que los rodea. Para ello, los aislantes no deben sobrepasar la temperatura
de servicio de los conductores.
Dimensionamiento de calibre de conductores por caída de voltaje.
Al circular una corriente eléctrica a través de los conductores de una instalación; se produce en
ellos una caída de tensión que responde a la siguiente expresión:
Vp = I ∗ Rc (Ω )
Ec. (1.5)
Donde:
Vp= Voltaje de Pérdida (V)
I= Corriente de Carga (A)
Rc= Resistencia de los Conductores (ohmios)
La resistencia de un conductor eléctrico, responde a la siguiente expresión, que relaciona sus
parámetros físicos y la naturaleza del material conductor:
44
Rc =
2 ∗ ρ ∗ l
(Ω
A
)
Ec. (1.6)
Donde:
ρ= Resistividad específica del conductor (Ohm mm2 / m)
(p Cu=0018(Ohm-mm2/m))
l= Longitud del conductor (m)
A= Sección de conductor (mm2)
La expresión para determinar la sección del conductor en función del Vp queda finalmente del
siguiente modo:
A=
2∗ ρ ∗l
× I mm 2
Vp
(
)
Ec. (1.7)
Donde:
ρ= Resistividad específica del conductor (Ohm mm2 / m)
(p Cu=0018(Ohm-mm2/m))
l= Longitud del conductor (m).
A= Sección de conductor (mm2).
I= Corriente a través del conductor.
La exigencia con respecto al Vp, establece que la Pérdida de Tensión en la Línea no debe exceder
a un 3% la Tensión Nominal de Fase; siempre y cuando la pérdida de voltaje en el punto más
desfavorable de la instalación no exceda a un 5 % de la tensión nominal.
1.4.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
¿Cuáles son las partes que componen a un conductor eléctrico?
•
¿Cuál es la diferencia entre cable y alambre?
•
¿Qué es un multiconductor?
•
¿Qué es un monoconductor?
•
¿Qué efectos negativos causa el aumento de temperatura en el aislamiento de los
conductores?
•
¿De qué porcentaje debe de ser la caída máxima de voltaje en una instalación eléctrica entre
los alimentadores y los ramales?
•
Mencione las características físicas de los siguientes conductores (Referirse al anexo):
o
THHN.
o
THWN
o
TNM
45
1.4.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS.
•
1 cuerpo terminal.
•
1 Contador Digital
•
1 Caja Térmica.
•
1 Caja de registro 8X6X4 pulgadas.
•
1 Caja Rectangular sencilla.
•
1 Caja Octagonal sencilla.
•
1 Receptáculo.
•
1 Toma corriente doble.
•
Tecnoducto.
•
Conector Tecnoducto.
•
Alambre Galvanizado # 16.
•
Cinchos plásticos.
•
Scotch lock para calibre 6, 10, 12 y 14.
•
Luminaria.
•
Cable TNM Calibre 12X3.
•
Cable THHN Calibre 12 - 6 - 10 y 14.
•
Bushing.
•
1 interruptor de dos vías.
•
Coraza galvanizada.
•
Cinta aislante.
1.4.5 PROCEDIMIENTO
PARTE A:
Antes de comenzar con el armado del circuito identifique correctamente cada uno de los elementos
a utilizar en la práctica y si tiene alguna duda consulte a su instructor.
Tome el cuerpo terminal y colóquelo al lado izquierdo del modulo de trabajo teniendo cuidado de
ubicarlo fijamente.
Ahora tome la tubería conduit de 1 pulgada y ajústela correctamente con la camisa conduit de 1
pulgada al cuerpo terminal.
Seguidamente tome el contador eléctrico y colóquelo fijamente en el modulo.
Ahora tome la caja térmica y
colóquela en el modulo amarrándola fijamente con alambre
galvanizado por la parte de atrás.
46
Del contador eléctrico a la caja térmica se colocará tecnoducto para el debido transporte de los
conductores.
Ahora tome la caja de registro de 8x6x4 pulgadas y amárrela al módulo con alambre de amarre.
De la misma forma coloque tecnoducto de la caja térmica a la caja de distribución.
Finalmente fije las 2 cajas rectangulares una para el interruptor y la otra para el tomacorriente
doble así como también la caja octagonal para la luminaria recordando que las uniones entre ellas
deben hacerse con Tecnoducto.
A cada una de las uniones de tubería con caja se le colocará su respectivo conector y su bushing
para no dañar el conductor.
PARTE B:
En esta parte se procederá a armar el circuito eléctrico recordando las siguientes normas:
•
El calibre mínimo de conductor para la acometida eléctrica es el calibre No. 6.
•
Calibre mínimo para alimentadores es el No. 10.
•
El calibre mínimo para tomacorrientes es No.12.
•
Calibre mínimo para luminarias es No.14.
Estos son criterios que se deben tomar en cuenta a la hora del dimensionamiento de
los
conductores, pero estos calibres dependerán principalmente de la carga eléctrica demandada, la
temperatura ambiente ºC así también de la caída de voltaje máxima permitida.
Es bueno recordar también que las protecciones termo magnéticas que se usarán deberán ser
cargadas al 80 % de su capacidad nominal.
CABLEADO Y ARMADO DEL CIRCUITO.
Introduzca en cada una de las canalizaciones ya empotradas en el módulo el alambre galvanizado
el cual nos servirá como guía para introducir más fácilmente los conductores en las tuberías.
Ahora amarre a la punta del alambre galvanizado los conductores que serán introducidos en la
tubería, e introdúzcalos teniendo cuidado de no dañarlos.
Realice las conexiones indicadas en el circuito teniendo cuidado del uso de los scotch lock en los
empalmes y de la cinta aislante para evitar cortocircuitos.
47
Interruptor 3 vías
Interruptor 4 vías
Interruptor 3 vías
Figura 4.5 Diagrama de conexiones
Realice pruebas de cortocircuito y si no hay ningún problema alimente el circuito armado.
Estime la cantidad de conductor utilizada desde la entrada al cuerpo terminal hasta la parte final del
circuito (carga) y mida los voltajes en ambos puntos y calcule la caída de voltaje.
Tabla 1.3 Mediciones
VOLTAJE
ENTRADA
V
VOLTAJE CARGA V
CAIDA DE
VOLTAJE
%
Sabiendo cuales son los alimentadores y los ramales verifique que la caída de voltaje entre la
suma de ellos no exceda el 5 % permitido.
48
1.4.6 CUESTIONARIO.
•
¿Si se utilizara conductor de aluminio en lugar del cobre con los calibres idénticos en todo el
circuito de cuanto sería la caída de voltaje desde la entrada al cuerpo terminal hasta la carga?
•
Por qué es necesario que a la hora de medir continuidad en la alimentación de la caja térmica
para la prueba de cortocircuito nos dé un valor distinto de 0?
•
¿Qué significa una resistencia aproximadamente de cero en el circuito armado en la prueba de
cortocircuito? ¿Y a qué se debe? Explique.
•
¿De cuánto sería la caída de voltaje si en lugar de utilizar calibre 6 para la acometida
utilizáramos calibre 14?
49
1.4.7 ANEXOS.
Tabla 1.4.Tipos de conductores eléctricos y sus características.
Tipo de aislamiento.
T° Max. De
Designación
servicio. °C
Tensión
Max. De
Servicio.
V(ca)
Monoconductor con aislación
de PVC.
T
60
600
Monoconductor con
aislamiento de PVC
resistentes a la humedad.
THW(1)
60
600
Monoconductor con aislación
de PVC y cubierta de un
Nylon resistente a la
THHN
humedad, mayor temperatura,
a los lubricantes y
combustibles.
75
Condiciones de Empleo
En interiores con
ambiente seco,
colocación dentro de
tubos embutidos o
sobrepuestos o
directamente sobre
aisladores.
Id. T pero para
ambiente seco o
húmedo y mayor
temperatura.
600
Id. THW, y para
utilizarse en ambientes
en que se manipulen
lubricantes y
combustibles.
Multiconductor: aislación y
chaqueta de PVC.
TN-60
60
600
Para instalar en
recintos secos y
húmedos a la
intemperie, sin
exponerse a rayos
solares en canales
directamente
enterradas en el suelo y
bajo el agua con
protección adicional
cuando esté expuesto a
posibles daños
mecánicos.
Cable multiconductor con
aislación de PVC resistente a
mayores temperaturas.
TN-90
90
600
Id. TN-75 con mayor
temperatura.
600
Ambiente húmedo y
corrosivo sobrepuesto
en canales,
instalaciones
subterráneas en
ductos, directamente
bajo tierra, en agua y a
la interperie sin
exponerse a los rayos
solares.
Monoconductor con aislación
de polietileno y chaqueta de
PVC.
TTU(1) PT
75
50
CAPACIDADES DE CONDUCCION DE CORRIENTE DE CABLES DE BAJA TENSION.
Capacidad de conducción de corriente en amperios de conductores aislados de 0 v a 2000 v, 60 º
C a 90 º C.
No más de 3 conductores en un cable o en una canalización o directamente enterrados para
temperatura ambiente de 30 º C.
Tabla 1.5 Capacidades de Conducción de Corriente de cables de baja tensión
Calibre
AWG o
kCM
Area de la
sección
transversal
mm
18
16
14
12
10
8
6
4
2
1
1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
400
500
600
750
1000
0.824
1.31
2.08
3.31
5.26
8.37
13.3
21.2
33.6
42.4
53.5
67.4
85
107
127
152
177
203
253
304
380
507
60°C
Tipos
TW
TWD
CCE
20
25
30
40
55
70
95
110
125
145
165
195
215
240
260
280
320
355
400
455
Temperatura máxima de operación
75°C
90°C
75°C
90°C
Tipos
Tipos
Tipos
Tipos
RHW
RHH, RHW-2
RHW RHH, RHW-2
THW,THW-LS THW-2, THHW XHHW
XHHW
THHW, THWN
THHW-LS
BM-AL
XHHW-2
XHHW
THWN-2, THHW
DRS
XHHW, XHHW-2
Cobre
Aluminio
14
18
20
25
25
30
35
40
50
55
65
75
50
60
85
92
65
75
115
130
90
100
130
150
100
115
150
170
120
135
175
195
135
150
200
225
155
175
230
260
180
205
255
290
205
230
285
320
230
255
310
350
250
280
355
380
270
305
380
430
310
250
420
475
340
285
475
535
385
435
545
615
445
500
51
Tabla 1.6 Factores de Corrección
Temperatura
Para temperatura ambiente diferente de 30°C, multiple las
ambiente °C capacidades de corriente por el factor de corrección correspondiente.
21-25
26-30
31-35
36-40
41-45
46-50
51-55
1.08
1
0.91
0.82
0.71
0.58
0.41
1.05
1
0.94
0.88
0.82
0.75
0.67
1.04
1
0.96
0.91
0.87
0.82
0.76
1.05
1
0.94
0.88
0.82
0.75
0.67
1.04
1
0.96
0.91
0.87
0.82
0.76
CAPACIDADES DE CONDUCCION DE CORRIENTE DE CABLES DE BAJA TENSION.
Capacidad de conducción de corriente en amperios de cables mono conductores de 0 V a 2000 V,
al aire libre y para una temperatura de 30 º C.
Tabla 1.7 Capacidades de Corriente en Baja Tensión
Area de la
sección
Calibre AWG
transversal
o kCM
mm
.
18
16
14
12
10
8
6
4
2
1
1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
400
500
600
750
1000
0.824
1.31
2.08
3.31
5.26
8.37
13.3
21.2
33.6
42.4
53.5
67.4
85
107
127
152
177
203
253
304
380
507
60°C
Tipos
TW
25
30
40
60
80
150
140
165
195
225
260
300
340
375
420
455
515
575
655
780
Temperatura máxima de operación
75°C
90°C
75°C
90°C
Tipos
Tipos
Tipos
Tipos
RHW
RHH, RHW-2
RHW RHH, RHW-2
THW,THW-LS THW-2, THHW XHHW
XHHW
THHW, THWN THHW-LS
XHHW-2
XHHW
THWN-2, THHW
USE-2
XHHW, XHHW-2
Cobre
Aluminio
18
24
30
35
35
40
50
55
70
80
95
105
75
80
125
140
100
110
170
190
435
150
195
220
155
175
230
260
180
205
265
300
210
235
310
350
240
275
360
405
280
315
405
455
315
355
445
505
350
395
505
570
395
445
545
615
425
480
620
700
485
545
690
780
540
615
785
885
620
700
935
1055
750
845
52
Tabla 1.8 Factores de Corrección
Para temperatura ambiente diferente de 30°C, multiple
Temperatura ambiente °C las capacidades de corriente por el factor de corrección
correspondiente.
21-25
26-30
31-35
36-40
41-45
46-50
51-55
1.08
1
0.91
0.82
0.71
0.58
0.41
1.05
1
0.94
0.88
0.82
0.75
0.67
53
1.04
1
0.96
0.91
0.87
0.82
0.76
1.05
1
0.94
0.88
0.82
0.75
0.67
1.04
1
0.96
0.91
0.87
0.82
0.76
1.5 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 5.
TIPOS DE CANALIZACIONES SUPERFICIALES Y EMPOTRADAS DE TIPO
INDUSTRIAL.
1.5.1 OBJETIVOS
•
Conocer los distintos tipos de canalizaciones que se utilizan en la actualidad.
•
Conocer las propiedades de cada uno de los tipos de canalización a utilizar en una instalación.
•
Saber donde, cuando y en que tipo de instalación eléctrica se debe de utilizar una canalización
determinada.
•
Aprender a utilizar las tablas de factores de reducción
debido a la capacidad de llevar
conductores dentro de una tubería.
•
Poder seleccionar el calibre adecuado de la tubería a utilizar dependiendo del número de
conductores que se necesiten transportar.
•
Elaborar circuitos eléctricos sencillos en donde se
utilicen
los distintos tipos de
canalizaciones.
1.5.2
EXPOSICIÒN
¿Que son las canalizaciones eléctricas?
Se
entiende por canalizaciones
eléctricas a los dispositivos que se emplean en las
instalaciones eléctricas para contener a los conductores de manera que queden protegidos contra
deterioro mecánico y contaminación, y que además protejan a las instalaciones contra incendios
por arcos eléctricos que se presenten en condiciones de cortocircuito.
Los medios de canalización más comunes en las instalaciones eléctricas son:
•
Tubos-conduit.
•
Ductos.
•
Bandejas.
TUBOS CONDUIT.
El tubo conduit es usado para contener y proteger los conductores eléctricos usados en las
instalaciones. Estos tubos pueden ser de aluminio, acero o aleaciones especiales. Los tubos de
acero a su vez se fabrican en los tipos pesado, semipesado y ligero, distinguiéndose uno de otro
por el espesor de la pared.
54
TUBO CONDUIT DE ACERO PESADO
Estos tubos conduit se encuentran en el mercado ya sea en forma galvanizada o bien con
recubrimiento negro esmaltado, normalmente en tramos de 3.05 metros de longitud con rosca en
ambos extremos. Se usan como conectores para este tipo de tubo los llamados coples, niples
(corto y largo), así como niples cerrados o de rosca corrida. El tipo de herramienta que se usa para
trabajar en los tubos conduit de pared gruesa es el mismo que se utiliza para tuberías de agua en
trabajos de plomería.
Estos tubos se fabrican en secciones circulares con diámetros que van desde los 13 mm (0.5
pulgadas) hasta 152.4 mm (6 pulgadas). La superficie interior de estos tubos como en cualquiera
de los otros tipos debe ser lisa para evitar daños al aislamiento o a la cubierta de los conductores.
Los extremos se deben limar para evitar bordes cortantes que dañen a los conductores durante el
alambrado
Los tubos rígidos de pared gruesa del tipo pesado y semipesado pueden emplearse en
instalaciones visibles u ocultas, ya sea embebido en concreto o embutido en mampostería, en
cualquier tipo de edificios y bajo cualquier condición atmosférica. También se pueden usar
directamente enterrados, recubiertos externamente para satisfacer condiciones más severas.
En los casos en que sea necesario realizar el doblado del tubo metálico rígido, éste debe hacerse
con la herramienta apropiada para evitar que se produzcan grietas en su parte interna y no se
reduzca su diámetro interno en forma apreciable.
Para conductores con aislamiento normal alojados en tubo conduit rígido, se recomienda que el
radio interior de las curvas sea igual o mayor que el diámetro exterior del tubo multiplicado por seis.
Cuando los conductores poseen cubierta metálica, el radio de curvatura debe ser hasta 10 veces el
diámetro exterior del tubo.
El número de curvas en un tramo de tubería colocado entre dos cajas de conexiones consecutivas
o entre una caja y un accesorio, o bien, entre dos accesorios, se recomienda que no exceda a dos
de 90º (180º en total).
TUBO CONDUIT METÁLICO DE PARED DELGADA (THIN WALL)
A este tubo se le conoce también como tubo metálico rígido ligero. Su uso es permitido en
instalaciones ocultas o visibles, ya sea embebido en concreto o embutido en mampostería en
lugares de ambiente seco no expuestos a humedad o ambiente corrosivo.
No se recomienda su uso en lugares en los que, durante su instalación o después de ésta, se
encuentre expuesto a daños mecánicos. Tampoco debe usarse directamente enterrado o en
lugares húmedos, así como en lugares clasificados como peligrosos.
55
El diámetro máximo recomendable para esta tubería es de 51 mm (2 pulgadas) y debido a que la
pared es muy delgada, en estos tubos no debe hacerse roscado para atornillarse a cajas de
conexión u otros accesorios, de modo que los tramos deben unirse por medio de accesorios de
unión especiales.
Figura 5. 1 Tubo Conduit para pared delgada
TUBO CONDUIT FLEXIBLE (CORAZA METALICA)
En esta designación se conoce al tubo flexible común fabricado con cinta engargolada (en forma
helicoidal), sin ningún tipo de recubrimiento. A este tipo de tubo también se le conoce como
Greenfield. Se recomienda su uso en lugares secos y donde no se encuentre expuesto a corrosión
o daño mecánico. Puede instalarse embutido en muro o ladrillo, así como en ranuras.
No se recomienda su aplicación en lugares en los cuales se encuentre directamente enterrado o
embebido en concreto. Tampoco se debe utilizar en lugares expuestos a ambientes corrosivos, en
caso de tratarse de tubo metálico. Su uso se acentúa en las instalaciones de tipo industrial como
último tramo para conexión de motores eléctricos.
En el uso de tubo flexible el acoplamiento a cajas, ductos y gabinetes se debe hacer utilizando los
accesorios apropiados para tal objeto. Asimismo, cuando este tubo se utilice como canalización fija
a un muro o estructura, deberá sujetarse con abrazaderas que no dañen al tubo, debiendo
colocarse a intervalos no mayores a 1.50 metros.
56
Figura 5. 2 Coraza Metálica
CAJAS Y ACCESORIOS PARA CANALIZACIÓN CON TUBO CONDUIT
Todas las conexiones o uniones entre conductores deben ser realizadas dentro de cajas de
conexión diseñadas y aprobadas para este fin. Estas cajas deben estar instaladas en lugares en
los que resulten accesibles para poder realizar cambios y modificaciones en el cableado. Además,
todos los apagadores y salidas para lámparas, así como los contactos, deben encontrarse alojados
en cajas.
Estas cajas se construyen de metal o de plástico, según su uso. Las cajas metálicas se fabrican
con acero galvanizado en cuatro formas: cuadradas, octagonales, rectangulares y circulares. Las
hay en varios anchos, profundidades y perforaciones que faciliten el acceso de las tuberías. Estar
perforaciones se localizan en las paredes laterales y en el fondo.
DIMENSIONES DE CAJAS DE CONEXIÓN
TIPO RECTANGULAR: 6 X 10 cm de base y 3.8 cm de profundidad con perforaciones para tubería
conduit de 13 mm.
REDONDAS: Diámetro de 7.5 cm y 3.8 cm de profundidad para tubo conduit de 13 mm.
CUADRADAS: Tienen distintas medidas y se designan o clasifican de acuerdo con el diámetro de
sus perforaciones, por ejemplo, cajas cuadradas de 13, 19, 25, 32 mm, etc.
En instalaciones residenciales se utilizan principalmente cajas cuadradas de 13 mm, cuyas
medidas son 3 x 3 pulgadas con 1.5 pulgadas de profundidad. Estas solamente sujetan tuberías de
13 mm.
57
Otros tipos de cajas cuadradas como la de 19 mm base de 4 x 4 pulgadas con profundidad de 1.5
pulgadas y con perforaciones para tuberías de 13 y 19 mm. Las de 25 mm son de 12 x 12 cm de
base con 55 mm de profundidad y perforaciones para tubos de 13, 19 y 25 mm.
Cuando se utilicen cajas metálicas en instalaciones visibles sobre aisladores o con cables con
cubierta no metálica, o bien, con tubo no metálico, es recomendable que dichas cajas se instalen
rígidamente a tierra. En los casos de baños y cocinas, este requisito es obligatorio. En este caso
debe tenerse cuidado que los conductores queden protegidos contra la abrasión.
Las cajas no metálicas se pueden usar en: instalaciones visibles sobre aisladores, con cables con
cubierta no metálica y en instalaciones con tubo no metálico.
REGISTROS CONDULET
Estos registros se utilizan en instalaciones visibles, tienen una o varias salidas para acoplamiento
con las tuberías, así como una tapa removible para realizar las conexiones. Su denominación
depende del número o tipo de salidas que posea.
Por su tipo de fabricación se clasifican en:
•
Ordinario
•
A prueba de polvo y vapor
•
A prueba de explosión
Por su tipo de tapa se pueden clasificar en:
•
De paso: tapa ciega
•
De acople exterior: tapa con niple macho
•
De contacto: tapa de contacto doble, sencillo o salida especial.
Figura 5. 3 Registro Condulet
58
ALOJAMIENTO DE CONDUCTORES EN TUBERÍAS CONDUIT.
Normalmente los conductores en las instalaciones eléctricas se encuentran alojados ya sea en
tubos conduit o en otro tipo de canalizaciones. Como se ha mencionado, los conductores se
encuentran limitados en su capacidad de conducción de corriente debido al calentamiento, ya que
se tienen limitaciones para la disipación del calor y también porque el aislamiento mismo
representa limitaciones de tipo térmico.
Debido a estar restricciones térmicas, el número de conductores dentro de un tubo conduit se limita
de manera tal que permita un arreglo físico de conductores de acuerdo a la sección del tubo
conduit o de la canalización, facilitando su alojamiento y manipulación durante la instalación. Para
obtener la cantidad de aire necesaria para disipar el calor, se debe establecer la relación adecuada
entre la sección del tubo y la sección ocupada por los conductores.
Si A es el área interior del tubo y Ac es el área total ocupada por los conductores, el factor de
relleno es:
F=
Ac
A
Ec. (1.8)
F=0.53 para 1 conductor
0.51 para 2 conductores
0.40 para 4 o más conductores
DUCTOS
Estos son otros medios para la canalización de conductores eléctricos. Se usan solamente en las
instalaciones eléctricas visibles ya que no pueden meterse embutidos en pared, ni dentro de
columnas de concreto. Los ductos se fabrican en lámina de acero acanalada de sección cuadrada
o rectangular. Las tapas se montan atornilladas. Su aplicación más común se encuentra en
instalaciones industriales y laboratorios.
Los conductores se colocan dentro de los ductos en forma similar a los tubos conduit. Pueden
utilizarse tanto para circuitos alimentadores como para circuitos derivados. Su uso no está
restringido a los que se mencionaron en el párrafo anterior, ya que también pueden emplearse en
edificios multifamiliares y oficinas, por ejemplo. La instalación de ductos debe hacerse tomando
algunas precauciones, como evitar su cercanía con tuberías transportadoras de agua o cualquier
otro fluido. Su uso se restringe para áreas consideradas como peligrosas.
59
Figura 5. 4 Ductos
Los ductos ofrecen muchas ventajas en comparación con la tubería conduit: ofrecen mayor espacio
para el alojamiento de conductores, también son más fáciles de cablear. En un mismo ducto se
pueden tener circuitos múltiples, así se aprovecha mejor la capacidad conductiva de los cables al
tenerse una mayor disipación de calor. La desventaja es que necesitan mayor mantenimiento.
Se permite un máximo de 30 conductores hasta ocupar un 20% del interior del ducto. En el caso de
empalmes o derivaciones puede ser hasta un 75%.
El empleo de ductos en instalaciones industriales, de laboratorios, edificios de viviendas o edificios
de oficinas tienen ciertas ventajas como:
•
Facilidad de instalación.
•
Se vende en tramos de diferentes medidas, lo que hace su instalación más versátil.
•
Facilidad y versatilidad para la instalación de conductores dentro del ducto, teniéndose la
posibilidad de agregar más circuitos a las instalaciones ya existentes.
•
Son 100% recuperables: al modificarse una instalación se desmontan y pueden ser usados
nuevamente.
•
Fáciles de abrir y conectar derivaciones.
•
Ahorro en herramienta y en mano de obra para la instalación.
•
Facilitan la ampliación de las instalaciones.
60
ESCALERIAS.
En el uso de escalerías se tienen aplicaciones parecidas a las de los ductos con algunas limitantes
propias de los lugares en los que se hace la instalación.
En cuanto a la utilización de escalerías se dan las siguientes recomendaciones:
•
Procurar alinear los conductores de manera que queden siempre en posición relativa en todo el
trayecto, especialmente los de grueso calibre.
•
En el caso de tenerse un gran número de conductores delgados, es conveniente realizar
amarres a intervalos de 1.5 a 2 metros aproximadamente, procurando colocar etiquetas,
procurando colocar etiquetas de identificación cuando se trate de conductores pertenecientes a
varios circuitos. En el caso de conductores de grueso calibre, los amarres pueden hacerse
cada 2 ó 3 metros.
•
En la fijación de conductores que viajan a través de escalerías por trayectorias verticales largas
es recomendable que los amarres sean hechos con abrazaderas.
Figura 5. 5 Escalerías
1.5.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
¿Qué es una canaleta eléctrica?
•
Mencione los distintos tipos de canalizaciones que existen y describa brevemente en qué
situación se deben de utilizar.
•
¿Cuál es el máximo porcentaje del área de un ducto que puede ser utilizado por conductores y
diga en qué situación específica se puede hacer?
•
Mencione 4 ventajas de utilizar ductos eléctricos.
61
1.5.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS.
•
Cuerpo terminal.
•
Caja Térmica.
•
Caja de registro.
•
Cajas Rectangular tipo pesado.
•
Caja Octagonal tipo pesado.
•
Receptáculo.
•
1 Toma corriente doble.
•
Tubería EMT de 1 plg.
•
Conector EMT de tornillo.
•
Alambre Galvanizado # 16.
•
Abrazadera conduit.
•
Scotch lock.
•
Luminaria.
•
Cable TNM Calibre 12X3.
•
Cable THHN Calibre 12 - 6 - 10 y 14.
•
Bushing.
•
1 interruptor de dos vías.
•
Coraza galvanizada.
•
Cinchos plásticos.
1.5.5 PROCEDIMIENTO.
PARTE A:
Diseñe un circuito eléctrico de conexiones que conste de un tomacorriente doble y el control de una
luminaria desde un lugar, identifique correctamente cada uno de los elementos a utilizar en la
práctica y si tiene alguna duda consulte a su instructor.
Tome el cuerpo terminal y colóquelo al lado izquierdo del modulo de trabajo teniendo cuidado de
ubicarlo fijamente.
Ahora tome la tubería conduit de 1 pulgada y ajústela correctamente con la camisa conduit de 1
pulgada al cuerpo terminal.
Ahora tome la caja térmica y
colóquela en el módulo amarrándola fijamente con alambre
galvanizado por la parte de atrás.
Del contador eléctrico a la caja térmica se colocara coraza galvanizada para el debido transporte
de los conductores.
62
Ahora tome la caja de registro de 8x6x4 pulgadas y amárrela al modulo con alambre de amarre.
De la misma forma coloque tubería EMT aluminio de la caja térmica a la caja de distribución.
Finalmente fije las 2 cajas rectangulares tipo pesado una para el interruptor y la otra para el
tomacorriente doble así como también la caja octagonal tipo pesado para la luminaria recordando
que las uniones entre ellas deben hacerse con Tubería EMT aluminio.
A cada una de las uniones de tubería con caja se le colocara su respectivo conector EMT de
tornillo y su bushing para no dañar el conductor.
PARTE B:
En esta parte se procederá a armar el circuito eléctrico.
.
Es bueno recordar que las protecciones termo magnéticas deberán de ser cargadas al 80 % de su
capacidad nominal.
En esta práctica lo importante es identificar y utilizar adecuadamente cada una de las tuberías,
recordando que este tipo de canalizaciones se utilizan en instalaciones industriales de tipo
superficial en donde se necesita una buena protección para el cuidado de los conductores debido
a lo cual toda la tubería es metálica y las cajas rectangulares y octagonales son de tipo pesado.
Este tipo de canalizaciones se colocan en las paredes con abrazaderas para tubería EMT y son
sujetadas con una pistola de clavos HILTI, pero para nuestro caso todo se hará con cinchos
plásticos para efectos prácticos.
CABLEADO Y ARMADO DEL CIRCUITO.
Introduzca en cada una de las canalizaciones ya empotradas en el módulo el alambre galvanizado
el cual nos servirá como guía para introducir más fácilmente los conductores en las tuberías.
Ahora amarre a la punta del alambre galvanizado los conductores que serán introducidos en la
tubería, e introdúzcalos teniendo cuidado de no dañarlos.
Toda la tubería metálica tipo EMT y coraza galvanizada debe conectarse a tierra para evitar un
accidente.
Realice pruebas de cortocircuito y si no hay ningún problema alimente el circuito armado.
1.5.6 CUESTIONARIO.
•
¿Porque es necesario que toda la tubería metálica se conecte a tierra y si no se hiciera que
sucedería? ¿En qué lugares en más conveniente utilizar tubería conduit y coraza galvanizada?
Explique.
•
Mencione 4 tipos de canalizaciones eléctricas industriales y explique su utilización.
63
1.5.7 ANEXOS.
Tabla 1.9 Número Máximo de Conductores Aislados en Tubería Conduit.
CALIBRE
AWG
MCM
TW,T
14
RUH TWW
12
XHHW
10
8
RHW
14
RHH(R-90)
12
Sin cubierta
10
THW
8
6
4
3
TW,T,THW
2
1
1/0
2/0
3/0
RUH(del 6 al 2)
4/0
RUW(del 6 al 2)
250
300
RHW
350
RHH(R-90)
400
Sin cubierta
500
600
700
750
14
12
THWN.
10
THHN.
8
XHHW.
6
(del 4 AWG
4
al 500 MCM
3
2
1
TIPOS
DIAMETRO DEL TUBO CONDUIT EN PULGADAS
9
7
5
2
6
4
4
1
1
1
1
1
1
25
19
15
7
16
13
11
5
4
3
2
2
1
1
1
1
1
1
15
12
9
4
10
8
6
3
2
1
1
1
1
1
1
1
1
13
10
6
3
1
1
1
1
21
18
11
5
4
2
1
1
1
39
29
18
9
6
4
3
3
1
64
44
35
26
12
29
24
19
10
7
5
4
4
3
2
1
1
1
1
1
1
1
1
69
51
32
16
11
7
6
5
3
60
47
36
17
40
32
26
13
10
7
6
5
4
3
3
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
94
70
44
22
15
9
8
7
5
99
78
60
28
66
53
43
22
16
12
10
9
6
5
5
4
3
2
2
1
1
1
1
1
1
154
114
73
36
26
16
13
11
8
142
111
85
40
93
76
61
32
23
17
15
13
9
8
7
6
5
4
3
3
2
1
1
1
1
171
131
62
143
117
96
49
36
27
23
20
14
12
10
9
7
6
5
4
4
3
3
2
2
154
104
51
37
22
19
16
12
160
79 106 136
57 78 98
35 47 60
29 39 51
25 33 43
18 25 32
176
84 108
192
157
127 163
66 85
48 62
38 47
31 40
27 34
19 25
16 21
14 18
12 15
10 13
8
10
7
9
6
8
5
7
4
6
4
5
3
4
3
4
1.6 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 6
INSTALACION SUBTERRANEA.
1.6.1 OBJETIVOS
•
Conocer los distintos tipos de canalizaciones subterráneas que se utilizan en la industria.
•
Aprender a diseñar un plano en detalle de pozo de registro brindando las tuberías que lo
conforman y su debida orientación.
•
Diferenciar los tipos de tubería eléctrica PVC y utilizarla en los sitios adecuados dependiendo
del tránsito externo de la zona en que se encuentra enterrada la tubería.
1.6.2 EXPOSICION
En cualquier tipo de instalación subterránea, la calidad de la instalación es uno de los factores más
importantes en el comportamiento a largo plazo de los ductos utilizados. En muchas aplicaciones
de tuberías de polietileno hay diferentes propuestas que pueden ayudar a realizar procedimientos
de instalación más seguros y más rápidos.
CONTROL DE LA DEFLEXIÓN.
La capacidad de carga que tiene una tubería puede ser incrementada por la tierra cuando ésta es
encajada. Cuando la tubería es cargada, el peso es transferido de la tubería a la tierra por un
movimiento exterior horizontal de la pared de la tubería. Esto mejora el contacto entre la tubería y
la tierra y refuerza a su vez la resistencia pasiva de la tierra. Esta resistencia ayuda a prevenir más
allá de la deformación de la tubería y contribuye al soporte vertical de los pesos. La cantidad de
resistencia encontrada en la tierra asentada es consecuencia directa del procedimiento de
instalación.
Figura 6. 1 Control de deflexión
65
El objetivo principal en una instalación de tubería de polietileno es limitar el control de la deflexión.
La deflexión de la tubería es la suma total de dos componentes: la “deflexión en la instalación” que
refleja la técnica y cuidado de la tubería que se maneja; y la “deflexión en servicio” que refleja el
acomodamiento de la construcción del sistema tubería-tierra, la subsiguiente fuerza y otras cargas.
La “deflexión en servicio”, es normalmente una disminución en el diámetro vertical de la tubería,
La “Deflexión en la instalación”, puede ser un incremento o disminución en el diámetro vertical de
la tubería. Un incremento en el diámetro vertical de la tubería, se refiere al “levantamiento” y es
usualmente un resultado de los esfuerzos que actúan en la tubería durante la compactación y el
relleno. Hasta cierto punto esto beneficia la compensación de la deflexión en servicio.
EXCAVACIÓN DE LA ZANJA.
La zanja debe excavarse de acuerdo a la alineación requerida y profundidad necesaria. El ancho
de la zanja variará con su profundidad y también con el tipo de arena presente. Se recomienda
abrir zanjas para la instalación de acuerdo a la longitud de la tubería ensamblada sobre la zanja.
El ancho de la cama debe permitir una adecuada compactación alrededor de la tubería. El material
excavado, si es piedra libre y se fractura bien por la excavadora, puede proporcionar un apropiado
asiento del material.
PREPARACIÓN DEL FONDO DE LA ZANJA.
Para sistema de presión como acueductos, distancias de líneas de transmisión largas, la nivelación
exacta de los fondos de las zanjas no es esencial a menos que se especifique en el trazado. Para
los sistemas de alcantarillados y drenajes por gravedad, la cuesta debe graduarse tan
uniformemente como se haría para otros materiales.
El fondo de la zanja debe estar relativamente liso y libre de piedra. Deben quitarse objetos que
puedan causar punto de carga en la tubería y el fondo de la zanja debe rellenarse usando de 4 a.6
pulgadas de consolidación de la fundación. Si la condición de la tierra es inestable, el fondo de la
zanja debe socavarse y llenarse la profundidad de la zanja con el material seleccionado apropiado.
Recomendaciones Prácticas para la Instalación Subterránea de Tuberías
•
El fondo de la zanja debe estar liso, seco y estabilizado si es necesario.
•
Si se requiere de material para la fundación, éste debe ser de un material convenientemente
identificado.
•
El material debe nivelarse y compactarse a un mínimo de 85%.
66
•
Colocar el material de relleno de zanja debajo de la tubería.
•
Se requiere consolidar alrededor de la superficie de la tubería usando las herramientas
convenientes.
•
El relleno de zanja debe colocarse en una primera y segunda capa uniformemente, que no
exceda de 12 pl. Y cada capa debe compactarse a un mínimo de 85% STANDARD PROCTOR
DENSITY.
•
Los primeros rellenos de zanjas deben normalmente extenderse a una altura igual al 75% del
diámetro de la tubería.
•
El relleno de zanja final, debe ser de material que esté libre de piedras grandes u objetos
punzo-penetrantes.
•
Se debe obtener una compactación adecuada antes de que cualquier equipo se maneje
encima de la tubería.
•
Se debe colocar tubería de color blanco donde sea paso peatonal.
•
Se debe de colocar tubería de color anaranjado donde sea paso de vehículo liviano.
•
Se debe de colocar tubería de color amarillo donde sea paso de equipo pesado (Camiones,
rastras, tractores etc.)
67
TIPOS DE POZOS DE REGISTRO ELÉCTRICO SEGÚN UTILIZACION:
Figura 6. 2 Pozos de Registro
68
Figura 6. 3 Dimensiones de pozos de registro
69
1.6.3
PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
¿De qué depende el color de la tubería que se utiliza para una canalización subterránea?
•
Mencione 3 características que posee una canalización subterránea bien hecha.
•
¿Por qué se debe de guardar una separación entre las tuberías de PVC?
•
¿Qué tipo de material se le coloca al fondo de los pozos ya terminados para permeabilizar el
terreno y en caso de una filtración de agua no se produzca ninguna falla?
1.6.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS.
Debido a que esta práctica será demostrativa no se utilizará ningún equipo. Sin embargo el
estudiante debe llevar una cinta métrica y una cámara (opcional).
1.6.5 PROCEDIMIENTO.
En esta parte el instructor dará al grupo de estudiantes de ingeniería eléctrica un recorrido por la
universidad, mostrándoles cada uno de los pozos de registro que se han utilizado, principalmente
les mostrará los pozos que se encuentran en el jardín de los edificios “D “
En esta parte cada uno de los estudiantes verificará si los pozos se encuentran construidos de
acuerdo a las normas establecidas previamente en la parte teórica y además observará si las
tuberías poseen entre sí las distancias mínimas requeridas.
1.6.6 CUESTIONARIO.
•
¿Cumplen con las normas de construcción los pozos de registro observados?
•
¿De qué color y diámetro es la tubería utilizada para el transporte de los conductores en los
pozos?
•
Basándonos en sus conocimientos previos ¿Qué porcentaje del área de cada tubería de PVC
se puede utilizar para el transporte de conductores eléctricos?
•
Explique por qué se debe respetar la regla de la pregunta anterior y que sucedería si no se
cumpliera con dicha norma.
70
1.6.7 ANEXOS.
EJEMPLOS DE TUBERIAS INSTALADAS:
Figura 6. 4 Tuberías Instaladas
Tubería con sus separaciones de hierro para dar mejor soporte y guardar distancias entre los
distintos niveles.
POSICIONES DE TUBERÍAS EN POZO DE REGISTRO.
Figura 6. 5 Posiciones de tubería en pozos de Registro
71
1.7 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 7
CLASIFICACIÓN DE LOS LOCALES EN LOS QUE SE REALIZAN INSTALACIONES
ELÉCTRICAS
1.7.1 OBJETIVOS
•
Que el alumno conozca los diferentes locales en los cuales se pueden realizar distintos tipos
de Instalaciones Eléctricas.
•
Que el alumno verifique en base a las Normativas del Código Nacional Eléctrico (NEC), la
debida utilización de los locales.
•
Que el alumno aprenda a trabajar en Diseño de Instalaciones Eléctricas utilizando las Normas
Nacionales e Internacionales que se relacionen a la utilización de los diferentes locales para
Instalaciones Eléctricas.
1.7.2 EXPOSICION
Áreas peligrosas
Los ambientes se clasifican dependiendo de las propiedades de los vapores, líquidos o gases
inflamables, o de polvos o fibras combustibles que puedan estar presentes, así como la
posibilidad de que se encuentren en cantidades o concentraciones inflamables o combustibles
Cuando los materiales pirofóricos (los materiales pirofóricos son aquellos que se inflaman
espontáneamente en el aire) son los únicos usados o manipulados, estas áreas no deben ser
clasificadas.
Cada cuarto, sección o área debe ser considerada individualmente al determinar su clasificación.
Áreas Clase 1
Las áreas Clase I son aquellas en las cuales están o pueden estar presentes en el aire, gases o
vapores inflamables en cantidades suficientes para producir mezclas explosivas o inflamables.
Áreas Clase 2
Las áreas Clase II, son aquellas peligrosas debido a la presencia de polvo combustible.
Áreas Clase 3
Las áreas Clase III son aquellas peligrosas debido a la presencia de fibras o partículas volátiles de
fácil ignición, pero en las cuales es poco probable que dichas partículas permanezcan en
suspensión en suficientes cantidades para producir mezclas inflamables.
72
Talleres de Servicio, de Reparación y estacionamientos para vehículos automotores.
Estos lugares incluyen locales empleados para trabajos de servicio y reparación de vehículos
automotores (incluyendo automóviles, autobuses, camiones, tractores, etc.). En los cuales los
líquidos volátiles inflamables son usados como combustible o fuente de energía.
Los talleres de servicio, estacionamientos, áreas de almacenamiento, y lugares donde no se
hagan trabajos de reparación, sino sólo se intercambien partes y se dé mantenimiento de rutina
que no requiera el uso de equipo eléctrico, flama expuesta, soldadura o el uso de líquidos
volátiles inflamables, no son áreas clasificadas, pero deben estar adecuadamente ventilados para
sacar los vapores contaminados de las máquinas.
Hangares de Avión
Un hangar de aviación es un lugar usado para alojar o dar servicio a las aeronaves en las que se
usan gasolina, u otros líquidos volátiles inflamables, o gases inflamables, o cualquier combustible
para aeronaves con propulsión a chorro. No incluye lugares usados exclusivamente para
aeronaves que nunca han contenido tales líquidos o gases, o que han sido vaciados, o
drenados y purgados apropiadamente (sin combustible).
Surtidores (Dispensarios) y estaciones de servicio y autoconsumo
Surtidor (dispensario): Es el elemento con el cual se abastece de combustible a vehículos
automotores.
Estación de servicio: Establecimiento para la venta al menudeo de gasolina y diesel al público en
general, suministrándolos directamente de depósitos confinados, a los tanques de los vehículos
automotores, así como de aceites y grasas lubricantes.
Estación de autoconsumo: Establecimiento para el despacho de gasolina y diesel, así como de
aceites y grasas lubricantes a los vehículos de empresas particulares e instituciones
gubernamentales, suministrándolos directamente de depósitos confinados a los tanques de dichos
vehículos.
Plantas de Almacenamiento
Una planta de almacenamiento es un lugar donde se reciben líquidos inflamables por medio de
buques-tanque, conductos, carros-tanque o autos-tanque donde los líquidos son almacenados
para propósitos de distribución, por medio de buques-tanque, ductos, carros-tanque, autos-tanques
o tanques portátiles o contenedores.
Procesos de Acabado
Cubre con la aplicación, regular o frecuente, de líquidos inflamables, líquidos combustibles y
polvos combustibles mediante operaciones de rociado o aspersión y la aplicación de líquidos
73
inflamables o líquidos combustibles a temperaturas por encima de su punto de vaporización, por
medio de inmersión, recubrimiento u otros medios.
Instalaciones en lugares de atención de la Salud.
Se establecen criterios para la construcción e instalaciones en áreas de atención de la salud.
Los requisitos se aplican no sólo a edificios con funciones únicas sino también a aquéllos en
forma individual considerando sus respectivas formas de trabajo y que estén dentro de
un
edificio de múltiples funciones.
Lugares de Reunión
Hay requisitos para todos los inmuebles o parte de ellos o estructuras diseñados para reuniones de
100 o más personas.
Entre la clasificación general de estos tenemos:
•
•
Auditorios en:
o
Establecimientos de negocios
o
Establecimientos comerciales
Escuelas
Otras instalaciones
o
Bares, cantinas y discotecas
o
Boliches y billares
o
Capillas funerarias
o
Comedores
o
Cuarteles
o
Gimnasios
o
Iglesias y templos
o
Mercados
o
Museos
o
Pistas de patinaje
o
Restaurantes
o
Salas de conferencias
o
Salas de espera de pasajeros
o
Salas de exhibición
o
Salas de juzgados
o
Salones de baile
o
Salones de clubes
o
Salones de reunión
74
o
Salones de usos múltiples
o
Salas de albercas
o
Teatros y cines
La ocupación de cualquier salón o espacio para propósitos de reunión de menos de 100 personas
en un edificio o en otro local que está destinado para otro uso, deberá clasificarse como parte del
otro local, es decir, para los fines a que está destinado y estará sujeto a las disposiciones que le
sean aplicables.
Cuando una plataforma o saliente de una estructura de un edifico o parte del mismo se destina
para escenario, o para representaciones teatrales o musicales, ya sea fija o portátil, el alambrado
de esta área y todo el equipo usado en ésta, así como el equipo portátil y la instalación para uso en
producciones musicales que no esté conectado en forma permanente, debe cumplir con lo
establecido.
Teatros, áreas de audiencia en cines y estudios de televisión y lugares similares.
Aplica a todos los edificios o parte de ellos, diseñados o usados para representaciones teatrales,
musicales, proyecciones cinematográficas, o usos similares y áreas específicas para audiencias
dentro de estudios de cine y televisión.
Carnavales, circos, ferias y eventos similares.
Cubre la instalación de equipo y alambrado portátil para carnavales, circos, exhibiciones, ferias,
atracciones turísticas y eventos similares, incluyendo el alambrado en o sobre todas las
estructuras.
Estudios de cine, televisión y lugares similares.
Se aplica a estudios de cine y televisión que usen ya sea cámaras de película o electrónicas, y
estaciones de cambio, fábricas, laboratorios, escenarios o partes de un edificio donde se expongan
películas o cintas de más de 22 mm de ancho, impresas, cortadas, editadas, enrolladas, reparadas
o almacenadas.
Proyectores de Cine
Se aplican a las cabinas de proyección cinematográficas, a los proyectores cinematográficos y al
equipo asociado del tipo profesional o no-profesional que use fuentes luminosas incandescentes,
de arco de carbón, de xenón, o de cualquier otro equipo que genere gases, polvos o radiaciones
peligrosas.
75
Edificios Prefabricados
Se establecen los requisitos para los edificios prefabricados y los componentes de edificios.
Algunos conceptos importantes son:
•
Edificio prefabricado: Cualquier edificio de construcción cerrada que sea manufacturado o
ensamblado en fábrica, dentro o fuera del sitio de la obra, o ensamblado e instalado en el sitio
previsto para el edificio, y que no es una casa prefabricada, vivienda móvil, remolque ni
vehículo de recreo.
•
Componentes de un edificio: Cualquier subsistema, subconjunto u otro sistema de diseñado
para usarse dentro, integrarse o formar parte de una estructura, la cual puede incluir sistemas
estructurales, mecánicos, hidrosanitarios, eléctricos, de protección contra incendios y contra
otros agentes que afecten la salud y la seguridad.
•
Sistemas de un edificio: El conjunto de planos, especificaciones y documentos de un sistema
de edificios prefabricados o para un tipo o sistema de componentes de un edificio, el cual
pueda incluir sistemas estructurales, eléctricos, mecánicos, hidrosanitarios, de protección
contra incendios y contra otros agentes que afecten la salud y la seguridad, y que incluyan las
variaciones que estén específicamente permitidas por los reglamentos de construcción, en los
cuales las variaciones se presenten como parte del sistema del edificio o como modificaciones
del mismo.
•
Construcción cerrada: Cualquier edificio, componente de un edificio, conjunto, o sistema
prefabricado de forma que ninguna de las partes ocultas en el proceso de fabricación no
puedan inspeccionarse antes de su instalación en el sitio de la obra, sin desarmar, dañar o
destruir.
Construcciones Agrícolas
Se aplica a las construcciones agrícolas o partes de construcciones agrícolas o a aquella parte de
un edificio o áreas adyacentes de naturaleza similar o parecida, según se especifica a
continuación:
a. Polvo excesivo y polvo con agua. Las construcciones agrícolas en las que se pueda
acumular polvo excesivo o polvo con agua, incluyendo todas las áreas de las aves de corral,
ganado y sistemas de confinamiento de peces, donde pueda acumularse polvo esparcido o
polvo de alimento, incluyendo partículas de alimento mineral.
b. Atmósfera corrosiva. Construcciones agrícolas donde existan atmósferas corrosivas. Tales
construcciones incluyen áreas donde (1) el excremento de las aves y los animales puede
causar vapores corrosivos; (2) partículas corrosivas pueden combinarse con agua; (3) el área
es húmeda y mojada por razones de lavado periódico para limpieza y saneamiento con agua y
agentes limpiadores, (4) existencia de condiciones similares.
76
Casas Móviles, casas prefabricadas y sus estacionamientos.
Cubren a los conductores y equipo eléctrico instalados dentro o sobre casas móviles, a los
conductores que las conectan al suministro de energía, y a la instalación del alambrado eléctrico,
luminarias, equipo y accesorios relacionados con la instalación eléctrica dentro de un
estacionamiento de casas móviles hasta los conductores de entrada de acometida, o cuando no
exista, al equipo de acometida de la casa móvil.
1.7.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS
•
¿Cuáles son los locales más comunes en la UCA?
•
¿Cuáles son las características de un área clase 1?
•
¿Cuáles son las características de un área clase 2?
•
¿Cuáles son las características de un área clase 3?
•
Mencione algunos conceptos importantes a tomar en cuenta en las instalaciones de edificios
prefabricados.
1.7.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDO
•
Cámara fotográfica (opcional).
•
Guía de trabajo.
1.7.5 PROCEDIMIENTO
Los alumnos, dirigidos por su instructor, realizarán un recorrido por los distintos tipos de
instalaciones eléctricas, con los cuáles cuenta la universidad. Deben poner especial atención a los
elementos utilizados en cada una de éstas, tomando fotografías si se tiene acceso.
Sitios recomendados:
•
Centros de cómputo.
•
Talleres.
•
Parqueos.
•
Oficinas administrativas.
•
Aulas magnas.
•
Centro polideportivo.
•
Clínica.
1.7.6 CUESTIONARIO
•
¿Cuál es la función principal del Conductor especial en la instalación de los contactos en el
centro de cómputo?
77
•
Mencione las diferencias entre una luminaria instalada en el centro polideportivo y otra dentro
de una oficina administrativa.
•
¿Cumple la clínica con los requerimientos eléctricos necesarios para su funcionamiento?
•
Además de los sitios visitados, mencione con que otras áreas cuenta la universidad.
1.7.7 ANEXOS
Figura 7. 1 Cyber Café
78
1.8 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 8.
PARTES DE UNA INSTALACION ELECTRICA COMERCIAL E INDUSTRIAL.
1.8.1 OBJETIVOS
•
Conocer las partes fundamentales que componen a una instalación eléctrica industrial y/o
comercial.
•
Conocer las normas básicas de construcción que rigen los proyectos de instalaciones.
•
Aclarar los principales conceptos que se involucran al alimentar una instalación eléctrica.
•
Identificar los elementos que forman parte de una instalación.
1.8.2 EXPOSICION
Al momento de realizar una instalación, tomar
en cuenta las disposiciones del NEC en los
artículos 300-1, 300-2 y 300-3.
CONCEPTO DE INSTALACION ELECTRICA
Se entenderá como instalación eléctrica al conjunto de elementos necesarios para conducir y
transformar la energía eléctrica, para que sea empleada en las máquinas y aparatos receptores
para su utilización final. Cumpliendo con los siguientes requisitos:
•
Ser segura contra accidentes e incendios.
•
Eficiente y económica.
•
Accesible y fácil de mantenimiento.
•
Cumplir con los requisitos técnicos que fija el reglamento de obras e instalaciones eléctricas.
ELEMENTOS DE UNA INSTALACIÓN ELECTRICA
Dado que en esta práctica solo se tratarán las instalaciones de baja tensión (industriales), se
mencionarán los elementos que intervienen en este tipo de instalaciones.
En principio, en una instalación eléctrica intervienen como elementos principales para conducir,
proteger y controlar la energía y los dispositivos receptores, los siguientes:
•
Conductores eléctricos.
•
Canalizaciones eléctricas.
•
Conectores para las canalizaciones eléctricas.
•
Accesorios adicionales.
•
Dispositivos de protección.
Considerando que las instalaciones eléctricas pueden ser visibles, ocultas, parcialmente ocultas y a
prueba de explosión, según sean las necesidades que se requieren en el servicio que se preste.
79
Para la selección de conductores tomar en
cuenta las disposiciones del NEC en los
artículos 310-2, 310-8 y 310-12.
CONDUCTORES ELECTRICOS.
En cualquier instalación eléctrica se requiere que los elementos de conducción eléctrica tengan
una buena conductividad y cumplan con otros requisitos en cuanto a sus propiedades eléctricas y
mecánicas, considerando desde luego el aspecto económico. Por esta razón la mayor parte de
conductores empleados en instalaciones eléctricas están hechos de cobre o aluminio, que son
comercialmente los materiales con mayor conductividad y con un costo lo suficientemente bajo
como para que resulten económicos.
Por lo general los conductores se fabrican de sección circular de material sólido o como cables,
dependiendo de la cantidad de corriente por conducir y su utilización, aunque en algunos casos se
elaboran en secciones rectangulares para altas corrientes.
Desde el punto de vista de las normas, los conductores se han identificado con un número que
corresponde a lo que comúnmente se conoce como calibre, y que normalmente se sigue el sistema
americano de designación AWG (American Wire Gage), siendo el más grueso el número 4/0,
siguiendo en orden descendente del área del conductor los números 3/0, 2/0, 1/0, 2, 4, 6, 8, 10, 12
y 14, que es el más delgado usado en instalaciones eléctricas.
Para conductores con un área mayor del 4/0, se hace una designación que está en función de su
área en pulgadas, para lo cual se emplea una unidad denominada el Circular Mil, siendo así como
un conductor de 250 corresponderá a aquel cuya sección sea de 250,000 C.M. y así
sucesivamente, entendiéndose como:
Circular Mil: la sección de un círculo que tiene un diámetro de un milésimo de pulgada (0.001 plg).
Número de conductores en un tubo conduit.
El número de conductores dentro de un tubo conduit debe ser restringido, de tal manera que
permita un arreglo físico de los mismos de acuerdo a la sección del tubo conduit, para que facilite
el alojamiento y manipulación durante la instalación de los conductores y se considere también la
cantidad de aire necesaria para que los conductores se mantengan a temperaturas adecuadas en
base de un buen enfriamiento. Estas condiciones se logran estableciendo una relación adecuada
entre las secciones del tubo y los conductores.
Para el uso de canalizaciones analizar lo
descrito en el NEC en sus artículos 352-1,
352-4, 352-8 y 352-21.
CANALIZACIONES ELECTRICAS.
Se entenderá por canalizaciones eléctricas a los dispositivos que se emplean en las instalaciones
eléctricas para contener a los conductores, de manera que éstos queden protegidos en lo posible
contra deterioro mecánico, contaminación, y a su vez, protejan a la instalación contra incendios por
los arcos que se pueden presentar durante un corto circuito.
80
Los medios de canalización más comúnmente usados en las instalaciones eléctricas son los
siguientes:
•
Tubos conduit.
•
Ductos.
•
Bandejas.
Para el uso de tubería, tomar en cuenta
las disposiciones descritas en la sección
346 del NEC.
Tubos conduit.
Actualmente existe en el mercado una gran diversidad de tubería conduit para emplearla en cada
caso especial de que se trate. En tramos de 3.05 m de largo con cuerda en los extremos, a
excepción de plástico y pared delgada, entre los que se pueden mencionar los siguientes:
•
Tubo de acero galvanizado de pared gruesa.
•
Tubo de acero galvanizado de pared delgada.
•
Tubo de acero esmaltado de pared gruesa.
•
Tubo de aluminio.
•
Tubo flexible.
•
Tubo de plástico flexible.
Bandejas.
En el uso de bandejas se tienen aplicaciones parecidas a las de los ductos, con algunas limitantes
propias de los lugares en que se hace la instalación.
En cuanto a la utilización de bandejas se dan las siguientes recomendaciones:
•
Procurar alinear los conductores de manera que guarden siempre la misma posición relativa en
todo el trayecto de la bandeja, especialmente los de grueso calibre.
•
En el caso de muchos conductores delgados es conveniente hacer amarres a intervalos de 1.5
a 2.0 m aproximadamente, procurando colocar etiquetas de identificación cuando se traten de
conductores de varios circuitos, en el caso de conductores de calibre grueso los amarres se
pueden hacer cada 2.0 o 3.0 m.
•
En la fijación de conductores que vayan a través de bandejas por trayectorias verticales muy
largas, es recomendable que los amarres se hagan con abrazaderas especiales en lugar de
usar hilo de cáñamo.
CONECTORES PARA CANALIZACIONES ELECTRICAS
Se entenderán como conectores para canalizaciones eléctricas a aquellos elementos que sirvan
para interconectar las canalizaciones eléctricas entre sí, o con los elementos que contienen a los
dispositivos de control, protección o salidas para receptores.
81
Esos conectores son esencialmente de dos tipos:
•
Condulets.
•
Cajas de Conexión.
Condulets.
Los Condulets son básicamente cajas de conexión y accesorios empleados en instalaciones con
tubo conduit de tipo visible, se fabrican de una aleación de aluminio y otros metales. Tienen tapas
que se fijan por medio de tornillos y pueden tener empaques para evitar la entrada de polvo o
gases. Los fabricantes los hacen en tres tipos principalmente:
•
Ordinario.
•
A prueba de polvo y vapor.
•
A prueba de explosión.
Cajas de conexión.
El montaje de accesorios eléctricos en instalaciones eléctricas de alumbrado o de fuerza, como
son: contactos, apagadores, botones, salidas para alumbrado, etc., se fabrican de acero esmaltado
o galvanizado, en los siguientes tipos:
•
Cajas cuadradas de 102 mm (4 plg.) con perforaciones para tubo de 13 mm, 19 mm y 25 mm.
•
Cajas octagonales de 80 mm (3 ¼ plg) con perforaciones para tubo de 13 mm y 19 mm.
•
Cajas rectangulares también conocidas como chalupas, de 92 mm (3 5/8 plg) de largo por 53
mm (2 1/8 plg) de ancho con perforación para tubo de 13 mm.
ACCESORIOS ADICIONALES.
Los accesorios adicionales en las instalaciones eléctricas son diversos y sus características varían
de acuerdo con el tipo de instalación y su tamaño.
Dentro de estos accesorios se tienen los siguientes:
•
Portalámparas.
•
Apagadores de palanca, de botón o de presión.
•
Contactos.
Los contactos de piso, para tipo industrial, se fabrican para: sobreponer, de tipo oculto y en forma
de extensión, así como el tipo clavija.
82
DISPOSITIVOS DE PROTECCION.
Entre los dispositivos de protección y control en las instalaciones, se tienen aquellos que deben
satisfacer las normas y recomendaciones dadas para las instalaciones y diseño de los circuitos,
que en términos muy generales, son los siguientes:
•
Se debe proveer de circuitos separados para alumbrado general, para contactos y aplicaciones
especiales.
•
Las ramas de los circuitos con más de una salida no deben tener una carga que exceda al 50%
de la capacidad de conducción.
•
Los ramales individuales de cada circuito. El tamaño menor de conductor no debe ser menor
del No. 12.
•
De acuerdo con la capacidad de carga de cada circuito se deben instalar tableros de
distribución con tantos circuitos como sea necesario.
Para esto es necesario contar con los siguientes dispositivos:
•
Interruptores en caja de lámina.
•
Tableros de distribución.
•
Fusibles.
•
Interruptores termo magnéticos.
Los interruptores termo magnéticos de tipo industrial.
Los interruptores termo magnéticos son elementos de protección, cuyas funciones son conectar y
desconectar manualmente el circuito al cual se encuentra instalado, y protegerlo contra
sobrecargas sostenidas y corto circuito.
Los interruptores termo magnéticos del tipo industrial, se fabrican para distintas tensiones y
capacidades de corriente, como se indica en la tabla 1.11.
1.8.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
Mencione los elementos que componen una instalación eléctrica y explique cada uno de ellos.
•
¿Qué se toma en cuenta para determinar la cantidad de conductores que pueden colocarse
dentro de una tubería conduit.?
•
¿Cuál es el calibre menor de conductor que puede emplearse en los ramales individuales?
•
Mencione los diferentes dispositivos de protección que deben colocarse en las instalaciones.
Explique la función de cada uno de ellos dentro de la instalación.
•
¿Qué es una instalación eléctrica?
83
1.8.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS
•
Tablas de Simbología para diseño de Instalaciones Eléctricas.
•
1 Amperímetro.
•
1 Voltímetro.
•
1 Wattímetro.
•
1 Clamper.
•
Alambre eléctrico.
•
Cable eléctrico tipo AWG número 12.
•
Cable eléctrico tipo AWG número 14.
•
1 Tenaza punta plana.
•
1 Tenaza punta redonda.
•
1 Desarmador punta plana.
•
1 Desarmador punta estrella.
•
Portalámparas.
•
Focos de 60 W a 120 V AC.
•
1 Interruptor de tres contactos a 120V.
•
1 Motor trifásico.
•
Contactos sencillos a 120 V AC.
1.8.5 PROCEDIMIENTO
Parte A
Elegir cable AWG adecuado para la instalación del sistema de alumbrado, tomacorrientes y motor
trifásico.
Elegir tubería adecuada para la colocación de los conductores.
La elección del cable y el diámetro de la tubería es parte de la evaluación previa del alumno. Por lo
tanto le corresponde hacer los cálculos que considere necesarios.
Armar el circuito que se muestra a continuación. Cualquier duda sobre el montaje pregunte a su
instructor. No energice sin previa revisión y autorización.
84
Figura 8. 1 Tablero Principal
Parte B
•
Con el interruptor de las lámparas en la posición off, ponga a funcionar el motor y mida los
valores de voltaje y corriente que se suministran.
Suponga que el motor representa una carga industrial. ¿Qué pasaría con la demanda de
potencia, si se tuvieran 10 máquinas como ésta? Explique.
Basándose en la corriente y el voltaje demandado por las 10 máquinas del literal anterior.
¿Está utilizando el conductor adecuado si fuese una sola caga industrial con esa demanda de
potencia? ¿Qué dispositivos de protección y de que capacidades propone?
•
Lleve el interruptor a la posición on.
Mida la corriente y el voltaje a la salida del interruptor.
Mida la corriente y el voltaje en cada una de las cargas. ¿El motor demanda la misma cantidad
de potencia? Explique.
85
Suponga que las bombillas representan las luminarias de un centro comercial. ¿Qué puede decir
del nivel de luxes? ¿Es el adecuado?
Manteniendo el interruptor de las lámparas en la posición on y el motor en funcionamiento. Coloque
una carga eléctrica, por ejemplo un cautín, en uno de los contactos sencillos.
Tomar los valores de voltaje y corriente en cada uno de los diferentes dispositivos que forman parte
del sistema.
•
¿Qué potencia le está demandando cada uno de los diferentes dispositivos?
•
¿Qué puede explicar respecto a la potencia instalada en su circuito?
Si su circuito representa un sistema de potencia en el cual, los diferentes dispositivos conectados
representan tanto partes de instalaciones eléctricas comerciales como industriales. ¿Diga como
calcularía el número de conductores que puede colocar dentro de tubería conduit? ¿Está usando
los conductores adecuados?
¿Su tablero principal cumple con las especificaciones? De no ser así, explique por qué no y qué
cambiaría usted.
1.8.6 CUESTIONARIO.
•
Mencione los diferentes dispositivos de protección que deben colocarse en las instalaciones.
Explique la función de cada uno de ellos dentro de la instalación.
•
¿Qué recomendaciones puede dar respecto al interruptor principal para una instalación en
donde el motor representa 10 máquinas con las mismas características que las estudiadas?
•
¿Cuáles son los principales dispositivos que debe llevar un tablero principal?
•
Cuando se hace una instalación eléctrica comercial. ¿Se toma en cuenta el nivel de luxes?
•
Mencione los diferentes tipos de conexiones para canalizaciones eléctricas y explique en qué
consisten.
•
En la figura de esta práctica entran al tablero 5 cables. ¿Para qué es el quinto hilo? Explique la
razón de su existencia. ¿Es indispensable que esté? ¿Qué pasaría si este conductor no se
encontrara dentro de nuestra instalación?
86
1.8.7 ANEXOS.
Tabla 1.10 Número de Conductores en Tubo Conduit
CALIBRE
TAMAÑO DEL TUBO CONDUIT.
A.W.G
1/2" 3/4"
1"
1 1/4" 1 1/2"
2"
2 1/4"
3"
3 1/2"
4"
5"
6"
K.C.M. 13mm 19mm 25mm 31mm 38mm 51mm 64mm 76mm 89mm 101mm 127mm 152mm
18
16
14
12
10
8
6
4
2
1
1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
100
500
600
700
750
800
900
1000
1250
1500
1750
2000
13
11
9
7
5
3
1
1
1
0
0
0
0
0
24
19
13
12
9
5
2
1
1
1
1
1
0
0
39
34
25
20
15
8
4
3
1
1
1
1
1
1
68
54
44
34
26
14
7
5
4
22
1
1
1
1
1
1
92
74
60
47
36
20
10
7
5
4
33
1
1
1
1
1
1
99
78
60
32
16
12
9
6
5
4
4
3
2
1
1
1
1
87
85
46
23
17
12
8
8
6
4
4
3
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
72
36
27
20
14
12
10
9
7
6
5
1
1
1
1
1
1
1
1
1
48
36
26
19
16
14
12
10
8
7
6
5
4
3
3
3
3
3
2
2
1
1
1
62
46
34
25
21
18
15
13
10
9
8
7
6
5
4
4
4
3
3
2
2
1
1
63
54
39
33
28
24
20
16
14
12
11
9
7
6
6
6
5
5
3
3
3
2
78
57
45
41
35
29
23
20
18
16
13
11
10
9
8
8
7
5
5
4
3
Tabla 1.11 Tensiones y Capacidades para las que se fabrican los interruptores termo magnéticos
TENSION C.A.
TENSION C.D.
NÚMERO
DE POLOS
CORRIENTE EN AMPERES
240 Volts C.A.
125/250 Volts C.D.
2
3
15, 20, 30, 40, 50, 70, 100
15, 20, 30, 40, 50, 70, 100
480 Vols C.A.
250 Volts C.D.
600 Volts C.A.
250 Volts C.D.
3
2
3
15,20,30,40,50,70,100
15,20,30,40,50,70,100,125,150.
88
1.9 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 9.
CONTADORES ELECTRICOS Y SU FUNCIONAMIENTO.
1.9.1. OBJETIVOS
•
Conocer los distintos dispositivos de medición que no pueden faltar a la hora de realizar un
proyecto de instalaciones eléctricas.
•
Analizar cuál es el dispositivo necesario para la medición del flujo de corriente, basándonos en
los modelos comerciales.
•
Reconocer una lectura que proporciona un medidor determinado.
1.9.2 EXPOSICION
En esta práctica, se exponen los distintos tipos de medidores de flujo eléctrico, dispositivos que se
encuentran sin lugar a duda en toda instalación eléctrica, ya sea ésta, residencial, comercial y/o
industrial.
El medidor o contador eléctrico se encuentra justo a la entrada de la instalación para poder medir el
flujo de electricidad, dependiendo el consumo de todas las cargas que se encuentren conectadas
inmediatamente después del medidor.
El medidor eléctrico, medidor de consumo o contador, es
un dispositivo que mide el consumo de energía de un
circuito o un servicio, siendo ésta la aplicación usual.
Existen medidores electromecánicos y electrónicos. Los
medidores
electromecánicos
utilizan
bobinados
de
corriente y de tensión para crear corrientes parásitas en
un disco que, bajo la influencia de los campos
magnéticos, produce un giro que mueve las agujas de la
carátula.
Los
convertidores
conversión.
Figura 9. 1 Medidor de Consumo eléctrico
89
medidores
electrónicos
analógico-digitales
para
utilizan
hacer
la
Funcionamiento de un medidor electromecánico:
El medidor electromecánico utiliza dos juegos de bobinas que producen campos magnéticos; estos
campos actúan sobre un disco conductor paramagnético en donde se producen corrientes
parásitas.
La acción de las corrientes parásitas producidas por las bobinas de corriente sobre el campo
magnético de las bobinas de voltaje y la acción de las corrientes parásitas producidas por las
bobinas de voltaje sobre el campo magnético de las bobinas de corriente dan un resultado vectorial
tal, que produce un par de giro sobre el disco. El par de giro es proporcional a la potencia
consumida por el circuito.
El disco está soportado en campos magnéticos y soportes mecánicos para disminuir la fricción, un
sistema de engranes transmite el movimiento del disco a las agujas que cuentan el número de
vueltas del medidor. A mayor potencia más rápido gira el disco, acumulando más giros conforme
pasa el tiempo.
Las tensiones máximas que soportan los medidores eléctricos son de aproximadamente 600 voltios
y las corrientes máximas pueden ser de hasta 200 amperios.
Además del medidor de flujo de potencia, en instalaciones comerciales y/o industriales se colocan
dispositivos para medir la cantidad de potencia consumida, entre los cuales podemos mencionar:
Vatímetros
La potencia consumida por cualquiera de las partes de un circuito se mide con un vatímetro, un
instrumento parecido al electro dinamómetro. El vatímetro tiene su bobina fija dispuesta de forma
que toda la corriente del circuito la atraviese, mientras que la bobina móvil se conecta en serie con
una resistencia grande y sólo deja pasar una parte proporcional del voltaje de la fuente. La
inclinación resultante de la bobina móvil depende tanto de la corriente como del voltaje y puede
calibrarse directamente en vatios, ya que la potencia es el producto del voltaje y la corriente.
Contadores de servicio
El medidor de vatios por hora, también llamado contador de servicio, es un dispositivo que mide la
energía total consumida en un circuito eléctrico doméstico. Es parecido al vatímetro, pero se
diferencia de éste en que la bobina móvil se reemplaza por un rotor. El rotor, controlado por un
regulador magnético, gira a una velocidad proporcional a la cantidad de potencia consumida. El eje
del rotor está conectado con engranajes a un conjunto de indicadores que registran el consumo
total.
90
Calcular el consumo eléctrico que se está produciendo
Figura 9. 2 Contador analógico
El contador, además de dar la cifra referente al consumo de la instalación, facilita ciertos datos que
se pueden leer en la inscripción que presenta.
Entre estos valores se puede encontrar un número que indica las revoluciones/kWh, es decir, las
vueltas que da el disco con la marca en la periferia por cada kWh. Este número varía dependiendo
del contador, siendo lo más habitual para contadores de uso doméstico de 10 a 40 A (amperios)
valores de entre 200 y 500 rev/kWh. Conociendo esto se puede calcular el consumo que se está
produciendo en cada instante en kWh contando las revoluciones o vueltas por minuto y
multiplicando el resultado por el valor de revoluciones/kWh.
Si se quiere medir los aparatos con termostatos (como una plancha, una estufa,...) hay que actuar
lo más rápidamente posible, evitando que este dispositivo entre en funcionamiento y realizando
una medición corta, como de medio minuto.
Así se puede conocer el consumo en cada momento sin tener que esperar a que el contador
numérico dé un valor.
Cualquier anomalía puede ser descubierta
Como su propio nombre indica, el contador de la luz sirve para conocer la energía consumida a
través de la línea a la que se encuentra conectado.
Este aparato, además de permitir la lectura de energía consumida, permite medir la potencia
absorbida por un solo aparato. Actualmente, casi todos los contadores tienen un visor debajo del
contador numérico donde hay un disco que tiene una marca roja en su periferia. Este disco tiene
una velocidad de giro directamente proporcional a la corriente consumida en cada momento por los
aparatos que están en servicio.
91
Esto puede ayudar a conocer el consumo real de los aparatos de casa. Para ello es suficiente con
poner en funcionamiento un único aparato y contar las veces que pasa la marca en una unidad de
tiempo determinado.
De esta forma podemos saber si el consumo de los electrodomésticos excede lo lógico, y si este
puede tener un problema y necesita reparar o sustituir.
Análisis de la lectura del contador
Las cantidades de energía consumida o entregada se obtienen multiplicando la potencia del equipo
por el tiempo durante el cual trabaja. Si la potencia se expresa en W y el tiempo en segundos, el
producto (cantidad de energía) queda en J. De esta forma, un bombillo de 20 W que trabaja
durante sesenta segundos debe consumir 20 W x 60 s = 1 200 J.
Debido a que el joule es una cantidad muy pequeña para la mayoría de los casos prácticos,
frecuentemente se usa una unidad que es de 3 600 000 veces mayor, que resulta de multiplicar la
potencia en kW. por el tiempo en horas, en lugar de segundos. Esta unidad recibe el nombre de
kilowatt-hora o kWh. (debe leerse así: kilowatt-hora y no kilowatt por hora).
De esta manera, una plancha de 1 200 W (1,2 kW) que trabaja durante dos horas consume
1,2 kW x 2 h = 2,4 kWh.
En esta unidad se contabiliza la energía que nos suministra la distribuidora, y que se mide
mediante un instrumento que tenemos en nuestras casas llamado metro contador, o simplemente
contador, y cuyo principio de funcionamiento tiene en cuenta tanto la potencia que pasa por él,
como el tiempo durante el que ocurre ese paso. La medición combinada de ambos efectos produce
un movimiento acumulativo que se registra en un conjunto de cifras numéricas que conforman un
número: la indicación o lectura del contador. Esa lectura es la cantidad de kilowatt-hora que han
pasado por ese instrumento desde que se instaló en ese lugar (en el supuesto de que estuviera en
00000 en el inicio). Y la diferencia entre dos lecturas cualesquiera es la cantidad de energía en
kilowatt-hora que ha pasado por el contador durante ese período.
Medición del consumo eléctrico de cualquier instalación.
El personal de la distribuidora lee normalmente el contador una vez al mes, de ahí que la diferencia
entre dos lecturas consecutivas representa el consumo en kilowatt-hora en ese tiempo, o sea, un
mes. Esto se puede comprobar al observar con atención los recibos de cobro del servicio eléctrico,
donde se refleja la lectura, la fecha, el consumo del mes en kilowatt-hora y su valor monetario. No
obstante, cada persona puede hacer las lecturas con la frecuencia que desee, por lo que estará en
condiciones de seguir o monitorear el consumo cada semana, cada día, e incluso durante el día en
intervalos regulares o no. Si se divide el consumo determinado por las lecturas, por la cantidad de
horas transcurridas entre una y otra lectura, se obtiene la potencia media o promedio de ese
intervalo de tiempo.
92
Cálculo de la potencia consumida y su valor monetario.
Si su lectura el 15 de septiembre de 2005 fue 08759 y el 15 de octubre del mismo año fue de
09029, su consumo en esos treinta días fue de 09029 – 08759 = 270 kWh, y su potencia media del
mes se determina por: 270 kWh / (30 días x 24 horas) = 0,375 kW, o sea, 375 W. Este valor tiene
que ser menor que la suma de las potencias de todos sus equipos eléctricos (que es su potencia
instalada), pues no todos ellos están conectados simultáneamente las 24 horas del día, los treinta
días del mes. El porcentaje que la potencia media representa de la potencia total instalada, recibe
el nombre de factor de utilización, y permite pronosticar los consumos.
La mayor o menor potencia que en un instante está pasando puede ser juzgada por la rapidez de
rotación del disco que posee el metro contador. Observe que si sólo hay un radio conectado, el
disco girará muy lentamente, mientras que si conecta una hornilla eléctrica, la rotación será mucho
más rápida. Y como el disco está acoplado con el indicador de lectura, cuanto más rápidamente
gira el disco, más avanzará la lectura del contador para un mismo tiempo, lo que significa un mayor
consumo de energía.
Lea su contador:
Usted puede vigilar su consumo de electricidad diariamente leyendo su contador y anotando los
resultados. Solamente siga estos simples pasos:
Figura 9. 3 Lectura de contador
Paso
1
Acción
Su contador tiene cinco esferas. Tres de las esferas giran como un reloj y dos giran contra el
reloj.
Para obtener el total correcto de la lectura, lea las esferas de derecha a izquierda.
Si el indicador de la esfera está entre dos números, escriba el menor de los dos.
2
Si el indicador aparece exactamente sobre el número, mire hacia atrás en la esfera derecha.
Si el indicador de esa esfera no ha pasado de cero, la lectura de la esfera hacia la izquierda
es el número menor.
3
Para calcular su consumo de electricidad mensual, lea el contador al principio del mes y de
nuevo un mes después exactamente. La cantidad consumida es la diferencia entre lecturas.
93
1.9.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
Identifique cual es el consumo de electricidad de la empresa X. La lectura de su medidor de flujo
eléctrico se muestra a continuación. Además calcule el valor monetario a pagar a la empresa que
suministra el servicio.
Figura 9. 4 Ejercicio de contadores
1.9.4 MATERIALES Y EQUIPO.
•
1 contador eléctrico.
•
Cable eléctrico tipo AWG número 8.
•
Cable eléctrico tipo AWG número 10.
•
Cable eléctrico tipo AWG número 14.
•
1 Portalámparas.
•
1 Foco de 60 W a 120 V AC.
•
1 Apagador sencillo de contacto de 120V.
•
Contactos sencillos a 120 V AC.
•
1 Motor Eléctrico a 220 V AC.
•
Tubería Conduit.
•
1 Cautín. (u otros dispositivos eléctricos).
1.9.5 PROCEDIMIENTO.
Parte A.
El instructor realizará una demostración del funcionamiento del contador eléctrico y explicará a los
alumnos las tareas básicas de este equipo.
Que el alumno vea el contador instalado en el módulo de trabajo.
El instructor debe señalar las partes componentes del dispositivo y explicar el funcionamiento de
cada una de ellas.
Hacer ver al estudiante la importancia de las diferentes partes del contador de flujo eléctrico.
94
Figura 9. 5 Contador residencial.
Parte B.
Precaución: Favor tomar las precauciones del caso, siguiendo las normas de seguridad
estudiadas a principio de este curso. Cualquier duda pregunte a su instructor de laboratorio.
Identifique el equipo y los materiales necesarios para la realización de esta práctica. A continuación
montar el circuito que se presenta en la figura siguiente.
No energice su circuito, sin previa verificación y autorización.
95
Figura 9. 6 Diagrama de conexiones de un sistema eléctrico residencial
•
Con el interruptor de la lámpara en la posición off, tomar la lectura que nos da el contador
eléctrico. Tome en cuenta que para este literal el motor debe estar en funcionamiento.
•
Con el interruptor de la lámpara en la posición on, tomar el nuevo valor en la lectura del
contador eléctrico.
Observar y anotar lo que sucede en el contador en el momento en que el interruptor pasa de off a
on.
•
Conectar un cautín en uno de los tomacorrientes y observar que sucede con el contador al
momento de que entra esta carga a formar parte del circuito alimentado.
96
Explique basándose en el funcionamiento típico de los contadores, que es lo que sucede cuando
entran más cargas al circuito.
•
Utilizando otros componentes eléctricos. Conéctelos en los tomacorrientes y anotar
nuevamente sus observaciones.
1.9.6. CUESTIONARIO.
•
Explique cómo se calcula el consumo eléctrico de cualquier instalación, en donde se
encuentran diferentes cargas conectadas al sistema.
•
Explique el funcionamiento básico de un medidor de consumo eléctrico.
•
¿Cuáles son los pasos a seguir para leer su contador?
•
¿Qué observó en el contador cuando conectaba más cargas al sistema? Explique basándose
estrictamente en la potencia.
•
En la figura que se muestra a continuación, decir que lectura está obteniendo el contador.
Figura 9. 7 Lectura de medidores
97
1.9.7 ANEXOS.
Tabla 1.12 Tarifa 2004 de la energía eléctrica.
Concepto
Cargos
Variable
Fijo de
comercialización por
consumo
por Uso de Red
Variable
$/Usuario
Pequeñas demandas (0<kW≤10)
$/kWh
Fip($imes)
$(kWh)
Residencial = consumo < 200 kWh
0.08
0.78
0.03
Residencial = consumo > 200 kWh
0.08
1.10
0.03
0.68
Uso General
0.08
1.79
0.03
Alumbrado Público
0.07
0.04
Baja Tensión
Media Tensión
Medianas
Grandes
Medianas
Grandes
demandas
demandas demandas demandas
(10<kW≤50)
(>50 kW) (10<kW≤50) (>50 kW)
Con medidor electromecánico (con medición de potencia)
Cargo fijo de comercialización
0.68
$/Usuario
0.08
0.07
Cargo variable por consumo $/kWh
Cargo por uso de Red-Potencia:$/kW11.67
4.57
mes
Con medidor horario
Cargo de comercialización $/Usuario
0.68
Cargo p/consumo(energía en
0.09
0.08
punta)$/kWh
Cargo p/consumo(energía en
0.08
0.07
Resto)$/kWh
Cargo p/consumo(energía en
0.06
0.06
Vale)$/kWh
Cargo por uso de Red-Potencia:$/kW11.67
4.57
mes
98
Tabla 1.13 Tarifa 2005 de la energía eléctrica.
Concepto
Cargos
Variable
Fijo de
comercialización por
consumo
por Uso de Red
Variable
$/Usuario
Pequeñas demandas (0<kW≤10)
$/kWh
Fip($imes)
$(kWh)
Residencial = consumo < 200 kWh
0.09
0.8
0.03
Residencial = consumo > 200 kWh
0.09
1.13
0.03
0.7
Uso General
0.09
1.85
0.03
Alumbrado Público
0.08
0.04
Baja Tensión
Media Tensión
Medianas
Grandes
Medianas
Grandes
demandas
demandas demandas demandas
(10<kW≤50)
(>50 kW) (10<kW≤50) (>50 kW)
con medidor electromecánico (con medición de potencia)
-cargo fijo de comercialización
0.7
$/Usuario
0.09
0.08
-cargo variable por consumo $/kWh
-cargo por uso de Red-Potencia:$/kW12.04
4.72
mes
con medidor horario
-cargo de comercialización $/Usuario
0.7
-cargo p/consumo(energía en
0.1
0.09
punta)$/kWh
-cargo p/consumo(energía en
0.08
0.08
Resto)$/kWh
-cargo p/consumo(energía en
0.06
0.06
Vale)$/kWh
-cargo por uso de Red-Potencia:$/kW12.04
4.72
mes
99
100
CAPITULO 2: SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE ENERGIA
2.1 EXPERIEMNTO DE LABORATORIO No 1
NORMAS DE SEGURIDAD EN SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE ENERGIA.
2.1.1 OBJETIVOS
•
Aprender las normas básicas de seguridad que gobiernan a los sistemas de distribución de
energía eléctrica.
•
Conocer las normas técnicas de diseño, seguridad y operación de las instalaciones de
distribución eléctrica.
•
2.1.2 EXPOSICION
A ESTUDIANTES, INSTRUCTORES Y MAESTROS:
Al momento de trabajar con electricidad y altos voltajes y/o equipos mecánicos de grandes
dimensiones o con rotación en altas velocidades, se deben seguir ciertas normas de seguridad
para no poner en riesgo al usuario o a la maquinaria.
Antes que nada se debe contar con un BOTIQUIN DE PRIMEROS AUXILIOS y absolutamente
todos los usuarios del laboratorio deben conocer el lugar en que se encuentra.
A continuación, expondremos la normativa establecida por la superintendencia general de
Electricidad y Telecomunicaciones, basados en estudios de campo realizados por el departamento
de Normas Técnicas y Concesiones de El Salvador.
La Normativa tiene por objeto establecer las disposiciones, criterios y requerimientos mínimos para
asegurar que las mejoras, expansiones y nuevas construcciones de las instalaciones de
distribución de energía eléctrica se diseñen, construyan y operen, garantizando la seguridad de las
personas y bienes, y la calidad del servicio.
Todas aquellas personas naturales o jurídicas, que diseñen y construyan obras de infraestructura
civil relacionadas con edificios, viviendas, condominios, alcantarillados, villas de transito, villas
férreas, etc., deberán considerar el alcance y aplicación de esta Normativa para el diseño y
desarrollo de sus respectivos proyectos.
Parámetros de Diseño.
Las líneas aéreas deberán tener suficiente resistencia mecánica para soportar las cargas propias y
las debidas a las condiciones meteorológicas a que estén sometidas, según el lugar en que se
ubiquen, con los factores de sobrecarga adecuados.
En aquellas regiones del país donde las líneas aéreas lleguen a estar sometidas a cargas
mecánicas más severas que las calculadas sobre las bases de este manual, por menor
101
temperatura ó mayor velocidad del viento, las instalaciones deberán diseñarse tomando en cuenta
tales condiciones de carga, conservando los factores de sobrecarga correspondientes.
Con el propósito de establecer las cargas mínimas que deben considerarse en el cálculo mecánico
de líneas aéreas, según el lugar de su ubicación el país se ha dividido en tres zonas de carga, en
las cuales se calculará la presión ejercida por el viento como la correspondiente a una velocidad no
menor de las que se indican a continuación:
•
Zona 1 = 80 kilómetros por hora.
•
Zona 2 = 100 kilómetros por hora.
•
Zona 3 = 120 kilómetros por hora
Factores de Sobrecarga.
Cada uno de los elementos de las estructuras: cruceros, retenidas, fundaciones y anclas, deberán
ser diseñadas para soportar las cargas adecuadas, multiplicadas por los factores de sobrecarga
descritos en las tablas siguientes:
Tabla 2.1 Factores de Sobrecarga
A continuación se detallan notas que amplían el contenido de la tabla anterior:
•
Para retenidas y anclas asociadas con estructuras que únicamente soportan conductores y
cables de comunicación, este factor puede reducirse a 1.33.
102
•
Donde las cargas verticales reducen significativamente la tensión en un miembro de la
estructura un factor de sobrecarga de 1 debe ser usado para el diseño de dicho miembro.
•
Para estructuras de metal y concreto pretensado, cruceros, retenidas, fundaciones y anclas,
use un valor de 1.10.
Tabla 2.2 Factores de Seguridad
FACTORES DE SEGURIDAD PARA SER UTILIZADOS CON LA TABLA 2.1.
Distancias Eléctricas.
Distancias mínimas de seguridad, de las situaciones más comunes, de líneas aéreas de suministro
eléctrico y de comunicaciones y tiene la intensión de desarrollar una doble función bajo las
condiciones de operación esperadas:
•
Limitar la posibilidad de contacto por personas con los dispositivos o equipos.
•
Impedir que las instalaciones de un distribuidor entren en contacto con las instalaciones de otro
distribuidor o con la propiedad pública o privada.
Las distancias y espaciamientos definidos en este manual no sustituyen los libramientos
necesarios impuestos por las condiciones de transito y/o de cultivos propios de la traza de las
líneas. En el proceso de diseño se deberán tener en cuenta las normas propias de la Distribuidora
a la que la línea deberá conectarse, por ser ésta la responsable de la operación y calidad del
servicio eléctrico.
103
Medición de distancias y espaciamientos.
Para referirse a la separación entre conductores y sus soportes, estructuras, construcciones, nivel
del suelo, etc., se usan en este manual los términos distancia y espaciamiento. A menos que se
diga otra cosa, todas las distancias deben medirse de superficie a superficie y todos los
espaciamientos se deberán medir de centro a centro. Para propósito de medición de las distancias,
los herrajes y accesorios que estén energizados debido a su conexión eléctrica a los conductores
de la línea, se deben considerar como parte integral de los mismos conductores. Las bases
metálicas de las mufas o pasamuros, pararrayos y de equipos similares deben ser consideradas
como parte de la estructura de soporte.
Cables de suministro.
Las distancias para los tipos de cables descritos en los siguientes numerales, así como para sus
empalmes y derivaciones, pueden ser menores que las establecidas para conductores desnudos
de la misma tensión eléctrica, siempre que sean capaces de soportar pruebas conforme a normas
aplicables:
•
Cables de cualquier tensión que tengan cubierta o pantalla metálica continua efectivamente
puesta a tierra, o bien cables diseñados para operar en un sistema de conexión múltiple a
tierra de 25 kV o menos, que tengan una pantalla semiconductora sobre el aislamiento
combinada con un adecuado sistema metálico para descarga, cuando estén soportados y
cableados junto con un mensajero neutro desnudo efectivamente puesto a tierra.
•
Cables de cualquier tensión no incluidos en el literal anterior, que tengan una pantalla
semiconductora continúa sobre el aislamiento combinada con un adecuado sistema metálico
para descarga, cuando estén soportados y cableados junto con un mensajero desnudo
efectivamente conectado a tierra.
•
Cables aislados sin pantalla sobre el aislamiento, que operen a tensiones no mayores de 5 kV
entre fases o 2.9 kV de fase a tierra.
Distancias de seguridad vertical de conductores sobre el nivel del suelo, carretera, vías
férreas y superficies con agua:
Los requisitos de este numeral se refieren a la altura mínima que deben guardar los conductores y
cables de líneas aéreas, respecto del suelo, agua y parte superior de rieles de vías férreas:
Las distancias verticales deben ser como mínimo las indicadas en la Tabla No. 2.3 y se aplican
bajo las siguientes condiciones:
104
•
La condición que ocasione la mayor flecha final: temperatura en los conductores de 50ºC, sin
desplazamiento de viento, o la temperatura máxima del conductor para la cual fue diseñada la
operación de la línea sin desplazamiento de viento, cuando esta temperatura es mayor de
50ºC.
•
Flecha final sin carga en reposo.
Tabla 2.3 Distancias Mínimas de Seguridad.
DISTANCIAS MINIMAS DE SEGURIDAD VERTICALES SOBRE VIAS FERREAS, EL SUELO.
Cables
Conductores de
suministradores
comunicación
aislados de más
Conductores
aislados,
Conductores
suministradores
de 750 V y
Naturaleza de la
retenidas,
suministradores
en línea abierta
conductores
superficie bajo
aterrizadas,
en línea abierta
de 22 a 230 kV
suministradores
conductores
conductores
de 750 V a 22 kV
Metros
neutros y cables en línea abierta
de 0 a 750 V
eléctricos
Metros
aislados Metros
Vías férreas
7.2
7.5
8.1
8,1 +0,01 m por
cada kV por
arriba de 22 kV.
Carreteras,
calles, caminos y
otras áreas
usadas para
tránsito vehicular
4.7
5
5.6
5,6+0,01 m por
cada kV por
arriba de 22 Kv
Vías peatonal
2.9
3.8
4.4
4,4+0,01 m por
cada kV por
arriba de 22 kV
Distancias de seguridad de conductores a edificios y otras instalaciones.
Los conductores y cables que pasen próximos a estructuras de alumbrado público, de soporte de
semáforos o de soporte de una segunda línea, deben estar separados de cualquier parte de esas
estructuras por distancias no menores que las siguientes:
•
Una distancia horizontal, sin viento, de 1.50 m para tensiones de hasta 50kV.
•
Una distancia vertical de 1.40 m para tensiones menores de 22 kV y de 1.70 m para tensiones
entre 22 kV y 50 kV.
Aislamiento en líneas.
Cuando no sea posible cumplir con las distancias mínimas de seguridad estipuladas en estas
Normas, únicamente por la presencia de árboles, vegetación ó áreas protegidas, los conductores
eléctricos y otras superficies energizadas asociadas a las líneas, deberán ser protegidos o aislados
para la tensión de operación.
105
Para el diseño del aislamiento de las líneas aéreas deberá seleccionarse aisladores que estén
garantizados para evitar saltos de arco eléctrico en condiciones de operación, sobre tensiones
transitorias, humedad, temperatura, lluvia o acumulaciones de suciedad, sal y otros contaminantes
que no son desprendidos de una manera natural.
Instalaciones subterráneas.
En áreas densamente pobladas y/o de alta circulación de vehículos donde la disposición de las
líneas aéreas representan un riesgo inaceptable y donde las distancias mínimas de seguridad no
pueden cumplirse, se deberán diseñar instalaciones subterráneas, bajo los tres siguientes puntos
de vista; seguridad de las personas, seguridad de bienes e instalaciones y continuidad del servicio.
Cuando se da mantenimiento, ya sea a líneas o equipo que se encuentra instalado en poste o sus
alrededores, se deben tener en cuenta ciertas normas de seguridad. Y existen para tal caso, las 5
reglas de oro para el mantenimiento, las cuáles hacen referencia a seguridad personal del técnico
que realiza las operaciones.
LAS 5 REGLAS DE ORO PARA EL MANTENIMIENTO:
•
Abrir todos los elementos de corte visibles. (Cortacircuitos)
•
Medir ausencia de tensión.
•
Aterrizamiento de las tres fases.
•
Bloquear los equipos de Corte que cumplan con las condiciones para hacerlo.
•
Señalización del área que está bajo mantenimiento.
2.1.3. PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS
En la figura 10.1, que se muestra a continuación, coloque las distancias y/o espaciamientos
horizontales y verticales que deben cumplirse por normas de seguridad entre los cruceros.
Diferenciar si en este caso se trata de espaciamientos o distancias.
Horizontal = _________________________
Vertical = ____________ y ____________
106
Figura 10. 1 Espaciamientos
2.1.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS
A continuación presentamos los materiales que componen una instalación de un banco de tres
transformadores con neutro común.
107
Tabla 2.4 Materiales
DESCRIPCION DE MATERIALES
ESTRUCTURA: INSTALACION DE TRES TRANSFOMADOR, NEUTRO
COMUN
No.
2
22
23
28
37
45
48
50
51
53
55
74
78
83
84
90
103
110
113
114
116
137
144
DESCRIPCION
Abrazadera completa 7-7 5/8 " (177,8-193,7mm)
Alambre de cobre #4 desnudo
Almohadilla para crucero
Arandela redonda 5/8 " (15,9mm)
Barra para polo tierra 5/8" x 8" (15,9mm x 2,4mm)
Cable de cobre forro plástico S/R
Cinta metálica band-it 1/2" (12,7mm)
Conector de compresión S/R
Conector Universal S/R.
Cortacircuito 25 KV,100 A
Crucero angular de hierro 94"
Estribo para grapa linea viva S/R.
Fusible tipo "T" S/R.
Grapa para linea viva.
Grapa para polo tierra.
Hebilla band-it 1/2 "
Pararrayos tipo distribución 21 KV.
Perno máquina 5/8 x 10 ".
Perno máquina 5/8 x 2".
Perno máquina 1/2 x 1 1/2".
Perno todo rosca 5/8 x 1/2 "
Tirante en V de 45"
Tubo de acero galvanizado 1/2 ".
EQUIPO DE TRABAJO
•
Multímetro.
•
Amperímetro.
•
Cinta de Señalización.
•
Alambre de cobre No. 4, desnudo.
•
Percha.
•
Casco.
•
Guantes Aislantes.
•
Lentes.
108
COD: 23
T3C
VOLTAJE
NOMINAL:
24,9 kV
CANTIDAD
P
A
1
8
28m 28m
8
8
7
1
1
16m 16m
4m
4m
8
8
2
2
3
3
2
2
3
3
3
3
3
3
1
1
4
4
3
3
7
1
9
8
8
2
2
1
1
2m
2m
2.1.5 PROCEDIMIENTO
NOTA ESPECIAL.
Tomar las precauciones del caso y hacer uso de las normas de seguridad. En esta práctica,
la alimentación debe hacerse en lado secundario del transformador.
COMPROBACION DE LAS 5 REGLAS DE ORO PARA LA SEGURIDAD.
El siguiente circuito debe de ser armado por el instructor. Los alumnos deben de realizar las
conexiones para comprobar las reglas de seguridad, siguiendo las indicaciones del instructor.
CONSIDERACIONES ESPECIALES.
•
Los transformadores en el Laboratorio estarán ubicados en el suelo; sin embargo en la figura
siguiente se muestra la forma de conexión en poste (para conocimiento de instalación real).
•
El voltaje de alimentación primario es de 208 VAC.
MEDICIONES A REALIZAR.
•
Se medirá voltaje en el primario y secundario del banco de transformadores.
•
Se medirán corrientes en el lado del primario y secundario del transformador.
•
Medir la potencia en el primario y secundario.
•
Encontrar la relación de transformación, basándose en las mediciones previas.
109
Figura 10. 2 Transformadores Monofásicos
110
2.1.6 CUESTIONARIO.
•
¿Por qué motivo deben de seguirse las cinco reglas de oro, al momento de realizar
mantenimiento en sistemas de distribución de energía eléctrica?
•
¿Puede seguirse otra metodología sin utilizar las 5 reglas de oro para el mantenimiento y de
esta manera desenergizar la red eléctrica?
•
Explique que procedimiento siguió para la desconexión de los cortacircuitos.
•
¿Es seguro que el fusible quede colgado al abrirse el cortacircuito?
•
¿Hay ocasiones en que puede trabajarse sin aterrizar las líneas? Si es así, ¿en que
condiciones ambientales puede hacerse?
2.1.7 ANEXOS.
Figura 10. 3 Equipos de Seguridad
111
Tabla 2.5 Distancias Mínimas de Seguridad
Conductores.
DISTANCIAS MINIMAS DE SEGURIDAD DE CONDUCTORES DE EDIFICIOS Y OTRAS INSTALACIONES
Edificios
DISTACIAS MINIMAS
DE SEGURIDAD DE
Horizontal a
paredes ventanas
y áreas
accesibles a
personas
Vertical, arriba o
debajo de techos
y áreas no
accesibles a
personas.
Vertical, arriba o
debajo de techos
y áreas
accesibles a
personas
vehículos, pero
no a vehículos
pesados (3)
Otras estructuras
Vertical, arriba de
techos accesibles
al tránsito de
vehículos
pesados
Horizontal
Vertical, arriba o
debajo de
cornisas y otras
superficies con
acceso a
personas.
Vertical, arriba o
debajo de otras
partes de estas
instalaciones
Conductores
y cables de
comunicació
n aislados,
mensajeros,
retenidas
aterrizadas
expuestas a
tensiones de
hasta 300 V,
conductores
de neutro
que cumplen
con Art. 16
numeral 16,5
A, cables de
suministro
que cumplen
con Art. 16
numeral 16,3
A
metros
Cables de
suministro de
0 a 750 V,
que cumplen
con Art. 16
numeral 16,3
B
Cables de
suministro de
mas de 750
V, que
cumplen con
Art. 16
Partes rígidas enumeral 16,3
B ó 16,3 C,
conductores
de suministro
en línea
abierta de 0
a 750 V
Partes
rigidas
energizadas
no
protegidas
de 750 V a Conductores
de suministro
22 kV,
en línea
carcazas de
abierta de
equipos no
aterrizadas, 750 V a 22
kV.
retenidas no
aterrizadas
expuestas a
tensiones de
750 V a 22
kV.
metros
metros
metros
1.4
1.5
metros
1.5
1.7
2
2.3
0.9
1.1
3
3.2
3.6
3.8
3.2
3.4
3.4
3.5
4
4.1
4.7
4.9
4.9
5
5.5
5.6
0.9
1.07
1.5
1.7
2
2.3
3.2
3.4
3.4
3.5
4
4.1
0.9
1.07
1.7
1.8
2.3
2.45
112
Tabla 2.6 Distancias Seguridad Vertical en Soportes
113
2.2 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 2.
CONCEPTOS BASICOS EN SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA.
2.2.1 OBJETIVOS
•
Conocer los conceptos fundamentales de los dispositivos que componen un sistema de
distribución de energía eléctrica.
•
Analizar los distintos elementos que forman parte de un sistema de distribución de energía y
así poder predecir el buen funcionamiento de éste.
•
Identificar los elementos que forman parte de un sistema de distribución de energía y tener la
capacidad de identificar cuales proporcionan el mejor funcionamiento.
2.2.2 EXPOSICION
DESCRIPCION GENERAL DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN
Los principales datos del sistema eléctrico son la tensión nominal, la frecuencia nominal y su
comportamiento en caso de cortocircuito. Los sistemas de distribución de energía eléctrica
comprenden niveles de alta, baja y media tensión.
Sistemas de distribución:
Un sistema de distribución de energía eléctrica es un conjunto de equipos que permiten energizar
en forma segura y confiable un número determinado de cargas, en distintos niveles de tensión,
ubicados generalmente en diferentes lugares.
Clasificación de los Sistemas de Distribución:
Dependiendo de las características de las cargas, los volúmenes de energía involucrados y las
condiciones de confiabilidad y seguridad con que deban operar, los sistemas de distribución se
clasifican en:
•
Industriales.
•
Comerciales.
•
Urbana.
•
Rural.
Sistemas de distribución industrial:
Comprende a los grandes consumidores de energía eléctrica, tales como las industrias del acero,
químicas, petróleos, papel, etc., que generalmente reciben el suministro en alta tensión. Es
frecuente que la industria genere parte de su demanda de energía eléctrica mediante procesos de
vapor, gas ó diesel.
114
Sistemas de distribución comerciales:
Es un término colectivo para sistemas de energía existentes dentro de grandes complejos
comerciales y municipales; tales como edificios de gran altura, bancos, supermercados, escuelas,
aeropuertos, hospitales, puertos, etc. Este tipo de sistemas tienen sus propias características,
como consecuencia de las exigencias especiales en cuanto a seguridad de las personas y de los
bienes, por lo que generalmente requieren de importantes fuentes de respaldo en casos de
emergencia.
Sistemas de distribución urbana.
Alimenta la distribución de energía eléctrica a poblaciones y centros urbanos de gran consumo,
pero con una densidad de cargas pequeña. Son sistemas en los cuales es muy importante la
adecuada selección en los equipos y el dimensionamiento.
Sistemas de distribución rural.
Estos sistemas de distribución se encargan del suministro eléctrico a zonas de menor densidad de
cargas, por lo cual requiere de soluciones especiales en cuanto a equipos y a tipos de red. Debido
a las distancias largas y las cargas pequeñas, es elevado el costo del kWh consumido.
Características de operación.
Las concesiones de servicio público de distribución son aquellas que habilitan a su titular para
establecer, operar y explotar instalaciones de distribución de electricidad dentro de una zona
determinada (llamada comúnmente zona de concesión), y efectuar suministro de energía eléctrica
a usuarios finales ubicados dentro de dicha zona y a los que, ubicados fuera de ella, se conecten a
sus instalaciones mediante líneas propias o de terceros. Las redes de las empresas eléctricas
concesionarias tienen como punto de partida las denominadas subestaciones de distribución
primaria, cuyo objetivo es el de reducir el voltaje desde el nivel de transporte al de la tensión de
distribución.
Las empresas concesionarias presentan principalmente dos esquemas de alimentación: los
sistemas radiales y los anillados. Los sistemas radiales consisten en poseer un conjunto de
alimentadores de alta tensión, que suministran potencia en forma individual, a un grupo de
transformadores. Cuando una red radial alimenta a transformadores, se obtienen las redes de
distribución de baja tensión, normalmente trifásicas de cuatro hilos, y siempre del tipo sólidamente
aterrizadas. Una desventaja de los sistemas radiales es que al fallar un transformador, su
alimentador en alta tensión, todos los clientes de baja tensión asociados a ese transformador
quedan sin suministro. No son redes que aseguren una buena continuidad del servicio, pero son
económicas.
115
Figura 11. 1 Sistemas Radiales
Los sistemas radiales en alta tensión, se caracterizan por tener el lado primario del transformador
conectado a una barra donde le llegan dos puntos de alimentación, proporcionando así una
continuidad del servicio en caso de que ocurra una falla en alguno de los extremos de
alimentación. Pudiéndose suministrar la energía por el punto de alimentación que está en
operación sin falla. Como se había mencionado anteriormente una gran ventaja que presenta esta
topología es la continuidad del servicio no así en un circuito radial, no obstante cabe mencionar
que el sistema se hace más complejo en las operaciones.
Figura 11. 2 Sistemas Anillados
116
Transformadores.
Hay dos tipos de transformadores que se diferencian en su forma constructiva: transformadores
sumergidos y secos. Existen cuatro tipos de transformadores sumergidos: respirantes, de colchón
de gas, con conservador y de llenado integral, actualmente solo se instalan los últimos.
Transformadores Sumergidos.
El circuito magnético y los devanados están sumergidos en un dieléctrico líquido que garantiza el
aislamiento y la evacuación de las pérdidas caloríficas del transformador. Este líquido se dilata en
función de la carga y de la temperatura ambiente.
Transformadores Respirantes.
Un volumen de aire entre la superficie del aceite y la tapa permite la dilatación del líquido sin riesgo
de rebalse. El transformador respira, pero la humedad del aire se mezcla con el aceite y la rigidez
dieléctrica se degrada.
Transformadores de Colchón de Gas.
La cuba es estanca y la variación de volumen del dieléctrico se compensa con un colchón de gas
neutro.
Transformadores de Llenado Integral.
La cuba está totalmente llena de líquido dieléctrico y herméticamente cerrado. No hay ningún
riesgo de oxidación del aceite.
Transformadores con Conservador.
Para reducir las anteriores inconvenientes, un depósito de expansión limita el contacto aire/aceite y
absorbe la sobre-presión. No obstante, el dieléctrico sigue oxidándose y cargándose de agua. La
adición de un desecador limita este fenómeno, pero exige un mantenimiento periódico. La sobrepresión debida a la dilatación del líquido es absorbido por los pliegues de la cuba.
Transformadores Secos.
El circuito magnético está aislado (o recubierto) con un material aislante seco de varios
componentes. La refrigeración se consigue por medio del aire ambiente, sin líquido intermedio.
Este tipo de transformador tiene la ventaja de no presentar ningún riesgo de fuga o contaminación.
En contrapartida requiere precauciones de instalación y mantenimiento (local ventilado, eliminación
de polvo). Los devanados suelen ir provistos de sondas de detección que vigilan las temperaturas
internas y permiten la desconexión de la carga y de la alimentación si surge un problema térmico.
117
Interruptores.
En el interruptor de potencia es el dispositivo encargado de desconectar una carga o una parte del
sistema eléctrico, tanto en condiciones de operación normal (máxima carga o en vacío), como en
condición de cortocircuito. La operación de un interruptor puede ser manual o accionada por la
señal de un relé encargado de vigilar la correcta operación del sistema eléctrico, donde está
conectado.
Es común energizar estos circuitos de control, a través de transformadores de
servicios auxiliares, conectados desde las barras de la central generadora o subestación, con un
voltaje secundario en estrella de 400/231 Volts.
Especificación Técnica de un Interruptor de Potencia.
La selección de un interruptor de potencia para una determinada aplicación consiste en definir los
valores que limitan las condiciones de operación máximas del interruptor. Los parámetros a indicar
son los siguientes:
•
Tensión nominal
•
Frecuencia nominal
•
Corriente nominal
•
Rigidez dieléctrica (clase de aislación)
•
Ciclo de trabajo
•
Corriente de cortocircuito momentánea.
•
Corriente de cortocircuito de interrupción.
Figura 11. 3 Interruptor de potencia
118
Reconectador (Recloser).
El Recloser es un interruptor con reconexión automática, instalado preferentemente en líneas de
distribución. Es un dispositivo de protección capaz de detectar una sobrecorriente, interrumpirla y
reconectar automáticamente para reenergizar la línea. Está dotado de un control que le permite
realizar varias reconexiones sucesivas, pudiendo además, variar el intervalo y la secuencia de
estas reconexiones. De esta manera, si la falla es de carácter permanente el reconectador abre en
forma definitiva después de cierto número programado de operaciones (generalmente tres o
cuatro), de modo que aísla la sección fallada de la parte principal del sistema.
Seccionadores
Figura 11. 4 Seccionador.
El seccionador es un dispositivo de protección que aísla automáticamente las fallas en las líneas
de distribución. Se instala necesariamente aguas abajo de un equipo con reconexión automática.
Para fallas ocurridas dentro de su zona de protección, el seccionador cuenta las aperturas y cierres
efectuados por el equipo dotado de reconexión automática instalado aguas arriba y de acuerdo a
un ajuste previo, abre en el momento en que el reconectador está abierto; es decir el seccionador
cuenta los impulsos de corriente de falla que fluyen en el sistema, ajustándose para que abra
después de un determinado número de pulsos que pueden ser desde uno hasta tres.
Fusibles.
Es un dispositivo de protección contra sobre corriente, que opera quemándose el elemento sensor
de corriente, debido a la circulación de una corriente superior al valor especificado. Las principales
características de operación de un fusible son las siguientes:
•
Combina el elemento sensor y de interrupción en una sola unidad
•
Su operación depende de la magnitud y duración de la corriente que fluye a través de él.
•
Es un dispositivo monofásico. Solo el fusible de la fase dañada operará, quedando las otras
fases activas.
119
•
Después de haber operado debe cambiarse, ya sea las tres fases o sólo el elemento sensor de
corriente que se fundió.
2.2.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
Enumere los distintos tipos de transformadores que se tienen en los sistemas de distribución
de energía. Y explique brevemente cada uno de ellos.
•
¿Cuáles son los esquemas de alimentación que presentan las empresas concesionarias?
•
¿Cuál es la definición de un sistema de distribución de energía? ¿Cómo se clasifican?
•
Mencione y explique los elementos que componen los sistemas de distribución de energía.
2.2.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS
•
Guía de trabajo para el laboratorio.
•
Cortacircuitos 25 kV, 100 A.
•
Fusible tipo T, SR.
•
Pararrayos tipo distribución 21 kV.
2.2.5 PROCEDIMIENTO
PARTE A.
DEMOSTRACIÓN DE LA INSTALACIÓN DE UN TRANSFORMADOR NEUTRO
COMÚN.
•
Realizar un recorrido a la subestación eléctrica de la universidad. El instructor explicará todas y
cada una de las partes que la componen, apoyándose en equipo existente en el Laboratorio.
•
A continuación se presenta el diagrama de conexión de un transformador en configuración
neutro común. El instructor debe explicar en que consiste cada componente y cual es su
función dentro del sistema.
•
Las partes que componen al sistema se encuentran numeradas y en anexos se presenta el
nombre del elemento según numeración.
120
Figura 11. 5 Transformador Monofásico
121
2.2.6 CUESTIONARIO
•
Describa el funcionamiento de un transformador monofásico.
•
¿En dónde se encuentran los taps del transformador?
•
En estos tres cables de salida. Explique con sus propias palabras como debe dividirse el
voltaje y qué tipo de conexión supone que tendría este transformador en su secundario.
•
Explique el funcionamiento de un seccionador y la razón por la cual debe de estar aguas abajo
de un dispositivo de desconexión automática.
•
¿En base a que parámetros trabaja un reconectador?
•
¿Cuáles son las variables que pueden ser programadas y modificadas en un reconectador?
2.2.7 ANEXOS.
Tabla 2.7 Placa de datos Transformador
Fabricante:
Tipo:
Aumento de Temperatura:
Tensión primario:
Tensión secundario:;
Derivaciones Primario:
Líquido Aislante:
Peso Total:
Potencia:
Fases:
Polaridad:
Corriente Primario:
Corriente Secundario:
Número de Serie:
Frecuencia:
Impedancia:
Conexión Primario:
Conexión Secundario:
Rhona S.A.
55°C
69000 V
13800 V
69000 ± 10% en 18 pasos
Aceite mobilent 35,18950 litros
50200 Kg
25000 KVA
3
yd-1
209 A
1046 A
17890
50Hz
10% a 75 °C
Estrella
Delta
122
•
Fusible.
Figura 11. 6 Fusible.
Figura 11. 7 Reconectador.
123
Tabla 2.8 Materiales Instalación Transformador
ESTRUCTURA: INSTALACION DE UN
TRANSFOMADOR, NEUTRO COMUN
No.
DESCRIPCION
2
22
23
28
Abrazadera completa 7-7 5/8 " (177,8-193,7mm)
Alambre de cobre #4 desnudo
Almohadilla para crucero
Arandela redonda 5/8 " (15,9mm)
Barra para polo tierra 5/8" x 8" (15,9mm x
2,4mm)
Cable de cobre forro plástico S/R
Cinta metálica band-it 1/2" (12,7mm)
Conector de compresión S/R
Conector Universal S/R.
Cortacircuito 25 KV,100 A
Estribo para grapa linea viva S/R.
Extensión para cortacircuito y pararrayos.
Fusible tipo "T" S/R.
Grapa para línea viva.
Grapa para polo tierra.
Hebilla band-it 1/2 "
Pararrayos tipo distribución 21 KV.
Perno máquina 5/8 x 10 ".
Perno máquina 5/8 x 2".
Perno máquina 1/2 x 1 1/2".
Tubo de acero galvanizado 1/2 ".
37
45
48
50
51
53
74
75
78
83
84
90
103
110
113
114
144
124
COD: 23 T1C
VOLTAJE NOMINAL: 24,9 kV
CANTIDAD
P
A
3
15m
15m
2
2
3
1
6m
4m
5
2
1
1
1
1
1
1
4
1
2
2
2m
1
6m
4m
5
2
1
1
1
1
1
1
4
1
3
2
2m
2.3. EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 3
TRANSFORMADORES DE CORRIENTE Y TRANSFORMADORES DE POTENCIAL.
2.3.1 OBJETIVOS
•
Comprender cuál es la función principal
de la medición primaria en la industria o en
subestaciones de distribución de energía.
•
Conocer las características principales de funcionamiento, construcción y montaje de los
transformadores de potencial y de corriente.
•
Identificar cuáles son los errores más usuales que se dan en la medición primaria.
•
Entender el diagrama interno de un transformador de potencial.
•
Conocer la capacidad general de los transformadores de corriente
•
Conocer las partes de un transformador de corriente.
•
Qué el alumno sepa distinguir las especificaciones de los transformadores de corriente.
•
Qué el alumno utilice la relación de transformación para dimensionar la capacidad de los
transformadores de corriente.
•
Conocer los factores de corrección del transformador.
2.3.2 EXPOSICIÓN
TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
Una frase general para definir a los transformadores de corriente es: “Transformadores de
Instrumento”, ya que son dispositivos para modificar y transformar en forma precisa la corriente u
otro valor menor, por las siguientes razones:
•
Para reducir en forma precisa, por medio de la transformación, la magnitud de la corriente del
circuito primario a valores más manejables que sean de uso en la salida, por lo general 5 ó 1 A
(en corriente).
•
Para aislar el equipo secundario (Instrumentos de medición y/o protección) de los voltajes
primarios que por su valor son peligrosos.
•
Para dar a los usuarios mayor flexibilidad en la utilización del equipo, en aplicaciones tales
como: medición y protección. Para revisar la conveniencia y posibilidad de aplicar el mismo
tipo de transformador de instrumento para aplicaciones simultáneas en medición y protección.
•
Para permitir a los usuarios su uso y a los manufactureros una fabricación menos costosa,
mediante el uso de componentes estándar para mayor economía y flexibilidad de aplicación.
Las personas familiarizadas con el uso de transformadores de instrumento saben que se utilizan
principalmente en aplicaciones de protección y medición, pero también en boquillas de:
interruptores, transformadores de potencia y generadores. Desde luego, se usan también en:
125
•
Subestaciones……. Para protección y medición.
•
Generadores………. Para protección y medición.
INFORMACIÒN BÀSICA PARA LA ESPECIFICACIÒN DE TRANSFORMADORES DE
INSTRUMENTO
Para las aplicaciones de protección y medición, se deben especificar algunas características en los
transformadores de instrumento, considerando que las aplicaciones básicas son para medición y
control, como sigue:
•
Medición (con clase de precisión 0.3%).
•
Protección (con precisión normal requerida).
•
Indicación (para aplicaciones más económicas).
•
Para aplicaciones especiales (con requerimientos especiales).
Como sabemos la medición de corrientes alternas es una de las cosas más comunes, no sólo por
la medición misma, sino porque se requiere para determinar otros parámetros de los circuitos
eléctricos.
Cuando las corrientes por medir son relativamente pequeñas y los circuitos de baja tensión, la
medición se puede hacer en forma directa, en cambio si los voltajes son superiores a 1000 volts
por ejemplo o las corrientes exceden a valores considerados como seguros, se debe obtener unareplica de la corriente en el circuito primario por medio del uso de los llamados transformadores de
corriente y que son dispositivos que están diseñados para operar en su primario con la corriente
nominal del circuito al cual se inserta en serie este devanado primario.
El secundario de estos transformadores se conecta a los instrumentos de medición y relevadores
que debe alimentar; la corriente secundaria es proporcional y está en fase con la del primario. La
corriente del secundario de los transformadores de corriente (TC) es por lo general de 5 Amperes
en forma normalizada.
La ecuación básica para los transformadores de corriente es la siguiente:
I1 ∗ N1 = I 2 ∗ N 2
Ec. (1.6)
También:
I1 N 2
=
= Kn
I 2 N1
Ec. (1.7)
Donde:
Kn = relación de transformación
I1 = corriente en el devanado primario
I2 = corriente en el devanado secundario
N1 y N2 = número de espiras en los devanados primario y secundario respectivamente.
126
Si se designa por Zc la impedancia de la carga, el voltaje que aparece en el secundario de un TC
es función de otra impedancia de carga.
V2 = I 2 ∗ Z c
Ec. (1.8)
Si se considera la impedancia interna del TC entonces el voltaje secundario es:
V 2 = (Z c + Z i ) ∗ I 2
Ec. (1.9)
En el transformador de corriente se deben considerar para su aplicación los errores de relación y
de ángulo, mismos que implícitamente aparecen en la denominada clase de precisión de estos
transformadores.
Para la aplicación de los transformadores de corriente se requiere conocer como parámetros
principales los siguientes:
Corriente primaria
Los valores normalizados para corrientes primarias en los transformadores de corriente son los
que se indican EXPRESADOS EN AMPERES:
Tabla 2.9 Valores Normalizados para Corrientes
5
100
1200
10
150
1500
15
200
2000
20
300
3000
25
400
4000
30
600
5000
40
800
6000
75
Corriente Secundaria
El valor nominal de la corriente secundaria de los RC normalmente es 5 Amperes.
Corriente de corto circuito para efectos térmicos.
La corriente de corto circuito que produce efectos en los transformadores de corriente se calcula
de acuerdo con la expresión.
Iterm = Ik t + 0.005 ×
127
50
f
Ec. (1.10)
Donde:
Ik = corriente de corto circuito en kA
f = frecuencia del sistema en Hertz
t = tiempo de disparo del interruptor
Corriente de corto circuito de efectos dinámicos
Los transformadores de corriente por tener su devanado primario en serie con los circuitos a los
cuales se conecta se ven sometidos a esfuerzos dinámicos producidos por las corrientes de corto
circuito. El valor de la corriente dinámica de corto circuito en los TC no debe ser inferior a 2.5
veces la corriente de efectos térmicos, es decir:
Potencia de Salida del TC
La potencia de los transformadores de corriente se expresa en volt-amperes (VA) y depende de
los instrumentos que alimentará, así como la carga propia que representan los propios cables de
control.
Clase de Precisión:
Los transformadores de corriente pueden tener un error magnitud (relación de transformación) o
en su ángulo de desfasamiento, este tipo de errores define lo que se conoce también como la
clase de precisión del RC y que tiene que ver desde luego con el tipo de aplicación que se dará al
TC.
Nivel básico de aislamiento
Para los transformadores de corriente tipo intemperie se debe especificar en forma análoga a los
transformadores de potencial el nivel básico de aislamiento al impulso. Algunos ejemplos de
tensiones utilizadas con sus respectivos niveles básicos de aislamiento al impulso por rayo se
recomiendan:
Tabla 2.10 Nivel básico de Aislamiento
Tensión
Tensión Máxima de diseño KV
Nivel básico de aislamiento KV
69
72.5
350
115
123
550
230
245
900-1050
400
420
1300-1425
Nominal
Número de devanados secundarios
Por lo general cualquier transformador para medición y otro para protección, sin embargo cada vez
es más común encontrar transformadores de corriente con tres devanados, sobre todo cuando se
128
usan esquemas de protección diferentes, protección con auxiliares, respaldos, etc., así como
consideraciones particulares para la protección diferencial y de distancia.
Carga debida a los cables de control
Además de la carga de los instrumentos que va a alimentar en TC se debe tener capacidad para
alimentar la carga debida a la resistencia de los cables de control.
La corriente que debe alimentar en TC se calcula como:
VATC = VAinstrumento + VAconductor
Ec. (1.11)
La carga debida a los cables de control se calcula a partir de la resistencia del conductor usado y
convidando la longitud del cable de ida y retorno como:
VAconductor = RI 2
Ec. (1.12)
Donde:
I = corriente secundaria en el TC, normalmente 5 A.
R = resistencia del conductor en ohms.
⎛ ohms
⎞
R = r⎜
∗ 2l ⎟
⎝ m
⎠
Ec. (1.13)
Sección mínima del cable de control
La sección mínima que deben tener los cables de control que alimentan a los instrumentos se
calcula de acuerdo con las siguientes consideraciones:
La potencia consumida por el cable de control es:
P = RI 2
Ec. (1.14)
Donde la resistencia del conductor se calcula como:
⎛L⎞
R = ρ ⎜ ⎟ ohms
⎝S⎠
Siendo:
L = longitud total del conductor (m)
S = sección del conductor (mm2)
ρ = resistividad del material en (ohms-mm2 / m)
129
Ec. (1.15)
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
Las principales especificaciones técnicas que se deben proporcionar para la compra de los TC son
las siguientes:
•
Voltaje nominal del sistema y voltaje máximo de diseño.
•
Frecuencia
•
Nivel de aislamiento
•
Número de devanados secundarios
•
Relación de transformación
•
Potencia de los devanados en VA
•
Clase de precisión
•
Corriente térmica de corto circuito
•
Corriente dinámica de corto circuito
•
Condiciones climatológicas como temperaturas máxima y mínima, humedad, contaminación,
etc.
•
Condiciones de lugar: altura sobre el nivel del mar, nivel sísmico, etc.
CONEXIÒN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
En la protección de transformadores de potencia en donde se usan transformadores de corriente
en los lados de alto voltaje es necesario que se tome en consideración para la conexión trifásica de
los TC. La conexión que tienen los devanados de los transformadores de potencia. En una forma
simplificada se puede seguir la regla indicada en la tabla 2.11, en donde se muestra la conexión de
transformadores de potencia y corriente, con sus devanados primarios y secundarios. La Tabla es
mostrada a continuación:
130
Tabla 2.11 Conexión de Transformadores
Transformadores de Potencia
Transformadores de Corriente
Conexión del
Conexión del
Conexión del
Conexión del
primario
secundario
primario
secundario
Estrella
Delta
Delta
Estrella
Delta
Delta
Estrella
Estrella
Delta
Estrella con neutro a
tierra
Estrella
Delta
Estrella con neutro a
tierra
Delta
Estrella con neutro a
tierra
Delta
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL.
Transformador de Potencial TT/PP.
Es un transformador devanado especialmente, con un primario de alto voltaje y un secundario de
baja tensión. Tiene una potencia nominal muy baja y su único objetivo es suministrar una muestra
de voltaje del sistema de potencia, para que se mida con instrumentos incorporados.
Además, puesto que el objetivo principal es el muestreo de voltaje deberá ser particularmente
preciso como para no distorsionar los valores verdaderos. Se pueden conseguir transformadores
de potencial de varios niveles de precisión, dependiendo de que tan precisas deban ser sus
lecturas, para cada aplicación especial.
El enrollado primario de un transformador de potencial se conecta en paralelo con el circuito de
potencia y en el secundario se conectan los instrumentos o aparatos de protección.
Estos transformadores se construyen para todas las tensiones de circuitos normalizados.
Normalmente son de tipo seco o moldeado para tensiones inferiores a 23 KV y en baño de líquido
para tensiones superiores.
Los transformadores de potencial se comportan en forma similar a un transformador convencional
de dos bobinas.
131
Figura 12. 1 Circuito Equivalente
Errores en los transformadores de potencial
En los transformadores de potencial existen 2 tipos de errores que afectan a la precisión de las
medidas hechas con transformadores:
•
Error de relación: Es la diferencia entre la relación verdadera entre la tensión del primario y
secundario y la relación indicada en la placa característica.
•
Error de ángulo: Es la diferencia en la posición de la tensión aplicada a la carga secundaria y
la tensión aplicada al devanado primario.
El error de ángulo se representa con el símbolo (g), está expresado en minutos y se define como
positivo cuando la tensión aplicada a la carga, desde el terminal secundario marcado al no
marcado, está adelantada respecto a la tensión aplicada al primario desde el terminal marcado al
no marcado.
Clasificación de los errores.
En el transformador de potencial interesa que los errores en la relación de transformación y los
errores de ángulo entre tensión primaria y secundaria se mantengan dentro de ciertos límites. Esto
se obtiene sobredimensionando tanto el núcleo magnético como la sección de los conductores de
los enrollados.
La magnitud de los errores depende de la característica de la carga secundaria que se conecta al
transformador de potencial.
Para su clasificación desde el punto de vista de la precisión (error máximo en la relación de
transformación) las diversas normas sobre transformador de potencial exigen que los errores de
medición se mantengan dentro de ciertos valores para determinadas características de la carga.
132
Conexiones trifásicas
Para conectar transformadores de potencial en forma trifásica se usan dos tipos de conexiones
usualmente, estas son:
•
Conexión estrella-estrella: Se utiliza cuando se requiere neutro en el secundario.
•
Conexión en V: Esta conexión se utiliza cuando no se requiere neutro secundario, es más
económica ya que. se requiere solo dos transformadores de potencial.
2.3.3. PRUEBA TEÓRICA DE CONOCIMIENTOS.
•
¿Cuál es la definición de transformador de corriente? Explique
•
Mencione los tipos de transformadores de corriente.
•
¿Por qué se les llama transformadores de medición?
•
¿De qué tipo son los transformadores especiales?
•
Si en el primario de un transformador de potencial tengo una conexión Delta y en el secundario
una Delta ¿cómo tengo que hacer las conexiones en el transformador de corriente?
•
¿Cuál es la definición de transformador de potencial?
•
Explique el funcionamiento interno de un transformador de potencial.
•
Mencione los errores que afectan la precisión de la medición efectuada con un transformador
de potencial.
•
Como se pueden clasificar los tipos de errores.
•
Para qué nivel de voltaje máximo se fabrican los transformadores de potencial.
•
¿Qué normas de seguridad debe cumplir para realizar mediciones en este tipo de
instalaciones?
2.3.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS
•
1 Transformador de Corriente 25 kV, S/R.
•
1 transformador de potencial.
•
Cortacircuitos 25 kV, 100 A.
•
Fusibles tipo T, S/R.
•
Tenaza punta redonda.
•
Tenaza cortadora.
•
Juego de destornilladores.
•
Multímetro.
•
Clamper.
•
Pararrayos tipo Distribución 21 kV.
•
Alambre de Cobre No. 4, desnudo.
133
2.3.5. PROCEDIMIENTO
PARTE A.
•
Con ayuda de su instructor y haciendo uso de los conocimientos obtenidos y las herramientas
necesarias, construir el circuito mostrado en la figura 12.2.
Recuerde: En este circuito se está simulando el trabajando con altos voltajes, guarde las medidas
de protección personal y de seguridad para el equipo.
•
Energice el circuito según las indicaciones del instructor.
•
El armado del circuito se hará sin los transformadores de medición se pasara directamente de
los cortacircuitos hacia los transformadores monofásicos.
•
El instructor mostrará físicamente los transformadores de medición y explicará su
funcionamiento. Además expondrá la aplicación que realizan en una instalación eléctrica..
PARTE B.
•
Haciendo uso del equipo de medición adecuado, tomar las lecturas de corriente y voltaje en los
siguientes puntos. Es muy importante que esta parte quede muy clara porque al final del curso
se deja un proyecto en donde todos estos elementos están involucrados.
Fase A:
Tabla 2.12 Mediciones
PUNTO DE MEDICIÓN
VOLTAJE
CORRIENTE
POTENCIA
Conector de Compresión S/R.
A la salida del Pararrayos.
A la salida del fusible tipo “T” S/R.
A la salida del transformador de corriente.
A la salida del Transformador de Potencial.
Fase B:
Tabla 2.13 Mediciones
PUNTO DE MEDICIÓN
VOLTAJE
Conector de Compresión S/R.
A la salida del Pararrayos.
A la salida del fusible tipo “T” S/R.
A la salida del transformador de corriente.
A la salida del Transformador de Potencial.
134
CORRIENTE
POTENCIA
Fase C:
Tabla 2.14 Mediciones
PUNTO DE MEDICIÓN
VOLTAJE
Conector de Compresión S/R.
A la salida del Pararrayos.
A la salida del fusible tipo “T” S/R.
A la salida del transformador de corriente.
A la salida del Transformador de Potencial.
135
CORRIENTE
POTENCIA
CONEXIONES TIPICAS DE TRANSFORMADORES DE MEDICION
Figura 12. 2 Transformadores de Medición
136
2.3.6. CUESTIONARIO.
•
¿Qué tan confiable es la precisión de un transformador de corriente?
•
Describa un transformador de corriente tanto externa como internamente.
•
¿De cuánto es generalmente el aislamiento de estos transformadores?
•
¿Qué sucedería si a la hora de trabajar con un transformador de corriente no se cortocircuita el
secundario?
•
Calcular la capacidad en VA para un TC que alimentará a un amperímetro con un consumo de
2.5 VA y un wattímetro que tiene un consumo de 1.5 VA y un relevador de corriente con 3 VA
de consumo. El conductor de alimentación a los aparatos tiene una longitud de 50 m y es de
No. 14 AWG con una resistencia de 0.0086 ohms/m. El transformador tiene una relación de
transformación de 100/5 y está conectado a una línea de 115 V.
•
El transformador visto en la práctica es de interior o exterior ¿Por qué?
•
¿Qué normas de seguridad debe cumplir para realizar mediciones en este tipo de
instalaciones?
2.3.7. ANEXOS.
Figura 12. 3 Transformadores de Corriente.
137
EJEMPLO DE MODELO DE TRANSFORMADOR.
Figura 12. 4 Modelo de Transformador.
138
ELEMENTOS DEL DIAGRAMA A REALIZAR EN EL EXPERIMENTO, SEGÚN CÓDIGO
Tabla 2.15 Elementos según Código
No.
2
4
4A
4B
5
5A
6
6A
6B
22
23
37
46
47
48
50
51
53
55
74
75
78
83
84
90
100
100A
100B
103
113
114
116
Descripción
Abrazadera completa 7-7 5/8" (177,8193,7mm)
Bushing conduit 1" (25,4mm)
Tuerca conduit 1" (25,4 mm)
Terminal recto 1" (25,4mm), tipo "LT"
Cuerpo "LB" conduit 1" (25,4mm)
Cuerpo "T" conduit 1" (25,4 mm)
Accesorio de seguridad, candado.
Accesorio de seguridad, sello de plomo
6" (152,4mm)
Accesorio de seguridad, sello de plomo
24" (609,6mm)
Alambre de cobre # 4, desnudo
Almohadilla para crucero
Barra para polo tierra 5/8 x 8' (15,9 mm
x 2,4 m)
Cable de control 7 conductores # 12
Caja de lámina pequeña para medición
con ventana
Cinta metálica band-it 1/2" (12,7 mm)
Conector de compresión S/R
Conector universal S/R
Cortacircuito 25kV, 100 A
Crucero angular de hierro 94" (2388
mm)
Estribo para grapa de línea viva S/R
Extensión para cortacircuito y
pararrayos
Fusible tipo "T" S/R
Grapa para línea viva
Grapa para polo tierra
Hebilla band-it 1/2" (12,7mm)
Medidor de tres elementos, electrónico
Medidor Trifilar
Medidor Bifilar
Pararrayos tipo distribución 21 Kv
Perno máquina 5/8 x 2" (15,9 x 50,8
mm)
Perno máquina 1/2 x 1 1/2"
(12,7x304,8mm)
Perno todo rosca
5/8x12"(15,9x304,8mm)
139
1
Fase
2
Fase
3
Fase
3
3
3
1
2
2
1
1
1
1
2
6
1
1
1
1
2
10
1
1
1
3
3
3
1
1
1
18m
2
25m
2
30m
4
1
1
1
7m
8m
9m
1
1
1
6m
1
2
1
6m
2
2
2
6m
3
2
3
2
4
1
2
3
1
2
1
1
1
4
2
2
1
4
3
3
1
4
1
1
1
1
2
3
5
6
7
2
8
12
4
4
2.4 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 4
INTERRUPTORES Y SUS CARÁCTERISTICAS.
2.4.1 OBJETIVOS
•
Que el alumno conozca los tipos de Interruptores para las instalaciones en alta tensión.
•
Que el alumno conozca las partes de los interruptores.
•
Que el alumno conozca las condiciones normales de servicio de los interruptores.
•
Que el alumno conozca las características más importantes sobre las condiciones de
operación.
2.4.2 EXPOSICIÓN
INTERRUPTORES
Por definición, un interruptor es un dispositivo que cierra e interrumpe (abre) un circuito eléctrico
entre contactos separables, bajo condiciones de carga o de falla.
TIPOS DE INTERRUPTORES
En esta parte sólo se hace referencia al interruptor para las instalaciones en alta tensión, es decir,
no se consideran los interruptores de tipo electromagnético para instalaciones de baja tensión.
Existe distintas formas de clasificar a los interruptores, una de ellas es por su medio de extinción,
pudiendo ser: interruptores en aceite (de gran volumen de aceite y de pequeño volumen de
aceite), interruptores neumáticos, interruptores en vacío e interruptores en hexafloruro de azufre
(SF6).
También, se clasifican los interruptores por su construcción de “tanque muerto” o de “tanque vivo”.
De tanque muerto significa que el tanque del interruptor y todos sus accesorios se mantienen al
potencial de tierra y que la fuente externa y conexiones a la carga se hacen por medio de
boquillas convencionales. De tanque vivo significa que las partes metálicas y de porcelana que
contienen el mecanismo de interrupción se encuentran montadas sobre columnas de porcelana
aislante y están, por lo tanto, al potencial de línea. En la siguiente tabla, se da una clasificación de
los interruptores por su medio de interrupción y la disponibilidad que se tiene de los mismos.
140
Tabla 2.16 Tipos Interruptores
No existen guías generales para la aplicación de estos tipos de interruptores, de hecho, en cada
proyecto se debe determinar la capacidad requerida por el interruptor, su compatibilidad con otros
instalados en subestaciones conexas, los requerimientos de comportamiento (interrupción de
corrientes capacitivas, restrikes, etc.) y por supuesto las consideraciones de costo, que son
importantes en la selección final.
Los interruptores en aceite se encuentran disponibles en rangos de 2.4 KVA hasta 69 KV en
tanques individuales, el traslape entre polos individuales y distintos valores de corrientes de carga
y capacidades interruptivas. Los límites de temperatura, las limitantes de presión en el tanque y
algunos otros criterios de diseño, son factores que influyen también en la selección del interruptor
para alguna aplicación específica.
En las figuras siguientes, se muestran algunas de las partes principales de los interruptores en
aceite, esto es con fines de identificación, en particular cuando se trata de especificaciones y para
el arreglo de disposición del equipo.
Figura 13. 1 Interruptor de Aceite
141
Figura 13. 2 Estructura de un Interruptor.
142
Figura 13. 3 Interruptor de Hexafloruro de Azufre (SF6)
INTERRUPTORES DE HEXAFLORURO DE AZUFRE (SF6)
El medio de extinción de arco eléctrico debe ser gas SF6 (Hexafloruro de Azufre) a una sola
presión. En casos especiales como: ampliaciones sustituciones, etc. Todos los interruptores
deben ser para servicio tipo intemperie.
VALORES NOMINALES DE VOLTAJE, FRECUENCIA Y CORRIENTE
•
La corriente nominal de los interruptores debe estar de acuerdo a lo indicado en la tabla 2.18.
Esta corriente está dada por el valor eficaz (r.m.s.) de la corriente, que es capaza de conducir
continuamente el interruptor sin sufrir ningún daño a la frecuencia nominal y sin exceder los
valores de elevación de temperatura de diferentes partes del interruptor.
•
Las tensiones nominales de los interruptores deben estar basados de acuerdo a la tabla 2.17,
que se da a continuación.
143
•
Los interruptores se deben diseñar para operar a 60 HZ o 50 HZ.
Tabla 2.17 Tensiones Nominales para Interruptores
Tabla 2.18 Corrientes Nominales para Interruptores
144
CONDICIONES NORMALES DE SERVICIO
•
Los interruptores deben estar diseñados para sistemas conectados sólidamente a tierra.
•
Los interruptores deben operar a una temperatura ambiente que no exceda de 40 °C. También
deben estar diseñados para operar a una temperatura mínima de -25°C.
•
Se deben diseñar para operar a una altura de 1000 m.s.n.m. En caso en que las necesidades
de operación requieran una altura mayor, se deben hacer las correcciones necesarias, de
manera que el interruptor mantenga a la altitud en que se encuentre instalado, los niveles de
aislamiento establecidos en esta guía.
NIVEL DE AISLAMIENTO
Los niveles básicos de aislamiento deben estar de acuerdo con los criterios generales para la
coordinación en las subestaciones eléctricas.
Sobre las Condiciones de Operación.
Capacidad Interruptiva
•
Los interruptores deben cumplir con la corriente interruptiva de cortocircuito dada por el valor
eficaz (r.m.s.) de su componente de CA asociada con una componente de CD y debe estar de
acuerdo con la tabla 2.19.
•
La corriente sostenida de corta duración (3 segundos) debe ser indicada en la tabla 2.19. Esta
corriente es la que el interruptor es capaz de conducir en posición cerrada y con un valor igual
al de la corriente interruptiva de cortocircuito.
Tabla 2.19 Niveles de Tensión para Interruptores
145
TIEMPO DE INTERRUPCION
Los tiempos de interrupción se indican en la tabla siguiente:
Tabla 2.20 Tiempos de Interrupción
MECANISMOS DE OPERACIÓN
El interruptor debe contar con un mecanismo de operación de energía almacenada con control
eléctrico local y remoto, y también local manual, que permita el disparo de emergencia sin
alimentación externa.
•
En interruptores con tensiones de 245 kV y mayores, se debe suministrar un mecanismo de
operación por polo, de tal manera que cada polo debe ser independiente, tanto en su
cimentación como en su operación.
•
En los interruptores con tensiones de 123 kV, se debe suministrar un mecanismo de operación
de operación por polo, excepto cuando las necesidades de operación indiquen que se debe
suministrar un mecanismo para los tres polos.
•
En el caso donde se suministre un mecanismo de operación por polo, también se debe
suministrar un tanque de almacenamiento de aire, un acumulador hidráulico o un resorte por
cada polo.
•
La energía almacenada para operación del mecanismo debe ser de cualquiera de los tres tipos
siguientes:
•
Neumática
•
Hidráulica
•
Resorte
146
•
La carga de la energía almacenada debe proporcionarse por medio de un motor eléctrico que
accione una bomba o un compresor o cargue un resorte.
CRITERIOS GENERALES PARA SELECCIÓN Y APLICACIÓN
•
El tiempo de cierre del interruptor a una frecuencia de 60 Hz, debe ser como máximo 0.16
segundos (10 ciclos).
•
La capacidad de ejecución a tensión nominal para la apertura del interruptor deberá ser de 0.3
segundos.
•
La operación de cierre seguida inmediatamente de una operación de apertura, sin ningún
retraso adicional, debe ser de 3 minutos.
•
Los interruptores deben cumplir con no exceder las diferencias en simultaneidad de tiempos
de operación entre el primero y el último polo, de acuerdo a las siguientes condiciones.
•
o
En operación de cierre, 3 milisegundos, máximo.
o
En operación de apertura, 2 milisegundos, máximo.
Cuando existan más de una cámara de interrupción por polo, se debe verificar de no exceder
las diferencias de simultaneidad de tiempos de operación entre el primero y el último contacto
del mismo polo, de acuerdo a las siguientes condiciones:
o
En operación de cierre, 2 milisegundos, máximo.
o
En operación de apertura, 2 milisegundos, máximo.
NIVELES DE AISLAMIENTO DE LOS INTERRUPTORES
Para estar de acuerdo con el criterio de coordinación de aislamiento de la subestación se debe
especificar:
•
Nivel básico de aislamiento al impulso por rayo o NBI
•
Tensión de flameo a 60 Hz. en seco para el aislamiento externo (boquillas).
•
Eventualmente tensión de flameo en húmedo en las boquillas.
•
Nivel básico de aislamiento al impulso por maniobra de interruptores, cuando estos se instalan
en sistemas de 400 kV o tensiones mayores (NBS).
Por lo general, el NBI al impulso por rayo y por maniobra (en su caso) corresponde a los valores
usados para el resto de los aislamientos externos de la subestación (boquillas de transformadores,
TP, TC, cadenas de aisladores, etc.).
Otro elemento a especificar desde el punto de vista dieléctrico, es la distancia longitudinal (d). La
distancia (d) debe tener un valor mínimo igual a la distancia de fase a tierra a la altura
correspondiente al sitio.
La distancia de fuga en las boquillas es función del tipo de contaminación estimada en la zona de
la instalación del interruptor.
147
El factor de sobre tensión se refiere a la máxima sobre tensión por maniobra de interruptores (en
400 KV) que puede aparecer en el sistema de acuerdo a los estudios analíticos de sobre tensiones
en la red realizados por computadora y que arrojan resultados de tipo estadístico bajo diferentes
condiciones de maniobras (simulaciones) en la red.
ESPECIFICACIONES DE MANTENIMIENTO PARA INTERRUPTORES
Los interruptores durante las operaciones de apertura y cierre se ven sometidos a esfuerzos
mecánicos de accionamiento y a esfuerzos dieléctricos y térmicos en los contactos.
Esta acción hace que los interruptores eventualmente puedan fallar en la parte mecánica y/o en
los contactos, por esta razón se debe especificar un número de maniobras mecánicas
determinadas pudiéndose indicar:
•
Máximo número de maniobras
•
Efectos térmicos en los contactos y se expresa por el número de maniobras a determinado
valor de corriente.
Por ejemplo:
Los contactos deben permitir antes de su reemplazo las siguientes interrupciones:
•
Tres interrupciones a máxima corriente de corto circuito.
•
Cinco interrupciones al 50 % de la máxima corriente de corto circuito.
•
Diez interrupciones al 15 % de la máxima corriente de corto circuito.
2.4.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTO.
•
Mencione el funcionamiento de un interruptor.
•
Mencione los tipos de interruptores conocidos.
•
¿Qué puede decir acerca del nivel básico de aislamiento en interruptores?
•
¿Qué parámetro es el que se toma en cuenta para establecer los tiempos de cierre e
interrupción en los interruptores?
•
Mencione los tres mecanismos de operación interna de los interruptores.
2.4.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS
Debido a que esta práctica será demostrativa no se utilizará ningún equipo.
2.4.5 PROCEDIMIENTO.
En esta parte el instructor dará al grupo de estudiantes de ingeniería eléctrica una charla sobre los
Interruptores y sus características; dicha charla tiene que ser asesorada por el catedrático de la
148
materia, para que posteriormente el alumno verifique en futuras visitas técnicas a subestaciones,
los diferentes tipos de interruptores y las conexiones que los mismos poseen.
2.4.6 CUESTIONARIO
•
Investigue cuales son las especificaciones de prueba para los interruptores.
•
Por lo general como parte del proyecto de una subestación eléctrica están las especificaciones
de los equipos y distintas componentes y parte de especificaciones es lo que se conoce como
especificación técnica, en donde se deben dar datos sobre condiciones climatológicas del
lugar, humedad, condiciones del tiempo, velocidad de vientos, etc. Investigue y mencione las
especificaciones que debe tener un interruptor para uso interior y para intemperie.
•
Investigar sobre el interruptor de aire comprimido y explicar su funcionamiento.
•
Mencione tres condiciones en las cuales las sobre tensiones de maniobra en la red excedan a
2.5 p.u.
149
2.4.7 ANEXOS
Figura 13. 4 Dimensiones Interruptor Tripolar
150
Figura 13. 5 Estructura Interruptor Tripolar
151
Figura 13. 6 Interruptor
Figura 13. 7 Transformador de Corriente.
152
2.5 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 5.
TRANSFORMADORES MONOFASICOS.
2.5.1 OBJETIVOS.
•
Entender el funcionamiento básico de un transformador
•
Conocer la construcción física de los transformadores.
•
Conocer las relaciones de voltaje y corriente de un transformador monofásico. Relación de
transformación.
•
Comprender las distintas pruebas que se le realizan a los transformadores.
2.5.2 EXPOSICION
Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir el voltaje o
tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que
ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se
obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas,
dependiendo de su diseño, tamaño, etc.
Si suponemos un equipo ideal y consideramos, simplificando, la potencia como el producto del
voltaje o tensión por la intensidad, ésta debe permanecer constante (ya que la potencia a la
entrada tiene que ser igual a la potencia a la salida).
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y
están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado
de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios
según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También
existen transformadores con más devanados, en este caso puede existir un devanado "terciario",
de menor tensión que el secundario.
Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad
y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la
frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción, la aparición de
una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario. La relación entre la fuerza
electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida
(Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los
devanados primario (Np) y secundario (Ns) .
Ep Np
=
Es Ns
153
Ec. (1.16)
La razón de transformación del voltaje entre el bobinado primario y el segundario depende de los
números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del
primario. En el segundario habrá el triple de tensión.
Np Vp
=
Ns Vs
Ec. (1.17)
Figura 14. 1 Razón de Transformación.
Esta particularidad tiene su utilidad para el transporte de energía eléctrica a larga distancia, al
poder efectuarse el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades y por tanto pequeñas
pérdidas.
Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, si
aplicamos una tensión alterna de 230 voltios en el primario, obtendremos 23000 Voltios en el
secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre
el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del
transformador o relación de transformación.
Ahora bien, como la potencia aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser
igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad
(potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el
primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).
El arrollamiento de entrada y el de salida envuelven la misma columna del núcleo de hierro. El
núcleo se construye de hierro por que tiene una gran permeabilidad, o sea, conduce muy bien el
flujo magnético.
En un transformador, el núcleo tiene dos misiones fundamentales:
•
Desde el punto de vista eléctrico –y esta es su misión principal- es la vía por que discurre el
flujo magnético. A través de las partes de la culata conduce el flujo magnético siguiendo un
circuito prescrito, de una columna a otra.
•
Desde el punto de vista mecánico es el soporte de los arrollamientos que en él se apoyan.
154
Hay tres tipos de pérdidas que se representan en los transformadores:
•
Pérdidas en el cobre.
•
Pérdidas por histéresis.
•
Pérdidas por corrientes parásitas
Determinación las constantes del transformador.
Los valores reales de resistencia y reactancia de los devanados de un transformador, se pueden
obtener de pruebas de laboratorios mediante mediciones y algunos cálculos relativamente simples
y que son la base de los valores usados en los circuitos equivalentes.
La prueba de corto circuito en el transformador.
La prueba de corto circuito consiste en cerrar o poner en corto circuito, es decir, con una conexión
de resistencia despreciable, las terminales de uno de los devanados y alimentar el otro con un
voltaje reducido (aplicado en forma regulada_ de un valor reducido de tensión que representa un
pequeño porcentaje del voltaje del devanado por alimentar, de tal forma, que en éstos circulen las
corrientes nominales. En estas condiciones se miden las corrientes nominales y la potencia
absorbida.
Debido a que la tensión aplicada es pequeña en comparación con la tensión nominal, las pérdidas
en vacío o en el núcleo se pueden considerar como despreciables, de manera que toda la potencia
absorbida es debida a las pérdidas por efecto joule en los devanados primario y secundario.
Regulación del transformador.
La regulación de un transformador se define como la diferencia entre los voltajes secundarios en
vacío y a plena carga, medidos en terminales, expresada esta diferencia como un porcentaje a
plena carga. Para el cálculo en vacío se debe tomar en consideración el factor de potencia de la
carga.
La eficiencia en los transformadores.
En general, la eficiencia de cualquier máquina eléctrica, se calcula como:
Eficiencia =
Pot.encia salida
Potencia salida
=
Potenciaentrada Potencia salida + Pérdidas
Ec. (1.18)
Eficiencia diaria de los transformadores.
Dependiendo de la aplicación de los transformadores, con frecuencia se usan para operar las 24
horas por día, aún cuando la carga no sea continua en el período total de operación. En estas
condiciones un transformador tiene dos conceptos de eficiencia, una global para condición de
155
plena carga y otro para distintas cargas al día, es decir, la llamada eficiencia diaria. Esta eficiencia
diaria se expresa como la relación de la energía de salida a la energía de entrada durante el
período de 24 horas.
2.5.3 PRUEBA TEÓRICA DE CONOCIMIENTOS.
•
Explique el funcionamiento de un transformador y además describa cada una de sus partes.
•
¿Qué es la relación de transformación?
•
¿En qué consiste la prueba de cortocircuito?
•
¿Qué es el porcentaje de regulación de un transformador?
•
Explique en qué consiste la eficiencia de un transformador.
2.5.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS.
•
Transformador monofásico 10 KVA.
•
Analizador de redes.
•
Clamper.
•
Multímetro.
2.5.5 PROCEDIMIENTO.
Observe el transformador y señale las partes importantes que tiene el mismo, además trate de
conocer cuál es el devanado primario y el secundario respectivamente. Además trate de visualizar
la forma del núcleo y los devanados y diga cómo se le llama este tipo de configuración del
transformador.
Tome el transformador como una caja negra y trate de inyectarle señales de voltaje tomadas de la
red eléctrica del laboratorio a la entrada y observe la respuesta que este tiene a la salida y vea el
comportamiento.
Conecte el devanado primario a un rango de voltaje que se muestra en la tabla 2.21, mida con los
voltímetros los voltajes primario y secundario respectivamente. Anote los resultados en la tabla
correspondiente y trace una gráfica del comportamiento del transformador.
156
Figura 14. 2 Transformador Monofásico
Tabla 2.21 Mediciones
Voltaje (V)
Voltaje (V)
Primario
Secundario
15
30
45
60
75
Identifique el factor de proporcionalidad del voltaje que
relaciona los dos voltajes del transformador (Relación de
transformación):
El voltaje que puede generarse en el secundario no es
ilimitado depende de dos factores de los cuales son la
corriente que circula en la bobina y además la saturación
del material ferromagnético.
90
Ahora conecte una carga resistiva al secundario y mida corriente y voltaje tanto en el primario
como en el secundario, utilizando los datos de la tabla 2.22 y anote los resultados.
Ahora haga el mismo proceso con la carga inductiva en paralelo a la carga resistiva con un factor
de potencia atrasado de 0.8 y anote los resultados en la tabla 2.22.
Para esto mismo trate de trazar la curva de corriente de secundario y primario, lo mismo con los
voltajes.
Recuerde que siempre que se conecta una carga capacitiva a un circuito el voltaje aumenta en sus
terminales debido a que este tipo de carga inyecta potencia reactiva a la red; mientras que si se
conecta una carga inductiva, el voltaje en terminales disminuirá debido a que consume reactivos
de la red.
La carga capacitiva nos da un factor de potencia en adelanto y la carga inductiva nos da un factor
de potencia en atraso.
157
Tabla 2.22 Mediciones Transformador
CARGA CON FACTOR
CARGA RESISTIVA
Voltaje (V)
DE POTENCIA ATRASADO
Corriente
Voltaje
Corriente
Voltaje
Corriente
(A)
(V)
(A)
(V)
(A)
Primario
Secundario
Secundario
15
30
45
60
75
90
Con la ayuda de las herramientas que se tienen en la computadora o el Multímetro analizador de
redes. Determine los fasores de voltaje y de corriente de los circuitos acoplados, la frecuencia a
ambos lados del transformador, observe si el factor de potencia depende de la corriente o el voltaje
aplicado.
Compare la potencia entregada y transmitida. Diga si hay variaciones para las preguntas que se
presenta a continuación:
Tabla 2.23 Mediciones
Tabla 2.24 Mediciones
Para la bobina primaria:
Para la bobina secundaria:
Frecuencia:
Angulo de fase:
Voltaje:
Corriente:
Potencia Compleja
Frecuencia:
Angulo de fase:
Voltaje:
Corriente:
Potencia Compleja
158
2.5.6 CUESTIONARIO.
•
¿Además de variar el voltaje en el primario de que otra forma se puede modificar el voltaje en
el secundario?
•
Toque el transformador y responda si es una maquina eficiente. Justifique su respuesta
basándose en la temperatura.
•
Con lo visto anteriormente dibuje los fasores de corriente y voltaje que existen dentro del
transformador cuando el transformador está en vacío y cuando el transformador trabaja con
una carga capacitiva primeramente y luego con una carga inductiva e indique en cada caso
como variará el factor de potencia.
DIAGRAMA FASORIAL EN VACÍO.
DIAGRAMA FASORIAL CON CARGA.
159
2.5.7
ANEXOS.
PARTES DEL TANQUE (TRANSFORMADOR MONOFÁSICO TIPO POSTE)
1 Boquilla de baja tensión.
2 Válvulas de drenaje y muestreo.
5 Aditamentos para levantar el transformador.
7 Conectores de baja tensión a tierra.
8 Puente de la baja tensión a tierra.
10 Boquillas de alta tensión.
13 Protector de boquillas de baja tensión.
14 Dato de la capacidad del transformador.
Figura 14. 3 Transformador Monofásico con Pararrayos
160
PARTES DEL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO TIPO POSTE.
1 Soporte para colgar en poste.
4 Cambiador de derivaciones de operación externa.
6 Conectores de tierra.
9 Válvula de sobre presión manual y automática.
12 Placa de datos.
17 Apartarrayos por cada boquilla de alta tensión.
19 Interruptor térmico ó termomagnético.
20. Luz indicadora de sobrecarga.
Figura 14. 4 Transformador Monofásico
161
FOTO REAL TRANSFORMADOR MONOFASICO MONTADO ES POSTE:
Figura 14. 5 Transformador en Poste
162
2.6 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 6.
BANCOS DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS, CONEXIÓN DELTA –ESTRELLA,
DELTA - DELTA Y ESTRELLA ABIERTO – DELTA ABIERTO.
2.6.1 OBJETIVOS.
•
Que el estudiante conozca los requisitos que los transformadores deben de cumplir para poder
trabajar en una condición determinada.
•
Dar a conocer las ventajas y desventajas de cada una de las conexiones existentes para los
transformadores.
•
Realizar una conexión estrella- estrella.
•
Determinar las relaciones de corriente y voltaje en el primario y secundario de transformador
en la conexión estrella – estrella.
2.6.2 EXPOSICIÓN.
En las industrias, como en las Empresas Eléctricas, con frecuencia es necesario conectar bancos
de transformadores en paralelo.
Tanto los transformadores monofásicos como los trifásicos vienen para distintas potencias, así
también para los distintos voltajes a continuación se presenta una tabla con estas características:
Tabla 2.25 Características
163
EXPLICACION DE LOS VOLTAJES NOMINALES DE UN TRANSFORMADOR:
Tabla 2.26 Transformadores Monofásicos
Símbolo
Ejemplo de
voltaje nominal
E
34500
Devanado para conexión en Delta
en un sistema de E voltios.
2400/4160Y
Devanado para conexión en Delta
en un sistema de E voltios o para
conexión en Y en un sistema de
E1 voltios.
38700/67000GrdY
Devanado con aislamiento
reducido para conexión en Y en
un sistema de E1 voltios con el
neutro del transformador
conectado eficazmente o tierra o
para conexión en Delta en un
sistema de E voltios.
12470GrdY/7200
Devanado con aislamiento
reducido en el extremos del
neutro. El extremo del neutro
puede conectarse directamente al
tanque en sistemas monofásicos
o en sistemas trifásicos en Y de
E1 voltios con el neutro
conectado eficazmente a tierra.
E/E1Y
EE1GrdY
E1GrdYE
Devanado característico
Explicación
También es conocido que para que ninguno de los componentes del nuevo banco se sobrecargue
con su correspondiente calentamiento y envejecimiento prematuro, es conveniente seguir ciertos
lineamientos con respecto de las características de cada transformador.
A continuación enunciaremos todas las condiciones necesarias para que en el caso ideal, la
conexión de los transformadores en paralelo sea satisfactoria.
164
CONDICIONES NECESARIAS IDEALES PARA LA CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES
EN PARALELO.
La regla clásica ideal para el paralelo de transformadores, es la de cumplir con los siguientes
Requisitos:
•
Igual capacidad (con enfriamiento o sin enfriamiento) de devanados.
•
Igual impedancia (referida a la misma base de voltaje y capacidad).
•
Iguales voltajes lado alimentación y lado carga.
•
Igual relación de transformación en vacío.
•
Igual tipo de enfriamiento.
•
Diseño para igual altura de operación sobre el nivel del mar.
•
Que sean de la misma marca.
•
Igual lote de fabricación.
•
Igual tipo de aislamiento (igual temperatura de operación).
•
Similar tiempo de uso (si son usados).
•
Iguales niveles de impulso (NBI).
•
Igual frecuencia.
•
Igual rotación de fases.
•
Igual polaridad.
•
Igual desplazamiento angular.
•
Similar valor de Megaohms de sus aislamientos.
•
Similar factor de potencia de sus aislamientos.
•
Similar propiedad Físico-Química de aceites.
•
Similar valor de Hi-Pot de sus aislamientos.
•
Similar corriente de excitación.
•
Similar resistencia de núcleo aterrizado.
•
Similar corriente de excitación.
De las características mencionadas anteriormente estudiaremos las más significativas:
DESPLAZAMIENTO ANGULAR
Es el ángulo de tiempo entre voltajes primarios y secundarios de referencia de un sistema trifásico.
El ANSI establece que en un sistema delta-estrella (Alta y Baja Tensión) el sistema de alta tensión,
está adelantado 30 grados con respecto al sistema de baja tensión. La medición de este ángulo,
que es el desplazamiento angular, puede hacerse de dos maneras:
•
Se traza la recta que une la polaridad H1 de alta tensión con su neutro correspondiente y la
recta
que
une
la
polaridad
X1
(llamadas
165
líneas
de
angularidad
primaria
y
secundaria).respectivamente, se unen las terminales H1 y X1 y se mide el ángulo formado por
las líneas de angularidad en dicho vértice en el sentido contrario a las manecillas del reloj,
partiendo de la línea de angularidad de baja tensión hasta la línea de alta tensión. En la Figura
No. 14.6, se indica lo anterior para el caso de una conexión delta-estrella.
•
Tomando como base los voltajes de línea en alta y baja tensión y midiendo el ángulo en el
vértice como en el caso anterior, en la dirección contraria a las manecillas del reloj, se tiene el
devanado de alta tensión adelante en 30 grados con respecto al devanado de baja tensión.
Figura 14. 6 Diferencia Angular
CAPACIDAD E IMPEDANCIA
Dos o más transformadores se pueden paralelar siempre y cuando sus impedancias sean
inversamente proporcionales a sus capacidades y cuando la carga total a alimentar, no sobrepase
la suma de los KVA en dicho acoplamiento, es decir sus impedancias deben de ser parecidas en
un +/- 7.5 %.
El tipo de conexión que se quiere realizar con los transformadores depende de 2 cosas
principalmente:
•
Del voltaje de la red.
•
De los datos de placa del transformador.
Estas dos condiciones nos darán la pauta para elegir el tipo de conexión adecuada para el
correcto funcionamiento del banco de transformadores.
PLACA DE UN TRANSFORMADOR
Los transformadores siempre poseen una placa en donde tienen grabada toda su información
técnica así como sus características eléctricas las cuales son importantes para realizar una
conexión en paralelo.
La placa de un transformador consta de las siguientes partes:
•
Potencia del transformador.
•
Voltaje primario.
•
Voltaje secundario en vacío.
166
•
Taps para conexiones.
•
Frecuencia.
•
Impedancia.
•
Tipo de aceite refrigerante.
Figura 14. 7 Placa de Transformador.
Esta Práctica se realizará en tres partes:
•
Conexión DELTA – ESTRELLA.
•
Conexión DELTA – DELTA.
•
Conexión ESTRELLA ABIERTO- DELTA ABIERTO.
2.6.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
Indique en qué tipo de conexión en paralelo se utilizaría el transformador con las siguientes
características:
167
Tabla 2.27 Características de Transformadores
•
Mencione 5 características que deben cumplir los transformadores entre sí, para que puedan
conectarse en paralelo.
•
¿Que sucedería si conecto en paralelo transformadores con un impedancia muy diferente entre
sí? Explique.
•
¿El transformador de la pregunta 1 se podría conectar en un sistema en estrella?
o
¿Sí o no? Explique qué sucedería si se llegara a conectar.
o
¿Cuáles son las características de placa de un transformador?
2.6.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS.
•
Transformadores de 10 KVA.
•
Clamper.
•
Alambre de cobre desnudo No. 4 para alimentación y conexión primaria.
•
Cable de cobre THHN No. 6 para conexión secundaria.
•
Multímetro.
•
Banco de capacitores. (Lab-Volt)
•
Banco de resistencias. (Lab-Volt)
•
Banco de inductores. (Lab-Volt)
2.6.5 PROCEDIMIENTO.
Para la realización de esta práctica se utilizará una alimentación de 240 V, la cual será tomada de
los enchufes del laboratorio.
168
•
CONEXIÓN DELTA – ESTRELLA.
Se tendrán 3 transformadores de 10 KVA cada uno respectivamente:
Figura 14. 8 Transformador de 10 KVA
Conecte el primario en Delta y el secundario en estrella de la siguiente manera:
Figura 14. 9 Conexión Delta-Estrella
169
Aplicación práctica de esta conexión:
Para suministro de energía a 120 y 208 V, en sistemas donde ambas tensiones pueden
tomarse de cualquiera de las tres fases. Estas conexiones permiten distribuir cargas
monofásicas entre las tres fases para equilibrar la carga total.
Capacidad del banco:
Cuando se utilizan transformadores de distinta capacidad, la capacidad máxima desde el
punto de vista de seguridad del banco en sí, es tres veces la capacidad de la unidad menor,
si se avería un transformador el banco queda fuera de servicio.
Ahora proceda a medir en el secundario del transformador en cada uno de los siguientes casos y
llene las tablas que se le presentan:
•
Datos en Vacío.
•
Datos con carga resistiva. Usar banco de resistencias de Lab-Volt a 300 ohmios.
•
Datos con carga capacitiva. Usar banco de capacitores de Lab-Volt a 300 Microfaradios.
•
Datos con carga Inductiva. Usar banco de inductores de Lab-Volt a 300 Henrios.
Tabla 2.28 Mediciones Transformadores
170
•
PROCEDIMIENTO CONEXIÓN DELTA – DELTA.
Se tendrán 3 transformadores de 10 KVA cada uno:
Figura 14. 10 Transformador de 10 KVA
Conecte el primario y secundario en Delta, de la siguiente manera:
Figura 14. 11 Conexión Delta- Delta
171
Aplicación práctica de esta conexión:
Para suministro de energía trifásica con buen factor de utilización de los transformadores (A
plena capacidad nominal disponible).
No hay problema de sobre tensiones producidos por la tercera armónica o de interferencias
telefónicas. En el caso de avería de una unidad, el banco puede quedar conectado en
DELTA ABIERTO para servicios de emergencia en cuyo caso la capacidad del transformador
se reducirá al 57.7 % de su capacidad nominal.
Si se requiere conexión a tierra esta puede hacerse en el aislador X1 o en el X2.
Precaución:
Se producirán elevadas corrientes de circulación a menos que todas las unidades estén
conectadas en la misma toma de regulación y tengan iguales relaciones de transformación.
La capacidad del banco de transformadores se verá reducida a menos que se utilicen
transformadores de la misma impedancia.
Ahora proceda a medir en el secundario del transformador en cada uno de lo siguientes casos y
llene las tablas que se le presentan:
•
Datos en Vacío.
•
Datos con carga resistiva. Usar banco de resistencias de Lab-Volt a 300 ohmios.
•
Datos con carga capacitiva. Usar banco de capacitores de Lab-Volt a 300 Microfaradios.
•
Datos con carga Inductiva. Usar banco de inductores de Lab-Volt a 300 Henrios.
Tabla 2.29 Mediciones en Transformadores
172
PROCEDIMIENTO CONEXIÓN ESTRELLA ABIERTO – DELTA ABIERTO.
Se tendrán 3 transformadores de 10 KVA cada uno respectivamente:
Figura 14. 12 Transformador de 10 KVA
Conecte el primario en estrella abierto y el secundario en delta abierto de la siguiente
manera:
173
Figura 14. 13 Conexión Estrella Abierto-Delta Abierto
Aplicación práctica de esta conexión:
Para suministro de energía monofásica a 240 voltios y pequeños porcentajes de energía
trifásica (por lo general se utilizan transformadores de distinta capacidad.
Esta conexión se utiliza en casos de emergencia cuando se avería alguna unidad de un
banco conectado en estrella – Delta con primario de 4 conductores.
Si se precisa de conexión a tierra esto puede hacerse en el aislador X1 o X2.
174
Capacidad del banco:
Esta conexión no es muy eficaz cuando predominan cargas trifásicas ya que la capacidad es
solamente del 86.6 % correspondiente a dos unidades que forman el banco trifásico.
La capacidad de este banco es solo el 57.7 % de la de un banco Delta – Delta cerrado de tres
unidades.
Ahora proceda a medir en el secundario del transformador, en cada uno de los siguientes casos y
llene las tablas que se le presentan:
•
Datos en Vacio.
•
Datos con carga resistiva. Usar banco de resistencias de Lab-Volt a 300 ohmios.
•
Datos con carga capacitiva. Usar banco de capacitores de Lab-Volt a 300 Microfaradios.
•
Datos con carga Inductiva. Usar banco de inductores de Lab-Volt a 300 Henrios.
Tabla 2.30 Mediciones
175
2.6.5 CUESTIONARIO.
• ¿Existe desfase del ángulo (entre el voltaje y la corriente en el lado primario y secundario del
transformador?
•
¿Qué le sucede al voltaje del secundario del transformador cuando se le conecta carga capacitiva?
•
¿Qué le sucede al voltaje del secundario del transformador cuando se le conecta carga inductiva?
•
¿Qué sucedería en mi nivel de voltaje si conecto una carga capacitiva que compensara la carga
inductiva conectada?
•
¿Qué tipo de conexión se recomienda para distribuir cargas monofásicas entre las tres fases y así
equilibrar la carga total?
•
Para suministro de energía trifásica con buen factor de utilización de los transformadores y a
plena capacidad nominal disponible que conexión se recomienda.
•
Si en una conexión Delta –Delta un transformador sufre una avería ¿Con que capacidad queda
trabajando el banco de transformadores?
•
¿Cuál es la capacidad nominal de un banco de transformadores conectados en estrella abierto –
delta abierto?
176
2.6.7 ANEXOS.
BANCO TRIFASICO MONTADO EN POSTE:
Figura 14. 14 Banco Trifásico Montado en Poste
177
2.7 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 7
TIPOS DE SUBESTACIONES, CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES, NORMAS DE
SEGURIDAD Y DISEÑO.
2.7.1 OBJETIVOS.
•
Tener la capacidad de distinguir los distintos tipos de Subestaciones de acuerdo a la función
que desarrollan.
•
Distinguir los distintos tipos de Subestaciones de acuerdo a la Potencia y Tensión que
manejan.
•
Conocer las partes esenciales que conforman una subestación.
•
Conocer las normas de diseño de una subestación.
•
Conocer las normas de seguridad para la instalación de una Subestación.
2.7.2 EXPOSICIÓN
Subestación (de una red eléctrica)
Se puede definir como un conjunto de máquinas, aparatos y circuitos que tienen la función de
modificar los parámetros de la potencia eléctrica (tensión y corriente) y de permitir el suministro de
la misma al sistema y líneas de transmisión existentes. Se puede mencionar también que una
parte de la red eléctrica, concentrada en un lugar dado; esta incluye principalmente los terminales
de los dispositivos de control y maniobra; también incluyen las celdas de las líneas de transmisión
o distribución; cabe mencionar que podría incluir transformadores.
Las subestaciones se pueden denominar de acuerdo con el tipo de función que desarrollan,
en tres grupos:
•
Subestaciones variadoras de tensión.
Subestación Elevadora
Subestación de transformación en la cual la potencia de salida de los transformadores está a una
tensión más alta que la potencia de entrada.
En el país debido a que se genera a 13.8 kV, es necesario elevar el voltaje para su distribución y
transmisión, el nivel de voltaje más alto utilizado es 230 kV.
Subestación Reductora
Estación de transformación en la cual la potencia que sale de los transformadores tiene una
tensión más baja que la potencia de entrada.
178
En estas subestaciones, los niveles de voltaje de transmisión se reducen a distribución o
eventualmente a utilización.
Estas son subestaciones que se encuentran en las redes de transmisión, subtransmisión o
distribución y constituyen el mayor número de subestaciones en un sistema eléctrico.
Figura 15. 1 Subestación.
•
Subestaciones de maniobra o seccionadoras de circuito.
En estas subestaciones no se tiene transformadores de potencia, ya que no se requiere modificar
el nivel de voltaje de las fuentes de alimentación y sólo se hacen operaciones de conexión y
desconexión (maniobra o switcheo).
•
Subestaciones mixtas
Mezcla de las dos anteriores.
De acuerdo con la potencia y tensión que manejan las subestaciones se pueden agrupar en:
•
Subestaciones de transmisión. Arriba de 230 kV.
•
Subestaciones de subtransmisión. Entre 230 y 115kV.
•
Subestaciones de distribución primaria. Entre 115 y 23 kV.
•
Subestaciones de distribución secundaria. Debajo de 23 kV.
De acuerdo con la tecnología se dividen en:
•
Subestaciones aisladas en aire
•
Subestaciones receptoras primarias.
•
Subestaciones receptoras secundarias.
•
Subestaciones tipo intemperie.
179
•
Subestaciones tipo interior.
•
Subestaciones tipo blindado.
•
Subestaciones tipo rural.
•
Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas
DEFINICIONES DE ALGUNAS SUBESTACIONES
Subestación de transformación.
Subestación formada por transformadores de energía que interconectan dos o más redes de
tensiones diferentes.
Subestación Intermedia de transformación.
Subestación de transformación ubicada en un tramo intermedio de una red (sistema), puede ser de
transmisión o distribución.
Subestación de distribución.
Conjunto de instalaciones para transformación y/o seccionamiento de la energía eléctrica que la
recibe de una red de distribución primaria y la entrega a una red de distribución secundaria, a las
instalaciones de alumbrado público, a otra red de distribución primaria o a usuarios. Comprende
generalmente el transformador de potencia y los equipos de maniobra, protección y control, tanto
en el lado primario como en el secundario, y eventualmente edificaciones para albergarlos.
Subestación convertidora.
Subestación que incluye convertidores y cuya función principal es convertir la corriente alterna en
corriente continua o viceversa.
Subestación convertidora de frecuencia.
Subestación que varía la frecuencia de una señal de corriente alterna.
Subestación con personal de operación.
Subestación que es operada localmente por personal que trabaja dentro de la subestación.
Subestación sin personal de operación.
Subestación operada por personal que no permanece en la subestación.
Subestación con personal de turno permanente.
Subestación que es continuamente controlada por personal que permanece en la subestación.
180
Subestación asistida.
Subestación operada por personal durante las horas de trabajo normales y en horas fuera de
trabajo tanto como sea necesario.
Subestación tele controlada.
Subestación sin personal de operación controlada mediante dispositivos de telecontrol.
Subestación central de operación.
Subestación con personal de operación desde donde se controlan las subestaciones controladas
remotamente.
Subestación satélite.
Una de las subestaciones controladas remotamente por una subestación maestra.
Subestación con un juego de barras.
Subestación en la que las líneas y transformadores están conectados únicamente a una barra.
Subestación con dos juegos de barras.
Subestación cuyas líneas y transformadores están conectados vía dos barras por medio de
selectores.
Subestación con tres juegos de barras.
Subestación en la que las líneas y transformadores están conectados vía tres barras por medio de
selectores.
Subestación con un juego de barras en anillo con seccionadores.
Subestación de una sola barra en la que la barra tiene forma de una espira cerrada con
únicamente seccionadores en serie dentro de la espira.
Subestación con un juego de barras en anillo con interruptores automáticos.
Subestación de una sola barra en la que la barra tiene forma de una espira cerrada con
interruptores en serie dentro de la espira.
Subestación con un juego de barras en anillo con cuatro aparatos de corte.
Subestación con barras en anillo con un juego de barras de configuración cuadrada con un aparato
de corte o un interruptor en cada lado.
181
Subestación con un juego de barras en anillo con tres aparatos de corte, con paso directo.
Subestación con barras en anillo que generalmente tiene dos alimentadores y dos
transformadores, el cuarto interruptor de la subestación con un juego de barras en anillo de cuatro
aparatos de corte es reemplazado por un paso directo con uno o dos seccionadores (Ver Figura
15.2).
Línea de Alimentación
Línea de Alimentación
I interruptor
Cuchillas de Seccionador
Figura 15. 2 Subestación con un juego de barras en anillo, con tres aparatos de corte y con paso
directo.
Subestación con un juego de barras en anillo con cuatro aparatos de corte y seccionadores
de seccionamiento de barras.
Subestación con barras de anillo en la que la barra comprende tanto interruptores como
seccionadores (Ver Figura 15.3).
Figura 15. 3 Subestación con un juego de barras en anillo, con cuatro aparatos de corte y
seccionadores de seccionamiento de barras.
182
Esquema con dos interruptores por salida.
Subestación con dos juegos de barras en la que los selectores son interruptores.
Esquema con un interruptor y medio por salida.
Subestación con dos juegos de barras donde, para dos circuitos se conectan tres interruptores en
serie entre las dos barras, los circuitos se conectan a cada lado del interruptor central (ver Figura
15.4).
Figura 15. 4 Esquema con un interruptor y medio por salida
Disposición de fases asociadas.
En una subestación, una disposición en el cual los conductores relacionados con las tres fases del
mismo circuito se localizan lado a lado (Ver Figura 15.5).
Figura 15. 5 Disposición de fases asociadas
(1)(2): Barras
A B C: Fases
183
Disposición de fases separadas
En una subestación, una disposición en la cual los conductores de circuitos diferentes relacionados
con la misma fase, se localizan lado a lado. (Ver Figura 15.6).
Figura 15. 6 Disposición de fases separadas
(1) (2): Barras
A B C: Fases
Disposición de fases mixtas
En una subestación, una disposición en la que las barras están dispuestas como una disposición
de fase separada pero que las celdas de los circuitos están dispuestas como una disposición de
fase asociada. (Ver Figura 15.7).
Figura 15. 7 Disposición de fases mixtas
(1) (2): Barras
A B C: Fases
184
REQUERIMIENTOS DE DISEÑO
Primero
•
Se deben establecer los objetivos primarios y secundarios para el proyecto del sistema
eléctrico, a través de la consulta con ingenieros de proceso, operadores y personal de
mantenimiento.
Segundo
•
Se debe tener una buena comprensión del tipo de carga y su aplicación resulta fundamental
para una buena planeación del sistema, se debe tomar también una información completa del
comportamiento de la carga para determinar las necesidades de potencias real y reactiva.
•
Se debe hacer una revisión de las cargas y procesos y sus requerimientos de confiabilidad,
basados en los aspectos económicos.
•
Se debe tomar nota de cargas especiales para cierto tipo de subestaciones eléctricas
industriales, algunas de estas cargas son las siguientes:
a) Arranque de grandes motores
b) Hornos de arco
c) Soldadura de resistencia
d) Convertidores estáticos de VAR
e) Cargas electrónicas sensibles
f)
Alto nivel de ruido
g) Cargas con corrientes armónicas
h) Coordinación de la energía eléctrica con otros sistemas de energía.
Tercero
•
Se determina la carga total, factor de carga y de demanda, cuya definición es la siguiente:
a) Carga pico
b) Carga promedio
c) Carga conectada
d) Demanda
e) Demanda Máxima
f)
Demanda Coincidente
Cuarto
•
Se deben considerar las necesidades futuras para el sistema para los próximos 5, 10 y hasta
20 años, tomando en consideración no sólo crecimiento de la demanda, sino también posibles
cambios en los procesos y la incorporación de accionamientos electrónicos para máquinas
eléctricas.
185
Quinto
•
En particular para las subestaciones o sistemas eléctricos industriales, se debe tomar en
cuenta, en ciertos casos, la posibilidad de cogeneración, si existen proyectos de
autoabastecimiento o de compra de mayor cantidad de energía a una tarifa diferente. La
generación local generalmente incrementa la confiabilidad del sistema eléctrico para cargas
locales.
CRITERIOS DE DISEÑO
Se requiere de un criterio uniforme o estándar para los propósitos de selección del sistema o
equipos, así como para comparar distintas alternativas de un proyecto. Una vez que los
requerimientos de la carga se han establecido, es necesario algún criterio básico para que se
seleccione un sistema de distribución apropiado; la comparación entre distintos sistemas de
distribución, se debe hacer sobre bases comunes, algunas de estas consideraciones básicas son
las siguientes:
•
Seguridad
•
Confiabilidad
•
Simplicidad de operación
•
Calidad de voltaje
•
Mantenimiento
•
Flexibilidad
•
Costo
ASPECTOS DE DISEÑO
Hay seis aspectos principales que deben ser considerados en el diseño de los sistemas eléctricos
de potencia, que son:
•
La selección del nivel de tensión
•
El conocimiento del nivel del cortocircuito
•
La forma de aislar las fallas a tierra
•
La liberación rápida de fallas
•
La operación selectiva de la protección
•
La prevención de la operación con fallas monofásicas
El DIAGRAMA UNIFILAR
Uno de los aspectos fundamentales del diseño conceptual o ingeniería básica es la preparación de
un diagrama unifilar preliminar, que se usa durante la fase de estudio e incluye los principales
componentes del sistema. Normalmente, no se incluyen los detalles que se van adicionando
186
durante la fase del diseño detallado de un proyecto, es decir, se incluyen transformadores de
potencia, interruptores, cuchillas desconectadoras, cables, buses o barras, transformadores de
instrumento, apartarrayos, etc. También se puede incorporar la parte de la red asociada a los datos
en el punto de conexión con la compañía suministradora, así como los niveles mínimo y máximo de
cortocircuito. El diagrama unifilar se usará para las especificaciones, detalles de instalación,
pruebas de equipo y sistema.
Un diagrama Unifilar completo, debe incluir lo siguiente:
•
Fuentes de alimentación o puntos de conexión a la red, incluyendo valores de voltajes y de
cortocircuito.
•
Generadores (en su caso), incluyendo su potencial en KVA o MVA, voltaje, impedancias
(síncrona, transitoria, subtransitoria, secuencia negativa y secuencia cero) y método de
conexión a tierra.
•
Tamaño y tipo de todos los conductores, cables barras y líneas aéreas.
•
Tamaño de transformadores, voltajes, impedancias, conexiones y métodos de conexión a
tierra.
•
Dispositivos de protección (fusibles, relevadores, interruptores).
•
Transformadores de instrumento (potencial y corriente).
•
Apartarrayos y bancos de capacitares.
•
Capacitares para mejoría del factor de potencia.
•
Identificación de cargas (en su caso), incluyendo grandes motores eléctricos e impedancias.
•
Tipos de relevadores.
•
Ampliaciones futuras.
La cantidad de detalle en un diagrama unifilar está determinada por su uso relativo, el diagrama
unifilar conceptual no debe contemplar toda la información descrita anteriormente.
187
La simbología usada en los diagramas unifilares es la que se indica en la tabla siguiente:
Figura 15. 8 Simbología Diagramas Unifilares.
188
SEGURIDAD
La seguridad es una consideración panorámica durante la fase de diseño de detalle, si no se pone
suficiente atención a los aspectos de seguridad, entonces el personal puede ser puesto en riesgo
durante la operación y mantenimiento del sistema, puede ocurrir también una falla catastrófica del
equipo y una falla en el suministro de la energía, por lo que se deben seguir estrictamente todos los
requerimientos de las normas y códigos; adicionalmente, algunas de las consideraciones
básicas que permiten la seguridad son las siguientes:
•
Verificar la adecuada capacidad de los interruptores y dispositivos de desconexión.
•
Los conductores energizados debes estar dentro de canalizaciones (ductos, tubos, conduits,
bandejas), o bien, colocados correctamente y a suficiente altura.
•
Se deben bloquear convenientemente los desconectadores sin carga con los interruptores.
•
Se debe mantener desenergizado sólo el equipo que tiene tarjetas de seguridad o candados.
•
Minimizar el acceso a los cuartos con equipo eléctrico y tener las salidas adecuadas.
•
Proteger todos los aparatos eléctricos de posible daño mecánico, dejar las áreas accesibles
sólo para operación y mantenimiento.
•
Considerar las áreas peligrosas. En caso necesario usar equipo a prueba de explosión.
•
Colocar señales y letreros de alerta en bardas, compuertas, puertas y conduits.
•
Usar una conexión a tierra adecuada para el sistema eléctrico de potencia y para el equipo.
•
Instalar alumbrado de emergencia para señalizar las salidas.
•
Proporcionar las capacidades correctas para el equipo.
•
Entrenar y capacitar al personal de operación y mantenimiento.
2.7.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS
•
Cuáles son los Niveles típicos de voltaje (trifásicos) en sistemas eléctricos de potencia en
nuestro país. Colocar en el siguiente cuadro dichos voltajes y su voltaje de utilización.
Tabla 2.31 Voltajes Medidos.
Transmisión
Subtransmisión
Distribución
189
Utilización
• Se tiene un transformador de distribución, que en condiciones normales de operación alimenta
las siguientes cargas:
Tabla 2.32 Condiciones Normales de Operación
Carga
Demanda KVA
Carga Conectada KVA
A
9
15
B
14
20
C
8
12
D
22
25
Se desea calcular lo siguiente:
•
El factor de demanda para cada carga.
•
Suponiendo un factor de demanda global para las cuatro cargas de 0.70, estimar la demanda
pico en el transformador.
•
El factor de diversidad para las cuatro cargas.
•
El factor de coincidencia para las cuatro cargas juntas.
2.7.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDO
•
Tablas de Simbología para diseño de Instalaciones Eléctricas.
•
Amperímetro.
•
1 Voltímetro.
•
1 Wattímetro (LAB-Volt).
•
1 Clamper.
•
1 Tenaza punta plana.
•
1 Tenaza punta redonda.
•
1 Desarmador punta plana.
•
1 Desarmador punta estrella.
•
Pararrayos tipo distribución 10 kV
•
Cortacircuito 15 Kv, 6 A
•
Fusibles tipo “T” S/R
•
1 Fuente de Voltaje AC 120/240 V
•
Aisladores de Espiga 13.2 Kv clase ANSI 52-1
•
Conectores de Compresión S/R
•
Alambre de cobre número 4 desnudo
•
Cable de control
•
7 conductores, número 12
190
2.7.5 PROCEDIMIENTO
Parte A
•
En esta parte el instructor en conjunto con el catedrático de la materia, dará al grupo de
estudiantes de ingeniería eléctrica un recorrido por la universidad mostrándoles dos tipos de
subestaciones.
Cada estudiante clasificará el tipo de subestaciones visitadas, y tomará notas importantes
acerca de los elementos que posee, revisará las capacidades de los transformadores y
conexiones. Además otras características elementales como el ambiente en que se
encuentren.
•
El estudiante debe dibujar el diagrama unifilar de una de las subestaciones visitadas y para ello
el instructor designará la subestación que corresponda a cada grupo.
Parte B
•
En esta parte los estudiantes deben discutir los resultados de sus respectivos diagramas y
deben identificar cada una de las partes con los elementos que se tengan en el laboratorio.
Nota: sería de gran ayuda referenciarse en guías anteriores para reforzar los conocimientos
teóricos.
•
Se procederá a realizar las conexiones con la tutoría estricta del instructor y tomando las
medidas de seguridad correspondientes. (Releer la parte de seguridad que contiene esta guía;
además tomar en cuenta la guía 1 “Normas de Seguridad en sistemas de distribución de
energía”).
En esta parte el instructor debe prestar las herramientas necesarias para hacer las conexiones,
así como facilitar los elementos que formarán parte de la subestación.
El estudiante debe tomar en cuenta que todo el equipo debe estar desenergizado a la hora de
realizar las conexiones y por ningún motivo debe nadie (ni el instructor) energizar antes de
hacer todas las observaciones y correcciones correspondientes. Cualquier paso inadecuado a
la hora de la instalación de una subestación puede ser fatal.
•
El instructor debe revisar las conexiones y hacer las correcciones correspondientes (si las hay).
Aún no se debe energizar ningún equipo.
Parte C
•
El instructor explicará los voltajes a utilizarse en el laboratorio (208/120 V) e indicará los puntos
de alimentación que existen en dicho lugar
y los puntos de conexión adecuados para la
alimentación correcta de la subestación para esta práctica; tomando en cuenta que se trata de
una simulación en baja tensión y que es de alto riesgo energizar incorrectamente.
191
Parte D
•
El estudiante debe tomar las mediciones correspondientes de corriente, voltaje y potencia que
está entregando esta subestación; para ello tiene que utilizar los equipos que el instructor
pondrá a su disposición.
2.7.6 CUESTIONARIO
•
Muestren los datos obtenidos en la medición de la parte 4 del Procedimiento.
•
¿Qué pasa si en lugar de alimentar la subestación en el lado primario, la alimentamos en el
lado secundario?. Calcula los valores que se obtendrían al hacer esta alimentación y menciona
si tú harías esta conexión. ¿Por qué? (No realizar ninguna conexión, recordar que esta
parte es de resolución teórica).
•
Elija cualquier tipo de subestación y analice cuales son los voltajes que entrega a la carga.
•
Investiga si en el Salvador se siguen las normas de seguridad correspondientes para las
maniobras de subestaciones.
•
¿De quién depende el mantenimiento de una subestación, de la distribuidora o de la empresa
que la utiliza?
192
2.7.7- ANEXOS
Diagramas unifilares de subestaciones típicas de nuestro país.
Figura 15. 9 Subestación Típica Rural
193
Figura 15. 10 Subestación de Potencia
194
Figura 15. 11 Subestación de Potencia Montserrat.
Figura 15. 12 Subestación de Potencia Montserrat.
195
196
CAPITULO 3: EQUIPOS Y DISPOSITIVOS INDUSTRIALES
3.1 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 1.
NORMAS DE SEGURIDAD EN SUBESTACIONES INDUSTRIALES.
3.1.1 OBJETIVOS
•
Conocer las distintas normas de seguridad que deben seguirse a la hora de instalar equipos o
diferentes dispositivos dentro de una instalación eléctrica cualquiera.
•
Saber bajo que norma deben instalarse equipos y dispositivos para cumplir con todos los
requerimientos técnicos y para el correcto funcionamiento de éstos.
3.1.2 EXPOSICION
A ESTUDIANTES, INSTRUCTORES Y MAESTROS:
Cuando se está trabajando con electricidad o equipos mecánicos se deben seguir ciertas normas
para no poner en riesgo nuestra seguridad y la de las personas que nos rodean y colaboran con la
labor que se está realizando.
Antes que nada se debe contar con un BOTIQUIN DE PRIMEROS AUXILIOS y absolutamente
todos los usuarios de ese laboratorio deben conocer el lugar en que se encuentra. Se debe insistir
a los estudiantes en que cualquier situación anómala que se presente en sus prácticas y que
pueda poner en riesgo el bienestar del grupo sea notificado con prontitud al maestro o instructor, ya
que el está capacitado para dar una solución que garantice el buen funcionamiento del equipo y la
seguridad física y psicológica de los estudiantes.
Disposiciones generales.
La presente guía de Laboratorio, en la cual nos referimos al reglamento sobre condiciones técnicas
y garantías de seguridad en subestaciones eléctricas industriales, tiene por objeto establecer las
condiciones y garantías técnicas a que han de someterse las instalaciones eléctricas de más de
1000 voltios para:
•
Proteger las personas y la integridad y funcionalidad de los bienes que pueden resultar
afectados por las mismas instalaciones.
•
Conseguir la necesaria regularidad en los suministros de energía eléctrica.
•
Establecer la normalización precisa para reducir la extensa tipificación que existe en la
fabricación de material eléctrico.
•
La óptima utilización de las inversiones, a fin de facilitar, desde el proyecto de las instalaciones,
la posibilidad de adaptarlas a futuros aumentos de carga racionalmente previsibles.
197
Estas normas y prescripciones técnicas se aplican para las instalaciones de corriente alterna, cuya
tensión nominal eficaz sea superior a un kV., entre dos conductores cualesquiera, con frecuencia
de servicio inferiores a 100 Hz.
Se incluyen todas las instalaciones eléctricas de conjuntos o sistemas de elementos, componentes,
estructuras, aparatos, máquinas y circuitos de trabajo entre límites de tensión y frecuencia
especificados en el párrafo anterior, que se utilicen para la producción y transformación de la
energía eléctrica o para la realización de cualquier otra transformación energética con intervención
de la energía eléctrica.
Clasificación de las instalaciones.
Las instalaciones eléctricas incluidas dentro de esta normativa, se clasificarán en las categorías
siguientes:
•
Primera Categoría: las de tensión nominal superior a 66 kV.
•
Segunda Categoría: las de tensión nominal igual o inferior a 66 kV y superior a 30 kV.
•
Tercera Categoría: las de tensión nominal igual o inferior a 30 kV y superior a 1 kV.
Si en la instalación existen circuitos o elementos en los que se utilicen distintas tensiones, el
conjunto del sistema se clasificará, a efectos administrativos, en el grupo correspondiente al valor
de la tensión nominal más elevada.
Compatibilidad con otras instalaciones.
Toda instalación de más de 1 kV debe estar dotada de los elementos necesarios y con el calibrado
y regulación conveniente para que su explotación e incidencias no produzca perturbaciones
anormales en el funcionamiento de instalaciones ajenas.
Los sobredimencionamientos y modificaciones impuestos a una parte para corregir este tipo de
problemas, como consecuencia de cambios realizados por propietarios de otras instalaciones
serán costeados por el causante de la perturbación.
Las instalaciones de más de 1 kV, cuyo funcionamiento produzca, o pueda producir,
perturbaciones en el funcionamiento de sistemas de comunicaciones, señalización, control,
transmisión de datos o similares, deberán de estar dotadas de los dispositivos correctores que, en
cada caso, se preceptúe.
Normas.
Los materiales, aparatos, máquinas, conjuntos y subconjuntos, integrados en los circuitos de las
instalaciones eléctricas de más de 1 kV, a las que nos referimos en este manual de Laboratorio,
cumplirán las normas, especificaciones técnicas y homologaciones que les sean de aplicación y
198
que se establezcan como de obligado cumplimiento. Cuando no esté declarado de obligado
cumplimiento, el proyectista propondrá y justificará las normas o especificaciones cuya aplicación
considere más idónea para las partes fundamentales de la instalación de que se trate.
En aquellos casos en los que la aplicación estricta de las normas reglamentarias no permita una
solución óptima a un problema o se prevea utilizar otros sistemas, el proyectista de la instalación
deberá justificar las variaciones necesarias.
Las empresas suministradoras de energía eléctrica podrán proponer especificaciones que fijen las
condiciones técnicas que deban reunir aquellas partes de instalaciones de los consumidores que
tengan incidencia apreciable en la seguridad, funcionamiento y homogeneidad de su sistema.
Identificación, marcas y homologación.
Los materiales y elementos utilizados en la construcción, montaje, reparación o reformas
importantes de las instalaciones eléctricas de más de 1 kV, deberán de estar señalizados con la
información que determine la norma u homologación de aplicación correspondiente.
Para garantía del adecuado nivel de calidad de los elementos componentes de las instalaciones
eléctricas de más de 1 kV, sometidas a este reglamento, toda entidad y Organización que tenga
establecida una marca o distintivo de calidad para materiales, elementos o equipos utilizados en
estas instalaciones, podrán solicitar a las autoridades correspondientes su reconocimiento y
aprobación.
Mantenimiento de las instalaciones.
Los propietarios de las instalaciones, incluidas en el presente reglamento, deberán presentar, antes
de su puesta en marcha, un contrato, suscrito con persona física o jurídica competente en el que
éstas se hagan responsables de mantener las instalaciones en el debido estado de conservación y
funcionamiento.
Si el propietario de la instalación, a juicio del Órgano competente, dispone de los medios y
organización necesarios para efectuar su propio mantenimiento, podrá eximírsele de la obligación
de presentar dicho contrato.
Interrupción y alteración del servicio.
En los casos o circunstancias en que se observe inminente peligro para las personas o cosas, se
deberá interrumpir el funcionamiento de la instalación.
En situación de emergencia, un Técnico titular competente, con la autorización de la empresa
propietaria de la instalación, podrá adoptar las medidas provisionales que resulten aconsejables,
dando cuenta inmediatamente al Órgano competente de la Administración, que fijará el plazo para
restablecer las condiciones reglamentarias.
199
Los casos de accidente o de interrupción del servicio público se comunicarán inmediatamente al
Órgano competente de la Administración.
Infracciones y Sanciones.
La infracción de los preceptores del presente reglamento y sus instrucciones técnicas
complementarias se sancionará de acuerdo con lo establecido en la legislación vigente.
En el ámbito de sus respectivas intervenciones podrán estar incursos en las responsabilidades a
que se refiere el párrafo anterior: el autor del proyecto, el fabricante o importador del material, el
instalador, el técnico que certificó la adaptación de la obra al proyecto y el cumplimiento de las
condiciones técnicas y reglamentarias a efectos de la puesta en marcha, el encargado del
mantenimiento de las instalaciones, la entidad colaboradora que haya efectuado los
reconocimientos periódicos, las empresas suministradoras y los usuarios.
Disposición transitoria.
Las instalaciones existentes a la fecha de la entrada en vigor del presente reglamento e
instrucciones técnicas complementarias, seguirán sometidas a las prescripciones reglamentarias
vigentes en la fecha de su instalación, pero habrán de ajustarse a las condiciones y prescripciones
técnicas de la nueva normativa en los supuestos de ampliación importante, o cuando su estado
general, situación o características impliquen riesgo grave a personas o bienes, o produzcan
perturbaciones inaceptables en el normal funcionamiento de otras instalaciones.
Las revisiones periódicas de todas las instalaciones existentes se llevarán a efecto en el plazo y en
la forma establecida por el presente reglamento e instrucciones técnicas complementarias.
No obstante lo dispuesto en el primer párrafo de esta disposición, por razones de seguridad podrá
establecerse en las instrucciones técnicas complementarias del presente reglamento, la necesaria
readaptación de instalaciones ya existentes a las prescripciones de la instrucción técnica
complementaria de que se trate.
3.1.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
Mencione las disposiciones generales sobre seguridad a la hora de trabajar dentro de una
subestación eléctrica.
•
Mencione las tres categorías en que se clasifican las instalaciones.
•
De acuerdo a sus respectivas intervenciones en la ejecución de una obra. ¿Sobre quienes
podría recaer la responsabilidad si ocurriera una falla?
200
3.1.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS
•
Laboratorio de Sistemas de Distribución de Energía.
•
Equipo adecuado para medición de resistencia.
•
Barra de tierra.
•
Apartarrayos.
•
Cortacircuitos.
•
Parafina (lubricante).
•
Fusibles.
PRECAUCIÓN.
Existe el peligro potencial de choque eléctrico o quemaduras severas
cuando se trabaja con equipos eléctricos. La subestación debe estar
desenergizada antes de trabajar dentro de la misma.
3.1.5 PROCEDIMIENTO
Para esta práctica hacer uso de la subestación eléctrica perteneciente al Laboratorio de Sistemas
de Distribución de Energía.
PRUEBAS DE PUESTA EN SERVICIO DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA INDUSTRIAL.
•
Prueba de resistencia de aislamiento a la subestación.
Una vez instalada la subestación y antes de conectarla a la red de suministros de alta tensión,
verificar la rigidez de aislamiento de la misma en todos sus componentes.
PASOS
•
Utilizando un equipo de medición de resistencia, medir la resistencia de aislamiento de las
barras principales a tierra y anotar en sus apuntes el valor obtenido.
•
Repetir el procedimiento anterior en los apartarrayos.
•
Desconectador de operación con carga usando porta fusible.
Operación:
•
Restablecer el movimiento completo de la posición 1 hasta 2, mediante el cual se carga el
resorte del mecanismo de apertura de energía almacenada.
•
Movimiento completo de la posición 2 hasta 1, mediante el cual se cierra el desconectador.
•
Movimiento parcial desde la posición 1 en dirección a 2, mediante el cual se abre el
desconectador.
•
Una vez en posición abierta, el mecanismo retorna a 1.
201
Disposición izquierda-derecha
Disposición derecha-izquierda
Figura 16. 1 Desconectador de Operación.
Pasos de Verificación Previa:
•
Efectúe varias operaciones del Desconectador a través del mecanismo operador.
•
Al hacerlo, verifique que el limitador localizado en el extremo de la flecha, llegue a sus
posiciones finales, tanto al abrir como al cerrar el desconectador.
•
Cerciórese presionando con ayuda de una pértiga o la mano, de que en la posición cerrado, los
ganchos de arqueo entraron hasta su tope en la cámara de extinción del arco.
•
Verifique que las cámaras de extinción estén alineadas entre si y con respecto a los ganchos
de arqueo.
•
Verifique que las barras o cables conectados a las terminales del desconectador no ejerzan o
apliquen fuerza, ya que esto podría provocar que se desalineen las cámaras con respecto a los
ganchos, o bien desajustes que entorpezcan el buen funcionamiento del equipo.
•
Compruebe que los fusibles estén en buen estado, que sean de la corriente y tensión nominal
adecuada y que estén firmemente colocados.
•
No opere el desconectador sin haber aplicado antes parafina como lubricante sobre las
superficies de contacto. Nunca utilice grasa orgánica, aceite o algún tipo de lubricante
industrial.
202
SIEMPRE REALICE LAS OPERACIONES CON UN MOVIMIENTO FRANCO Y
DECIDIDO. NUNCA INTERRUMPA UN MOVIMIENTO YA INICIADO.
•
Cambio de fusibles.
En este caso se debe realizar la siguiente operación:
•
Desconectar la cuchilla de servicio comprobando anticipadamente que el interruptor quedó
desconectado al fundirse algún fusible (caso real de fusible dañado).
•
Abrir la puerta del gabinete del interruptor y dejarla abierta por espacio de 15 a 20 segundos
antes de realizar algún trabajo dentro de este tiempo (tiempo para desionizar el medio).
•
En caso de que haya conectados o no cables de energía, es necesario descargar a tierra y
entre fases los circuitos del lado de carga del interruptor, para eliminar la capacitancia que
podría estar presente, en los cables mencionados o en el devanado primario del transformador.
•
Antes de instalar el nuevo fusible es recomendable investigar la causa de la falla y corregirse.
(caso real de falla).
•
Una vez montado el fusible, se procederá a cerrar las puertas y realizar los pasos para
conexión del equipo.
3.1.6 CUESTIONARIO.
•
¿Por qué razón debe de verificarse la rigidez del aislamiento en los componentes de una
subestación?
•
¿Qué es la cámara de extinción de arco?
•
Investigue que podría suceder si utiliza grasa orgánica como lubricante en las superficies de
contacto del desconectador.
•
Explique que podría suceder si interrumpe un movimiento ya iniciado cuando está trabajando
con equipos eléctricos de contacto y/o cierre.
•
¿Qué podría suceder si no espera que se desionice el medio para trabajar en un cortacircuito?
203
3.1.7 ANEXOS
SEGURIDAD EN SUBESTACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES.
Figura 16. 2 Seguridad Personal
Figura 16. 3 Señalización de Riesgo
204
3.2 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 2
REDES DE TIERRA.
3.2.1 OBJETIVOS
•
Entender en qué consiste la red de tierra de un sistema eléctrico.
•
Calcular teóricamente la red de tierra de un sistema eléctrico; cada una de sus partes desde la
barras hasta el calibre de conductor que se utilizara para unirlas entre si.
•
Conocer los distintos tipos de redes de tierra así como también su aplicación especifica
dependiendo del tipo de dispositivo a conectar en el sistema.
•
Conocer cuál es el objetivo principal de la realización de la red de tierra y que ocurriría si no se
cuenta con una.
•
Conocer los factores que afectan el buen desempeño de la red de tierra y además conocer los
métodos para contrarrestar estos factores.
3.2.2 EXPOSICION
La masa conductora de la tierra constituye un potencial eléctrico de referencia único. Bajo este
concepto puede definirse una toma, como aquella constituida por un electrodo conductor o
conjunto de ellos interconectados, que aseguren una conexión eléctrica, formando una red.
Las placas de tierra que sirven para interconectar a los equipos y los cables que vinculan estas
placas con las tomas deben ser consideradas como parte de la red.
Su función es garantizar:
•
La seguridad de las personas.
•
Un potencial de referencia único a todos los elementos de la instalación. De esta manera se
logrará la protección adecuada y el buen funcionamiento de los equipos.
•
El camino a tierra de las corrientes de falla.
Para cumplir con los objetivos arriba mencionados, una instalación debe contar con dos
características fundamentales:
•
Una red de tierra única y equipotencial.
•
Un bajo valor de impedancia.
Si partimos de la premisa que una red de tierra es la encargada de derivar la energía del rayo a la
masa conductora de referencia, la misma será más efectiva, cuanto menor sea la impedancia que
presente en su unión eléctrica. Esta característica dependerá de la resistividad del terreno, de su
ionización y de la geometría de los conductores de tierra.
205
La resistividad del terreno es variable de un terreno a otro, depende de su contenido de humedad y
de su temperatura, pudiendo variar la impedancia de tierra medida en distintos lugares del mismo
terreno, como así también hacerla variar con el transcurso del tiempo.
Un terreno es frecuentemente heterogéneo, tanto horizontal como verticalmente.
La resistividad de las capas superficiales presenta importantes variaciones estacionales bajo el
efecto de la humedad (disminuyéndola) y de las sequías (aumentándola). Esta acción
se
puede
producir hasta profundidades de aproximadamente 1 a 2 metros.
Otro elemento determinante en la constitución del terreno, es su granulación y su porosidad, que
determina su poder de retener humedad y por lo tanto su calidad de contacto con los electrodos de
tierra. Es por ello, que terrenos de granos gruesos, pedregosos son malos para conseguir buenos
valores de impedancia de tierra.
En algunos casos, puede pensarse en agregar productos químicos, con el objetivo de mejorar
la
conductividad del terreno. No deberá perderse de vista que esta solución es transitoria, ya que
estos productos deberán mantenerse en buen estado e incluso renovarlos
para
mantener
una
elevada conductividad. Por eso no se recomienda la utilización de estos productos.
Por lo dicho, para poder dimensionar un sistema de puesta a tierra, deberá conocerse el valor de
resistividad del terreno, su configuración y la disposición geométrica en que podrán tenderse los
conductores de tierra.
Con este valor de resistividad, podrán utilizarse ecuaciones y tablas que nos permitirán conocer
con cierta aproximación el valor de resistencia de tierra a obtener.
Todo lo expresado, lleva a pensar que no en todos los terrenos podrá conseguirse un
bajo
valor
de resistencia de tierra, y no deberá caerse en el error de intentar lograrlo en terrenos de muy alta
resistividad. Tal es el caso de zonas montañosas, en donde resulta inútil e ineficaz plantear una red
de tierra convencional. No solo por su imposibilidad de realizar excavaciones, sino por la pérdida
de efectividad.
El sistema de puesta a tierra diseñado debe ser previsto para lograr una resistencia de difusión al
suelo, igual o inferior a 5 ohms en terrenos con resistividades de hasta 100 ohm-metro.
De tal manera queda establecido en ese valor (5 ohms) como el límite de aceptabilidad de la
resistencia a tierra que deberá medirse en suelos que no superen dicha resistividad, mediante el
uso de un telurímetro conectado al sistema de puesta a tierra de la estación de radioenlace.
206
En aquellos terrenos que excedan el valor indicado de resistencia específica de 100 ohm-metro,
podrá admitirse un aumento de la resistencia de difusión a tierra proporcional al incremento de la
resistividad, en relación con el valor referencial de 100 ohm-metro.
Para un suelo de resistividad de 250 ohm-metro, el cálculo a realizar será:
250ohm ⋅ metro × 5ohm
= 12.5ohm
100ohm ⋅ metro
Ec. (1.18)
Este valor será el máximo aceptable en este tipo de terreno.
De cualquier forma, esta resistividad varía con la humedad, con la temperatura, estratos y
diferentes estaciones del año, por lo cual lo mejor es registrar la fecha en que son tomadas las
medidas para volver a repetirlas (para fines de mantenimiento) en la misma época del año.
Método sencillo para determinar la resistividad del suelo:
•
Se introducen superficialmente cuatro electrodos con la misma separación, la profundidad de
penetración debe ser menor que el espacio entre los electrodos.
•
Se aplica una corriente conocida entre los dos electrodos exteriores y se mide el potencial
entre el par interior.
Figura 17. 1 Medición de Tierras
207
Red de tierra de un edificio.
La regla básica con la que se plantea la red de tierra, es la utilización de un anillo perimetral de
tierra, integrando a éste electrodos.
Si bien técnicamente es ideal el trazado de un anillo perimetral, rodeando exteriormente al edificio
a proteger, no siempre es posible por las características o disposición de algunas edificaciones.
El anillo perimetral estará formado por un conductor de cobre desnudo de 50 mm2 de sección,
debiendo rodear perimetralmente al edificio. Este conductor enterrado deberá ser continúo, sin
ningún tipo de empalme (salvo en las cámaras de inspección) y con entradas directas a la placa de
tierra interna del edificio.
De ser posible el anillo perimetral estará enterrado a una profundidad de 0.60 a 0.80 metros
formando un anillo cerrado instalado a 1 metro, de las paredes laterales del edificio.
El anillo perimetral no debe presentar ninguna discontinuidad y al edificio se ingresa por medio de
los extremos del mismo llegando a la placa de tierra por conductos separados. Integradas al anillo
perimetral enterrado y por medio de soldadura cuproaluminotérmica,
De ser posible, deberá colocarse en cada punto de cambio de dirección o de interconexión del
anillo perimetral una barra de tierra. Esto se debe a que frente al escarpado pulso del rayo cada
interconexión o cambio de dirección vertical u horizontal del anillo perimetral, representa un
incremento de impedancia, que se traduce en un incremento de tensión.
METODOS PARA REDUCIR LA RESISTIVIDAD DE LA TIERRA.
MATERIAL DE REFUERZO DE TIERRA
Inventado en 1992, el material de refuerzo de tierra GEM es un material conductor de gran calidad
que resuelve los problemas más complicados de puesta a tierra. El material es ideal para usarse
en áreas de baja conductividad, tales como suelo rocoso, cimas de montañas y suelo arenoso, así
como también en lugares en donde no se pueden enterrar varillas a tierra o donde las limitaciones
de la superficie del suelo dificultan la puesta a tierra adecuada mediante métodos convencionales.
Las ventajas del GEM se traducen en la mejor relación costo-eficiencia. Algunas de estas razones
son:
•
Reduce la resistencia a tierra
•
Tras la curación del material, mantiene una resistencia constante durante toda la vida útil del
sistema
•
Mejora la puesta a tierra en todos los suelos, incluso durante períodos secos
208
•
No se disuelve ni descompone con el paso del tiempo
•
La congelación aumenta su resistividad en menos de un 10%
•
No requiere tratamientos periódicos de carga ni reemplazos
•
No requiere mantenimiento
•
No depende de la presencia continua de agua para mantener su conductividad
•
No afecta adversamente al suelo
•
No contamina las aguas subterráneas
•
Cumple con todos los requisitos del organismo de protección ambiental EPA(Environmental
Protection Agency) sobre vertederos
•
Puede instalarse ya sea húmedo o seco
•
Puede mezclarse fácilmente como lechada
•
Cuando se aplica en seco, absorbe rápidamente la humedad del suelo para curarse en forma
sólida
•
Puede reducir el tamaño del sistema de puesta a tierra donde los métodos tradicionales
usados son insatisfactorios
Figura 17. 2 Material para Tratado de Tierras
3.2.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
¿Qué es una red de tierra?
•
¿Cuáles son las partes que componen a una red de tierra?
209
•
¿Cuál es el calibre mínimo permitido para la unión de las barras entre si de un sistema de
tierra?
•
¿Qué tipo de soldadura se utiliza entre las barras y el conductor de unión?
•
¿Cuál es valor máximo permitido de la impedancia de la red de tierra para el correcto
funcionamiento de la misma?
3.2.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS.
•
Barras copperweld.
•
Kit de soldadura Cad Weld. (Soldadura cuproaluminotérmica).
•
Conductor de cobre solido. (Calibre 4 como mínimo)
•
Material de refuerzo de tierra. (GEM)
3.2.5 PROCEDIMIENTO.
Esta práctica de laboratorio consistirá en un recorrido por la universidad en el cual los alumnos de
la materia de Equipos y Dispositivos Industriales podrán ver las diferentes redes de tierra que se
encuentran conectadas en las bases de los edificios“ D “, específicamente en su parte central.
Deberán de observar los siguientes puntos en cada red de tierra:
•
El tipo de soldadura entre las barras y el conductor de unión.
•
El grosor de las barras de tierra.
•
El calibre del conductor que está uniendo las barras.
•
La cantidad de barras utilizadas en dicha red.
•
El tipo de enmallado que se ha utilizado.
Después de haber hecho el recorrido por la universidad y haber visto las redes de tierra los
alumnos irán a su respectivo laboratorio y verificarán si las redes de tierra vistas están construidas
de acuerdo a las normas requeridas; si no es así deben hacer un rediseño, evaluado por el
instructor.
3.2.6 CUESTIONARIO.
•
¿Cuántas redes de tierra se encontraron en el recorrido?
•
¿En qué parte de la estructura estaban colocadas las redes de tierra?
•
¿Era el tipo de red de tierra adecuado para el sitio?
•
¿Cumplían las redes de tierra con las especificaciones necesarias para la construcción?
•
¿En qué parte del edificio sería el lugar más adecuado para colocar las redes tierra?
•
¿Por qué es necesario que todas las redes de tierra estén unidas entre si?
•
¿Qué sucedería si no estuvieran unidas? Explique.
210
3.2.7 ANEXOS.
Tabla 3.1 Valores de Resistividad
TABLA CON VALORES DE RESISTIVIDAD DE DISTINTOS TERRENOS.
MATERIALES
RESISTIVIDAD EN OHM · METRO
Sal gema
1013
Cuarzo
109
Arenisca, guijarros de río, piedra triturada
107
Granitos compactos
106 - 107
Rocas compactas, cemento ordinario,
106
esquistos
Carbón
105 - 106
Rocas madres, basaltos, diabases,
104
cascajos y granitos antiguos (secos)
5 x 103
Guijarros de río y cascajo piedra triturada
húmedos
Terrenos rocosos, calizos (jurásico) secos
3 x 103
Granitos antiguos (húmedos)
1,5 a 2 x 103
Yeso seco
103
Arena fina y guijarros (secos)
103
Grava y arena gruesa (seca)
102 - 103
Arena arcillosa, grava y arena gruesa
5 x 102
húmeda
Suelos calcáreos y rocas aluvionarias
3 a 4 x 102
Tierra arenosa con humedad
2 x 102
211
Barro arenoso
1,5 x 102
Margas turbas, humus muy secos
102
Margas y humus secos
50
Arcillas (secas)
30
Margas, arcillas y humus húmedos
10
Arcilla ferrosas, piritosas
10
Esquistos grafíticos (húmedos y secos)
Menos de 5
Agua de mar
1
Soluciones salinas
0,1 - 0,001
Minerales conductores
0,01
Grafitos
0,0001
NATURALEZA DEL TERRENO
RESISTIVIDAD EN OHM · METRO
Terrenos pantanosos
De algunas unidades a 30
Limo
20 a 100
Humos
10 a 150
Turba húmeda
5 a 100
Arcilla plástica
50
Margas y arcillas compactas
100 a 200
Margas del jurásico
30 a 40
FOTOGRAFIAS SOLDADURAS RED DE TIERRA.
212
Figura 17. 3 Molde de Soldadura
Figura 17. 4 Soldadura ya Terminada
213
3.3 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 3.
SUBESTACIONES EN POSTE, ESTRUCTURA H, Y A NIVEL DE PISO.
3.3.1 OBJETIVO
•
Conocer las partes de las subestaciones en poste, estructura en H y a nivel de piso.
•
Conocer los parámetros que hay que seguir para hacer una subestaciones de los tipos
mencionados en esta práctica.
•
Conocer los métodos correctos para realizar maniobras en este tipo de subestaciones.
•
Conocer los métodos de seguridad que hay que tener a la hora de realiza maniobras.
3.3.2 EXPOSICION
SUBESTACIÓN
Es un conjunto de máquinas, aparatos y circuitos, que tienen la función de modificar los parámetros
de la potencia eléctrica, permitiendo el control del flujo de energía, brindando seguridad para el
sistema eléctrico, para los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento. Las
subestaciones se pueden clasificar como sigue
•
Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas.
•
Subestaciones receptoras primarias.
•
Subestaciones receptoras secundarias.
Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas.- Estas se encuentran en las
centrales eléctricas o plantas generadoras de electricidad, para modificar los parámetros de la
potencia suministrada por los generadores, permitiendo así la transferencia en alta tensión en las
líneas de transmisión. Los generadores pueden suministrar la potencia entre 5 y 25 kV y la
transmisión depende del volumen, la energía y la distancia.
Subestaciones receptoras primarias.- Se alimentan directamente de las líneas de transmisión, y
reducen la tensión a valores menores para la alimentación de los sistemas de subtransmisión o
redes de distribución, de manera que, dependiendo de la tensión de transmisión pueden tener en
su secundario tensiones de 115, 69 y eventualmente 34.5, 13.2, 6.9 o 4.16 kV.
Subestaciones receptoras secundarias.- Generalmente estas están alimentadas por las redes
de subtransmisión, y suministran la energía eléctrica a las redes de distribución a tensiones entre
34.5 y 6.9 kV.
214
Las subestaciones, también se pueden clasificar por el tipo de instalación, por ejemplo:
•
Subestaciones tipo intemperie.
•
Subestaciones de tipo interior.
•
Subestaciones tipo blindado.
Subestaciones tipo intemperie.- Generalmente se construyen en terrenos expuestos a la
intemperie, y requiere de un diseño, aparatos y máquinas capaces de soportar el funcionamiento
bajo condiciones atmosféricas adversas (lluvia, viento, nieve, etc.) por lo general se utilizan en los
sistemas de alta tensión.
Subestaciones tipo interior.- En este tipo de subestaciones los aparatos y máquinas están
diseñados para operar en interiores, son pocos los tipos de subestaciones tipo interior y
generalmente son usados en las industrias.
Subestaciones tipo blindado.- En estas subestaciones los aparatos y las máquinas están bien
protegidos, y el espacio necesario es muy reducido, generalmente se utilizan en fábricas,
hospitales, auditorios, edificios y centros comerciales que requieran poco espacio para su
instalación, generalmente se utilizan en tensiones de distribución y utilización.
En las Subestaciones Interiores y Exteriores es necesario tener en cuenta los siguientes
parámetros:
•
Ubicación: la ubicación de la subestación debe estar muy cercana a la mayor carga (por los
factores de caídas y pérdidas).
•
Seguridad
•
Accesibilidad: Tienen que tener buen acceso y después.
•
Evitar inundaciones.
•
Solidez del suelo
•
Control de Derrames
•
Fijación de los equipos
•
Ventilación: hay que evitar el calentamiento de los transformadores.
•
Las subestaciones no son ninguna bodega de nadie.
•
Espacio suficiente para trabajar: se debe contar con el espacio debido para realizar las
maniobras.
•
Red de tierra.
215
SUBESTACIÓN EN POSTE
Figura 18. 1 Subestación en Poste
PARTES DE LAS SUBESTACIÓN:
•
Transformador
•
Poste de concreto
•
Mufa para tubo conduit según diámetro del tubo
•
Tubo conduit galvanizado pared gruesa según calibre de los conductores
•
Cable de cobre THW de acuerdo a la carga a instalar
•
Base enchufe 7 terminales 200 Amperes
•
Varilla para tierra de (3 m de longitud X 5/8”)
•
Conectador para varilla a tierra
216
•
Tubo conduit de 19mm (3/4”) para proteger el cable a tierra
•
Interruptor termomagnético
•
Fleje de acero galvanizado
•
Cortacircuitos Fusible
•
Apartarrayos
•
Aislador alfiler
•
Cruceta de acero galvanizado
•
Medidor multifunción autocontenido
•
Sello de plástico tipo candado
NOTAS IMPORTANTES
• La Resistencia de tierra no debe ser mayor a 5 Ohms.
• La tierra física del medidor no debe ser la misma que la de la subestación (apartarrayos) por
protección del medidor y el conductor debe ser como mínimo calibre 1/0 AWG.
• Cuando el proyecto incluye dos transformadores se deberá consultar con el Departamento de
Medición de Zona.
• La tubería que va de los bornes del transformador a la base del medidor no debe llevar
registros y la distancia no debe ser mayor a 15 metros.
• Los bornes del transformador deben quedar encintados.
• El Medidor debe localizarse al límite de propiedad y la base del medidor puede quedar
empotrada o sobrepuesta.
3.3.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTO
•
¿A qué se debe el diseño de subestaciones en estructura H, en poste y en piso?
•
¿Cuáles son las distancias que hay que respetar a la hora de construir subestaciones en
estructura en H?
•
¿Cuáles son las medidas de seguridad que hay que tener para dar mantenimiento a las
subestaciones en piso?
•
¿Cuáles son los valores de potencia más comunes en las subestaciones de poste?
•
Del tipo de Subestaciones vistas en esta práctica, ¿Cuáles necesitan apartarrayos?
3.3.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS
Debido a que en esta práctica se realizará una visita técnica a una subestación de la Universidad,
no será necesario ningún tipo de material ni equipo.
217
3.3.5 PROCEDIMIENTO
Parte I
En esta parte el profesor en conjunto con el instructor de la materia llevarán a los alumnos a una
visita técnica para ver una subestación en H que corresponde al edificio de Comunicaciones de la
Universidad, en la cual analizarán las conexiones, las protecciones y los parámetros que son
visibles para analizar que tipo de carga se puede alimentar.
Parte II
Para esta parte se requiere que cada grupo de trabajo analice la subestación visitada, realizando
un diagrama unifilar de la subestación y calculando los parámetros de voltaje, potencia y corriente
que entrega la subestación.
3.3.6 CUESTIONARIO
•
Investigue quien es el que toma la decisión de la forma de instalación de una subestación, si el
solicitante o la distribuidora.
•
¿Qué tipo de materiales se utilizan para la construcción de la estructura de soporte de las
subestaciones en H?
•
¿Cómo deben ser las conexiones en primario y secundario para una subestación rural en
poste?
•
En una subestación trifásica, se ha deshabilitado un transformador. ¿Qué sugeriría usted a
esta empresa si quiere seguir operando?
218
3.3.7 ANEXOS
Figura 18. 2 Subestación en Poste
Figura 18. 3 Estructura en H
219
3.4 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 4
TRANSFORMADORES SECOS Y TIPO PAD-MOUNTED
3.4.1 OBJETIVOS
•
Conocer la estructura interna de un transformador tipo pad mounted y uno tipo seco.
•
Aprender a seleccionar el transformador adecuado para su correcto funcionamiento
dependiendo de la carga instalada para evitar sobrecargas que disminuyan el buen
funcionamiento del mismo.
•
Identificar las ventajas y desventajas de cada uno de los transformadores así como también su
repercusión hacia el medio ambiente.
•
Conocer las tablas de selección de transformadores así también conocer las tablas de
sobrecarga debido al efecto de la temperatura.
3.4.2 EXPOSICION
TRANSFORMADORES SECOS.
En la mayoría de los lugares donde las personas viven y trabajan puede encontrarse al menos un
transformador. Pero mientras funcione proporcionando energía a las escaleras mecánicas de los
grandes almacenes, al ascensor del hotel, en el interior de una torre eólica, al ordenador de la
oficina, al horno de la panadería de la esquina, a la maquinaría agrícola o a la planta petroquímica,
nadie se fijará en él.
Los transformadores de tipo seco encapsulado al vacío
se fabrican conforme a las normas
internacionales EN/IEC/IEEE.
Los transformadores de tipo seco encapsulado al vacío están diseñados a prueba de humedad y
son adecuados para funcionar en ambientes húmedos o muy contaminados. Son los
transformadores idóneos para funcionar en ambientes que presenten una humedad superior al 95
% y en temperaturas por debajo de los -25 °C.
Existen más de 100.000 transformadores secos funcionando en todo el mundo, fabricados en
plantas especialmente dedicadas a ello.
220
Mucho más accesibles para el usuario final, los transformadores secos pueden instalarse cerca del
lugar de utilización, lo que permite optimizar el diseño de instalación reduciendo al máximo los
circuitos de baja tensión, con el consiguiente ahorro en pérdidas y conexiones de baja tensión. En
muchos países es obligatorio instalar transformadores secos cuando las subestaciones están
situadas en edificios públicos.
Los más económicos
•
Los que menos espacio necesitan
•
Los que menos trabajo de ingeniería civil precisan
•
No requieren características de seguridad especiales (detección de incendios)
•
Exentos en parte de mantenimiento
•
Una vida útil de los transformadores más larga gracias a un bajo envejecimiento térmico
•
Puede instalarse cerca del lugar de consumo reduciendo las pérdidas de carga
•
Un diseño óptimo sujeto a mejoras constantes tan pronto como se dispone de nuevos
materiales
•
Se fabrican con un alto rendimiento productivo en plantas industriales especializadas
•
Son seguros y respetan el medio ambiente
•
Contaminación medioambiental reducida
•
Sin riesgo de fugas de sustancias inflamables o contaminantes
•
Fabricación segura para el medio ambiente (sistema cerrado)
•
Apropiados para zonas húmedas o contaminadas
•
Sin peligro de incendio
•
Los transformadores son incombustibles
•
Alta resistencia a los cortocircuitos
•
Gran capacidad para soportar sobrecargas
•
Buen comportamiento ante fenómenos sísmicos
•
Capaces de soportar las condiciones más duras de balanceo y vibraciones
•
Impactos medioambientales mínimos
•
Alto reciclado (90 %)
221
CAPACIDAD DE SOBRECARGA
La experiencia ha demostrado que un transformador de
tipo seco dura por lo general varias décadas. No
obstante, es imposible calcular la duración exacta, ya
que depende de las condiciones a las que haya sido
expuesto el transformador.
La vida útil de un transformador de tipo seco depende
específicamente de las sobrecargas que haya sufrido
durante su funcionamiento.
Dichas sobrecargas pueden crear una fluctuación de
temperatura durante el devanado que degrade las
propiedades del aislamiento debido al envejecimiento
térmico.
Sin embargo, un transformador puede funcionar con
algunas sobrecargas sin que ello afecte a su vida útil.
Esto es posible si la carga normal es menor que la
potencia nominal. Estas sobrecargas admisibles (K2)
están limitadas en cuanto al tiempo (tp) de acuerdo con
el índice de funcionamiento anterior (factor de carga,
K1) y dependen de la temperatura ambiente media
ponderada θa.
Los
transformadores
se
fabrican
para
un
funcionamiento en potencia nominal, a una temperatura
ambiente normal y de acuerdo a la norma CEI 60726:
•
Temperatura máxima: 40 °C
•
Temperatura media diaria: 30 °C
•
Temperatura media anual: 20 °C
La temperatura de referencia, en caso de que no se
especifique otra, será la temperatura media anual 20
°C.
Figura 19. 1 Capacidad de Sobrecarga
Un transformador diseñado para funcionar bajo una temperatura ambiente media anual de 20 °C
puede utilizarse en ambientes con temperaturas mayores o menores
222
Tabla 3.2 Potencia Media Anual de Temperatura Ambiente
Temperatura sobrecarga
-10 °C
116%
0 °C
110%
10 °C
104%
20 °C
100%
25 °C
97%
30 °C
94%
35 °C
90%
Figura 19. 2 Transformador Seco
223
TRANSFORMADORES TIPO PAD MOUNTED.
Este tipo de Transformador es usado para el suministro de energía eléctrica en baja tensión
conectado mediante cables de acometida y de distribución subterránea, a edificios residenciales,
centros comerciales, urbanizaciones, clínicas, etc.
El Pad Mounted es apto para las aplicaciones que requieran una unidad de transformación
compacta, auto-protegida, que armonice con el medio ambiente
Las principales ventajas es que sustituye una pequeña sub-estación y no necesita una caseta de
ladrillos, cercas de alambre o postes con dispositivos de protección externos, ya que ésta posee
fusibles extraíbles, limitadores de corriente y un interruptor para el seccionamiento de la acometida
en la alta tensión normalizado por las compañías eléctricas, constituyendo el Pad Mounted en una
alternativa de menor costo que el de una sub-estación del mismo tamaño
Los transformadores de distribución trifásico Tipo Pad mounted son diseñados para servicio
subterráneo y exterior montados sobre una base de concreto.
El transformador es armado con los compartimientos de alta y baja tensión separados, y equipados
con puertas frontales.
El compartimiento de alto voltaje no es accesible mientras la puerta del compartimiento de baja
tensión este abierta. El compartimiento de baja tensión tiene una provisión para que el usuario
instale un candado para seguridad.
Todas las partes vivas se encuentran en compartimientos totalmente bloqueados adecuadamente
por seguridad. Una cubierta sobre la toma del tanque es accesible a través del gabinete y
proporciona la protección contra daños por vandalismo y el medio ambiente.
VENTAJAS:
•
Superior sistema de aislamiento y sellado.
•
Tienen un sistema de tanque sellado en aceite, aislado interiormente del medio ambiente.
APLICACIONES:
•
Industrias, comercios, instituciones gubernamentales.
•
Pequeños y medianos comercios de comida rápida y mall.
•
Ideales para turbinas de viento para granjas.
224
Figura 19. 3 Partes de un Transformador tipo Pad Mounted
3.4.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
¿En qué situación se utiliza el transformador tipo Pad Mounted?
•
¿En qué situación se utiliza el transformador tipo seco?
•
¿Mencione diferencias entre los dos tipos de transformadores?
•
¿Cuáles son las partes que conforman a un transformador tipo Pad Mounted y a un
transformador tipo seco?
•
Mencione ventajas de un transformador tipo seco sobre uno Pad Mounted.
3.4.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS.
•
Transformador tipo Pad Mounted.
•
Transformador tipo seco.
225
3.4.5 PROCEDIMIENTO.
Esta práctica se realizará por medio de un recorrido dentro de la universidad en el cual con un
encargado de mantenimiento y el respectivo instructor se visitará el área de ubicación de un
transformador tipo Pad Mounted ubicado en los edificios“ D “.
Se tendrá que identificar cada una de las partes que lo componen y principalmente tomar nota de
las siguientes características:
•
Potencia del transformador.
•
Voltaje primario.
•
Voltaje secundario.
•
Tipo de Conexión primaria.
•
Impedancia.
•
Numero de Taps y voltajes que suministra.
•
Material del que esta hecho el lado primario.
•
Material del que esta hecho el lado secundario.
•
Protecciones internas del transformador.
3.4.6 CUESTIONARIO.
•
¿En qué porcentaje de carga se encuentra en transformador?
•
¿En qué parte está ubicada la protección el transformador en el primario o en el secundario?
•
¿Qué sucedería si ocurriera una falla y la impedancia del transformador fuera menor que la
impedancia de la red de tierra a la que está conectado?
•
¿Cuál es la función que desempeña la base que posee el transformador tipo Pad Mounted?
•
¿Cómo se le llama a la unión del cable de potencia con el borne del primario del transformador
226
3.4.7 ANEXOS.
Figura 19. 4 Transformador Pad Mounted
Figura 19. 5 Placa de Transformador Pad Mounted
227
PARTE INTERNA TRANSFORMADOR TIPO PAD MOUNTED.
Figura 19. 6 Parte Interna Transformador Pad Mounted
Tabla 3.3 Datos Técnicos Transformador Pad Mounted
TENSIÓN MÁXIMA PARA EL EQUIPO (Um) 36
Kv
160 250
POTENCIA NOMINAL (Sr) KVA
Pérdidas en vacio (Po)
W
960 1280
Pérdidas en carga(Pk) 75°C
W
2550 3520
Pérdidas de carga(Pk) 120°C
W
2900 4000
Impedancia en cortocircuito
%
6
6
Nivel de potencia sonora(LWA) dB
66
67
Longitud (A)
mm 1550 1580
Anchura (B)
mm
840 930
Altura (H)
mm 1300 1450
Peso
Kg
1120 1400
Distancia entre ruedas (E)
mm
520 670
Diamétro de las ruedas
mm
125 125
Anchura de las ruedas (G)
mm
40
40
228
315
1500
4220
4800
6
68
1640
940
1450
1610
670
125
40
400
1650
6020
5700
6
69
1740
1000
1500
2100
670
125
40
500
1950
6250
7100
6
70
1700
1000
1650
2120
670
125
40
630
200
7040
8000
6
71
1760
1000
1750
2550
670
125
40
800 1000
2800 3100
8630 10240
9700 11500
6
7
72
73
1760 1880
1000 1050
1880 1950
3020 3250
670
670
125
125
40
40
3.5 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 5.
PLANTAS DE EMERGENCIA.
3.5.1 OBJETIVOS
•
Conocer las partes que conforman a una planta de emergencia.
•
Comprender la importancia del buen uso de la planta de emergencia para asegurar su
disponibilidad en el momento requerido.
•
Conocer la ubicación de una planta de emergencia dentro de un diagrama unifilar.
•
Conocer el uso, operación y funcionamiento general de la planta eléctrica de emergencia
•
Describir las rutinas de mantenimiento preventivo.
3.5.2 EXPOSICION
PLANTAS DE EMERGENCIA.
En nuestro país por diversas causas la continuidad en el servicio de energía eléctrica por parte de
la compañía suministradora, se ve con mucha frecuencia afectada. Por esta razón en el sistema
hospitalario, se hace necesario disponer de un generador auxiliar de emergencia (planta eléctrica),
para que en ningún momento se paralicen aquellos servicios que son esenciales para la atención
de los pacientes.
Entonces la finalidad de la planta eléctrica de emergencia es la de proporcionar en el sitio la
energía eléctrica necesaria cuando existe una falla en el suministro de la red comercial, mediante
la disposición de un arreglo con otros dispositivos electromecánicos.
La operación de la planta eléctrica de emergencia es extremadamente sencilla y puede funcionar
en dos modalidades:
•
Modalidad automática
•
Modalidad manual
OPERACIÓN AUTOMATICA.
•
Los selectores del control maestro deben estar ubicados en la posición de automático. El
control maestro es una tarjeta electrónica que se encarga de controlar y proteger el motor de la
planta eléctrica.
•
En caso de fallar la energía normal suministrada por la compañía de servicios eléctricos, la
planta arrancará con un retardo de 3 a 5 segundos después del corte del fluido eléctrico. Luego
la energía eléctrica generada por la planta es conducida a los diferentes circuitos del sistema
de emergencia a través del panel de transferencia, a esta operación se le conoce como
transferencia de energía.
229
•
Después de 25 segundos de normalizado el servicio de energía eléctrica de la compañía
suministradora, automáticamente se realiza la retransferencia (la carga es alimentada
nuevamente por la energía eléctrica del servicio normal) quedando aproximadamente 5
minutos encendida la planta para el enfriamiento del motor. El apagado del equipo es
automático.
OPERACIÓN MANUAL
En esta modalidad, se verifica el buen funcionamiento de la planta sin interrumpir la alimentación
normal de la energía eléctrica.
El selector de control maestro debe colocarse en la posición de “Manual”.
Como medida de seguridad para que la planta eléctrica trabaje sin carga (en vacío), se debe
colocar el interruptor principal “Main” del generador en posición de apagado off.
Recomendación:
El arranque manual es solo para realizar pruebas. Aunque en algunas industrias o comercios solo
se utiliza el arranque y paro manual, lo único que la transferencia y retransferencia son
automáticas.
MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE UNA PLANTA DE EMERGENCIA.
Antes de encender la planta eléctrica revisar:
•
Nivel de agua en el radiador
•
Nivel de aceite en el cárter
•
Nivel de agua en celdas de batería
•
Nivel de combustible en tanque diario
•
Verificar limpieza en terminales de batería.
•
Colocar el interruptor principal del generador “MAIN “ en OFF
•
Colocar los selectores de operación en el modo manual para arrancar la planta eléctrica.
Se pone a funcionar de esta manera por unos 10 minutos y se revisa lo siguiente:
•
Frecuencia del generador (60 a 61Hz).
•
De ser necesario se ajusta el voltaje al valor correcto por medio del potenciómetro de ajuste.
Luego de la revisión preliminar y si todo está correcto simular falla del fluido eléctrico y revisar lo
siguiente:
230
•
Corriente, voltaje y frecuencia del generador según los parámetros de operación (que pueden
variar de un sistema a otro).
•
Si la temperatura del agua es muy alta, con mucha precaución quitar el tapón al radiador,
revisar el nivel del agua y reponerla en caso de necesidad (sin parar el motor) si el nivel del
agua se encuentra bien, buscar la manera de ventilar el motor por otros medios. También
conviene verificar si el generador está muy cargado, ya que esa puede ser la causa, y si ese es
el caso, se deberá disminuir la carga eléctrica hasta llegar a la corriente nominal de placa del
generador. En caso de obstrucción de las celdas del radiador lavarlo a vapor para retirar la
suciedad.
•
Si la presión del aceite es muy baja para el motor, esperar que se enfríe, luego revisar el nivel
de aceite y reponerlo en caso de ser necesario (con el motor apagado). Después volver a
encender el motor.
•
Si el amperímetro que señala la carga del alternador al acumulador proporciona una señal
negativa, significa que el alternador no está cargando. En este caso se debe verificar el estado
del alternador, regulador de voltaje y conexiones.
•
Si la frecuencia del generador baja a un punto peligroso, personal autorizado debe calibrar al
generador del motor a fin de compensar la caída de frecuencia. es normal que el generador
trabajando a plena carga baje un poco su frecuencia.
•
Si el voltaje del generador baja su valor, es posible recuperarlo girando el potenciómetro del
regulador de voltaje.
•
Si en el trabajo de la planta llegaran a actuar las protecciones, debe verificar la temperatura del
agua y presión del aceite. Si actúa la protección por alta temperatura de agua, dejar que el
motor enfríe y después reponer el faltante.
Para detener el motor, desconecte la carga manualmente y deje trabajar el motor durante tres
minutos al vacío.
Nota:
•
Conviene arrancar el motor por lo menos una vez a la semana por un lapso de 30 minutos,
para mantener bien cargado el acumulador, cuando no existe cargador de baterías conectado
a la planta; y para mantener el magnetismo remanente del generador en buen rango. También
para corregir posibles fallas.
231
PUNTOS IMPORTANTES DE MANTENIMIENTO PARA EL OPERADOR.
•
•
Verificar diariamente:
o
Nivel del agua en el radiador.
o
Nivel de aceite en el cárter
o
Nivel de combustible en el tanque.
o
Válvulas de combustible abiertas.
o
Nivel de agua destilada en las baterías y limpieza de los bornes.
o
Limpieza y buen estado del filtro de aire.
o
Que no haya fugas de agua, aceite y/o combustible.
o
Observar si hay tornillos flojos, elementos caídos, sucios o faltantes en el motor y tableros.
Semanalmente, además de lo anterior:
o
Operar la planta en vacío (ver cuadro 1) y si se puede con carga para comprobar que todos
sus elementos operan satisfactoriamente, durante unos treinta minutos por lo menos.
o
Limpiar el polvo que se haya acumulado sobre la planta o en los pasos de aire de
enfriamiento, asimismo los tableros.
•
Mensualmente: Comprobar todos los puntos anteriores, además:
o
Comprobar la tensión correcta y el buen estado de las fajas del ventilador, alternador, etc.
o
Limpiar los tableros y contactos de relevadores si es necesario.
o
Observe cuidadosamente todos los elementos de la planta y tableros para
posibles fallas.
•
•
•
Cada 150 horas de trabajo, además de lo anterior:
o
Cambiar filtro de aceite.
o
Si el motor está equipado con filtro de aire o tipo húmedo cambiarle el aceite.
Cada 300 horas de trabajo, además de lo anterior:
o
Cambiar el elemento anticorrosivo del agua.
o
Cambiar los filtros de combustible.
Cada año:
o
Si el filtro de aire es tipo seco, cambiarlo.
232
corregir
RECOMENDACIONES GENERALES PARA LOS OPERADORES DE PLANTAS ELÉCTRICAS.:
•
Procure que no entre tierra y polvo al motor, al generador y al interior de los tableros de control
y transferencia.
•
Cerciórese de que esté bien dosificado el combustible para el motor sin impurezas y
obstrucciones
•
Compruebe que al operar la planta se conservan dentro de los valores normales las
temperaturas del agua del radiador, de los embobinados del generador, de los tableros, del
motor del interruptor de transferencia, etc.
•
Los motores nuevos traen un aditivo que los protege de la corrosión interna. Al igual que en los
motores usados, después de algún tiempo necesitan protegerse con aditivos, los cuales duran
períodos determinados. Después hay que suministrarle otro que los proteja. Además hay que
evitar fugas y goteras sobre partes metálicas; en general hay que evitar la corrosión a todos
costos.
•
•
Se debe procurar que se tengan siempre los medios de suministro de aire, por ejemplo:
o
Aire limpio para la operación del motor.
o
Aire fresco para el enfriamiento del motor y generador.
o
Medios para desalojar el aire caliente.
Compruebe siempre que la planta gira a la velocidad correcta por medio de su frecuencímetro
y tacómetro.
•
Conozca siempre el buen estado de la planta en general.
•
Reportar al personal de mantenimiento las fallas en cuanto aparezcan, por muy sencillas que
se vean.
•
Cuando el motor del interruptor de transferencia derrame lubricante, éste deberá sustituirse por
grasa nueva.
•
Recurra al personal de Mantenimiento para implantar un programa. Abra un expediente para
anotar todos los datos en la ficha de vida de la planta y por medio de ella compruebe la
correcta aplicación del mantenimiento.
233
Figura 20. 1 Diagrama Unifilar Planta de Emergencia
Los diagramas unifilares representan todas las partes que componen a un sistema de potencia de
modo gráfico, completo, tomando en cuenta las conexiones que hay entre ellos, para lograr así la
forma una visualización completa del sistema de la forma más sencilla. Ya que un sistema trifásico
balanceado siempre se resuelve como un circuito equivalente monofásico, o por fase, compuesto
de una de las tres líneas y un neutro de retorno, es rara vez necesario mostrar más de una fase y
el neutro de retorno cuando se dibuja un diagrama del circuito. Muchas veces el diagrama se
simplifica aún más al omitir el neutro del circuito e indicar las partes que lo componen mediante
símbolos estándar en lugar de sus circuitos equivalentes. No se muestran los parámetros del
circuito, y las líneas de trasmisión se representan por una sola línea entre dos terminales. A este
diagrama simplificado de un sistema eléctrico se te llama diagrama unifilar o de una línea. Éste
indica, por una sola línea y por símbolos estándar, cómo se conectan las líneas de transmisión con
los aparatos asociados de un sistema eléctrico.
3.5.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
¿Cuál es la función principal de una planta de emergencia?
•
¿Cuáles son las partes que conforman una planta de emergencia?
•
¿Con qué factor de potencia se deben de escoger las plantas de emergencia?
•
Menciones 5 mantenimientos preventivos que requiere una planta de emergencia.
•
Mencione las verificaciones necearías que se deben de realizar al momento de arrancar una
planta de emergencia.
234
3.5.4
•
MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS.
Planta de emergencia.
3.5.5 PROCEDIMIENTO.
Esta práctica de laboratorio consistirá en un recorrido por las plantas de emergencia que se
encuentran en el campus de la universidad, en las cuales el estudiante tendrá que identificar los
componentes estudiados previamente en clase y al principio de esta guía.
Además aparte del instructor el grupo de laboratorio deberá de ir acompañado por la persona
encargada de las plantas de emergencia de la universidad para que ésta les explique el
manteniendo preventivo que se les da a dichas plantas, así también como el tiempo de reacción
que éstas poseen.
El alumno deberá de poner atención primordialmente es los siguientes puntos:
•
Capacidad de la planta de emergencia. (potencia en KVA).
•
Voltaje que suministra y de qué manera.
•
Tamaño del tanque de combustible y el tipo de combustible que utiliza.
•
Cuántas plantas de emergencia existen en la universidad y como están distribuidas, es decir a
cuáles sectores proporcionan energía eléctrica en el momento de una falla en la red.
•
Hacer un diagrama de dicha planta, nombrando cada una de las partes que la componen.
•
Cuál es la potencia que la planta suministra y que tan cerca está de su potencia nominal.
3.5.6 CUESTIONARIO.
•
¿Cumple esta planta de emergencia con las normas de seguridad necesarias para su correcto
funcionamiento?
•
¿Se le da el mantenimiento preventivo necesario y en el momento que lo requiere?
•
Después de observar las plantas de emergencia de la universidad ¿Cree que sería necesario
otra u otras plantas de emergencia? y ¿En qué sectores las pondría y con cuantas carga?
•
¿Cree que el sistema de emergencia de la universidad es el apropiado o es necesario
rediseñar dicho sistema para un funcionamiento más eficiente del mismo? Explique.
235
3.5.7 ANEXOS.
Diagrama de Bloques del sistema eléctrico con dos fuentes de alimentación
Figura 20. 2 Diagrama de Bloques Sistema Eléctrico
PLANTA DE EMERGENCIA.
Ventilador y
entrada de
combustible.
Ventilador.
Abastecimiento.
Tanque
Retorno.
Bloque de transferencia de
combustible.
Figura 20. 3 Planta de Emergencia
236
3.6 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 6.
TABLEROS INDUSTRIALES DE MEDIA Y BAJA TENSION
3.6.1 OBJETIVO
• Conocer las aplicaciones de los tableros de media y baja tensión.
• Conocer las medidas de seguridad para la instalación de los tableros.
• Conocer los tamaños de los tableros y los lugares en donde se colocan.
• Conocer los métodos de seguridad que hay que tener a la hora de realiza maniobras.
3.6.2 EXPOSICION
TABLEROS DE MEDIA TENSION
Los tableros de Media Tensión son construidas bajo normas nacionales e internacionales y bajo
rigurosos controles de calidad. Estos equipos pueden estar destinados a:
• Distribución: diseñados para la distribución y seccionamiento de la energía en simple y doble
barras de 2300 a 33000 Volt. Su equipamiento puede variar según el proyecto ejecutivo desde
seccionadores fusibles, hasta interruptores en vacío o SF6.
• Arranques de Motores: Diseñados para el comando y protección de motores de media tensión
de 2,300 a 7,200 Volt. Estos permiten distintos tipos de arranques según su aplicación:
•
Arranques Directos
•
Arranques por auto-transformadores
•
Arranques estados sólidos
•
Arranques por variación de frecuencia
La construcción de los mismos se realiza en celdas modulares compartimentadas en tres sectores
definidos:
•
Recinto de baja tensión.
•
Compartimiento de media tensión
•
Ductos de barras
Diseñados para cubrir la necesidad de equipos portátiles y aplicaciones temporarias de ubicación
no definitiva.
Cada centro de potencia puede estar compuesto por una celda de Maniobra y Protección y un
Transformador de Potencia.
237
Este equipamiento se monta sobre un pretil de concreto dimensionado para la carga solicitada,
logrando una estructura auto portante de elevada rigidez mecánica, fácil de transportar y
minimizando el tiempo de instalación, existen para interiores y exteriores.
Figura 21. 1 Tableros
Figura 21. 2 Tablero
238
TABLEROS DE BAJA TENSIÓN
Tableros Generales de Distribución
Diseñados para la distribución y seccionamiento de la energía en diversos sectores de planta.
Su equipamiento puede variar según el proyecto ejecutivo desde seccionadores fusibles hasta
interruptores termo magnético de última generación.
Su construcción puede realizarse en forma compartimentada o bien en columnas modulares.
Figura 21. 3 Tablero Distribución
Tableros Correctores del Factor de Potencia
Estos equipos son destinados a la corrección del coseno PHI. La regulación se puede realizar en
forma manual, automática o puntual.
239
Figura 21. 4 Tablero de Control
Esta es la parte frontal del tablero, solo se muestran los contactores que accionan los bancos de
capacitores, que se encuentran en la parte posterior.
3.6.3 PRUEBA TEÓRICA DE CONOCIMIENTOS
•
Los tableros pueden ser pequeños, medianos y grandes. Explique la utilización de cada uno de
ellos.
•
¿Los tableros pequeños tienen Main?
•
¿A qué se le llama breakers?
•
¿Cuáles son las partes de las que consta un tablero pequeño?
•
A los tableros pequeños llegan tres cables, ¿Cuáles son?
•
¿Por qué se hace un circuito dedicado para las instalaciones de PC?
•
En un tablero se tiene Carcasa, Barras y Main. Defina cada uno de ellos y explique para que
sirven.
3.6.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS
•
Tablero media tensión ubicado en el parqueo de los edificio D.
240
3.6.5 PROCEDIMIENTO
En conjunto con el instructor y en compañía de personal de mantenimiento se realizará una visita a
los tableros ubicados en el parqueo de los edificios D.
Dichos tableros se abrirán y los estudiantes tendrán que identificar las siguientes partes:
•
Barras de alimentación principal (3 barras de cobre).
•
Barra de tierra.
•
Barra de neutro.
•
Interruptor principal.
•
Interruptores secundarios.
3.6.6 CUESTIONARIO.
•
¿Cuál es el voltaje de alimentación de los tableros?
•
¿Cuántos circuitos alimenta y de qué tipo son?
•
¿Cuáles son las medidas físicas de los tableros?
•
¿Por qué se ha colocado el tablero sobre una superficie de concreto situada a un nivel arriba
del piso?
•
¿Por dónde le entra la alimentación primaria a los tableros?
3.6.7 ANEXOS
Centro Control de Motores
Tableros diseñados para el comando y protección de motores. Permiten distintos tipos de
arranques según su aplicación:
• Arranques directos.
• Arranques estrellas triángulos.
• Arranques por autotransformadores.
• Arranques estados sólidos.
241
3.7 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 7.
AHORRO ENERGETICO EN LUMINOSIDAD.
3.7.1
OBJETIVOS
• Conocer los distintos tipos de lámparas que son imprescindibles para el ahorro energético.
• Comprender el funcionamiento de las lámparas ahorradoras de energía.
• Tener claro porque es fundamental el ahorro energético hoy en día.
3.7.2 EXPOSICION
EL DISPOSITIVO DE ALUMBRADO.
Las lámparas.
Energéticamente se definen por su eficacia luminosa (lúmenes/vatios), así para cada
emplazamiento habrá de tratar de colocar las luminarias de mayor eficacia, cumpliendo con los
requerimientos de tono de luz y rendimiento de color, valorando también su vida útil, esto implica
un valor añadido ya que reduce las labores de reposición, condiciones de encendido y la
posibilidad de regulación de flujo luminoso. A continuación se presentan a título indicativo los
valores de eficacia de las lámparas más características.
Iluminación:
El empleo de bombillas de bajo consumo supone un ahorro de hasta un 80% respecto a las
convencionales.
La iluminación eléctrica en las viviendas suele suponer entre el 18 % y el 20% del consumo
doméstico, en algunos casos basta con una actitud preventiva adquiriendo por ejemplo bombillas
de bajo consumo (también conocida como lámpara fluorescente), poniendo múltiples fuentes de luz
de bajo consumo en lugar de uno, aumentando la superficie de las ventanas.
Lámpara fluorescente:
La lámpara fluorescente, también denominada tubo fluorescente, es una lámpara de vapor de
mercurio a baja presión, utilizada para la iluminación doméstica e industrial. Su gran ventaja frente
a otro tipo de lámparas, como las incandescentes, es su eficiencia energética.
Está formada por un tubo o bulbo fino de vidrio revestido interiormente con una sustancia que
contiene fósforo y otros elementos que emiten luz al recibir una radiación ultravioleta de onda corta.
El tubo contiene una pequeña cantidad de vapor de mercurio y un gas inerte, habitualmente argón
o neón, sometidos a una presión ligeramente inferior a la presión atmosférica. Asimismo, en los
242
extremos del tubo existen dos filamentos hechos de tungsteno. Elementos necesarios para su
funcionamiento.
120 V
Figura 22. 1 Esquema de conexiones.
En esta figura se distinguen, aparte de la propia lámpara, dos elementos fundamentales: el
cebador (también llamado "partidor" o starter) y la reactancia inductiva.
El cebador (partidor) está formado por una pequeña ampolla de cristal rellena de gas neón a baja
presión y en cuyo interior se halla un contacto formado por láminas bimetálicas. En paralelo con
este contacto se halla un condensador destinado a actuar de chupador de chispa o apagachispas.
La presencia de este condensador no es imprescindible para el funcionamiento del tubo
fluorescente pero si ayuda bastante a aumentar la vida útil del par bimetálico cuando es sometido a
trabajar como interruptor de altos voltajes. Por esta razón se recomienda usar la iluminación
fluorescente en regímenes continuos y no como iluminación intermitente.
El elemento de reactancia inductiva está constituido por una bobina enrollada sobre un núcleo de
chapas de acero, el cual recibe el nombre de balasto o "ballast". El penúltimo término, no debe ser
confundido con el material usado en la construcción de vías de ferrocarril.
243
Funcionamiento:
Al aplicar la tensión de alimentación, el gas contenido en la ampolla del cebador se ioniza con lo
que aumenta su temperatura lo suficiente para que la lámina bimetálica se deforme cerrando el
circuito, lo que hará que los filamentos de los extremos del tubo se enciendan. Al cerrarse el
contacto el cebador se apaga y el gas vuelve a enfriarse, con lo que los contactos se abren
nuevamente, esta apertura trae como consecuencia que el campo magnético creado en la
reactancia inductiva se "desmorone" o desaparezca produciendo una variación brusca del campo
magnético lo que trae como consecuencia, de acuerdo a la ley de inducción de Faraday, la
generación de un alto voltaje capaz de producir una descarga dentro del tubo fluorescente y por lo
tanto una corriente de electrones que van a interactuar con los átomos de Hg y Ar, emitiendo luz en
el rango ultravioleta principalmente.
El voltaje aplicado a los filamentos es alternante porque la energía eléctrica que alimenta el circuito
es de corriente alterna.
La función del condensador, contenido en el cebador, es absorber los picos de tensión que se
producen al abrir y cerrar el contacto, evitando su deterioro por las chispas que, en otro caso, se
producirían.
Los filamentos, al calentarse, desprenden electrones que ionizan el gas argón que llena el tubo,
formando un plasma que conduce la electricidad. Este plasma excita los átomos del vapor de
mercurio que, como consecuencia, emiten luz visible y ultravioleta.
El revestimiento interior de la lámpara tiene la función de filtrar y convertir la luz ultravioleta en
visible. La coloración de la luz emitida por la lámpara depende del material de dicho recubrimiento
interno.
Las lámparas fluorescentes son dispositivos con pendiente negativa de la resistencia eléctrica
respecto de la tensión eléctrica. Esto significa que cuanto mayor sea la corriente que las atraviesa,
mayor es el grado de ionización del gas y, por tanto, menor la resistencia que opone al paso de
dicha corriente. Así, si se conecta la lámpara a una fuente de tensión prácticamente constante,
como la suministrada por la red eléctrica, la lámpara se destruiría en pocos segundos. Para evitar
esto, siempre se conectan a través de un elemento limitador de corriente para mantenerla dentro
de límites tolerables. Este elemento limitador, es la reactancia inductiva.
Finalmente, la disminución de la resistencia interna del tubo una vez encendido, hace que la
tensión entre los terminales del cebador sea insuficiente para ionizar el gas contenido en su
ampolla y por tanto el contacto bimetálico queda inactivo cuando el tubo está encendido.
244
Compensación en lámparas fluorescentes:
El
conjunto
tubo
fluorescente-balasto-cebador
posee
elementos
reactivos
(bobina
y
condensadores) que consumen y ceden potencia reactiva respectivamente (la bobina la consume
los condensadores la ceden). A menudo se intercala entre los terminales de entrada un
condensador que tiene la finalidad de permitir que el factor de potencia del dispositivo sea cercano
a 1, a este tipo de compensación se le denomina compensación en paralelo debido a este arreglo.
El siguiente cálculo permite saber el valor (en pico o nanofaradios) del condensador que hay que
intercalar, ya que si es colocado uno de valor mayor al necesario, aumentará la corriente y su
consumo
de
energía
y
potencia,
por
lo
que
es
importante
encontrar
el
idóneo.
Donde:
C es la capacitancia del condensador.
P es la potencia activa absorbida por el conjunto.
es el ángulo cuyo coseno es el factor de potencia inicial, antes de la compensación.
es el ángulo cuyo coseno es el factor de potencia final, después de la compensación.
V es la tensión de entrada.
f es la frecuencia en Hertz de la tensión de entrada.
Propiedades:
Las lámparas fluorescentes tienen un rendimiento luminoso que puede estimarse entre 50 y 90
lúmenes por vatio (lm/W).
Su vida útil es también mejor que la de las lámparas de incandescencia, pudiendo variar con
facilidad entre 5000 h y más de 15000 h, lo que depende de diversos factores, tales como el tipo
de lámpara fluorescente o el equipo complementario que se utilice con ella.
Hay en el mercado distintos modelos con diferentes temperaturas de color. Su temperatura de
color está comprendida generalmente entre los 3000 K y los 6500 K (del Blanco Cálido a Luz Día
Frío). Sin embargo, en la actualidad se pueden conseguir tubos con una amplia gama de
temperatura de color, lo que permite encontrar con relativa facilidad modelos que van desde los
2700 K hasta los 8000 K.
Su índice de rendimiento de color habitualmente va de 62 a 93, siendo el valor de 100 la
representación correcta de colores en los objetos iluminados y 70 un valor considerado aceptable.
245
Desventajas:
Las lámparas fluorescentes no dan una luz continua, sino que muestran un parpadeo que depende
de la frecuencia de la tensión aplicada. Esto no se nota mucho a simple vista, pero una exposición
continua a esta luz puede dar dolor de cabeza. El efecto es el mismo que si se configura una
pantalla de ordenador a 60 Hz.
Este parpadeo puede causar el efecto estroboscópico, de forma que un objeto que gire a cierta
velocidad podría verse estático bajo una luz fluorescente. Por tanto, en algunos lugares (como
talleres con maquinaria) puede no ser recomendable esta luz.
También causa problemas con las cámaras de vídeo, ya que la frecuencia a la que lee la imagen
del sensor puede coincidir con las fluctuaciones en intensidad de la lámpara fluorescente.
Una solución para evitar estos inconvenientes, es la introducción de los balastos electrónicos a
mediados de la década de los 80, y que tomaron gran importancia a partir de mediados de los 90.
En estos sistemas se intenta hacer funcionar al tubo de la misma manera que en la forma
tradicional pero esta vez en una frecuencia de más de 10 kHz con lo que se evita mucho el efecto
estroboscópico, produce que el parpadeo sea invisible para el ojo humano, las cámaras de vídeo
difícilmente lo tomen y como una ventaja extra el rendimiento del tubo es 10% más efectivo.
Las lámparas fluorescentes que funcionan con balasto electromagnético, no pueden conectarse a
un atenuador normal o dimmer (un regulador para controlar el brillo). Hay lámparas especiales (de
4 contactos) y controladores especiales que permiten usar un interruptor con regulador de
intensidad.
Figura 22. 2 Lámpara Compacta
Lámpara compacta fluorescente con figura de espiral
La lámpara compacta fluorescente o CFL (sigla del inglés compact fluorescent lamp) es un tipo
de lámpara fluorescente que se puede usar con casquillos estándar con rosca Edison estándar
(E27) o pequeña (E14).
También se la conoce como:
246
•
lámpara ahorradora de energía
•
lámpara de luz fría
•
lámpara de bajo consumo
•
bombilla de bajo consumo
En comparación con las lámparas incandescentes, las CFL tienen una vida nominal mayor y usan
menos energía eléctrica para producir la misma iluminación. De hecho, las lámparas CFL ayudan a
ahorrar costos en facturas de electricidad, en compensación a su alto precio dentro de las primeras
500 horas de uso.
Comparación de potencia eléctrica.
En la tabla 3.4, se comparan potencias eléctricas de distintos tipos de lámparas para un mismo
flujo luminoso.
Las CFL tienen una duración media de unas 8000 horas de funcionamiento. La duración media de
una lámpara incandescente está entre 500 y 2000 horas de funcionamiento dependiendo de su
exposición a picos de tensión y a golpes y vibraciones mecánicas, además de la calidad de la
propia lámpara.
Las CFL usan típicamente cerca de una cuarta parte de la potencia de las incandescentes. Por
ejemplo, una CFL de 15W produce la misma luminosidad que una incandescente de 60W, es decir,
que el rendimiento luminoso de la CFL es de aproximadamente 60 lúmenes/W.
El kilovatio-hora es la unidad usada para medir el consumo de energía eléctrica en la mayoría de
los países.
Los cálculos anteriores toman en cuenta la influencia del calentamiento de la lámpara sobre los
costos de energía. La energía que no se usa en la generación de luz, se convierte en energía
calorífica. Por tanto, las lámparas incandescentes producen sustancialmente más calor que las
CFL para una determinada potencia luminosa. Durante los meses fríos, las lámparas
incandescentes pueden ayudar a calentar las habitaciones y oficinas; pero en los meses cálidos,
estas lámparas hacen que los sistemas de aire acondicionado tengan que gastar más energía
eléctrica para el enfriamiento.
3.7.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
Explique el funcionamiento de una lámpara incandescente.
•
Explique qué función tiene el efecto Joule en el funcionamiento de una lámpara incandescente.
•
¿Cuál es el beneficio de sustituir la reactancia tradicional y el cebador por un balasto y una
reactancia electrónica en una lámpara fluorescente?
•
Explicar el funcionamiento de las lámparas fluorescentes.
247
3.7.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS
•
Dos lámparas fluorescentes T-12 de 1.5”.
•
Un balastro electrónico.
•
Dos apagadores de tres vías.
•
Cable AWG No. 14
•
Módulo de Trabajo de Laboratorio de Instalaciones Eléctricas Industriales.
•
Multímetro.
•
Amperímetro.
•
Wattímetro.
3.7.5 PROCEDIMIENTO.
CONEXIÓN DE LAMPARAS CON BALASTO.
Realizar la conexión de las lámparas fluorescentes como se muestra a continuación. Hacer uso del
módulo del Laboratorio de Instalaciones Eléctricas Industriales y conectar según indicaciones del
instructor. No energizar hasta que el instructor dé el aval, después de hacer un análisis previo de la
conexión de su circuito.
•
Si el balastro tiene un cable verde conectarlo a tierra física o bien a una estructura metálica.
Si para el caso su balastro tiene este cable, identifique su función dentro del equipo.
•
La clave para la conexión y control de dos lámparas de encendido instantáneo desde dos
puntos distintos está en identificar los cables que van a la FASE y al NEUTRO de la
instalación, en este caso el cable negro es la FASE y el gris el NEUTRO. El resto del
procedimiento es igual como si estuviese conectando una lámpara incandescente (bombilla o
foco) a dos apagadores.
248
BALASTO
Figura 22. 3 Lámpara con Balasto.
Después de realizar la conexión y comprobar su funcionamiento, medir los siguientes parámetros:
•
Voltaje en ambas lámparas._____________________ y ______________________
•
Corriente consumida por ambas lámparas__________________ y ____________________
•
La potencia consumida por el sistema ______________________
Analice los valores obtenidos y discuta con su instructor si los datos obtenidos corresponden o
están dentro del rango de un sistema de iluminación ahorrativo de energía.
3.7.6 CUESTIONARIO.
•
¿Cuál es la función del cable verde en el balasto?
•
Algunas lámparas fluorescentes poseen un capacitor en paralelo. ¿Para qué sirve? Explique
cuál es su función.
•
En sistemas ahorradores de energía. ¿Se usa compensación reactiva de algún tipo?
Fundamente su respuesta con ejemplos prácticos.
•
¿En qué parámetros se identifica si un sistema de iluminación es ahorrador de energía? ¿Lo es
el circuito desarrollado en esta práctica?
•
Si tenemos un sistema ahorrador de energía. ¿Cambiará la luminosidad del sistema? ¿Variaría
el nivel de lúmenes?
249
3.7.7 ANEXOS
Funcionamiento de lámpara fluorescente.
Figura 22. 4 Lámpara Fluorescente
Tabla 3.4 Eficacia Luminosa
250
Tabla 3.5 Equivalente de salida de luz
Equivalente de salida de luz
Compacta
Fluorescente
Incandescente fluorescente Lámp. CCFL Lámp. LED
clásica
25 W
5-6 W
?
4,5 a 9 W
?
40 W
8W
?
6 a 12 W
?
60 W
11–13 W
?
?
?
75 W
18–20 W
?
?
?
100 W
20 a 25 W
?
?
?
125 W
26 a 30 W
?
?
?
150 W
35 a 42 W
?
?
?
251
252
CAPITULO 4: PROTECCIONES Y APARATOS DE MANIOBRA DE REDES ELÉCTRICAS
4.1 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 1.
PROTECCIÓN CONTRA CORTOCIRCUITOS. FUSIBLES E INTERRUPTORES EN BAJA
TENSIÓN.
4.1.1 OBJETIVOS
•
Entender el funcionamiento de un fusible y además poder elegir el tipo adecuado según sea su
aplicación.
•
Entender el funcionamiento de un interruptor y de cada una de sus partes en el momento de un
falla.
•
Conocer los distintos tipos de fusibles que existen y su aplicación especifica.
•
Lograr comprender las gráficas de tiempos de fusión de los distintos tipos de fusibles.
•
Conocer los distintos tipos de equipos que los fusibles y los interruptores protegen.
4.1.2 EXPOSICION
PROTECCIÓN DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Toda instalación eléctrica tiene que estar dotada de una serie de protecciones que la hagan
segura, tanto desde el punto de vista de los conductores y los aparatos a ellos conectados, como
de las personas que han de trabajar con ella.
Existen muchos tipos de protecciones, que pueden hacer a una instalación eléctrica
completamente segura ante cualquier contingencia, pero hay tres que deben usarse en todo tipo
de instalación: de alumbrado, domésticas, de fuerza, redes de distribución, circuitos auxiliares, etc.,
ya sea de baja o alta tensión.
Estas tres protecciones eléctricas, que describiremos con detalle a continuación son:
•
Protección contra cortocircuitos.
•
Protección contra sobrecargas.
•
Protección contra electrocución.
PROTECCIÓN CONTRA CORTOCIRCUITOS
Se denomina cortocircuito a la unión de dos conductores o partes de un circuito eléctrico, con una
diferencia de potencial o tensión entre sí, sin ninguna impedancia eléctrica entre ellos.
Este efecto, según la Ley de Ohm, al ser la impedancia cero, hace que la intensidad tienda a
infinito, con lo cual peligra la integridad de conductores y máquinas debido al calor generado por
253
dicha intensidad, debido al efecto Joule. En la práctica, la intensidad producida por un cortocircuito,
siempre queda amortiguada por la resistencia de los propios conductores que, aunque muy
pequeña, nunca es cero.
Según los reglamentos electrotécnicos, "en el origen de todo circuito deberá colocarse un
dispositivo de protección, de acuerdo con la intensidad de cortocircuito que pueda presentarse en
la instalación". No obstante se admite una protección general contra cortocircuitos para varios
circuitos derivados.
Los dispositivos más empleados para la protección contra cortocircuitos son:
•
Fusibles calibrados (también llamados cortacircuitos),
•
Interruptores automáticos magneto térmicos
•
Interruptores magnéticos
Fusibles.
Los fusibles o cortacircuitos, no son más que una sección de hilo más fino que los conductores
normales, colocado en la entrada del circuito a proteger, para que al aumentar la corriente, debido
a un cortocircuito, sea la parte que más se caliente, y por tanto la primera en fundirse. Una vez
interrumpida la corriente, el resto del circuito ya no sufre daño alguno.
Antiguamente los fusibles eran finos hilos de cobre o plomo, colocados al aire, lo cual tenía el
inconveniente de que al fundirse saltaban pequeñas partículas incandescentes, dando lugar a otras
averías en el circuito.
Actualmente la parte o elemento fusible suele ser un fino hilo de cobre o aleación de plata, o bien
una lámina del mismo metal para fusibles de gran intensidad, colocados dentro de unos cartuchos
cerámicos llenos de arena de cuarzo, con lo cual se evita la dispersión del material fundido; por tal
motivo también se denominan cartuchos fusibles. Los cartuchos fusibles son protecciones
desechables, cuando uno se funde se sustituye por otro en buen estado.
Información general de fusibles suministrada por el fabricante.
La información técnica relacionada con un fusible, proporcionada por el fabricante, debe ser lo más
clara y completa posible para facilitar una correcta comunicación con el usuario. De esta
información dependerá el uso correcto de dichos elementos de protección, y de no ser exacta
puede ocasionar gastos innecesarios y daños a componentes y equipos del circuito eléctrico
254
Esta información está referida a los puntos mencionados a continuación.
•
Corriente Nominal (In).
•
Voltaje Nominal (Vn).
•
Capacidad de Ruptura (Irup.)
•
Tipo de corriente (AC o DC)
•
Frecuencia.
•
Clase.
•
Tipo de Fusión.
•
Normas.
•
Curvas de operación.
Figura 23. 1 Fusibles
Los cartuchos fusibles también pueden mejorarse aplicándole técnicas de enfriamiento o rapidez
de fusión, para la mejor protección de los diferentes tipos de circuitos que puede haber en una
instalación.
Si llamamos If a la intensidad a la cual ha de fundir un fusible, los tres tipos antes mencionados, se
diferencian en la intensidad que ha de atravesarlos para que fundan en un segundo.
•
Los fusibles lentos funden en un segundo para I = 5 If
•
Los fusibles rápidos funden en un segundo para I = 2,5 If
•
Los de acompañamiento funden en un segundo para I = 8 If
Los fusibles de acompañamiento (aM) se fabrican especialmente para la protección de
motores, debido a que aguanten sin fundirse las puntas de intensidad que estos absorben en el
arranque. Su nombre proviene del hecho que han de ir acompañados de otros elementos de
protección, como son generalmente los relés térmicos.
255
Cada cartucho fusible tiene en realidad unas curvas de fusión, que pueden diferir algo de las
definiciones anteriores, dadas por los fabricantes.
Los fusibles lentos (gT) son los menos utilizados, empleándose para la protección de redes
aéreas de distribución generalmente, debido a los cortocircuitos momentáneos que los árboles o el
viento pueden hacer entre los conductores.
Los fusibles rápidos (gF) se emplean para la protección de redes de distribución con cables
aislados y para los circuitos de alumbrado generalmente.
Los fusibles de acompañamiento (aM), son un tipo especial de cortacircuitos, diseñado para la
protección de motores eléctricos.
Los cartuchos fusibles de los tipos gF y gT bien elegidos, en cuanto a intensidad de fusión, se
emplean también como protección contra sobrecargas, principalmente en instalaciones de
alumbrado y de distribución, pero nunca debe de emplearse el tipo aM, ya que éstos, como ya se
dijo, están diseñados especialmente para la protección contra cortocircuitos de los motores
eléctricos.
Los principales tipos de fusible de alta capacidad de ruptura son los tipos NH, HH, cilíndricos, D y
DO.
•
NH.
El fusible de alta capacidad de ruptura y baja tensión, denominado NH por sus siglas
alemanas, se fabrica en siete tamaños: 00, 0, 1, 2, 3, 4 y 4a, con corrientes nominales desde 6
A hasta 1600 A, todos con una tensión nominal de 500 A (con una excepción, el de clase gTr,
que es para 400 V nominales). Su aplicación se indica con dos letras, siendo minúscula la
primera y mayúscula la restante. La primera letra es g o a, g indica fusible capaz de cortar
cualquier sobrecorriente que lo funda, en cambio la letra a pone de manifiesto que la mínima
corriente de operación segura debe ser suministrada por el fabricante.
•
HH. El dispositivo de alta capacidad de ruptura y media tensión, de igual manera que en el
caso anterior es denominado HH, posee corrientes nominales desde 0,5 A hasta 400 A, y
tensiones nominales desde 2,3 kV hasta 33kV. Los tamaños se encuentran normalizados por
DIN 43625, fijando diámetro y largo del contacto cilíndrico en 45 y 33 mm respectivamente,
mientras que los largos del cuerpo son 192, 292, 367, 442 y 537 mm. entre 4 y 6 veces la
corriente nominal).
•
D y DO. Los tipos D y DO son especiales para aplicaciones de menor potencia y corriente que
los NH, con tensiones nominales 500 y 380 (o 400) V respectivamente, con corrientes variable
256
según el tipo, desde 2 A hasta 100 A (es muy común encontrar corrientes nominales de hasta
200 A) para el D y hasta 100 A para el DO.
Cilíndricos. Su difusión en nuestro medio está comenzando ahora, disponiendo de los tamaños y
corrientes nominales indicados a continuación: 8,5x3,15 mm (largo total y diámetro de los
contactos), 1-20-25* A; 10,3x38 mm, 0,5-20-25*-32* A; 14x51 mm, 2-25-32*-35*-50* A y 22x58
mm, 16-80-100* A. (* no normalizados).
Indicador o percutor. Los fusibles de baja tensión poseen un indicador de operación, cuya función
es poner de manifiesto en una forma fácil de detectar la actuación del dispositivo. Los fusibles tipo
D y DO disponen de un disco coloreado (cuyo color como se muestra en la tabla 5.1, está
relacionado con la corriente nominal del dispositivo, dando una indicación de la corriente nominal
sin necesidad de extraerlo de la base, disminuyendo así el trabajo de reemplazo y por ende el
riesgo de accidente), el cual es expulsado por un pequeño resorte cuando el fusible opera. En el
caso de los fusibles NH, el indicador es capaz de realizar un pequeño trabajo mecánico cerrando o
abriendo un micro-contacto, el cual está montado sobre el mismo fusible, requiriendo su
reinstalación al cambiar el fusible. Tal accesorio es de considerable aplicación en el caso de
proteger semiconductores, donde se emplean usualmente fusibles en ramas en paralelo, por lo que
se necesita conocer el estado de conducción de las distintas ramas.
INTENSIDAD NOMINAL MÍNIMA ADMISIBLE EN UN FUSIBLE Am
La intensidad nominal mínima del fusible de protección de un motor se determina a partir de la
intensidad de arranque y del tiempo de arranque del mismo. En un arranque normal un fusible no
debe fundir ni envejecer.
En los motores de jaula (arranque directo) la intensidad de arranque es aproximadamente de 4 a 8
veces la intensidad nominal. El tiempo de arranque depende del par de giro del motor y del
momento de inercia de todas las masas a acelerar; este tiempo suele estar comprendido entre 0,2
y 4 segundos, pudiendo ser mayor en casos especiales de "arranque difícil".
En los motores de anillos rozantes y motores de jaula con arranque estrella-triángulo, la intensidad
de arranque suele estar comprendida entre 1 y 2,8 veces la intensidad nominal. El tiempo de
arranque en estos casos varía muy ampliamente.
Para tiempos de arranque de hasta 5 segundos, la intensidad nominal del fusible puede ser igual a
la intensidad nominal de empleo del motor, pero para valores iguales o superiores es conveniente
determinar la intensidad nominal del fusible, teniendo en cuenta las curvas características
intensidad-tiempo de arranque del motor y del relé térmico de protección.
257
Seguidamente veamos el caso de un motor cuya intensidad de arranque es seis veces el valor
nominal y el tiempo es de cinco segundos.
Figura 23. 2 Curva Intensidad Nominal
La intensidad nominal mínima del fusible la podemos obtener mediante la intersección de dos
líneas, la determinada por el tiempo de arranque tA y la correspondiente a 0,85 de la intensidad
nominal IA. El punto así determinado nos marca el límite inferior de la banda de dispersión del
fusible, por lo tanto el fusible elegido deberá pasar por encima de este punto.
Observando la curva característica de la protección térmica F1 y la curva característica del fusible
elegido F2, podremos observar cómo la actuación de relé térmico se extiende hasta diez veces la
intensidad nominal (intersección de F1 con F2), y a partir de este valor será el fusible el encargado
de proteger el motor.
258
FUSIBLES DIAZED
En la clasificación de fusibles tipo tapón entre los diazed de origen Alemán, fabricados y muy
usados en el país
Figura 23. 3 Fusibles Diazed
FUNCIONAMIENTO
Consiste esta en un balín o cartucho fusible el cual se introduce en la coronilla roscada que se
atornilla en la placa porta fusible. El balín en su parte inferior, hace contacto en los tornillos que
esta enroscado en la base de la placa porta fusible a un terminal de la línea; en la parte superior
del fusible del fusible balín hace contacto con la rosca, a su vez, tiene un contacto con el otro
terminal de la base portafusiles.
Cada tapón lleva estampado los valores de corriente y tensión para os cuales debe ser usado.
Además de coronillas tiene una mica transparente para ver cuando el fusible esta quemado, ya que
al quemarse el fusible, del balín se desprende una caperuza roja. Este tipo de fusibles se fabrica
para las siguientes intensidades:
•
6-10-15-20-25-35-50-60-80-100-125-160-200 amperes.
259
FUSIBLES DE CARTUCHO
Figura 23. 4 Fusibles Cartucho
Los fusibles de cartucho están constituidos por un cilindro de fibra dura en cuyo interior se pone la
tira fusible. Esta tira se sujeta fuertemente mediante los casquillos de latón roscado internamente
que se atornillan en los extremos del cilindro de fibra. Esta tira fusible, una vez que se funde, se
puede retirar desatornillando los casquillos y colocando una nueva.
Los fusibles de cartucho con contactos de casquillos, son muy usado por su economía y seguridad.
La tira fusible no es costosa, el cilindro de fibra se cambia solo en los casos en que la llama de un
cortocircuito muy fuerte lo perfora. Estos fusibles se fabrican de capacidades de 0,1 a 60 amperes.
Los fusibles de cartucho con contacto de casquillo se sujetan por medio de pinzas de resorte que
agarran los dos casquillos.
Figura 23. 5 Casquillos
260
Estas pinzas deben quemar bien adheridas para obtener un buen contacto.
Otro tipo de fusibles de cartuchos tienen contacto de hojas de cuchillas unidas a los casquillos de
los extremos.
Figura 23. 6 Cartuchos
Estas hojas encajan en pinzas similares a las comunes de los instructores de cuchillas. El contacto
por hoja permite una circulación de corriente más intensa, por este motivo estos fusibles se
fabrican para intensidades de 61 a 101 a 200 a; 2001 a 400 amperes, 401 a 600 amperes.
Figura 23. 7 Pinzas
261
TIPOS DE CARTUCHOS Y CURVAS ORIENTATIVAS DE FUSION.
Figura 23. 8 Tipos de Cartuchos
INTERRUPTORES.
Los interruptores pueden ser de dos tipos:
• Conexión.
• Protección.
De acuerdo a su forma constructiva hay dos tipos de interruptores:
•
ACB.
•
MCCB.
El interruptor de tipo ACB tiene una capacidad interruptiva mayor que la del MCCB.
Llamándose capacidad interruptiva a la mayor intensidad de corriente o cortocircuito que el
interruptor puede manejar sin dañarse.
262
INTERRUPTOR MCCB.
Un interruptor MCCB o Molded Case Circuit Breakers es un limitador de corriente.
El sistema de interrupción del arco eléctrico que se utiliza en los interruptores automáticos permite
cortar con extrema rapidez las corrientes de cortocircuito de valor muy elevado. La considerable
velocidad de apertura de los contactos, la acción dinámica de soplado ejercida por el campo
magnético y la estructura de la cámara de arco, contribuyen a extinguir el arco en el menor tiempo
posible, limitando de esta forma significativamente el valor de la energía específica pasante I2t y el
pico de corriente.
Figura 23. 9 Interruptor MCCB
Existen 3 tipos o ramas de interruptores:
•
LINEAS.
•
GENERADORES.
•
MOTORES.
PROTECCION EN LINEAS.
Para seleccionar los interruptores de maniobra y protección de líneas, es necesario conocer los
siguientes parámetros:
•
La corriente de utilización de la línea lB
•
La capacidad de corriente en régimen permanente de la línea lZ
•
La sección S y el material de aislamiento del cable con correspondiente constante K
•
La corriente de cortocircuito Icc en el punto de instalación del interruptor automático.
263
El dispositivo de protección seleccionado ha de poseer un poder de corte (Icu o Ics a la tensión de
instalación) mayor o igual al valor de cortocircuito en el punto de aplicación; además, las
características de funcionamiento del dispositivo seleccionado han de respetar las siguientes
condiciones:
Protección contra sobrecargas
Ib ≤ In ≤ Iz
If ≤ 1,45 Iz
Donde:
IB es la corriente de empleo del circuito;
IZ es la capacidad de corriente en régimen permanente de la línea;
In es la corriente asignada regulada del dispositivo de protección;
If es la corriente que asegura el funcionamiento efectivo del dispositivo de protección.
Protección contra cortocircuitos
Suponiendo que el calentamiento de los conductores durante el paso de la corriente de
cortocircuito sea adiabático, se debe respetar la fórmula siguiente:
(I2t) < (K2S2)
Es decir, la energía específica pasante (I2t) del interruptor automático debe ser inferior o igual a la
energía específica (K2S2) soportada por el cable.
También se ha de controlar que el interruptor automático intervenga dentro de los límites indicados
por la normativa internacional para el valor mínimo de la corriente de cortocircuito a final de línea.
Como corriente de cortocircuito mínima se considera la correspondiente a un cortocircuito que se
produce entre fase y neutro (o entre fase y fase si el conductor de neutro no está distribuido) en el
punto más lejano de la línea.
Protección contra los contactos indirectos
En caso de defecto que afecte a una fase y una parte de la instalación que normalmente no está
bajo tensión, es necesario controlar que el interruptor automático actúe dentro de los tiempos
indicados por la normativa internacional para valores de corriente inferiores o iguales a la corriente
de defecto.
264
PROTECCION EN GENERADORES.
Los generadores de baja tensión para los que está indicada la utilización de los interruptores
automáticos, se utilizan en las siguientes aplicaciones:
•
A: Generadores de reserva para servicios esenciales
•
B: Generadores con funcionamiento aislado
•
C: Generadores de pequeñas centrales conectados en paralelo con otros generadores y,
eventualmente, con la red.
En los casos A y B, el generador no funciona en paralelo con la red: la corriente de cortocircuito
depende, por lo tanto, del mismo generador y, eventualmente, de los servicios conectados.
En el caso C, el poder de corte se tiene que determinar mediante la evaluación de la corriente de
cortocircuito impuesta por la red en el punto de instalación del interruptor.
Para la protección de los generadores, los puntos principales que se deben controlar son:
•
La corriente de cortocircuito suministrada por el generador; dicha evaluación requiere el
conocimiento de las reactancias y las constantes de tiempo típicas de la máquina. Se recuerda
que, normalmente, se requieren bajas regulaciones de la protección contra cortocircuito (2 a 4
veces In);
•
El límite de sobrecarga térmica de la máquina, se establece en 1,5xIn para un tiempo de 30
segundos.
PROTECCION EN MOTORES.
El interruptor automático de baja tensión, en los circuitos de alimentación de los motores
asíncronos trifásicos, puede garantizar las funciones de:
•
Maniobra
•
Protección contra sobrecargas
•
Protección contra cortocircuitos.
265
Evolución de los valores de cresta de la corriente durante la fase de arranque de un motor
asíncrono trifásico.
Figura 23. 10 Corriente en Arranque
Esta solución está especialmente indicada si la frecuencia de maniobras no es elevada, como
ocurre normalmente para los motores de gran potencia: en este caso, el uso único del interruptor
de maniobra y la protección del motor representa una solución que se impone por competitividad
económica, fiabilidad, facilidad de instalación y mantenimiento, y dimensiones reducidas.
Los interruptores automáticos pueden realizar funciones de maniobra y de protección de los
motores debido a sus elevados poderes de corte y amplias posibilidades de regulación ofrecidas
por los relés de microprocesador.
266
Para potencias hasta 355 kW se encuentran disponibles los interruptores automáticos en caja
moldeada. Para potencias superiores a 630 kW normalmente, se utiliza la alimentación en media
tensión.
4.1.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
Defina que es un fusible.
•
¿Cuáles son las partes que componen a un fusible?
•
¿Cuáles son los tipos de fusibles que existen? Menciónelos e indique las diferencias entre
ellos.
•
¿Cuál es la función de los fusibles AM?
•
¿Qué es un fusible Diazed?
•
Defina un interruptor ACB.
•
Defina un interruptor MCCB.
•
¿Cuáles son los elementos que protegen principalmente los interruptores?
4.1.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS
•
1 fusible tipo gt .
•
1 fusible tipo gf.
•
1 fusible tipo aM.
•
1 fusible Diazed.
•
1 Interruptor MCCV.
4.1.5 PROCEDIMIENTO
Esta práctica consiste en la identificación de los distintos tipos de interruptores que existen.
El estudiante debe ser capaz de identificar toda la gama de fusibles e interruptores para su correcta
utilización.
El instructor mostrará los diferentes fusibles e interruptores y explicará su estructura interna y
externa así como también su fabricación.
Cada estudiante tomará cada uno de los elementos, identificando los materiales de los que está
construido y en complemento con la teoría observará sus curvas de fusión.
Además se accionaran los interruptores de tipo MCCB y ACB.
267
Figura 23. 11 Interruptor MCCB
4.1.6 CUESTIONARIO
•
¿Cuál es la diferencia física entre un fusible gt y uno gf?
•
¿Cuál es la diferencia física entre un fusible aM y uno diazed?
•
¿De qué depende el calibre del conductor dentro de un fusible?
•
¿De qué depende el tamaño físico de un interruptor?
•
¿Cómo funciona internamente un interruptor?
268
4.1.7 ANEXOS
Tabla 4.1 Capacidad de fusibles
SECCION DEL
DIAMETRO DEL
CONDUCTOR
CONDUCTOR
0,50
0,80
4
---
0,75
0,98
5,5
---
1,00
1,13
7
6
1,50
1,39
9,5
10
2,50
1,78
14
15
4
2,26
20
20
6
2,77
27
25
10
3,57
39
35
16
4,52
56
50
25
5,65
80
80
35
6,67
100
100
50
8,00
130
125
70
9,45
170
160
95
11,05
210
200
120
12,35
230
225
150
13,82
270
260
185
15,35
310
300
240
17,50
380
350
300
19,50
450
430
400
22,60
560
500
500
25,25
660
600
625
28,20
780
700
800
31,90
940
850
1000
35,70
1100
1000
269
AMPERES
CAPACIDAD DEL
FUSIBLE
4.2 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 2.
PROTECCIÓN CONTRA SOBRECARGAS. RELÉS BIMÉTALICOS, RELÉS
ELECTRÓNICOS Y SENSORES DE TEMPERATURA (TERMISTORES). PTC Y NTC.
4.2.1 OBJETIVOS
•
Entender qué es una sobrecarga y conocer los dispositivos existentes para la protección de los
equipos debido a este factor.
•
Comprender el funcionamiento de los relés bimetálicos y su aplicación en la industria.
•
Identificar cuáles son las ventajas de los relés electrónicos sobre los bimetálicos.
•
Entender el funcionamiento de los termistores PTC y NTC.
•
Comprender cuál es el dispositivo de protección contra sobrecarga más efectivo.
4.2.2 EXPOSICION
La función de la protección contra sobrecargas es permitir las sobrecargas correspondientes a un
servicio normal y desconectarlas antes que el tiempo de carga admisible sea sobrepasado.
Las corrientes de sobrecarga calientan el devanado de los motores a temperaturas no admisibles y
disminuyen su vida útil.
Mientras más alta sea la corriente de sobrecarga, más rápidamente se alcanza la temperatura
límite y por tanto, más corto es el tiempo de carga admisible.
Equipos: relés bimetálicos, relés electrónicos, termistores (PTC y NTC)
RELES BIMETALICOS.
Los relés térmicos bimetálicos constituyen el sistema más simple y conocido de la protección
térmica por control indirecto, es decir, por calentamiento del motor a través de su consumo.
Los bimetales están formados por la soldadura al vacío de dos láminas de materiales de muy
diferente coeficiente de dilatación (generalmente ínvar y ferroniquel).
Al pasar la corriente eléctrica, los bimetales se calientan y se curvan, con un grado de curvatura
que depende del valor de la corriente y del tiempo.
En caso de sobrecarga, al cabo de un determinado tiempo definido por su curva característica, los
bimetales accionan un mecanismo de disparo y provocan la apertura de un contacto, a través del
cual se alimenta la bobina del contactor de maniobra. Este abre y desconecta el motor.
En los relés térmicos diferenciales se dispone de un sistema mecánico diferencial para la
protección contra fallos de fase. Si durante la marcha del motor se interrumpe una fase (p.e. L3), el
bimetal de esta fase se enfría y desplaza hacia la izquierda la regleta superior. Con ello se
270
consigue una carrera adicional en el extremo de la palanca, de forma que con una menor
deformación de los otros dos bimetales se produce el disparo.
El efecto resultante es un desplazamiento de la curva de disparo según la línea de trazos de la
curva característica, de forma que éste se produce con una intensidad inferior
a
la
nominal
(generalmente a 0.85 de la nominal).
Se trata, pues, de una protección contra fallos de fase muy relativa, ya que el tiempo de disparo
depende de la intensidad que esté consumiendo el motor. Si en el momento del fallo de fase esta
intensidad fuera inferior al valor ajustado en el relé, éste no dispararía o lo haría en un tiempo muy
grande. En cualquier caso se trata de un disparo lento, ya que incluso con la intensidad nominal
habría que esperar un tiempo de aproximadamente 100 segundos.
Figura 24. 1 Relé Térmico
Por otra parte, los relés térmicos tienen una curva de disparo fija y está prevista para motores con
arranque normal, es decir, con tiempos de arranque del orden de 5 a 10 segundos.
En los casos de arranque difícil (p.e. en centrifugadoras, molinos, grandes ventiladores, etc.), que
tienen un mayor tiempo de arranque, la curva de disparo (en El Salvador la más usada es la clases
10) resulta demasiado rápida y el relé térmico dispararía durante el arranque. Para evitar esto hay
que recurrir a algún procedimiento especial como puentear el térmico durante el arranque o
alimentarlo a través de transformadores saturables. Esto además de encarecer considerablemente
el arrancador, supone emplear procedimientos sin fundamento físico porque en realidad lo que se
hace es engañar a la protección.
271
Así pues, el sistema de protección por relés térmicos bimetálicos es generalmente utilizado por ser
mucho más simple y económico, pero no por ello se deben dejar de considerar sus limitaciones,
entre las cuales podemos destacar las siguientes:
•
Curva de disparo fija, no apta para arranques difíciles.
•
Ajuste impreciso de la intensidad del motor.
•
Protección lenta o nula contra fallos de fase, dependiendo de la carga del motor.
•
Ninguna señalización selectiva de la causa de disparo.
•
Imposibilidad de auto controlar la curva de disparo.
Figura 24. 2 Disparo por Fallo de Fase
272
Curvas características de un relé de sobrecarga tripolar para arranque normal
Figura 24. 3 Curva Característica de un relé
RELES ELECTRONICOS.
El secreto de una buena protección está en simular lo más exactamente posible el comportamiento
térmico del motor, lo que evidentemente no es nada fácil.
Son muchas las causas que afectan al buen funcionamiento de un motor y por lo tanto solamente
un dispositivo electrónico es capaz de realizar los distintos reglajes y las distintas combinaciones
necesarias para poder cubrir la casi totalidad de las posibles
causas de avería que se pueden
presentar en un motor.
La construcción basada en los microprocesadores asegura una estabilidad de larga duración, una
precisión elevada y un funcionamiento libre de perturbaciones.
273
Uso del relé electrónico de protección de motores:
•
ayuda a prolongar la vida útil del motor
•
ayuda a optimizar el tamaño del motor
•
ayuda a planificar los trabajos de mantenimiento
•
protege la unidad contra daños mecánicos
Curvas características de un relé electrónico
Figura 24. 4 Curva Característica Relé Electrónico
SENSORES DE TEMPERATURA (TERMISTORES). PTC Y NTC.
¿QUE SON LOS TERMISTORES?
Son resistores variables con la temperatura, pero no están basados en conductores como las RTD,
sino en semiconductores. Si su coeficiente de temperatura es negativo NTC (negative temperature
coefficient), mientras que si es positivo, se denominan PTC. Los símbolos respectivos son los de la
figura donde el trazo horizontal en el extremo de la línea inclinada indica que se trata de una
variación no lineal.
274
Figura 24. 5 PTC
La principal característica de este tipo de resistencias es que tienen una sensibilidad del orden de
diez veces mayor que las metálicas y aumenta su resistencia al disminuir la temperatura.
Su fundamento está en la dependencia de la resistencia de los semiconductores con la
temperatura, debida a la variación con esta del número de portadores reduciéndose la resistencia,
y de ahí que presenten coeficiente de temperatura negativo. Esta dependencia varía con la
presencia de impurezas, y si el dopado es muy intenso, el semiconductor adquiere propiedades
metálicas con coeficiente de temperatura positivo (PTC) en un margen de temperaturas limitado.
Para las NTC, en un margen de temperaturas reducido (5OºC), la dependencia se puede
considerar de tipo exponencial de la forma
⎡ ⎛ 1 1 ⎞⎤
RT = R0 ∗ exp∗ ⎢ B ∗ ⎜⎜ − ⎟⎟⎥
⎣ ⎝ T T0 ⎠⎦
Ec.(1.8)
Donde:
Ro es la resistencia a 25ºC u otra temperatura de referencia, y To es dicha temperatura
expresada en Kelvins; la figura muestra la dependencia real entre Rt y T para algunos
modelos.
El parámetro B es la denominada temperatura característica del material, y tiene valores de
2OOO K a 5OOOK, pero varía con la temperatura, aumentando al aumentar esta.
Para algunas aplicaciones de los termistores, no interesan tanto sus características resistenciatemperatura como la relación entre la tensión en bornes del termistor y la corriente a través de
ellos.
275
Curva típica de un termistor.
Figura 24. 6 Curva Típica de un Termistor
Para corrientes bajas, la tensión en bornes del termistor es prácticamente proporcional a la
corriente porque el autocalentamiento del termistor es muy pequeño. Cuando aumenta la
corriente, el termistor sufre un autocalentamiento apreciable (pto A de la curva) y alcanza una
temperatura por encima de la del ambiente, reduciéndose su resistencia, y por lo tanto, la caída de
tensión a su través. La potencia disponible en el circuito determina el punto en el que se alcanza el
régimen estacionario. El punto E, corresponde a la corriente máxima no peligrosa. Al aumentar la
temperatura ambiente, la curva se desplaza hacia abajo.
En la zona de autocalentamiento el termistor es sensible a cualquier efecto que altera el ritmo de
disipación de calor. Esto permite aplicarla a las medidas de caudal y conductividad calorífica. Si la
velocidad de extracción de calor es fija, el termistor es sensible a la potencia eléctrica de entrada y
entonces se puede aplicar al control de nivel de tensión o de potencia.
276
Característica corriente-tiempo para una determinada resistencia en serie con el termistor.
Figura 24. 7 Curva Corriente-Tiempo
Si la resistencia disminuye, las curvas se desplazan hacia arriba.
Se observa que el autocalentamiento está sometido a una constante de tiempo que supone un
retardo entre la tensión aplicada y el instante en que se alcanza el valor de corriente estacionario.
Esta característica se aprovecha en los circuitos de retardo y para la supresión de transitorios.
Para las PTC hay dos tipos de comportamiento según la composición y el dopado. Las de tipo
cerámico presentan un cambio brusco de resistencia cuando se alcanza la temperatura de Currie
de la forma indicada en la figura.
TIPOS.
Las NTC se fabrican a base de mezclar y sinterizar óxidos dopados de metales como el níquel,
cobalto, manganeso, hierro y cobre. El proceso se realiza en una atmósfera controlada dándoles la
forma y tamaño deseados. La proporción de óxidos determina la resistencia y el coeficiente de
temperatura.
277
Figura 24. 8 Termistores NTC
Distintas formas de los termistores NTC
La principal característica de este tipo de resistencias es que tienen una sensibilidad del orden de
10 veces mayor que las metálicas y aumentan su resistencia al disminuir la temperatura. Estos
semiconductores están constituidos por óxidos metálicos, tales como Mg O, Mg Al O, Mn O, Fe O,
Co O, Ni O, Zn Ti O.
Los termistores se fabrican por sintetización del semiconductor en polvo, lo que permite preparar
resistencias del valor más adecuado y de tamaño reducido, del orden de milímetros. Este
procedimiento de preparación, junto a sus características eléctricas, hace de los termistores
elementos que pueden realizar la medida de temperaturas en una región muy reducida, casi
puntual, y además debido a que su calor específico es pequeño, ofrecen una velocidad de
respuesta muy elevada. La estabilidad de un termistor depende de su preparación y de las
condiciones de utilización.
El rango de utilización de los termistores se extiende hasta temperaturas cercanas a la del helio
líquido pero sólo puede subir hasta unos 300 °C. Hay que tener en cuenta que la temperatura de
licuación de estos materiales es bastante baja en comparación con los metales.
278
Como contrapartida, resulta necesario calibrar cada uno de los termistores, pues no son
intercambiables los valores de uno a otro elemento. En general tienen una tolerancia del 10 % de
su valor nominal.
Las PTC de conmutación están basadas en titanato de bario al que se añade titanato de plomo o
de circonio para determinar la temperatura de conmutación. Hay modelos entre -100 ° y 350°C. Las
PTC de medida están basadas en silicio dopado.
Las formas en que se presentan las NTC son múltiples, y cada una de ellas está orientada a un
grupo concreto de aplicaciones. Las de "gota", "escama" y "perla" se prefieren para aplicaciones de
medida de temperatura, mientras que las de "disco", "arandela" y "varilla" son aptas para la
compensación y control de temperatura y para aplicaciones con autocalentamiento, como se vera
mas tarde.
ESPECIFICACIONES ELÉCTRICAS
Resistencia / Temperatura
La relación R/T del termistor no es en absoluto lineal y existen varias aproximaciones que
dependen de los parámetros del proceso.
Tensión / Corriente
Describe la variación de la corriente del termistor en función de la tensión aplicada. Podemos
diferenciar tres secciones:
o
Zona óhmica. dV/dI = R
o
Incremento no lineal.
o
Zona de pendiente negativa.
TERMISTORES PTC EN DETALLE
Los termistores PTC son resistencias (aumenta la temperatura, aumenta la resistividad) con un
coeficiente de temperatura positivo y con un valor alto para dicho coeficiente.
Las diferencias con las NTC son:
•
El coeficiente de temperatura de un termistor PTC es único entre unos determinados
márgenes de temperaturas. Fuera de estos márgenes, el coeficiente de temperatura es cero o
negativo.
•
El valor absoluto del coeficiente de temperatura de los termistores PTC es mucho más alto que
el de los termistores NTC.
279
•
Los termistores PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, incluyendo limitación de
corrientes, como sensor de temperatura, para desmagnetización y para la protección contra el
recalentamiento de equipos tales como motores eléctricos.
•
También se utilizan en indicadores de nivel, para provocar retardo en circuitos, termostatos, y
como resistores de compensación.
TERMISTORES NTC EN DETALLE
Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor
cuyo coeficiente de temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente con
la temperatura.
Se emplean en su fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc, cobalto, etc.
La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial (no cumple la ley de
Ohm). Dicha relación cumple con la fórmula siguiente:
R = A•e
B
T
Ec. (1.20)
Donde:
A y B son constantes que dependen del resistor.
La curva nos muestra esa variación.
Figura 24. 9 Curva de Resistores según Temperatura.
280
La característica tensión-intensidad (V/I) de un resistor NTC presenta un carácter peculiar, ya que
cuando las corrientes que lo atraviesan son pequeñas, el consumo de potencia (R I2) será
demasiado pequeño para registrar aumentos apreciables de temperatura, o lo que es igual,
descensos en su resistencia óhmica; en esta parte de la característica la relación tensiónintensidad será prácticamente lineal y en consecuencia cumplirá la ley de Ohm.
Si seguimos aumentando la tensión aplicada al termistor, se llegará a un valor de intensidad en que
la potencia consumida provocará aumentos de temperatura suficientemente grandes como para
que la resistencia del termistor NTC disminuya apreciablemente, incrementándose la intensidad
hasta que se establezca el equilibrio térmico.
Ahora nos encontramos pues, en una zona de resistencia negativa en la que disminuciones de
tensión corresponden aumentos de intensidad.
Figura 24. 10 Curva Intensidad
APLICACIONES DE TERMISTORES
Existen tres grupos de aplicaciones:
•
Aplicaciones en las que la corriente que circula por ellos, no es capaz de producirles aumentos
apreciables de temperatura y por tanto la resistencia del termistor depende únicamente de la
temperatura del medio ambiente en que se encuentra.
•
Aplicaciones en las que su resistencia depende de las corrientes que lo atraviesan.
281
•
Aplicaciones en las que se aprovecha la inercia térmica, es decir, el tiempo que tarda el
termistor en calentarse o enfriarse cuando se le somete a variaciones de tensión.
Las aplicaciones de los termistores también se pueden dividir entre las que están basadas en un
calentamiento externo del termistor, y las que se basan en calentarlo mediante el propio circuito de
medida. Están entre estas última las medidas de caudal, nivel y vacío y el análisis de la
composición de gases, todos ellos son casos en que varía la conductividad térmica del medio
alrededor del termistor, y también el control automático de volumen y potencia, la creación de
retardos de tiempo y la supresión de transitorios.
PROTECCION DE MOTORES POR TERMISTORES
Figura 24. 11 Curva protección de Motores
282
Figura 24. 12 Termistor en el Bobinado del Motor
4.2.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
¿Cuál es la función de la protección contra sobrecargas?
•
¿Cuáles son los dispositivos de protección para sobrecarga que existen?
•
¿Qué es un relé de sobrecarga? ¿Cómo Funciona?
•
¿Cómo es el funcionamiento del relé electrónico y cual es su ventaja sobre el mecánico?
•
¿Explique que es un termistor?
•
¿Qué es un PTC? Explique.
•
¿Qué es un NTC? Explique.
•
¿Cuál es el mejor dispositivo para protección contra sobrecarga?
283
4.2.4 MATERIALES Y EQUPOS REQUERIDOS
•
3 Fusibles de acompañamiento.
•
1 Relé de sobrecarga trifásico.
•
Un motor trifásico 208 v.
•
Cable del calibre adecuado para la corriente de arranque del motor.
•
Juego de herramientas (kit).
4.2.5 PROCEDIMIENTO
Aunque los propios fusibles presentan, naturalmente, la protección de cortocircuitos o de corriente
máxima ruptura, su protección contra sobrecargas esta algo limitada. Los relés de sobrecarga
están proyectados para funcionar desde el 110 al 250 por ciento de sobrecarga con corrientes
máximas de ruptura de hasta 10 veces la corriente nominal. El tiempo de operación del relé de
máxima varía inversamente con la corriente de sobrecarga.
Esta práctica consiste en el armado del siguiente circuito combinación de fusibles con rele de
sobrecarga:
Figura 24. 13 Diagrama de arranque motor trifásico.
284
REALIZAR LAS SIGUIENTES MEDICIONES:
Tabla 4.2 Mediciones a Realizar
MEDICION A REALIZAR.
VALOR MEDIDO
VOLTAJE EN BORNES DEL MOTOR EN EL ARRANQUE
VOLTAJE EN BORNES DEL MOTOR EN FUNCIONAMIENTO
CORRIENTE EN FASE A EN ARRANQUE
CORRIENTE EN FASE B EN ARRANQUE
CORRIENTE EN FASE C EN ARRANQUE
CORRIENTE EN FUNCIONAMIENTO
4.2.6 CUESTIONARIO
•
¿Qué protege el fusible durante una falla?
•
¿Qué protege el relé durante una falla?
•
¿Por qué es mejor la combinación de estos dos tipos de protecciones que la utilización de un
solo tipo?
•
¿Si hubiera un cortocircuito, en el diagrama de conexiones, que sucedería con las
protecciones?
4.2.7 ANEXOS
RELE TERMICO DE SOBRECARGA.
Figura 24. 14 Relé Térmico
285
4.3 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 3.
MOTORES ELECTRICOS. CONEXION DE MOTORES DE 6 Y 9 PUNTAS.
4.3.1 OBJETIVOS
•
Conocer los motores eléctricos de corriente alterna de 6 y de 9 puntas.
•
Aprender la correcta conexión de motores eléctricos de 6 y de 9 puntas para obtener su
máxima eficiencia.
•
Identificar la mejor forma de conectar motores de 6 y de 9 puntas para obtener el giro deseado
de éste.
•
Conocer la distribución interna de las bobinas de los motores de 6 y de 9 puntas.
4.3.2 EXPOSICION
Protección de Motores.
Un guarda motor es un disyuntor magneto-térmico, especialmente diseñado para la protección de
motores eléctricos. Este diseño especial proporciona al dispositivo una curva de disparo que lo
hace más robusto frente a las sobre intensidades transitorias típicas de los arranques de los
motores.
El disparo magnético es equivalente al de otros interruptores automáticos pero el disparo térmico
se produce con una intensidad y tiempo mayores. Su curva característica se denomina D o K.
Las características principales de los guardamotores, al igual que de otros interruptores
automáticos magneto-térmicos, son la capacidad de ruptura, la intensidad nominal o calibre y la
curva de disparo. Proporciona protección frente a sobrecargas del motor y cortocircuitos, así como,
en algunos casos, frente a falta de fase.
Los guardamotores son adecuados para el arranque de motores a tensión plena, ofreciendo
protección contra sobrecargas y cortocircuitos, por lo que no requiere de Fusibles o Interruptores
adicionales, a menos de que se requiera incrementar la capacidad interruptiva para la que fueron
diseñados.
Los guardamotores cuentan con un relé térmico ajustable que permite ajustar la protección contra
sobrecargas en función a la corriente nominal del motor.
Generalidades.
Motor eléctrico es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o
trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos.
Un motor opera primordialmente en base a dos principios: el de Inducción, descubierto por Michael
Faraday en 1831; que señala que si un conductor se mueve a través de un campo magnético o
286
está sujeto en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad
variable, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. Y el principio que André Ampére
observó en 1820, en el que establece: que si una corriente pasa a través de un conductor situado
en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica o f.e.m. (fuerza
electromotriz), sobre el conductor.
Tipos y características.
Existen básicamente tres tipos de motores eléctricos:
•
Los motores de corriente directa: se utilizan en casos en que es importante el poder regular
continuamente la velocidad del motor, además, se utilizan en aquellos casos en los que es
imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o
baterías. Este tipo de motores debe de tener en el rotor y el estator el mismo número de polos
y el mismo número de carbones. Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos:
o Serie
o Paralelo
o Mixto
•
Los motores de corriente alterna: son los tipos de motores más usados en la industria, ya que
estos equipos se alimentan con los sistemas de distribución de energías “normales”. De
acuerdo a su alimentación se dividen en tres tipos:
• Monofásico (1 fase)
• Bifásicos (2 fases)
• Trifásicos (3 fases)
•
Los motores universales: tienen la forma de un
motor de corriente continua, la principal
diferencia es que está diseñado para funcionar con corriente alterna. El inconveniente de este
tipo de motores es su eficiencia, ya que está baja (del orden del 51%), pero como se utilizan
en máquinas de pequeña potencia, ésta no se considera importante, además, su operación
debe ser intermitente, de lo contrario, éste se quemaría. Estos motores son utilizados en
taladros, aspiradoras, licuadoras, etc.
Partes fundamentales de un motor eléctrico.
Dentro de las características fundamentales de los motores eléctricos, estos se hayan formados
por varios elementos, sin embargo, las partes principales son: el estator, la carcaza, la base, el
rotor, la caja de conexiones, las tapas y los cojinetes. No obstante, un motor puede funcionar solo
con el rotor y el estator.
287
Figura 25. 1 Motor Eléctrico.
Características particulares de los motores eléctricos.
Los parámetros de operación de un motor designan sus características, es importante
determinarlas, ya que con ellas conoceremos los parámetros determinantes para la operación del
motor.
Las principales características de los motores de CA son:
•
Potencia
•
Voltaje
•
Corriente: corriente nominal, corriente de arranque, corriente de vacío, corriente a rotor
bloqueado.
•
Revoluciones por minuto o velocidad angular.
•
Factor de potencia
•
Factor de servicio
•
Número de fases
•
Par o torque: par nominal, par de arranque, par máximo
•
Frecuencia
•
Deslizamiento
•
Eficiencia.
Motores trifásicos. Diagramas de conexión.
Todos los motores trifásicos están construidos internamente con un cierto número de bobinas
eléctricas que están devanadas siempre juntas, para que conectadas constituyan las fases que se
conectan entre sí, en cualquiera de las formas de conexión trifásicas, que pueden ser:
288
•
Delta
•
Estrella
•
Estrella-delta
Delta
Los devanados conectados en delta son cerrados y forman una configuración en triángulo. Se
pueden diseñar con seis (6) o nueve (9) terminales para ser conectados a la línea de alimentación
trifásica.
Cada devanado de un motor de inducción trifásico tiene sus terminales marcadas con un número
para su fácil conexión. En la siguiente figura, se muestra un motor de 6 terminales con los
devanados internos identificados para conectar el motor para su operación en delta. Las terminales
o puntas de los devanados se conectan de modo que A y B cierren un extremo de la delta
(triángulo), también B y C, así como C y A, para de esta manera formar la delta de los devanados
del motor.
Figura 25. 2 Conexión Delta 6 Puntas
Los motores de inducción de jaula de ardilla son también devanados con nueve (9) terminales para
conectar los devanados internos para operación en delta. Se conectan seis (6) devanados internos
para formar una delta cerrada, tres devanados están marcados como 1-4-9, 2-5-7 y 3-6-8, en
éstos.
Los devanados se pueden bobinar para operar a uno o dos voltajes.
289
Figura 25. 3 Conexión Delta 9 Puntas
Estrella
Los devanados de la mayoría de los motores de inducción de jaula de ardilla están conectados en
estrella. La conexión estrella se forma uniendo una terminal de cada devanado, las tres terminales
restantes se conectan a las líneas de alimentación L1, L2 y L3. Los devanados conectados en
estrella forman una configuración en Y.
Figura 25. 4 Conexión Estrella 6 Puntas
Un motor conectado en estrella con nueve (9) terminales, tiene tres puntas en sus devanados
conectadas para formar una estrella (7-8-9). Los tres pares de puntas de los devanados restantes,
son los número 1-4, 2-5 y 3-6. Los devanados se pueden conectar para operar en bajo o alto
voltaje.
Para la operación en bajo voltaje, éstos se conectan en paralelo; para la operación en alto voltaje,
se conectan en serie.
290
Figura 25. 5 Conexión Estrella 9 Puntas
Conexiones para dos voltajes.
Algunos motores trifásicos están construidos para operar en dos voltajes. El propósito de hacer
posible que operen con dos voltajes distintos de alimentación, y tener la disponibilidad en las líneas
para que puedan conectarse indistintamente. Comúnmente, las terminales externas al motor
permiten una conexión serie para el voltaje más alto y una conexión doble paralelo para la
alimentación al menor voltaje.
Diagramas de motores de 6 y de 9 puntas.
Figura 25. 6 Conexión de Motores con 6 puntas
291
Figura 25. 7 Conexión de Motores con 9 Puntas
292
4.3.3 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS.
•
Mencione y explique cada de las partes fundamentales que componen a un motor eléctrico.
•
Explique cada uno de los diagramas de conexión de las bobinas internas de los motores.
•
¿Cómo se forma una delta cerrada en las bobinas de un motor de nueve puntas?
•
¿Cómo se forma una estrella con los devanados de un motor de seis puntas?
4.3.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS
•
Un motor eléctrico de seis (6) puntas.
•
Un motor eléctrico de nueve (9) puntas.
•
Un juego de bananas.
•
Multímetro.
•
Amperímetro.
•
Un juego de desarmadores.
4.3.5 PROCEDIMIENTO
CONEXIÓN DE MOTOR ELECTRICO DE 6 PUNTAS.
Utilizando el motor de 6 puntas que se encuentra en el Laboratorio, y haciendo uso de los
diagramas eléctricos de conexión de los devanados internos de un motor que se encuentran en
esta guía de Trabajo, realizar el arranque del motor mediante conexión estrella y luego delta.
•
Primero, realice la conexión de las bobinas internas del motor, para una alimentación de 220V,
para conexión en delta. Refiérase a la parte teórica de esta guía de trabajo. Tome nota de las
conexiones realizadas e identifique si las bobinas se encuentran conectadas en serie o en
paralelo para el voltaje especificado.
•
Luego, realice la conexión de las bobinas internas del motor, para una alimentación de 440V,
para una configuración en estrella. Refiérase a la parte teórica de esta guía de trabajo. Tomar
nota de las uniones de los bornes e identificar la razón porque se realiza de esa manera.
Explicar cuales bobinas se encuentran en serie y cuales en paralelo.
•
CONEXIÓN DE MOTOR ELECTRICO DE 9 PUNTAS.
Haciendo uso del motor de 9 puntas. Debe realizar un arranque directo en una configuración en
delta para una alimentación de 220V. Antes de realizar alguna conexión, leer nuevamente la
información teórica presentada en esta guía.
•
Identificar todos los bornes que posee este tipo de motor y averiguar la distribución interna de
las bobinas (puede consultar con su instructor).
293
•
Dibujar un esquema guía de la conexión de bobinas para un motor de 9 puntas.
•
Proceda a la conexión, identificando claramente que bornes está uniendo y conociendo de
antemano la razón de porque lo está haciendo.
•
¿Se encuentran las bobinas en serie o en paralelo?
Haciendo uso del motor de 9 puntas. Debe realizar un arranque directo en una configuración en
estrella para una alimentación de 440V. Antes de realizar alguna conexión, leer nuevamente la
información teórica presentada en esta guía.
•
Antes de proceder a la conexión, verificar la ubicación de los bornes. Si no tiene clara la razón
de porque debe unir esos bornes, pregunte a su instructor y refiérase a la parte teórica de esta
guía de trabajo, o a su libreta de apuntes de clase.
•
¿Debe conectar las bobinas en serie o en paralelo?
•
Realice la conexión y verifique el funcionamiento.
4.3.6 CUESTIONARIO.
•
En el motor de seis (6) puntas, para una conexión en delta. ¿Puede alimentar con 440V?
Explique y fundamente su respuesta.
•
Y en una configuración en estrella para un motor de seis puntas. ¿Puede realizarse una
alimentación a 220V?
•
¿Puede decirse que estos motores son funcionales? ¿En qué áreas de la industria
salvadoreña, se les puede encontrar?
•
La conexión de bobinas internas del motor, ya sea en serie o paralelo. ¿De que depende?
Explique y fundamente su respuesta.
294
4.3.7 ANEXOS
Figura 25. 8 Partes de un Motor.
295
4.4 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 4.
MANTENIMIENTO DE MOTORES ELECTRICOS.
4.4.1 OBJETIVOS
•
Saber cuáles son los mantenimientos que deben prestarse a los motores eléctricos, ya sean
éstos preventivos y/o correctivos.
•
Conocer métodos específicos que deben seguirse para dar un correcto mantenimiento a la
maquinaria industrial.
•
Identificar en qué momento debe realizarse un mantenimiento preventivo y/o correctivo.
4.4.2 EXPOSICION
Protección de Motores.
Un guarda motor es un disyuntor magneto-térmico, especialmente diseñado para la protección de
motores eléctricos. Este diseño especial proporciona al dispositivo una curva de disparo que lo
hace más robusto frente a las sobre intensidades transitorias típicas de los arranques de los
motores.
El disparo magnético es equivalente al de otros interruptores automáticos pero el disparo térmico
se produce con una intensidad y tiempo mayores. Su curva característica se denomina D o K.
Las características principales de los guardamotores, al igual que de otros interruptores
automáticos magneto-térmicos, son la capacidad de ruptura, la intensidad nominal o calibre y la
curva de disparo. Proporciona protección frente a sobrecargas del motor y cortocircuitos, así como,
en algunos casos, frente a falta de fase.
Los guardamotores son adecuados para el arranque de motores a tensión plena, ofreciendo
protección contra sobrecargas y cortocircuitos, por lo que no requiere de Fusibles o Interruptores
adicionales, a menos de que se requiera incrementar la capacidad interruptiva para la que fueron
diseñados.
Los guardamotores cuentan con un relé térmico ajustable que permite ajustar la protección contra
sobrecargas en función a la corriente nominal del motor.
MANTENIMIENTO PREVENTIVO
Objetivo del mantenimiento preventivo.
El principal objetivo del mantenimiento, es garantizar que el equipo se encuentre en óptimas
condiciones de operación, y aumentar su vida útil. El mantenimiento empieza en la selección del
motor.
296
Mantenimiento Preventivo de un Motor de Corriente Alterna.
El mantenimiento preventivo ha adquirido una enorme importancia, ya que al considerarlo como
parte de la conservación de los equipos, con un enfoque a la productividad, permite obtener
mayores y mejores beneficios.
En este contexto, el llamado mantenimiento preventivo juega un papel muy importante, ya que
cambia la función de simplemente reparar al equipo o reemplazar al que se considera desechable
por el estado que guarda. Ahora, se trata de diagnosticar el estado que tiene un equipo antes de
que falle, y de esta manera evitar su salida de producción, o bien contar con las técnicas de
reparación apropiadas cuando hubiera que hacer esta función.
El mantenimiento preventivo abarca todos los planes y acciones necesarias para determinar y
corregir las condiciones de operación que pueden afectar a un sistema, maquinaria o equipo, antes
de que lleguen al grado de mantenimiento correctivo, considerando la selección, la instalación y la
misma operación.
El mantenimiento preventivo bien aplicado disminuye los costos de producción, aumenta la
productividad, así como la vida útil de la maquinaria y equipo, obteniendo como resultado la
disminución del paro de máquinas.
Las actividades principales del mantenimiento preventivo son:
•
La inspección periódica con el fin de encontrar las causas que provocarían los paros
imprevistos.
•
Conservar la planta, anulando y reparando aspectos dañinos cuando apenas comienzan.
Fallas posibles en su instalación.
Una carga excesiva puede llevar rápidamente a una falla en el motor. Es posible que se seleccione
correctamente al motor para su carga inicial; sin embargo, un cambio en su carga o en el
acoplamiento de accionamiento, se manifestará como una sobrecarga en el motor. Los
rodamientos o baleros comenzaran a fallar, los engranes están expuestos a presentar fallas en los
dientes, o bien se presentará algún otro tipo de fricción que se manifieste como sobrecarga, el
motor demanda más corriente, lo cual incrementa la temperatura del mismo, reduciendo la vida del
aislamiento.
Los problemas de baleros y rodamientos son una de las causas más comunes de fallas en los
motores, también la alineación errónea de éstos y la carga, malos acoplamientos por poleas y
bandas, o bien errores en la aplicación de engranes o piñones, son causas de fallas mecánicas.
Por otro lado se debe hacer un correcto balanceo dinámico para evitar problemas de vibración.
Así mismo, una incorrecta alimentación de voltaje al motor, puede reducir la vida o causar una falla
rápida si la desviación de voltaje es excesiva. Un voltaje bajo soporta una corriente mayor que la
normal. Si el voltaje decrece en una forma brusca, se presenta una corriente excesiva que
297
sobrecalienta al motor. Un voltaje alto en la línea de alimentación a un motor reduce las pérdidas,
pero produce un incremento en el flujo magnético, con un consecuente incremento de las pérdidas
en el entrehierro.
Lubricación.
Para la buena lubricación se debe utilizar el aceite o grasa recomendado, en la cantidad correcta.
Los distribuidores de lubricantes pueden ayudar si hay un problema con el grado de lubricante, y,
en especial para los cojinetes que requieren grasa para alta temperatura.
Hay que quitar o expulsar toda la grasa vieja antes o durante la aplicación de la grasa nueva. El
espacio total para grasa se debe llenar al 50% de su capacidad para evitar sobrecalentamiento por
el batido excesivo.
En los motores en donde los cojinetes son lubricados con aceite, debe tenerse sumo cuidado con
no exceder la cantidad recomendada, debido a que el exceso de aceite puede ocasionar que se
quemen los contactos de los interruptores internos de arranque. La quemadura total de los
contactos puede impedir que se cierre el devanado auxiliar o de arranque, o que los contactos se
suelden entre sí.
Lubricación a los rodamientos y cojinetes.
Los rodamientos que operan en condiciones de velocidad y de temperaturas moderadas,
generalmente, se lubrican con grasa, ya que es fácilmente retenida. También tiende a crear un
sello para mantener fuera la suciedad y materias extrañas. La lubricación por aceite se aplica
habitualmente a rodamientos que operan a altas velocidades y temperaturas.
Clasificación del mantenimiento preventivo.
El mantenimiento preventivo consiste en una serie de trabajos que es necesario desarrollar para
evitar que la maquinaria pueda interrumpir el servicio que proporciona, básicamente, se divide en
tres elementos fundamentales:
•
Selección
El mantenimiento empieza en la selección del motor. El grado de selección y aplicación incorrecta
de un motor puede variar ampliamente, por lo que es necesario, que se seleccione correctamente
el tamaño apropiado del motor de acuerdo a la carga.
Los ciclos de trabajo son los que más dañan a los motores. Cuando no son seleccionados de forma
apropiada, los arranques, los paros y frenados bruscos, así como los periodos de aceleración
largos, conducen a fallas en el motor.
298
•
Instalación
Los errores en la instalación de los motores pueden ser una de las causas de falla. Algunas
ocasiones, el tamaño de los tornillos o anclas de montaje y sujeción no es el apropiado, o bien se
tienen problemas de alineación; lo que conduce a problemas de vibraciones con posibles fallas en
los rodamientos o hasta en el eje del rotor.
•
Montaje
Es posible que se seleccione correctamente al motor para su carga inicial, y que su instalación
haya sido adecuada, sin embargo, un cambio en su carga o en el acoplamiento de accionamiento,
se manifestará como una sobrecarga en el motor. Cuando se presenta una sobrecarga el motor
demanda más corriente, lo cual incrementa la temperatura del mismo, reduciendo la vida del
aislamiento.
El mantenimiento preventivo es importante en cualquier instalación, pero es solo función, y no debe
interferir con la función de la línea de producción. La interferencia con la producción debe ser
mínima, y es obligatoria la cooperación de mantenimiento preventivo.
•
Inspección.
La mayoría de los problemas comunes que presentan los motores eléctricos se pueden detectar
por una simple inspección, o bien efectuando algunas pruebas. Este tipo de pruebas se les conoce
como pruebas de diagnóstico o verificación, se inician con la localización de fallas con las pruebas
más simples, y, el orden en que se desarrollan normalmente tiene que ver con el supuesto
problema.
•
Alcances del mantenimiento.
El mantenimiento preventivo sigue la curva inversa de las utilidades decrecientes. Cuando se da un
mantenimiento excesivo al equipo eléctrico, el costo se puede volver prohibitivo; pero si se
descuida por completo el mantenimiento, los resultados serán fallas prematuras y reparaciones
costosas.
Costo de mantenimiento contra costo de la máquina. En muchas empresas acumulan los costos de
mantenimiento y los contabilizan como una relación contra las utilidades totales, las facturaciones
totales o los costos totales. Aunque esto pueda servir como guía entre industrias similares, el único
método lógico y los efectos reales se deben considerar como:
299
Vibraciones.
Hay tendencia a asociar la vibración del motor al equilibrio de sus partes giratorias. Aunque es
verdad que un desequilibrio del rotor propicia la vibración del motor, un motor equilibrado puede
vibrar por diversas razones.
En máquinas de corriente alterna, una causa de las vibraciones puede ser el desequilibrio
magnético. Las fuerzas que actúan en el entrehierro entre el estator y el rotor tienden a
aproximarlos y producen vibraciones con el doble de frecuencia de alimentación.
Equipos de prueba para mantenimiento preventivo.
Los aparatos e instrumentos utilizados en la detección de fallas y reparación de motores eléctricos
son muy variados, como: el multímetro, el megaóhmetro, el termómetro, comparador de carátula y
nivel de burbuja, y otros aparatos que está expresamente diseñados para estas operaciones, como
son: la lámpara de prueba, las brújulas, el zumbador o Growler y el tacómetro.
MANTENIMIENTO CORRECTIVO.
El mantenimiento correctivo es una técnica de la ingeniería, que consiste en realizar una serie de
trabajos de restauración, que son necesarios cuando la maquinaria, aparatos o instalaciones se
estropean, y es necesario recuperarlos. Su reparación es lo que llamamos mantenimiento
correctivo.
Alcances del mantenimiento correctivo.
El mantenimiento correctivo, comprende la compensación de los daños sufridos por fallas
incipientes, a una maquinaria o un equipo, y todos los trabajos que resulten pertinentes para su
reparación; su aplicación se da cuando el equipo ha dejado de funcionar y es necesario repararlo.
Mantenimiento correctivo típico:
•
Reemplazo de rodamientos.
Cuando se debe reemplazar un rodamiento es recomendable seleccionar uno precisamente igual.
Si hay que usar uno de otra marca, debe de consultarse el catálogo del fabricante, de modo que se
utilice un rodamiento con las mismas especificaciones.
•
Reemplazo de bobinas
Algunas fallas conducen a la presencia de cortocircuito, que finalmente se traduce en fallas a los
devanados, que se detectan mediante pruebas. Una vez identificado el problema de una falla en
300
los devanados, se procede a tomar las medidas para la reparación de los mismos, es decir el
embobinado o rebobinado.
•
Desarmado del motor y toma de datos
En ciertas ocasiones para mantenimiento, y en otras para reparación, se requiere desarmar los
motores eléctricos, por lo que es conveniente dar algunas indicaciones para facilitar este trabajo.
Se recomienda seguir las siguientes reglas generales:
•
Desconectar la alimentación del motor (desenergizar)
•
Tomar nota (elaborar un diagrama) de las conexiones del motor para evitar errores cuando se
vuelva a poner en servicio.
•
Quitar todo el equipo auxiliar que no permita el acceso libre al motor.
•
Analizar si se requiere o no remover el motor del lugar de su instalación.
•
Seguir preferentemente las recomendaciones del fabricante para su montaje y maniobras a
realizar.
4.4.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
Explique por qué considera que es importante el mantenimiento preventivo.
•
¿Cuáles son las actividades principales del mantenimiento preventivo?
•
¿Por qué no debe excederse la cantidad de aceite al lubricar cojinetes?
•
Explique los elementos fundamentales del mantenimiento preventivo.
•
Explique la siguiente relación:
4.4.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS
•
Un motor trifásico.
•
Destornilladores.
•
Martillo de bola.
•
Bloque de madera.
•
Juego de llaves inglesas.
•
Cuaderno de notas.
•
Viñetas.
301
Figura 26. 1 Motor Eléctrico
4.4.5 PROCEDIMIENTO
Favor seguir todas las indicaciones que su instructor imparta. Rotular todas las partes extraídas del
motor para no perder su localización original, si no tiene el conocimiento de un procedimiento, no
dude en preguntar a su instructor; ya que él está capacitado para responder a sus interrogantes.
DESARMADO DE UN MOTOR Y TOMA DE DATOS.
En ciertas ocasiones para mantenimiento y en otras para reparación, se requiere desarmar los
motores eléctricos, por lo que es conveniente dar algunas indicaciones.
Algo que es básico al desarmar un motor, es la colocación de marcas entre las tapas y el estator, a
fin de conservar la misma posición para el armado posterior. Después de marcar las tapas y la
carcasa del motor, se puede proceder al desarmado.
Se recomienda seguir las siguientes precauciones:
•
No usar martillos metálicos directamente sobre cualquier parte del motor, ya que el impacto
puede romper o fracturar al hierro fundido, o bien, puede deformar otras partes.
•
No usar desarmadores para forzar las tapas al querer separarlas, esto puede producir marcas
o daño.
302
•
Estar preparado para registrar el procedimiento de desarmado y arreglar la disposición de las
partes en un orden que identifique su armado.
•
Tener listo un cuaderno de notas y lápiz para anotar como están las conexiones internas de
los devanados.
Procedimiento para el desarmado del motor.
•
Si el motor tiene escobillas, quitarlas de los porta escobillas.
•
Después de los pasos anteriores, se está en posición de retirar las tapas de la carcasa. Tan
pronto como se separen las tapas, el rotor o armadura queda soportado por el estator. Se
deberán tomar precauciones para evitar que el rotor sufra daño, usando soportes o caballetes,
entre más grande es el motor, se tiene mayor riesgo de daño.
•
Usar un martillo de bola (preferentemente) y un bloque de madera (para proteger contra
daño).
•
Remover las tapas de ambos lados del motor, retirando de la flecha lentamente y procurando
previamente haber desconectado todos los alambres de circuitos que pueda haber (por
ejemplo, el switch centrífugo en los motores de arranque con capacitor).
•
En la medida que se continúa con el proceso de desarmado, registrar todas las partes que se
retiran y el orden en que van. Elaborar un diagrama para el alambrado. Hacer una lista de
colores, de acuerdo a los códigos para cada terminal, o bien usar la numeración convencional.
•
Una vez se han retirado las tapas del eje del motor, se puede retirar el rotor, teniendo cuidado
de que no se golpee contra el estator o los devanados del estator para evitar daños; por lo que
dependiendo del tamaño del motor (en consecuencia del rotor), se deben adoptar distintas
formas de soporte del rotor.
303
Figura 26. 2 Motor Eléctrico Desarmado
4.4.6 CUESTIONARIO.
•
Describa las partes que observó y que son componentes internos del motor eléctrico que usted
desarmó.
•
¿Cuáles fueron las consideraciones de seguridad personal que debió tomar en cuenta a la
hora de desarmar y armar el motor?
•
¿Por qué es importante el uso de viñetas para identificar las partes que se separan de un
equipo?
•
Explique con sus propias palabras todo el proceso de desarmado de un motor eléctrico.
•
¿Qué podría suceder si el motor se arma de manera errónea?
304
4.4.7 ANEXOS
Equipo de prueba para mantenimiento preventivo.
Figura 26. 3 Multímetro
Figura 26.4 Niveles de Burbuja
Figura 26. 4 Growler
305
4.5 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 5.
FALLAS EN MOTORES ELECTRICOS.
4.5.1 OBJETIVOS
•
Conocer los distintos tipos de fallas que pueden presentarse a la hora de trabajar con motores
eléctricos.
•
Conocer métodos específicos para eliminar distintos tipos de fallas que se presentan en los
motores eléctricos.
•
Conocer cuáles son las partes que comúnmente fallan en los motores eléctricos.
4.5.2 EXPOSICION
Introducción.
El personal de mantenimiento ha estado sumamente limitado al tratar de diagnosticar fallas en
motores eléctricos. Las herramientas más comunes han sido un medidor de aislamiento (megger) y
un ohmímetro. Aunque recientemente el análisis de vibraciones ha ayudado a determinar fallas de
tipo eléctrico en motores, no se puede asumir que un pico a 2 veces la frecuencia de línea es una
falla de tipo eléctrico. Se deben de tomar en cuenta otras variables antes de sacar un motor de
servicio. Aun con el megger muchas anomalías pueden ser pasadas por alto. El determinar
problemas en motores debe ser confiable y seguro, por esto un análisis de motores eléctricos debe
contener resultados en las siguientes zonas de falla: Circuito de Potencia, Estator, Aislamiento,
Rotor, Entrehierro y Calidad de Energía. Las pruebas a realizar deben de contemplar pruebas tanto
con motor detenido como con motor en marcha.
Existen algunos tipos de problemas muy comunes en motores eléctricos que no pueden
diagnosticarse COMPLETAMENTE mediante el análisis tradicional de la vibración entre los que se
encuentran:
•
Problemas en barras y anillos de cierre del rotor.
•
Porosidades en la fundición de rotores fundidos.
•
Irregularidades
en
el
entrehierro
estáticas
y
dinámicas.
•
Desequilibrio en el campo magnético.
Figura 27.1 Anillos del Rotor
306
Hay una forma de predecir este tipo de fenómenos. Es un programa de diagnóstico para motores
de inducción de corriente alterna que detecta y evalúa los daños, para poder realizar las acciones
adecuadas tendentes a corregir los defectos mencionados anteriormente.
También se detectan defectos en el entrehierro que dan lugar a elevados niveles de excentricidad
dinámica o estática. Esto se consigue analizando la presencia en la zona de alta frecuencia en el
espectro de corriente.
Zonas de fallo del motor
•
Rotor.
•
Estator.
•
Entrehierro.
•
Circuito de Potencia.
•
Calidad de alimentación.
•
Aislamiento.
Circuito de Potencia.
Generalmente se establece desde el Centro de Control del Motor (CCM) hasta la caja de bornes
del mismo, e involucra a todos los conductores con sus bornes, interruptores, protecciones
térmicas, fusibles, contactores y cuchillas.
Se ha demostrado que los falsos contactos han sido la fuente de un 46% de las fallas en motores,
por lo que aunque muchas veces el motor esté en excelente estado, este se instala en un circuito
de potencia defectuoso, que a la postre lo daña.
Los problemas de conexiones de alta resistencia (se oponen al paso de la corriente) son variados,
entre ellos:
•
Generación de armónicas
•
Desbalance de voltaje
•
Desbalances de corriente
Típicamente las conexiones de alta resistencia son causadas por:
•
Terminales corroídas
•
Cables sueltos
•
Barras sueltas
•
Prensa fusibles corroídos
•
Hilos abiertos
•
Conexiones entre aluminio-cobre
•
Diferentes tamaños de conductores
307
Uno de los métodos usados para detectar
defectos en el circuito de potencia en un
motor/generador trifásico es la medición de
resistencia entre fases, es una prueba
estática con motor detenido. En un equipo
en buen estado las tres lecturas entre las
fases deberían ser casi idénticas, su
desbalance resistivo debe ser menor a un
5%. Dinámicamente, con motor energizado
el circuito es evaluado completamente al
detectarse
desbalance
de
voltajes
en
cualquiera de las fases.
Figura 27. 2 Falso Contacto Severo
Otro de los métodos utilizados para complementar el diagnostico del circuito de potencia es la
termografía IR, sin duda una de las técnicas más conocidas para detectar falsos contactos.
Calidad de Energía.
La calidad de energía ha sido ignorada en muchos casos por el personal de mantenimiento y sin
duda es una zona de falla con mucha influencia en la vida de un motor.
Existen varios factores involucrados en la calidad de energía; la distorsión armónica tanto de
voltaje como de corriente, picos de voltaje, desbalances de voltaje y factor de potencia son
algunos de estos.
Sin embargo, con relación a las fallas en motores eléctricos nos concentramos en dos de estos
factores:
•
Desbalance de voltaje
Cuando los voltajes de línea aplicados a un motor no son equilibrados se desarrollan corrientes
desbalanceadas en los devanados del estator, a estas se les conoce como corrientes de secuencia
negativa y reducen el torque del motor. Se producen dos efectos importantes, aumenta la
temperatura en el devanado y aumenta su vibración. Un aumento de la temperatura por encima de
su valor permitido provocaría daños al aislamiento, y el aumento en los niveles de vibración
provocaría en algún grado solturas mecánicas, rodamientos y aflojamiento de las bobinas. De
acuerdo a NEMA ningún motor debe ser operado con desbalances de voltaje mayores a un 5%.
•
Armónicas
308
Con la popularidad de los “drives” de CA y CD para motores se crean distorsiones importantes en
la forma de onda de voltaje, a estas se les conoce como armónicas.
El parámetro más conocido es la distorsión armónica Total (THD, en inglés) en términos simples es
el valor RMS de la señal con la frecuencia fundamental removida. O sea, una onda sinusoidal
perfecta de 60 Hz tendría un THD de 0%. Cualquier otra onda presente junto con la fundamental se
le considera distorsión armónica.
Entonces, los armónicos son señales que distorsionan a la onda fundamental, tienen una forma
sinusoidal y están presentes en múltiplos de la fundamental.
Las armónicas existen en todos los sistemas trifásicos y son generadas por cargas no-lineales
como:
o
Convertidores de potencia electrónicos: rectificadores y variadores de frecuencia.
o
Fluorescentes
o
Hornos de arco
o
UPS
o
Etc.
Existen tres tipos de armónicas:
•
Secuencia positiva: crea un campo magnético en la dirección de rotación, por lo tanto ayuda al
torque del motor.
•
Secuencia negativa: se opone a la rotación del motor e incrementa la demanda de corriente a
una carga determinada.
•
Secuencia cero: no produce ningún trabajo, pero causa calentamiento y retorna al
transportador de alimentación y sobrecarga al nuestro. Produce por lo tanto calentamiento en
el transformador también.
El fenómeno de las armónicas que más afecta para el caso de los motores eléctricos es el excesivo
calor que se produce por las demandas de corriente anormales. Un motor diseñado para consumir
a plena carga 150 A podría consumir 180 A si el THD es alto. Este aumento de corriente
perfectamente podría no ser tolerado por el motor y provoca daños severos al aislamiento y posible
colapso del mismo.
Si este alto THD no es corregido, al instalarse un nuevo motor en este circuito, el fenómeno se
repetirá y sería de nunca acabar, por esto un análisis de la calidad de energía que le llega a un
motor es irremplazable.
Existe un factor de reducción conocido como el factor de voltaje armónico (HVF, en inglés), el cual
se utiliza para reducir la potencia del motor en presencia de un THD alto.
309
El estándar IEEE519- 1992 reconoce que son las cargas las que introducen armónicas al sistema
y nos da ciertos límites que se deberían de manejar en las industrias. En este caso la distorsión
armónica de voltaje es más importante, el THD para sistemas operando a menos de 69Kv debería
ser no mayor a 5%. Aunque recomiendan que cada armónica de voltaje individual no exceda de
un 3%.
Una correcta identificación de las armónicas presentes en el circuito de distribución permitirá a los
ingenieros de calidad de energía, diseñar filtros pasivos y activos para eliminar el efecto
anteriormente discutido.
Aislamiento.
Cuando hablamos de la condición de aislamiento nos referimos a la resistencia que existe entre
éste a tierra (RTG, en inglés). La RTG indica que tan limpio o sano esta un aislamiento.
Para que se dé una falla a tierra, deben de ocurrir dos cosas. Primero debe crearse un camino de
conducción a través del aislamiento. Conforme el aislamiento envejece se fisura y posibilita que se
acumule material conductivo. Segundo, la superficie exterior del aislamiento se contamina de
material conductivo y conduce suficiente corriente a la carcaza o núcleo del motor que está
conectado a tierra.
Hoy en día los sistemas de aislamiento han mejorado notablemente y son capaces de soportar
mayores temperaturas sin sacrificar su vida esperada.
La máxima temperatura de operación de un motor / generador depende principalmente de los
materiales usados en su construcción, existen varias clases, pero las más usadas son:
•
Aislamiento clase B, temperatura máxima 130°C
•
Aislamiento clase F, temperatura máxima 155°C
•
Aislamiento clase H, temperatura máxima 180°C
Dichas temperaturas máximas, son a las cuales el aislamiento podría colapsar.
En termografía IR es posible detectar una falla en el aislamiento de un motor si se tiene la clase de
aislamiento del mismo (dato de placa). Generalmente al medir la temperatura de la carcaza del
motor, asumimos que el aislamiento está en 20°C más alto que ésta. Por ejemplo, si observamos
que la temperatura de la carcaza de un motor clase B es de 120°C podría estar muy seguro que la
temperatura del aislamiento está a por lo menos 140°C excediendo la temperatura máxima
permitida par esa clase de aislamiento.
El aislamiento pierde muy rápido sus propiedades al aumentar la temperatura, este mismo motor
en vez de durar aproximadamente 15 años, duraría alrededor de 3 años.
310
La termografía IR es una herramienta muy útil para detectar un sobrecalentamiento en el motor, y
aunque podría precisar el área donde se produce el calentamiento (corto entre espiras), sin
embargo es todavía bastante limitada es su capacidad de indicar el porqué se produce éste.
El determinar la causa raíz de una falla en el aislamiento de un motor, puede involucrar alguno de
estas causas posibles:
•
Circuito de Potencia: Una conexión de alta resistencia, produce un voltaje de línea
desbalanceada.
•
Armónicas: que introducen corrientes de secuencia negativa y sobrecalentando el devanado.
•
Ambiental: Contaminación del motor.
Es fácil diagnosticar una falla en el aislamiento de un motor, pero se deberá realmente por esto?.
Si se instala nuevamente el motor reparado o uno nuevo, es muy probable que la falla se repita. El
IEEE basa los límites de aislamiento a una temperatura de 40°C. La norma a la cual hacemos
referencia es la IEEE 43-2000.
También IEEE indica que se debe de calcular el Polarización Index (PI), es el valor de aislamiento
tomado a los 10 minutos entre el valor de 1 minuto, básicamente da una indicación de la pendiente
del perfil del índice de polarización; un PI de 2.0 según IEEE es aceptable para aislamientos clases
B, F y H.
Estator.
En un estator es importante el diagnosticar: los devanados, el aislamiento entre vueltas, juntas de
soldado entre las espiras y el núcleo del estator o laminaciones.
Tal vez, la falla más común es un corto entre vueltas, esto reduce la habilidad de producir un
campo magnético balanceado. Esto a la vez trae otras consecuencias como un aumento en la
vibración de la máquina, y por ende degradación del aislamiento y daños a los rodamientos del
motor. Generalmente este tipo de cortos aumenta la temperatura y el corto se expande a un corto
entre espiras y eventualmente destruye todo el motor. Aún más grave que ésta es la falla entre
fases, un corto de este tipo acelera rápidamente la destrucción del motor.
Fallas de este tipo pueden ocurrir varias veces en un motor y no resultan en una falla a tierra.
Debido a esta razón, el utilizar solamente un megger como herramienta predictiva es insuficiente
ya que este tipo de fallas pueden ser pasadas por alto. Si el núcleo del motor se llegase a dañar el
reemplazo del motor sería total.
El diagnóstico de esta zona de falla puede ser efectuada directamente en los terminales del motor
o desde el Centro de Control de Motores (CCM).
La prueba estática involucra mediciones de inductancia entre fases, para esto se envían señales
de CA a alta frecuencia, y de calcula un desbalance inductivo. Un desbalance presente implica que
311
las fases producen campos magnéticos desbalanceados y que muy probablemente tiene cortos
entre vueltas o espiras. También como parte de la prueba se toman valores de resistencia, si se
excede un valor predeterminado indica que pueden existir conexiones de alta resistencia en el
circuito hacia el motor o en las juntas de soldado.
La prueba dinámica con motor energizado identifica una falla en el estator tomando mediciones de
voltaje y corriente por fase y calculando la impedancia en cada una. Si una fase tiene problemas en
los devanados, el desbalance de impedancia aumenta.
Rotor.
Cuando nos referimos a la condición de un rotor se deben de revisar; las barras, laminaciones y los
anillos de cortocircuito.
Un estudio mostró que un 10% de fallas en motores se debió al rotor.
Una barra rota genera un calor intenso en la zona de ruptura y puede destruir el aislamiento
cercano a las laminaciones y el devanado estatórico colapsara.
Desdichadamente, muchas veces, los problemas en las barras del rotor no son fácilmente
detectables con las tecnologías comunes y se obvia como causa-raíz. Hemos tenido la experiencia
de muchas empresas que rebobinan varias veces un motor sin saber que la raíz del problema en el
devanado estaba en el rotor.
Dinámicamente se identifican las barras rotas en un análisis de corriente del motor, éste se
desarrolla al tomar la señal corriente de las tres fases del motor y se pasa al dominio de la
frecuencia (FFT).
El análisis dinámico identifica una falla en el rotor como una banda lateral, a la frecuencia de línea
a una frecuencia llamada frecuencia de paso de polo (Fp).
Al utilizar el análisis dinámico para diagnosticar un problema en un rotor se tiene un alto nivel de
confianza, especialmente cuando se tiene que sacar un motor importante de servicio.
Excentricidad.
El rotor de un motor / generador debe estar centrado, existe un claro entre éstos denominado “Air
Gap”, si este Air Gap no está bien distribuido en los 360° del motor se producen campos
magnéticos desiguales.
Se ha discutido ampliamente el efecto adverso que provocan estos campos magnéticos desiguales
que a la larga resultará en una falla en el aislamiento y falla en los rodamientos. Este problema se
le conoce como excentricidad, existen básicamente dos tipos, la estática en la cual el rotor está
descentrado pero fijo en un lugar generalmente este tipo de problemas es causado cuando los
alojamientos de los roles están desalineados, por un inadecuado alineamiento o porque la carcaza
del motor fue torcida cuando se instaló en su base. La ilustración muestra como es la excentricidad
estática.
312
Figura 27. 3 Excentricidad Estática
El otro tipo de excentricidad es la dinámica, y como resultado el rotor se balancea dentro del
estator, por lo tanto la inductancia varía. La excentricidad dinámica es producida por una deflexión
en el eje generalmente.
Figura 27. 4 Excentricidad Dinámica
La tecnología dinámica es de particular importancia para diagnosticar anomalías en aquellos
motores que por razones del proceso productivo no pueden ser detenidos. Y la tecnología estática
es vital para revisar aquellos motores que se dispararon por algún motivo y su puesta en
funcionamiento es peligrosa para el motor. O para revisar aquellos motores que han sido reparados
por un taller de reparación de motores y se quiere tener certeza de que están aptos para
funcionamiento. Como se ha explicado ambas tecnologías son vitales.
Tipos de ensayo.
•
Estáticos – Motor parado.
•
Dinámico – Motor en marcha.
Ensayos generales.
ƒ
Asegurar que las conexiones están bien colocadas
ƒ
Calcular la resistencia a tierra (RTG)
ƒ
Calcular la capacidad a tierra (CGT)
ƒ
Calcular la resistencia entre fases y su desequilibrio
313
4.5.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
¿Cuáles son los tipos de problemas que no pueden ser diagnosticados mediante el análisis
tradicional de vibración?
•
Mencione las zonas de fallo del motor.
•
Diga que causa las conexiones de alta impedancia.
•
¿Qué son las armónicas? Explique además que las genera.
•
¿Es fácil diagnosticar una falla en un motor? Explique por qué.
4.5.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS
•
Un motor eléctrico.
•
Un contactor.
•
Un multímetro.
•
Un amperímetro.
•
Un juego de desatornilladores.
•
Un tacómetro.
•
Un guardamotor.
•
Fusibles.
•
Un juego de bananas.
4.5.5 PROCEDIMIENTO
ANALISIS DE FALLAS EN UN MOTOR.
Análisis del aislamiento.
Hacer uso del motor eléctrico que se encuentra en el Laboratorio y de un multímetro.
•
Haciendo uso del multímetro, mida continuidad entre la carcasa del motor y las líneas de
alimentación L1, L2 y L3 respectivamente.
¿El multímetro le marca continuidad entre algún punto?
•
Mida continuidad entre cada una de las fases. Explique si es la manera correcta para
identificar el buen funcionamiento del aislamiento en los devanados del motor.
314
Análisis de vibración anormal en un motor eléctrico.
•
Realizar el arranque directo de un motor eléctrico, siguiendo el diagrama que se muestra a
continuación.
Si no está seguro de alguna conexión pregunte a su instructor. No energice el circuito sino hasta
que su instructor le dé el aval.
Figura 27. 5 Arranque Directo
•
Ahora que ha conectado y revisado el funcionamiento de su circuito; prosiga tratando de
identificar si el motor presenta alguna deficiencia, por ejemplo, si el motor muestra alguna
vibración, si es así, analice la razón y emita un juicio.
•
Haciendo uso del tacómetro, verifique la velocidad angular del eje. Y con los datos de placa
que ya conoce obtenga los valores de: potencia y frecuencia. Realice una pequeña tabla con
todos los datos del motor.
315
4.5.6 CUESTIONARIO.
•
Si algún punto entre las fases y la carcasa del motor presentan continuidad. ¿Significa que el
aislamiento se encuentra en buenas condiciones?
•
¿Qué pasa si una fase está unida a la carcasa del motor? Explique brevemente cómo
reaccionaría el motor si se le energiza.
•
Si se mide la impedancia entre las fases de un motor eléctrico. ¿Debe presentarse continuidad
entre ellas?
•
Si un motor presenta vibraciones anómalas. ¿A que puede deberse dicho evento?
•
¿En qué rango de vibración puede considerarse el buen funcionamiento de un motor?
4.6.7 ANEXOS
Figura 27. 6 Ensayos Generales
316
4.6 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 6.
ARRANCADOR DIRECTO, AUTOTRANSFORMADOR, ESTRELLA-DELTA
Y SOFT STARTERS.
4.6.1 OBJETIVOS
•
Que el estudiante conozca los distintos tipos de arrancadores más utilizados en la industria.
•
Poder identificar ventajas y desventajas
entre los distintos arrancadores mediante su
comparación.
•
Conocer los diagrama de conexiones específicos para cada uno de los arrancadores.
•
Lograr escoger el tipo de arrancador adecuado para una necesidad en específico.
4.6.2 EXPOSICION
Durante la puesta en tensión de un motor, la corriente solicitada es considerable y puede provocar
una caída de tensión que afecte al funcionamiento de los receptores, especialmente en caso de
insuficiencia de la sección de la línea de alimentación. En ocasiones, la caída puede llegar a ser
perceptible en los aparatos de alumbrado.
Para poner remedio a estos inconvenientes, ciertos reglamentos sectoriales prohíben el uso de
motores de arranque directo que superen cierta potencia. Otros se limitan a imponer la relación
entre la corriente de arranque y la nominal en base a la potencia de los motores.
Los motores de jaula son los únicos que pueden acoplarse directamente a la red por medio de un
equipo simple.
Dado que el fabricante determina de manera definitiva las características del rotor, los distintos
procesos de arranque consisten principalmente en hacer variar la tensión en los bornes del estator.
En este tipo de motores, cuya frecuencia es constante, la reducción de la punta de corriente
conlleva de manera automática una fuerte reducción del par.
ARRANQUE DIRECTO.
Se trata del modo de arranque más sencillo en el que el estator se acopla directamente a la red.
El motor se basa en sus características naturales para arrancar. En el momento de la puesta bajo
tensión, el motor actúa como un transformador cuyo secundario, formado por la jaula muy poco
resistente del rotor, está en cortocircuito.
317
La corriente inducida en el rotor es importante.
La corriente primaria y la secundaria son prácticamente proporcionales, por tanto, se obtiene una
punta de corriente importante en la red:
I arranque = 5 a 8 l nominal.
El par de arranque medio es: C arranque = 0.5 a 2.5 C nominal.
A pesar de las ventajas que conlleva (sencillez del equipo, elevado par de arranque, arranque
rápido, bajo coste), sólo es posible utilizar el arranque directo en los siguientes casos:
•
La potencia del motor es débil con respecto a la de la red, para limitar las perturbaciones que
provoca la corriente solicitada,
•
La máquina accionada no requiere un aumento progresivo de velocidad y dispone de un
dispositivo mecánico (por ejemplo, un reductor) que impide el arranque brusco,
•
El par de arranque debe ser elevado.
Por el contrario, siempre que:
•
La caída de tensión provocada por la corriente solicitada pueda perturbar el buen
funcionamiento de otros aparatos conectados a la misma línea.
•
La máquina accionada no pueda admitir sacudidas mecánicas,
•
La seguridad de los usuarios se vea comprometida (por ejemplo, en el caso de las escaleras
mecánicas), será imprescindible recurrir a una artimaña para disminuir la corriente solicitada o
el par de arranque. En estos casos, el medio más utilizado consiste en arrancar el motor bajo
tensión reducida.
318
Figura 28. 1 Conexión Motor Asíncrono Trifásico
GRAFICA CORRIENTE vrs VELOCIDAD EN ARANQUE DE MOTOR.
Figura 28. 2 Curva Arranque Directo
319
La variación de la tensión de alimentación tiene las siguientes consecuencias:
•
La corriente de arranque varía proporcionalmente a la tensión de alimentación,
•
El par de arranque varía proporcionalmente al cuadrado de la tensión de alimentación.
Ejemplo:
Durante el arranque si la tensión se divide por
y el
, la corriente se divide aproximadamente por
par se divide por 3.
DIAGRAMA ARRANQUE DIRECTO MOTOR.
Figura 28. 3 Arranque Directo
ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR.
Se aplica a motores cuya potencia nominal es mayor que 5KW.
Sabemos que la corriente de arranque depende de la tensión de alimentación del motor. Si
disminuimos la tensión de alimentación en el momento del arranque, reduciremos la corriente de
320
arranque. Una vez que el motor alcance una determinada velocidad, con s<1, procederemos a
restablecer la tensión nominal de alimentación.
A diferencia del arranque estrella-triangulo, en que la corriente y el par quedan reducidos a la
tercera parte, el autotransformador permite obtener los valores que interesen con solo fijar la
relación conveniente. Sin embargo, no debe reducirse en exceso la corriente de arranque, ya que
daría lugar a una punta elevada al aplicar la plena tensión de red. Es usual utilizar una tensión
secundaria del 70% .En estas condiciones la corriente absorbida por el motor en el secundario del
autotransformador también queda reducida al 70% , pero en el primario se obtiene ( debido a la
relación de transformación) una corriente de 0,7 x 0,7 = 0,49 ,es decir, el 49% de la corriente de
arranque directo. En cuanto al par de arranque, al depender del cuadro de la tensión también
quedara reducido al 49% del valor correspondiente en arranque directo.
PROCEDIMIENTO PARA ARRABNQUE CON AUTRANSFORMADOR.
Se conecta un autotransformador trifásico alimentando al motor con una Ve (tensión de estator)
menor de VeN de tal forma que la intensidad de arranque sea la deseada. Cuando el motor
alcanza las condiciones de funcionamiento se desconecta el autotransformador y se alimenta al
motor a su VeN.
Este proceso suele hacerse en dos o tres pasos con tensiones no inferiores al 40-60 y 75% de la
tensión nominal de alimentación del motor.
En la tabla adjunta se muestran los diferentes valores de la tensión del primer punto, así como la
corriente absorbida y el par generado por el motor en el primer punto de arranque con
autotransformador para los casos de 2 y de 3 puntos de arranque.
Tabla 4.3 Características de Autotransformador
321
Este método de arranque presenta los siguientes inconvenientes:
•
Disminuye el par de arranque al disminuir la tensión de alimentación en un factor de x2,
siendo x el factor de reducción de la tensión de alimentación:
Ve = x ⋅ VeN .
•
El motor se deja de alimentar durante el cambio de una tensión a otra.
•
Aumenta el tiempo de arranque.
Figura 28. 4 Parámetros de Motor con Arranque Tipo Autotransformador
ARRANQUE ESTRELLA DELTA.
Este método de arranque se puede aplicar tanto a motores de rotor devanado como a motores de
rotor en jaula de ardilla, la única condición que debe de cumplir el motor para que pueda
aplicársele este método de arranque es que tenga acceso completo a los devanados del estator (6
o 12 bornes de conexión); es decir se puede conectar la estrella y luego la delta.
Además, es necesario que el motor esté construido para funcionar en triángulo con la tensión de la
línea Si no es así, no se lo puede conectar.
322
Este tipo de conexión consiste en aplicar en el arranque la tensión nominal del motor en la
conexión de triángulo cuando éste está conectado en estrella, con lo que la tensión de
alimentación se reduce en √3 y el par de arranque en 1/3. Una vez que el motor ha empezado a
girar (se aconseja no pasar de la conexión estrella a la conexión triángulo hasta que el motor no
haya adquirido, al menos, una velocidad del 80% de la nominal), se conmuta la conexión de los
devanados a triángulo, con lo que se le está aplicando la tensión nominal de alimentación.
La corriente de arranque se reduce en 1/√3, en relación con la corriente de arranque directo.
Este método presenta los siguientes inconvenientes:
o
Disminuye el par de arranque al disminuir la tensión de alimentación en un factor de1/3.
o
El motor se deja de alimentar durante el cambio de la conexión de estrella a triángulo en
los devanados del estator.
o
Aumenta el tiempo de arranque.
El arranque estrella-triángulo es el procedimiento más empleado para el arranque a tensión
reducida debido a que su construcción es simple, su precio es reducido y tiene una buena
confiabilidad.
El procedimiento para reducir la tensión en el arranque consiste en conmutar las conexiones de los
arrollamientos en los motores trifásicos previstos para trabajar conectados en triángulo en la red .
La conmutación de estrella a triángulo generalmente se hace en forma automática luego de
transcurrido un lapso (que puede regularse) en el que el motor alcanza determinada velocidad.
En el caso más simple tres contactores realizan la tarea de maniobrar el motor, disponiendo de
enclavamientos adecuados. La protección del motor se hace por medio de un relé térmico. El
térmico debe estar colocado en las fases del motor. La regulación del mismo debe hacerse a un
valor que resulta de multiplicar la corriente de línea por 0,58. La protección del circuito más
adecuada también es el fusible.
Algunas indicaciones que se deben tener en cuenta sobre el punto de conmutación son:
•
El pico de corriente que toma el motor al conectar a plena tensión (etapa de triángulo) debe ser
el menor posible; por ello, la conmutación debe efectuarse cuando el motor esté cercano a su
velocidad nominal (95% de la misma), es decir cuando la corriente de arranque baje
prácticamente a su valor normal en la etapa de estrella.
323
•
Asimismo, el relé de tiempo debe ajustarse para conmutar en este momento, no antes ni
mucho después. Habitualmente, un arranque normal puede durar hasta 10 segundos, si supera
los 12 segundos se debe consultar al proveedor del equipo. Si no se cumple con lo anterior, el
pico de corriente que se produce al pasar a la etapa de triángulo es muy alto, perjudicando a
los contactores, al motor y a la máquina accionada. El efecto es similar al de un arranque
directo.
Finalmente digamos que el dispositivo estrella-triángulo tiene el inconveniente de que el momento
de arranque que se obtiene a veces no es suficiente para hacer arrancar máquinas con mucho
momento de inercia, en cuyo caso se utilizan los dos métodos que se describen a continuación.
Ambos permiten conectar motores trifásicos con motor de jaula, los cuales traccionan, por ejemplo,
bombas sumergibles.
Figura 28. 5 Conexión Estrella-Triángulo
324
DIAGRAMA DE CONEXIÓN ARRANCADOR ESTRELLA- DELTA.
Figura 28. 6 Arrancador Estrella-Delta
325
Figura 28. 7 Curvas Comparativas entre Conexión Estrella y Delta
326
ARRANCADORES SUAVES.
Los arrancadores Suaves son dispositivos estáticos de arranques desarrollados para acelerar, para
desacelerar y para proteger los motores de inducción trifásicos - a través del control de la tensión
aplicada en el motor.
Comparación entre los distintos tipos de arranque.
Figura 28. 8 Curva Tipos de Arranque
Funcionamiento:
Arranque Suave
Comenzando con un voltaje igual al 40% de Vn se va aumentando a través de una rampa hasta
llegar la voltaje nominal. El motor corre sin variaciones bruscas a lo largo de la línea ML.
Figura 28. 9 Curva Arranque Suave
327
La velocidad aumenta en forma lineal hasta alcanzar la velocidad nominal. Al final del arranque
funcional el motor con voltaje y momento nominal sin que hayan ocurrido los conocidos picos de
corriente durante el arranque.
Consumo de energía óptimo
Un microprocesador controla el factor de potencia durante el funcionamiento del motor:
o Se reduce el voltaje de acuerdo a la carga.
o Se reduce también el amperaje proporcionalmente
o Se logra un factor de potencia óptimo a baja carga y en vacío
El motor recibe únicamente la energía eléctrica que requiere, de acuerdo a la carga, manteniendo
la velocidad en el eje del motor sin fuertes variaciones.
Arranque a través de una rampa de voltaje
Por medio del microprocesador se eleva el voltaje desde 40% de Vn hasta el 100% en forma lineal
en un tiempo prefijado tr (tiempo de rampa). La corriente se eleva en forma lineal
proporcionalmente al incremento del voltaje hasta que se adquiere el momento máximo. Luego se
reduce la corriente hasta su valor nominal.
Figura 28. 10 Arranque a través de una Rampa de Voltaje
328
Arranque con limitación de corriente
Al alcanzar la corriente máxima prefijada, se mantiene el voltaje constante hasta que disminuya la
corriente y luego continuará subiendo el voltaje. El tiempo de rampa se prolongará de acuerdo al
tiempo Si se alcanza el tiempo máximo (t2) de limitación de corriente de arranque sin que ésta
haya disminuido, continuará entonces el incremento de voltaje por el tiempo pendiente de rampa
sin que en ese tiempo haya nueva limitación de corriente.
En ese caso hay peligro de sobrecargar el arrancador electrónico.
Figura 28. 11 Arranque con Limitación de Corriente
329
CURVAS DE PARO DE UN ARRANCADOR SUAVE.
Figura 28. 12 Curvas de Paro de un Arrancador Suave
Ventajas
•
Reduce la solicitación mecánica del accionamiento en su conjunto (menor desgaste, mayores
intervalos de mantenimiento)
•
Evita las sobrecargas que en la red de alimentación de energía eléctrica provocan los picos de
corriente de arranque y conmutación
•
Reduce el consumo de potencia de la máquina al funcionar con carga parcial o en vacío
•
Acelera los procesos productivos (menores tiempos de parada y menores pérdidas de
producción
4.6.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
•
Mencione los tipos de arrancadores que existen.
•
En qué consiste el arranque por autotransformador explique.
•
Como se ve afectada la corriente de arranque del motor dependiendo del voltaje de
alimentación.
•
Como varia el momento de arranque dependiendo del voltaje de alimentación.
•
Hasta que potencia de un motor se le permite hacer arranque directo.
330
•
Cuáles son las consecuencias ya sean en el motor o la misma red si no se utiliza un
arrancador adecuado para el motor.
•
Cuál es el mejor tipo de arrancador que existe y mención todas sus ventajas.
•
Mencione desventajas del arrancador estrella delta.
4.6.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS.
•
Motor trifásico 208 v.
•
Un autotransformador.
•
3 contactores.
•
Temporizador. (Timer.)
•
Conductor eléctrico para alimentación. Adecuado para la corriente de arranque del motor.
•
Fusibles de protección.
•
Botón de emergencia tipo hongo.
•
Pulsador normalmente abierto.
•
Pulsador normalmente cerrado.
4.6.5 PROCEDIMIENTO.
PARTE A: ARRANQUE CON AUTOTRANSFORMADOR.
Se conecta un autotransformador trifásico alimentando al motor con una Ve (tensión de estator)
menor de VeN de tal forma que la intensidad de arranque sea la deseada. Cuando el motor
alcanza las condiciones de funcionamiento se desconecta el autotransformador y se alimenta al
motor a su VeN.
Este proceso suele hacerse en dos o tres pasos con tensiones no inferiores al 40-60 y 75% de la
tensión nominal de alimentación del motor.
Para cada tipo de arranque se llenará una tabla de valores medidos en la cual se comparara como
varían los parámetros de la red dependiendo del tipo de arrancador.
Se procederá a conectar el siguiente circuito.
331
DIAGRAMA ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR.
Figura 28. 13 Arranque por Autotransformador
332
ESQUEMA DE MANIOBRA.
Figura 28. 14 Esquema de Control
El esquema presentado aquí, trata sobre el arranque de un motor sobre dos puntos. La utilidad de
éste tipo de arranque es poder reducir la intensidad durante el arranque, se usa en máquinas
donde el par resistente sea bajo. Se emplea con motores trifásicos con el rotor en cortocircuito.
Como el esquema indica, si accionamos sobre el pulsador S1 entrarán en juego KA1, KM1 y KM2.
Con el temporizador KA1 regularemos el tiempo necesario para que cuando el motor se encuentre
en los valores nominales, se desconecten KM1 y KM2, conectándose a su vez KM3, entonces el
motor estará en régimen de trabajo habitual.
En cambio, si deseamos detener el motor, solo tenemos que accionar el pulsador S2.
333
PARTE B: ARRANQUE DIRECTO.
En esta parte se conectara el motor de acuerdo al siguiente circuito en donde se medirán los
parámetros del motor para luego compararlos con los del arranque con autotransformador.
Figura 28. 15 Arranque Directo
334
Tabla 4.4 Mediciones
ARRANQUE
AUTOTRANSFORMADOR. DIRECTO.
VALORES A MEDIR.
Potencia del motor
Voltaje
nominal
del
motor.
Corriente en primario
del autotransformador.
Corriente
en
el
secundario
de
autotransformador.
Voltaje de alimentación
Corriente de arranque
en líneas hacia motor.
Voltaje en bornes al
momento del arranque.
Voltaje
en
bornes
después del arranque.
Corriente después de
arranque.
Factor de potencia en
funcionamiento.
4.6.6 CUESTIONARIO.
•
¿En qué caso la corriente de arranque fue menor?
•
¿A qué se debe la disminución en la corriente de arranque del motor?
•
¿Por qué el voltaje en los bornes del motor disminuyo en el momento del arranque?
•
¿Durante cuánto tiempo se mantuvo el aumento de corriente en el arranque?
•
¿Qué sucedería si en el arranque por autotransformador utilizáramos un voltaje menor al 40 %
del voltaje nominal del motor?
•
¿Cómo es el factor de potencia del motor en el momento del arranque y justo después que ya
está en marcha?
335
4.7 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 7.
MOTORES ELECTRICOS DE ALTA EFICIENCIA.
4.7.1 OBJETIVOS
•
Conocer el funcionamiento básico de un motor de alta eficiencia.
•
Identificar un motor de alta eficiencia y su aplicación en la industria.
•
Identificar las necesidades técnicas de utilización de un motor de alta eficiencia.
•
Saber los principios técnicos básicos en los cuales se fundamenta un motor de alta eficiencia.
4.7.2 EXPOSICION
Motores eléctricos de alta eficiencia.
Característica electromecánicas, ventajas y aplicabilidad.
Los motores eléctricos de alta eficiencia empezaron a ser fabricados a mediados de la década de
los 70 inicialmente en USA pero su aplicación se hizo masiva al llegar el año 2000 también en otros
países industrializados
Introducción.
El constante incremento de los costos en la energía eléctrica y las restricciones establecidas sobre
la conservación del medio ambiente hicieron que los países industrializados se dictaran políticas y
se aprobaran legislaciones respecto al uso de la energía. Considerando que de la energía total
generada en el mundo, aproximadamente el 60% la consumen los motores eléctricos y que el
motor eléctrico más usado es el asincrónico jaula de ardilla.
En los países subdesarrollados el uso de motores de alta eficiencia es notablemente inferior al
hacer una comparación. Una de las razones es que en las prácticas tradicionales de compra no se
evalúa el costo real de la energía, entre otras cosas, porque no se comprende la relación entre la
eficiencia y los costos totales durante la vida útil del equipo.
Eficiencia de los motores eléctricos.
Puede decirse que la eficiencia de un motor eléctrico es la medida de la capacidad que tiene el
motor de convertir la energía eléctrica en energía mecánica. La potencia eléctrica correspondiente
medida en watts entra por las terminales del motor y la potencia mecánica medida en watts o HP
que sale por eje. La eficiencia (EF) del motor puede expresarse como:
Ec (1.21)
336
Y como:
Potencia mecánica de salida = Potencia Eléctrica de entrada – Pérdidas
Se tiene que:
Ec (1.22)
Naturaleza de las pérdidas en los motores eléctricos.
Se tiene por pérdidas la potencia eléctrica que se transforma y disipa en forma de calor en el
proceso de conversión de la energía eléctrica en mecánica que ocurre en el motor. Las pérdidas
por su naturaleza se pueden clasificar en 5 áreas: pérdidas en el cobre del estator, pérdidas en el
cobre del rotor, pérdidas en el núcleo, pérdidas por fricción y ventilación y pérdidas adicionales.
Entre las pérdidas más importantes de analizar, para el caso, tenemos:
•
Pérdidas en los conductores.
Las pérdidas en los conductores se dividen en dos zonas: estator (I2R en las bobinas del estator) y
rotor (I2R en las bobinas del rotor). Estas pérdidas dependen del cuadrado de la corriente.
•
Pérdidas en los conductores del estator.
Estas pérdidas son una función de la corriente que fluye en el devanado del estator y la resistencia
de ese devanado. Son mínimas en vacío y se incrementan al aumentar la carga.
En función del factor de potencia (FP), la corriente de línea en el estator puede expresarse como:
Ec (1.23)
Cuando se desea mejorar el comportamiento del motor, es importante reconocer la
interdependencia entre la eficiencia y el factor de potencia. Si se despeja el factor de potencia, la
ecuación se escribe:
Ec (1.24)
337
Por lo tanto si se incrementa la eficiencia, el factor de potencia tendrá a decrecer. Para que el
factor de potencia permanezca constante, la corriente del estator debe reducirse en proporción al
aumento de eficiencia. Si se pretende que el factor de potencia mejore, entonces la corriente debe
disminuir más que lo que la eficiencia aumente. Desde el punto de vista del diseño, esto es difícil
de lograr debido a que hay que cumplir otras restricciones operacionales como el momento
máximo.
Por otra parte la corriente de línea se puede expresar:
Ec (1.25)
La expresión hace evidente que las pérdidas en el estator (I2R) serán inversamente proporcionales
al cuadrado de la eficiencia y del factor de potencia. Adicionalmente las pérdidas en los
conductores del estator dependen de la resistencia del bobinado. Para un motor dado la resistencia
del bobinado es inversamente proporcional al peso del bobinado del estator, es decir a más
material conductor en el estator menos pérdidas.
Distribución de las pérdidas.
Dentro de un intervalo limitado de eficiencia, las distintas perdidas son independientes unas de las
otras. Sin embargo, cuando se procuran mejoras sustanciales en la eficiencia, se encuentra que las
mismas están fuertemente entrelazadas. El diseño final de un motor es un balance entre las
eficiencias y pérdidas. Con el objetivo de obtener una eficiencia elevada y aún poder satisfacer
otros requerimientos operacionales como el momento de arranque, la corriente de arranque, el
momento máximo y el factor de potencia.
La forma en que se distribuye relativamente estas pérdidas depende del tipo y tamaño del motor y,
para tener una idea general, en los anexos presentamos una tabla en donde se muestra como se
distribuyen las pérdidas en motores de diseño NEMA B de distinta potencia nominal.
Incremento de la eficiencia en los motores asincrónicos.
El incremento de la eficiencia en los motores asincrónicos de jaula de ardilla se logra con la
reducción de sus pérdidas.
Según aumenta la potencia de salida y en consecuencia la eficiencia nominal, se incrementa
también el grado de dificultad para mejorar la eficiencia y por lo tanto el costo de mejorar la
eficiencia de un motor. Considerando solamente las pérdidas en los conductores del estator y del
rotor para mejorar un punto en la eficiencia, se requiere un aumento creciente en la reducción de
estas pérdidas, según se puede observar en la tabla mostrada a continuación, confeccionada para
valores promedio de los diseños NEMA B.
338
Tabla 4.5 Pérdidas en los Conductores en Porcentajes.
Las pérdidas en el motor pueden reducirse hasta alrededor de un 50% a través del uso de mejores
materiales, optimizando la geometría, ajustando mejor el motor con la carga y mejorando el
proceso de fabricación.
Cuando se intenta maximizar la eficiencia de un motor, debe considerarse que ésta puede
incrementarse por dos métodos diferentes. Una posibilidad es seguir el camino en el cual la
mejoría se logra fundamentalmente a base de adicionar materiales y empleando tecnologías más
costosas. La otra posibilidad es optimizar el diseño del motor utilizando métodos de optimización.
La diferencia entre los dos enfoques es que en el primer caso la mejoría se alcanza modificando un
diseño existente, mientras que en el segundo caso se obtienen diseños totalmente nuevos.
En la primera variante, el incremento de los materiales implica fundamentalmente aumentar el
volumen del material activo (acero magnético y material conductor de la corriente) y las mejoras
tecnológicas significan emplear aceros magnéticos de mejor calidad, utilizar un mayor factor de
llenado en las ranuras, incrementar el número de ranuras del estator y del rotor, etc.
Las características de diseño de la mayoría de motores de alta eficiencia son:
•
Las pérdidas en los conductores del estator disminuyen aumentando el área disponible para
los conductores mediante la colocación de las ranuras de conductores de más sección o a
través de un incremento de las dimensiones de las ranuras. Una variación en la configuración
del devanado puede conducir también a una reducción de estas pérdidas, si se logra disminuir
con ello la longitud de las cabezas de la bobina y por lo tanto la resistencia del bobinado
estatórico.
•
Las pérdidas en los conductores del rotor pueden reducirse incrementando la cantidad del
material conductor (en las barras y en los anillos), utilizando materiales de mayor
conductividad, así como aumentando el flujo total que atraviesa el entrehierro. La magnitud de
estos cambios está limitada por las siguientes restricciones: momento mínimo de arranque
requerido, corriente máxima de arranque permisible y el factor de potencia mínimo aceptable.
339
•
Las pérdidas en el núcleo magnético se reducen haciendo que el motor opere con inducciones
más bajas que las normales y para compensarse incrementando la longitud de la estructura
ferromagnética. Esto reduce las pérdidas por unidad de peso, pero debido a que el peso total
aumenta, la mejoría en cuanto a pérdidas no es proporcional a la reducción unitaria de éstas.
La disminución en la carga magnética también reduce la corriente de magnetización; y esto
influye positivamente en el factor de potencia.
A la hora de elegir instalar un motor de alta eficiencia en una planta industrial, debe tomarse en
cuenta el tiempo que permanece comúnmente en operación y que por tal motivo presente un alto
consumo energético. Es interesante la compra de un motor de alta eficiencia en los siguientes
casos:
•
En los motores entre 10 HP y 75 HP cuando operen 2500 horas anuales ó más.
•
En los motores de potencias distintas a las anteriores (pequeños y grandes motores) cuando
operan 4500 horas o más.
¿Reparar o reemplazar?
Cuando un motor falla se presentan tres alternativas: reparar el motor averiado, comprar un nuevo
motor de eficiencia estándar o comprar un nuevo motor de alta eficiencia.
La alternativa de reparación parece ser, a primera vista, la más oportuna por cuanto su costo es
inferior a una nueva compra, sin embargo, está constatado que en la mayoría de las ocasiones el
rebobinado de un motor conduce a una pérdida de rendimiento, en algunos casos importante, y
adicionalmente una menor fiabilidad de funcionamiento, en cuanto que se disipa mayor calor y el
motor soportará mayores exigencias. Estudios de General Electric sobre motores de 3 a 150 HP
han determinado que las pérdidas se incrementan un 18%, es decir, que la eficiencia empeora
entre 1,5% y 2.5%.
La decisión de sustituir un motor averiado por un motor de alta eficiencia es compleja porque
depende de varias variables, como el costo de reparación, la variación del rendimiento, el precio
del nuevo motor, la eficiencia original del motor instalado, el factor de carga, las horas de operación
anuales, el precio de la energía y el criterio de amortización.
Ventajas de los motores de alta eficiencia.
•
El hecho de que se tenga una eficiencia mayor significa que se disminuye los costos de
operación del motor y se puede recuperar la inversión adicional en un tiempo razonable, sobre
todo si se opera a una carga cercana a la potencia nominal. Recuerde que en un año el costo
de la energía es aproximadamente seis veces el costo de compra del motor.
340
•
Los motores de alta eficiencia poseen generalmente un menor deslizamiento (mayor velocidad
de operación) que los motores de eficiencia estándar, debido a los cambios que se producen
en los parámetros del motor. La mayor velocidad puede ser ventajosa en muchos casos, pues
mejora la ventilación.
•
Los motores de alta eficiencia son normalmente más robustos y mejor construidos que los
motores estándar, lo que se traduce en menores gastos de mantenimiento y mayor tiempo de
vida.
Limitaciones de los motores de alta eficiencia.
•
El hecho de que los motores de alta eficiencia operen a una velocidad mayor, puede
ocasionar un incremento en la carga, sobre todo cuando se accionan ventiladores o bombas
centrífugas, este hecho debe valorarse en cada situación.
•
El momento de arranque y el momento máximo son en algunos diseños ligeramente mayores
y en otros ligeramente menores, por lo tanto es necesario analizar detalladamente en cada
aplicación.
•
La corriente de arranque suele ser mayor. Esto puede provocar que se sobrepasen los límites
máximos de caída de voltaje en la red.
Aplicabilidad.
Los motores de alta eficiencia pueden aplicarse favorablemente en los siguientes casos:
•
Cuando el motor opera a una carga constante y muy cerca del punto de operación nominal.
•
Cuando se usan para reemplazar a motores sobredimensionados.
•
Cuando se aplican conjuntamente con variadores electrónicos de frecuencia para accionar
bombas y ventiladores, pueden lograr ahorros de hasta más del 50% de la energía.
•
Como parte de un programa de uso eficiente de la energía eléctrica.
•
En instalaciones nuevas.
El ahorro de dinero al aplicar un motor de alta eficiencia se puede calcular usando la siguiente
ecuación:
Ec (1.26)
Donde:
S: Ahorro en moneda nacional por año.
HP: Potencia de la placa en HP.
341
L: Porcentaje de carga del motor respecto a la potencia nominal.
C: Costo de la Energía en moneda nacional por KWh.
T: Tiempo de funcionamiento del motor en horas por año.
EA: Eficiencia del motor estándar.
EB: Eficiencia del motor de alta eficiencia.
4.7.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.
• Explique las ventajas de usar un motor de alta eficiencia.
• Mencione las áreas en las que se clasifican las pérdidas en los motores eléctricos.
• Explique cómo se realiza el aumento de eficiencia en los motores asincrónicos.
• ¿Cuáles son las características de diseño de la mayoría de motores de alta eficiencia?
• Enuncie y explique las ventajas y limitaciones de los motores de alta eficiencia.
4.7.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS
•
Motor de alta eficiencia.
•
Motor estándar.
•
Guardamotor.
•
Relé termomagnético.
•
Multímetro.
•
Amperímetro.
•
Wattímetro.
•
Juego de bananas.
•
Destornilladores.
•
Cinta métrica.
•
Contactor de acuerdo a la potencia del motor.
•
Tacómetro.
4.7.5 PROCEDIMIENTO
COMPARACIÓN ENTRE MOTOR DE ALTA EFICIENCIA Y MOTOR ESTANDAR.
Haciendo uso del motor estándar que se encuentra en el Laboratorio, realizar un arranque directo,
como se muestra continuación. Usar el mismo diagrama de conexión para el motor de alta
eficiencia.
342
Figura 29. 1Diagrama de Arranque Directo
•
Primero, realizar la conexión para el motor estándar y tomar lectura de los siguientes
parámetros.
Tabla 4.6 Mediciones en Motor Estándar
Lugar de medición
Parámetro
Entre fases. (L1, L2, L3)
Voltaje
En cada Línea.
Corriente
En cada fase.
Potencia
En el eje.
Velocidad Angular
Calcular matemáticamente.
Frecuencia
343
Dato Obtenido
•
Luego, realizar la misma conexión para el motor de alta eficiencia y tomar lectura de los
siguientes parámetros.
Tabla 4.7 Mediciones en Motor Alta Eficiencia
Lugar de medición
•
Parámetro
Entre fases. (L1, L2, L3)
Voltaje
En cada Línea.
Corriente
En cada fase.
Potencia
En el eje.
Velocidad Angular
Calcular matemáticamente.
Frecuencia
Dato Obtenido
Realizar una comparación entre los datos obtenidos para ambos motores y concluir si es
notoria la diferencia en la eficiencia de ambos motores. ¿Sabe que significa que un motor sea
eficiente? Si la respuesta no es afirmativa, entonces vuelva a leer la información que se
encuentra en la parte teórica de esta guía de trabajo.
•
Identificar cual motor es más eficiente y discutir con su instructor porque lo considera así.
4.7.6 CUESTIONARIO.
•
Explique con sus propias palabras que es la eficiencia en un motor.
•
¿Cómo se relaciona la eficiencia de un motor y las pérdidas económicas de una empresa?
•
¿En qué parámetros puede verificarse si un motor es eficiente? Explique y argumente su
respuesta basándose en su conocimiento de circuitos eléctricos.
•
¿Cuál considera usted que es la principal razón por la cual los motores de alta eficiencia son
poco usados en la industria salvadoreña?
•
¿En qué criterio se basaría usted para instalar un motor de alta eficiencia?
•
¿Cree en la aplicabilidad de este motor de alta eficiencia para cualquier trabajo que se le exija
y/o asigne? Justifique su respuesta.
•
¿Bajo qué características decimos que un motor es eficiente?
•
¿La eficiencia de un motor eléctrico es directamente proporcional a su consumo de energía
344
4.7.7 ANEXOS
Tabla 4.8 Distribución típica de perdidas en los motores
Tabla 4.9 Eficiencia nominal de motores trifásicos de inducción de alta eficiencia.
345
346
CAPITULO 5: DISEÑO DE MODULOS:
Para la realización de las prácticas de laboratorio de cada una de las materias se utilizarán
distintos módulos de trabajo relacionándose entre si en dos bloques.
La división es la siguiente:
•
Instalaciones Eléctricas Industriales y Protecciones y aparatos de Maniobra
de Redes
Eléctricas.
•
Sistemas de Distribución de Energía y Equipos y dispositivos Industriales.
Esta clasificación se hizo debido a la similitud entre los equipos utilizados de las materias
agrupadas.
5.1 INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES Y PROTECCIONES Y APARATOS DE
MANIOBRA DE REDES ELECTRICAS.
Para el diseño de este módulo de laboratorio se tomaron en cuenta las siguientes necesidades:
• Un espacio y un modulo con el tamaño adecuado para realizar las prácticas.
• Una manera práctica de montar los elementos eléctricos para la realización de circuitos.
• Espacios para guardar los materiales a utilizar.
Motivados en las necesidades antes numeradas, se muestra a continuación el diseño del módulo
de instalaciones eléctricas industriales.
Figura 30. 1 Vista Frontal.
347
Figura 30. 2 Vista Lateral módulo.
Figura 30. 3 Vista superior módulo.
348
Figura 30. 4 Módulo Completo.
349
Figura 30. 5 Acabado final módulo.
En el cual podemos identificar que tenemos las partes requeridas para poder realizar las prácticas.
350
Entre ellas podemos mencionar las siguientes:
• Gabeteros: Estos fueron incluidos con el objeto de mantener en orden y muy bien cuidados los
materiales y equipos necesarios para la realización de las prácticas.
• Mesa: Su objetivo es que sirva como un soporte óptimo para que el estudiante coloque sus
diagramas, los elementos eléctricos y las herramientas en el momento de realizar una práctica.
• Área de Trabajo: Acá se planea que el estudiante coloque los elementos que forman parte de
las prácticas para posteriormente hacer las pruebas sobre su buen funcionamiento.
El módulo de trabajo desde una vista frontal denota con mucha exactitud cada una de las partes
antes mencionadas, poniendo especial énfasis en la parte superior, la que corresponde al área de
trabajo en la que el estudiante trabajará
Figura 30. 6 Módulo con gavetas.
351
La forma en la cual están hechos los rieles horizontales es con el objeto de montar otros en forma
vertical y así soportar cualquiera de los elementos que necesiten en el área de trabajo.
Todos han sido diseñados con la misma longitud y con eso se gana versatilidad en el armado de
una práctica.
Figura 30. 7 Riel.
Los módulos con los rieles instalados a diferentes aberturas se verían de la siguiente manera:
Figura 30. 8 Módulo con rieles.
352
Una de las ventajas de este diseño innovador es que el estudiante puede trabajar sin ningún
problema en la parte trasera del área de trabajo, lo que le permite en algún dado caso alambrar o
realizar cualquier montaje.
Se pretende que existan dos de los módulos de trabajo, ya que se espera que trabajen en dos
grupos simultáneamente; cabe mencionar también que debido a los tamaños de los elementos que
se utilizan en las prácticas de las asignaturas Instalaciones Eléctricas Industriales y Protecciones y
aparatos de maniobra de Redes Eléctricas estas se realizarán de la mejor manera posible
5.2 SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y EQUIPOS Y DISPOSITIVOS
INDUSTRIALES.
Para el diseño de este módulo de laboratorio se tomaron en cuenta las siguientes necesidades:
• Un espacio óptimo para realizar las prácticas.
• Un espacio cerrado, que no permita el acceso a personas no autorizadas.
• Elementos reales de subestaciones, con las cuales se realizarán conexiones y maniobras
• Colocación de alimentación eléctrica.
353
Motivados en las necesidades antes numeradas, se diseñó la siguiente instalación de trabajo:
Figura 31. 1 Diseño de módulo.
354
En el montaje del laboratorio se puede observar distintos elementos como los siguientes:
• Transformadores monofásicos: Con los cuales el estudiante realizará conexiones con distintas
configuraciones, siempre tomando en cuenta las medidas de seguridad.
• Cortacircuitos: Elementos de protección que los estudiantes conocerán y esto es lo innovador
de esta instalación, el contacto con elementos que cotidianamente las distribuidoras eléctricas
instalan, desinstalan o cambian.
• Pararrayos: Elementos de protección que el estudiante también tiene que conocer, ya que son
de gran importancia para proteger subestaciones de descargas atmosféricas.
• Aisladores: El estudiante podrá identificar los distintos tipos, ver la forma que tienen, el material
del cual está hecho y la capacidad aisladora de la que consta.
• Líneas de alimentación primaria: Se instalarán de forma idéntica como en una subestación
real, ya que estás líneas la alimentan.
• Barra colectoras de Tierras: Como su nombre lo indica se encarga de recolectar todas los
aterrizamientos que sean necesarios en el momento de realizar una conexión.
• Malla ciclón y su puerta respectiva: Esto tendrá la función de aislar la subestación y así
prevenir accidentes.
El objeto primordial que se tiene con este tipo de instalación de trabajo, es familiarizar al estudiante
con elementos básicos de subestaciones ya que muy probablemente se encontrarán con
situaciones idénticas en su vida profesional.
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CONCLUSIONES.
•
El Manual práctico de laboratorio para las materias del área de Potencia, ha sido elaborado
pensando en el máximo aprovechamiento por parte de los estudiantes, quienes aunque no
sean participes de una de estas materias, podrán indiscutiblemente referirse a este manual
para obtener información concerniente a temas de especial interés y fácilmente comprenderán
la conceptualización por la claridad de las ideas planteadas y por lo amigable del lenguaje
técnico utilizado.
•
La recopilación de la información técnica, concerniente a las materias del área de Potencia ha
sido tal que, todos los temas expuestos teóricamente por el maestro titular de la materia son
profundizados conceptualmente hasta un nivel de total comprensión popular, inclusive para
personas ajenas a Ingeniería Eléctrica.
•
En la búsqueda de solventar deficiencias en temas de relativa importancia para Ingeniería
Eléctrica y que son vitales para el buen desempeño de los futuros profesionales, se obtuvo una
metodología de enseñanza paralela a las clases expositivas, en donde se pondrá en práctica lo
estudiado.
•
Para solucionar problemas de Ingeniería reales, a lo largo de todas las prácticas con las que
cuentan las guías de trabajo para las diferentes materias envueltas en el área de Potencia, se
plantean distintas situaciones en donde la persona interesada pondrá a trabajar su
imaginación, memoria, intelecto e ingenio para exponer un procedimiento óptimo y de calidad
aceptable no solo didácticamente sino también laboralmente.
•
Como grupo de trabajo, al inicio de este proyecto propusimos soluciones a problemas reales y
planteamos las herramientas necesarias para desarrollarlo. Hoy podemos concluir que los
objetivos planteados al inicio de este proyecto fueron completamente solventados y sin lugar a
dudas alcanzados y superados.
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REFERENCIAS.
Ing. Enrique Matamoros López.
Departamento de Ciencias Energéticas y Fluídicas.
Universidad Centroamericana José Simeón Cañas “UCA”.
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360
BIBLIOGRAFÍA.
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Edición.
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Enríquez Harper, Giberto [2004] Manual práctico de Instalaciones Eléctricas. Segunda Edición.
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Enríquez Harper, Gilberto [2005] Sistemas de transmisión y Distribución de Potencia Eléctrica.
Primera Edición.
•
Hayt, William H. [2003] Análisis de Circuitos en ingeniería. Sexta Edición.
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Ernst Klett-Verlag, Stuttgart [1968] Traducción de la obra alemana “ Fachrechnen für Elektroberufe”
•
Heinz Paeg [1989] Corrección del factor de Potencia. ep 32.
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SIGET Normas Generales de Construcción de líneas aéreas de Distribución de Energía Eléctrica.
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Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999, Instalaciones Eléctricas (utilización).
•
Enríquez Harper, Gilberto [2006] Elementos de diseño de Subestaciones Eléctricas. Segunda
Edición.
•
Ing Carlos Francisco Figueroa[2008]. Calidad de Energía: Compensación Reactiva y Armónicos.
Seminario IEEE.
•
Ing. José Fredy Villalta.[2008] Conexiones a tierra de redes eléctricas computacionales y telefonías.
Seminario IEEE
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Enríquez Harper, Gilberto[1986] El ABC de las Instalaciones Eléctricas Residenciales. Primera
Reimpresión.
•
Enríquez Harper, Gilberto [1994] El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja
tensión. Cuarta reimpresión.
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