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Escénica. Programa de Estudios Técnicos
Unidad didáctica 1: Electricidad básica
CONTENIDOS: En este tema aprenderás:
- Qué es la electricidad y sus tipos.
- Cómo se genera, se transmite y se distribuye la electricidad.
- Efectos y aplicaciones generales de la electricidad.
- Componentes de los circuitos generales y de viviendas.
- Magnitudes, fórmulas, y cálculos eléctricos.
OBJETIVOS: Al final serás capaz de:
- Supervisar, operar e instalar los elementos eléctricos presentes en el teatro.
- Trabajar de forma segura en un espectáculo en vivo.
- Diseñar circuitos eléctricos generales.
- Interpretar las fichas técnicas de aparatos y espectáculos.
ÍNDICE:
1 Introducción ................................................................................................. 3
1.1
Historia ................................................................................................. 3
1.2
¡Electricidad! ¿Cómo? .......................................................................... 3
1.3
Generación ........................................................................................... 4
1.4
Distribución........................................................................................... 5
2 Conceptos y magnitudes básicas ................................................................ 6
2.1
Electricidad ........................................................................................... 6
2.2
Tipos de electricidad ............................................................................ 6
2.3
Elementos fundamentales de un circuito eléctrico ............................... 7
2.4
Magnitudes básicas.............................................................................. 8
2.5
Ley de Ohm .......................................................................................... 8
2.6
Potencia eléctrica ................................................................................. 9
2.7
Energía eléctrica .................................................................................. 9
2.8
Efecto Joule.......................................................................................... 9
2.9
Símil hidráulico ................................................................................... 10
2.10 Baterías .............................................................................................. 11
3 Asociación de elementos ........................................................................... 12
3.1
Serie ................................................................................................... 12
3.2
Paralelo .............................................................................................. 12
4 Efectos electromagnéticos y sus aplicaciones. ......................................... 13
5 Instalaciones eléctricas de baja tensión. ................................................... 15
5.1
Reglamento electrotécnico para baja tensión..................................... 15
5.2
Elementos de una instalación eléctrica .............................................. 15
5.3
Cálculo de instalaciones ..................................................................... 19
5.4
Instalación de puesta a tierra ............................................................. 20
6 Riesgo eléctrico ......................................................................................... 22
6.1
Introducción ........................................................................................ 22
6.2
Tipos de protecciones ........................................................................ 23
6.3
Clases de materiales eléctricos .......................................................... 24
Módulo de electricidad
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1
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6.4
Índices de protección IP ..................................................................... 24
6.5
Primeros auxilios ................................................................................ 25
6.6
Equipos de protección individual (EPI) ............................................... 25
6.7
Procedimiento de trabajo.................................................................... 26
7 La corriente alterna.................................................................................... 27
7.1
Valores fundamentales de la corriente alterna ................................... 27
7.1
Circuitos RCL. .................................................................................... 27
7.2
Inductor .............................................................................................. 28
7.3
Condensador ...................................................................................... 30
7.4
Potencia en C.A. ................................................................................ 31
7.5
Factor de potencia.............................................................................. 32
8 Sistemas trifásicos..................................................................................... 33
8.1
Potencia en trifásica ........................................................................... 34
8.2
Formas de conectar un Dimmer ......................................................... 34
9 Simbología. ............................................................................................... 35
10
Tablas .................................................................................................... 36
11
Anexo 1: Formación/capacitación mínima de los trabajadores. ............. 39
12
Anexo 2: Tipos de cables. ...................................................................... 40
13
Bibliografía ............................................................................................. 43
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Introducción
1.1 Historia
Hace más de 2000 años que los griegos descubrieron la electricidad, al frotar
ámbar con un trozo de tela, atrayendo pequeños trozos de plumas. De hecho la
palabra “electricidad” deriva de la palabra griega elektron: ámbar.
1749: Benjamín Franklin analizó diminutas chispas de cuerpos cargados y
gigantescas chispas de los rayos, hablando de flujo y corriente eléctrica.
Experimento de la cometa, invención del pararrayos.
1777: Ley de Coulomb: F = k (q Q) / d2
1800: Alessandro Volta desarrolló la llamada pila de Volta, precursora de la
batería eléctrica.
1820: Faraday descubre el generador eléctrico.
1879: Edison perfecciona la bombilla.
1893: Nikola Tesla pone en funcionamiento la primera gran central eléctrica.
1904: Diodo de vacío; inicio de la electrónica.
1947: Transistor (Bardeen, Shockley y Brattain): revolución en la electrónica.
1971: Microprocesador: informática.
Futuro: fuentes de energía renovable. Superconductividad, conexión
inalámbrica?
1.2 ¡Electricidad! ¿Cómo?
La materia está constituida de átomos, y éstos a su vez de electrones (carga -),
protones (carga +) y neutrones (sin carga).
De esta forma se establecen diversos tipos de cargas en los cuerpos: negativas
(más electrones que protones), positivas (menos electrones que protones), y
sin carga (mismo número de electrones que de protones), por lo que los
átomos se atraen (diferente carga) o repelen (misma carga) entre sí.
Los únicos que se mueven en un
átomo son los electrones, y el
flujo de estos electrones de un
átomo a otro es la electricidad.
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1.3 Generación
Lo que se pretende es generar un flujo de electrones de un átomo a otro.
Para esto se requiere cierta energía, que puede proceder de:
Frotamiento, presión, calor, luz, magnetismo y reacciones químicas.
En la práctica se utilizan: la química (pila, en mínimas cantidades), el
magnetismo (alternador o dínamo) y la luz (fotovoltaica).
Ley de Faraday: cuando
se mueve un conductor
eléctrico en el seno de un
campo magnético aparece
una corriente eléctrica por
dicho conductor.
Dínamo cargando una batería
En una central eléctrica se genera la corriente haciendo girar grandes turbinas
con energía de distintas fuentes; hidráulica, térmica, nuclear, eólica.
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En España el consumo
máximo es de 44.000 MW,
siendo
la
capacidad
máxima productora de
95.000 MW totales.
Producción de energía eléctrica en España por
tipos
1.4 Distribución
La distribución se realiza a
altas tensiones para evitar
pérdidas y ahorrar en el
diámetro de los conductores
utilizados, sirviéndose de
estaciones transformadoras
para subir y bajar la tensión
antes de ser consumida.
RED
ELECTRICA
DE
ESPAÑA es la responsable
de la operación del sistema
eléctrico, que consiste en
realizar
las
actividades
necesarias para mantener el
equilibrio instantáneo entre
producción y consumo.
Las interconexiones proporcionan estabilidad y seguridad a los sistemas
eléctricos.
El sistema eléctrico español está interconectado con los sistemas más
próximos: el portugués conformando así el sistema eléctrico ibérico, el europeo
a través de la frontera con Francia y el del norte de África a través del estrecho
de Gibraltar.
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2 Conceptos y magnitudes básicas
2.1 Electricidad
La electricidad es una corriente de electrones que al pasar por un receptor le
comunica energía (en forma de luz, calor, campos magnéticos, movimiento,
efectos químicos...)
Circuito eléctrico de corriente continua
2.2 Tipos de electricidad
- Electrostática: cuando un cuerpo posee carga positiva o negativa, pero no se
traslada a ningún sitio. Por ejemplo frotar un bolígrafo de plástico con una tela
para atraer trozos de papel.
- Corriente continua (CC): Cuando los electrones se mueven siempre en el
mismo sentido, del polo negativo al positivo. Las pilas, las baterías de teléfonos
móviles y de los coches producen CC, y también la utilizan pero transformada
de CA a CC, los televisores, ordenadores, aparatos electrónicos, etc.
- Corriente alterna (CA): Los electrones no circulan en un sentido único, sino
alterno. Este tipo de corriente es la utilizada en viviendas, industrias, etc., por
ser más fácil de transportar.
La frecuencia a la que cambia el sentido en Europa es de 50Hz.
F = 50Hz (ciclos/s)
Corriente alterna
Corriente continua
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2.3 Elementos fundamentales de un circuito eléctrico
2.3.1 Generador
Proporciona una diferencia de potencial entre dos puntos, provocando el
movimiento de electrones, es decir, la corriente eléctrica.
CC: pilas, baterías (acumuladores), dinamos, fuente de alimentación.
CA: alternadores, tomas de corriente de la red eléctrica (bases de enchufe).
2.3.2 Receptor
Transforman la electricidad en calor, luz, campo magnético, movimiento,
sonido...
Oponen cierta oposición al paso de la corriente, se mide en Ohmios (Ω).
2.3.3 Conductor
Clasificación de materiales:
Aislantes: oponen mucha resistencia al paso de la corriente eléctrica;
Madera, plásticos, vidrio, aire...(R = 1MΩ)
Semiconductores: Su conductividad es intermedia, dejan conducir la
corriente según las condiciones; Silicio, germanio.
Conductores: Permiten la circulación de electrones; Oro, plata, cobre,
aluminio.
Los conductores son el soporte físico por el que circula la electricidad entre los
diversos componentes del circuito. Idealmente su resistencia es cero (R = 0Ω).
Los conductores de baja tensión son de cobre, recubiertos de material aislante
de distintos colores:
- Marrón, negro o gris: Fase. Con tensión. La corriente eléctrica se establece
entre fase y neutro.
- Azul: Neutro. Sin tensión.
- Amarillo y verde: Tierra. Sin tensión. Es un conductor de protección.
Ver anexo tipos de cables.
2.3.4 Elementos de maniobra y control
Permiten controlar el paso de la corriente
Interruptores
Pulsadores
Conmutadores
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2.3.5 Elementos de protección
Protegen a los circuitos contra sobre intensidades;
Fusibles
Magnetotérmicos
Protegen a las personas;
Diferencial
2.4 Magnitudes básicas
2.4.1 Intensidad
Es el número de electrones que atraviesan la sección de un conductor por
segundo. Se mide en Amperios (A).
I=
Q nº e−
=
t
s
2.4.2 Tensión o diferencia de potencial
Energía necesaria para que los electrones se pongan en movimiento, la
proporciona el generador y la consumen los receptores. Se mide en voltios (V).
También llamado voltaje.
2.4.3 Resistencia
Es la oposición que presenta un elemento al paso de la corriente eléctrica.
Se mide en ohmios (Ω).
Metales: R = 0 Ω
Aislantes: R = 1 MΩ
Tipos de resistencias;
Fijas.
Variables (potenciómetros).
Dependientes (de la luz, temperatura etc).
2.5 Ley de Ohm
I = U / R (Amperios = Voltios / Ohmios)
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2.6 Potencia eléctrica
La potencia eléctrica se define como la cantidad de trabajo realizado por una
corriente eléctrica en un instante.
E
P = =W
t
P = V ⋅ I (Watios)
2.7 Energía eléctrica
La cantidad de potencia consumida o generada a lo largo del tiempo es la
energía.
El contador mide la energía en Kw-h, que es lo que pagamos.
E = P x t (Julios)
E = Kw x h (Kilowatios-hora)
2.8 Efecto Joule
Q: Cantidad de calor que desprende un conductor al ser atravesado por una
corriente eléctrica.
Q = 0.24 x E
Q: calor en calorías
E: energía en Julios
Siendo
E=Pxt
P(W)
T(s)
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2.9 Símil hidráulico
Todo circuito eléctrico o electrónico puede ser comparado con un circuito
hidráulico o neumático, de hecho la mayoría de sus características y logística
son muy parecidas.
Diferencia de potencial: diferencia de altura.
Generador: motor que provoca esa diferencia de altura.
Intensidad: cantidad de fluido que circula por un conductor.
Conductor: tubería.
Resistencia: estrechamiento en la tubería.
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2.10 Baterías
Se entiende por batería o acumulador eléctrico a todo elemento capaz de
almacenar energía eléctrica para ser utilizada posteriormente. Almacenan
corriente continua. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales,
llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o ánodo y
el otro es el polo negativo o cátodo.
Por pila (pila voltaica) denominamos los generadores de electricidad no
recargables.
2.10.1 Características de las baterías;
Tensión de trabajo (se mide en Voltios).
La corriente que puede suministrar (medida en Amperios).
Capacidad (se mide en A/h, representa la cantidad de amperios que
puede suministrar en una hora antes de agotarse).
La carga de la batería debe hacerse con el regulador del cargador a un 10% de
su capacidad, conectando correctamente los polos (+ a +, - a -).
2.10.2 Asociación de baterías;
Serie: se suman las tensiones de las baterías. Es importante que las baterías
tengan la misma capacidad.
Paralelo: se suman las capacidades.
Los fabricantes de aparatos eléctricos recomiendan para sus aparatos no
mezclar las pilas nuevas con las viejas. ¿Por qué?, porque la intensidad que
nos daría sería la de la más gastada, limitando a las demás.
2.10.3 Baterías y medio ambiente;
Las baterías contienen metal pesado y compuestos químicos, muchos de ellos
perjudiciales para el medio ambiente, por lo que deberán ser llevadas a un
centro de reciclado. Una micro pila de mercurio, puede llegar a contaminar
600.000 litros de agua.
2.10.4 Experimento;
Un vaso de agua, unas gotas de ácido sulfúrico, una barra de cobre y una de
zinc y un voltímetro.
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3 Asociación de elementos
3.1 Serie
Se dice que dos o más elementos están en
serie cuando son recorridos por la misma
intensidad.
Ιt = Ι1 = Ι2
La tensión a la que estará sometido cada
receptor será una fracción de la que genera
la fuente.
Vt = V1+ V2
La resistencia total del circuito será la suma
de cada una de las resistencias de los
receptores. Rt = R1 + R2
La potencia total del circuito es la suma de las potencias de cada uno de los
receptores, al igual que en los circuitos en serie.
Pt = P1 + P2
En caso de que uno de los elementos se estropee (por ejemplo se funda una
bombilla) dejará de funcionar el sistema completo.
3.2 Paralelo
Se dice que dos o más elementos están
en paralelo cuando soportan la misma
tensión.
Vt = V1 = V2
La intensidad total será la suma de las
intensidades que circulan por cada rama.
Ιt = Ι1 +Ι2
La expresión de la resistencia total del circuito es la siguiente;
RT =
1
1
1
+
R1 R2
La potencia total del circuito será la suma de las potencias de cada receptor.
Pt = P1 +P2
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Efectos electromagnéticos y sus aplicaciones.
Un imán es un cuerpo o dispositivo con un campo magnético significativo, de
forma que tiende a alinearse con otros imanes, u objetos derivados del hierro.
Inducción electromagnética: un campo magnético variable produce un campo
eléctrico (generadores eléctricos, motores de inducción eléctrica,
transformadores eléctricos).
Inversamente, un campo eléctrico variable genera un campo magnético (el
electroimán).
Electroimán: núcleo de hierro dulce rodeado de una bobina, que se imanta al
hacer pasar una corriente eléctrica.
Intensidad del campo magnético;
H=
N×I
L
Aplicaciones prácticas de los electroimanes.
Relés y contactores.
Frenos magnéticos.
Electroválvulas.
Timbres.
Electroimán
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Transformador eléctrico: máquina electromagnética que permite aumentar o
disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la
frecuencia.
Esquema de transformador
Transformador
La variación de tensión es función de la relación de espiras a la entrada
(primario) y a la salida (secundario).
V1 N 1
=
=m
V2 N 2
Idealmente las pérdidas son cero, por lo que:
P1 = P2
I 1 × V1 = I 2 × V2
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5 Instalaciones eléctricas de baja tensión.
El Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión es un reglamento español
de obligado cumplimiento que prescribe las condiciones de montaje,
explotación y mantenimiento de instalaciones de baja tensión.
5.1 Reglamento electrotécnico para baja tensión.
Real Decreto 842/2002 de 2 Agosto de 2002.
Consta de tres partes:
Real Decreto.
Articulado del Reglamento de Baja Tensión: dividido en 29 artículos que
describen el objetivo, el campo de aplicación, el alcance y características
del reglamento.
Instrucciones técnicas Complementarias: ITC-BT. Instrucciones de
carácter concreto que desarrollan los 29 artículos. Dispone de un índice
con referencia a las normas citadas en cada instrucción.
A efectos de aplicación de las prescripciones del presente Reglamento,
las instalaciones eléctricas de baja tensión se clasifican, según las
tensiones nominales que se les asignen, en la forma siguiente:
Muy baja tensión....
Tensión usual........
Tensión especial....
Corriente alterna
(Valor eficaz)
Un ≤ 50V
50 < Un ≤ 500V
500 < Un ≤ 1000V
Corriente continua
(Valor medio aritmético)
Un ≤ 75V
75 < Un ≤ 750V
750 < Un ≤ 1500V
5.2 Elementos de una instalación eléctrica
5.2.1 Instalaciones de enlace
Son aquellas que unen la red de distribución de las empresas suministradoras
con las instalaciones interiores. Se subdividen en:
Acometida.
Caja general de protección: contiene los fusibles que protegen a la línea
repartidora. Marca el principio de la instalación del usuario. Se sitúa en la
fachada o en la valla y siempre accesible desde la vía publica.
Línea repartidora.
Derivación individual. Comprende: equipo de medida, conductores y
cuadro general de distribución.
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5.2.2 Cuadro general de distribución
Compuesto por: interruptor de control de potencia (I.C.P.), interruptor general
automático (I.G.A.), interruptor diferencial e interruptor automático
magnetotérmico.
Cuadro general de distribución
5.2.2.1 I.C.P.
Los interruptores automáticos de control de potencia son limitadores de
consumo para abonados a compañías eléctricas.
5.2.2.2 I.G.A.
Interruptor general automático, sirve para cortar el suministro en todo el cuadro.
5.2.2.3 Interruptor diferencial
Los interruptores diferenciales protegen a las personas contra contactos
directos e indirectos y sus consecuencias (electrocución, incendios…).
El diferencial se activa al detectar una salida indeseada de corriente eléctrica,
cortando inmediatamente el suministro de energía y evitando desagradables
consecuencias.
Las características principales que lo definen son:
Corriente máxima admisible: Límite de corriente que admite el Interruptor
Diferencial. No corta al ser superada ésta.
Sensibilidad: Máxima diferencia entre la corriente que entra en el circuito y la
que sale antes de cortar. Su elección dependerá de la instalación a proteger,
distinguiendo tres valores:
Alta sensibilidad: 30 mA.
Media sensibilidad: 300 mA.
Baja sensibilidad: 500 mA.
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Foto y esquema de diferencial
Funcionamiento del diferencial ante una derivación
Selectividad en diferenciales;
Interruptor de línea: 15ms
Interruptor de grupo: 100ms
Interruptor principal: 200ms
5.2.2.4 Conductor de protección. Tierra.
La puesta a tierra es la unión eléctrica directa de una parte del circuito a una
toma de tierra con un electrodo enterrado en el suelo.
Mediante la conexión de puesta a tierra se evitarán diferencias de potencial
peligrosas y al mismo tiempo permitirá el paso de la corriente de defecto o las
de descarga de origen atmosférico.
Esquema con y sin conductor de tierra
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5.2.2.5 Interruptor automático magnetotérmico.
Los interruptores automáticos magnetotérmicos están destinados a la
protección y maniobra individual de circuitos contra sobrecargas y
cortocircuitos.
Superada la intensidad nominal el interruptor abre el circuito.
Las características principales son:
Intensidad máxima admisible.
Corriente de cortocircuito.
Curva de desconexión.
El interruptor magnetotérmico está compuesto por un interruptor magnético y
otro térmico;
Magnética: protege de los cortocircuitos
Térmica: protege de las sobrecargas
Comportamiento de desconexión según EN 60898 Tipos B, C y
D;
Las
distintas
características
de
desconexión
hacen
particularmente indicados a los interruptores de la curva B para
la protección de líneas con cargas resistivas tales como
calefacción eléctrica, calentadores de agua, cocinas, etc.
Los interruptores de la curva C son más apropiados para usos
generales tales como: alumbrado, tomas de corriente, pequeños
motores, etc. Finalmente, el uso de la curva D se indica para la
protección de líneas que contienen cargas con fuerte corriente de
conexión como pueden ser motores eléctricos con arranque
directo.
Existe selectividad (o discriminación) entre dos elementos de protección en
serie, cuando ante un cortocircuito acciona primero el situado eléctricamente
más próximo al punto de defecto, sin afectar al situado aguas arriba.
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La selectividad está condicionada por las características de los dos
interruptores o elementos de protección, por la intensidad máxima de paro
limitada por el aparato aguas abajo y por la intensidad mínima de desconexión
del situado aguas arriba.
5.2.3 Instalaciones interiores
Son aquellas que parten del cuadro general de distribución y enlazan con los
receptores. Con objeto de conseguir que los defectos y averías que surjan en
un punto no afecten a la totalidad de la instalación, las instalaciones interiores
se subdividen dando lugar a una estructura ramificada.
5.3 Cálculo de instalaciones
5.3.1 Cálculo de sección
Por intensidad máxima admisible.
Se usarán las tablas (ITC-BT-19) para evitar un calentamiento excesivo de los
conductores en función de su montaje.
Por caída de tensión
La caída máxima de tensión la especifica el REBT.
En monofásico;
2 × L × PT
S=
mm 2
σ × ∆V × V
En trifásico;
L × PT
S=
mm 2
σ × ∆V × V
En caso de calcular la sección tanto por intensidad máxima admisible como por
caída de tensión tendremos que escoger el valor más alto de los dos.
5.3.2 Cálculo de los tubos
Se usarán las tablas para calcular su sección.
5.3.2.1 Cálculo de las protecciones
Se calcularán en función de los circuitos asociados a ellas.
Deberá cumplirse que;
IB ≤ IN ≤ IZ
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En caso de estructura ramificada tendremos en cuenta la selectividad. La
selectividad asegura que la apertura del interruptor se produzca en aquel
situado más próximo al defecto. Tipos de selectividad:
♦ Selectividad amperimétrica. El interruptor que esté aguas
abajo debe cortar el circuito ante cortocircuitos, antes de que lo haga el
superior
♦ Selectividad cronométrica. El interruptor que esté aguas abajo
debe cortar el circuito en un tiempo inferior al de aguas arriba para una misma
sobreintensidad
5.4 Instalación de puesta a tierra
Requisitos expuestos en la ITC-BT-18.
1. Conductor de protección.
2. Conductor de unión equipotencial
principal.
3. Conductor de tierra.
B. Borne principal de tierra.
M. Masa.
C. Elemento conductor.
P. Canalización metálica de agua.
T. Toma de tierra.
5.4.1 Tomas de tierra
Se utilizarán electrodos formados por: barras, tubos, pletinas, etc.
5.4.2 Conductor de tierra
La sección mínima no podrá ser menor de 16 mm.
5.4.3 Borne de puesta a tierra
A él deben unirse los conductores de tierra, los de protección y los de unión
equipotencial principal.
5.4.4 Conductores de protección
La sección será función de las secciones de los conductores activos en la
instalación. Ver tablas.
5.4.5 Resistencia de la toma de tierra.
El electrodo se dimensionará de modo que la resistencia de tierra no sea
superior al valor especificado para ella en cualquier circunstancia. Tendremos
que tener en cuenta la naturaleza del terreno (Ver tablas).
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El valor de la resistencia será tal que cualquier masa no pueda dar lugar a
tensiones de contacto superiores a;
24 V en local o conductores.
50 V en los demás casos.
Ra * Ia <=U
Ra <= 24 / 0.03 = 800 Ohms
Ra = R1 + R3. Ra es la suma de las resistencias de las tomas de tierra y de los
conductores de protección.
Para calcular la longitud del electrodo:
Ra =
ρ
L
siendo ρ la resistividad del terreno (ver tablas) y L la longitud de la pica
enterrada.
Elementos de un equipo portátil de puesta a tierra.
1. Piqueta o electrodo de toma de tierra.
2. Pinza o grapa de conexión a la toma de tierra.
3. Conductores de puesta a tierra y en cortocircuito.
4. Pinzas para conectar a los conductores de la instalación.
5. Pértiga aislante adecuada al nivel de tensión nominal.
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6 Riesgo eléctrico
6.1 Introducción
El Real Decreto 614/2001 establece las condiciones mínimas para la protección
de la salud y seguridad de los trabajadores frente al riesgo eléctrico.
Riesgo eléctrico: riesgo originado por la energía eléctrica. Quedan
específicamente incluidos los riesgos de:
Choque eléctrico.
Quemaduras por choque eléctrico, o por arco eléctrico (75%).
Caídas o golpes como consecuencia de choque o arco eléctrico.
Incendios o explosiones originados por la electricidad.
Carácter de los peligros eléctricos:
No tiene olor.
No se detecta por la vista.
Generalmente no se aprecia al oído.
Factores técnicos de riesgo:
Intensidad de la corriente que pasa por el cuerpo humano.
Tiempo de exposición al riesgo.
Trayectoria de la corriente eléctrica por el cuerpo humano.
Naturaleza de la corriente (alterna/continua).
Resistencia eléctrica del cuerpo humano.
Factores humanos de riesgo:
Edad.
Enfermedades.
Sexo.
Estado emocional.
Profesión habitual.
Experiencia.
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Efectos sobre el organismo:
Paro cardíaco.
Asfixia.
Quemaduras.
Tetanización.
Fibrilación ventricular.
Lesiones permanentes
(parálisis, contracturas
permanentes, etc.).
Efecto en el organismo producido por C.A.
6.2 Tipos de protecciones
6.2.1 Protecciones contra contactos eléctricos indirectos
Protección por corte automático de la alimentación. Se utilizarán
interruptores diferenciales. Ver instalación de puesta a tierra.
Protección por empleo de equipos de la clase II o por aislamiento
equivalente.
Protección en los locales o emplazamientos no conductores.
Protección mediante conexiones equipotenciales locales no conectadas a
tierra.
Separación de circuitos.
6.2.2 Protecciones contra contactos eléctricos directos
Protección por aislamiento de partes activas.
Protección por medio de barreras o envolventes.
Protección por medio de obstáculos.
Protección por puesta fuera del alcance por alejamiento.
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6.3 Clases de materiales eléctricos
Material clase 0: la protección se basa en el aislamiento principal.
Material clase I: conductor de protección puesto a tierra.
Material clase II: doble aislamiento.
Material clase III: la protección se basa en una alimentación a muy baja
tensión ( 50 V en C.A. o 75 V en C.C. )
6.4 Índices de protección IP
La protección de la envolvente de los equipos eléctricos se indica mediante las
siglas IP.
1ª cifra: grado de protección de las personas contra el acceso a partes
peligrosas y grado de protección del equipo contra penetración de objetos
sólidos extraños.
2ª cifra: grado de protección contra la penetración de agua.
Letra adicional: grados de protección contra el acceso a partes peligrosas.
Letra suplementaria: información suplementaria.
1ª cifra
0
1
2
3
4
5
6
2ª cifra
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Protección
No protegido.
Protegido contra acceso a partes peligrosas con el dorso de la mano y contra cuerpos
sólidos extraños superiores a 50 mm ø.
Protegido contra acceso a partes peligrosas con un dedo y contra los cuerpos sólidos
extraños de 12,5 mm ø y mayores.
Protegido contra acceso a partes peligrosas con un dedo y contra cuerpos sólidos extraños
de 2,5 mm de ø y mayores.
Protegido contra el acceso a partes peligrosas con un alambre y contra los cuerpos sólidos
extraños de 1,0 mm de ø y mayores.
Protegido contra el acceso a partes peligrosas con un alambre y contra el polvo.
Protegido contra el acceso a partes peligrosas con un alambre y totalmente contra el polvo.
Protección
No protegido contra el agua.
Protegido contra la caída vertical de gotas de agua.
Protegido contra la caída vertical de gotas de agua hasta una inclinación máx. de 15°.
Protegido contra el agua en forma de lluvia con inclinación máxima de ± 60°.
Protegido contra proyecciones de agua en cualquier dirección
Protegido contra chorros de agua en cualquier dirección.
Protegido contra fuertes chorros de agua en cualquier dirección.
Protegido contra los efectos de la inmersión temporal en agua.
Protegido contra la inmersión prolongada en agua.
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6.5 Primeros auxilios
En caso de accidente la secuencia de acciones debería ser:
Petición de ayuda.
Rescate o desenganche. Cortar la electricidad o utilizar elementos
aislantes.
Aplicar primeros auxilios.
Comprobar conocimiento.
Comprobar si respira/tiene pulso.
Si no: maniobra de reanimación.
En caso de quemaduras:
Eliminar la causa.
Muy importante: ¡qué no se debe hacer!
Aplicar pomadas.
Aplicar frío de forma general.
Despegar la ropa.
Dejar sola a la víctima.
Demorar el transporte.
6.6 Equipos de protección individual (EPI)
Los equipos de protección individual deberán llevar la marca CE y estar
revisados en las fechas correspondientes.
6.6.1 Equipos de protección individual;
Casco de seguridad aislante con protección de mentón.
Gafas o pantalla facial inactínicas.
Guantes de protección.
6.6.2
Equipo colectivo
Material de señalización.
Herramientas aisladas.
Accesorios aislantes: capuchones, pantallas...
Dispositivos aislantes: alfombras, banquetas, escaleras, metros...
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6.7 Procedimiento de trabajo
6.7.1 Antes de realizar un trabajo
Es necesario elaborar una sistemática segura de ejecución que incluya:
La secuencia de operaciones.
Los equipos auxiliares y EPI´s.
Que problema puede obligar a suspender.
Prever el fallo material y técnico.
En instalaciones complejas el procedimiento deberá elaborarse por
escrito.
6.7.2 Normas a seguir
“Todo trabajo en una instalación eléctrica, o en su proximidad, que conlleve un
riesgo eléctrico deberá efectuarse sin tensión“
Excepto en los casos siguientes:
Operaciones elementales como conectar y desconectar en BT.
Trabajos en instalaciones con tensiones de seguridad.
Maniobras, mediciones, verificaciones (ya que no podrán hacerse sin
tensión).
Trabajos en o en proximidad de instalaciones cuyas condiciones de
explotación o de continuidad del suministro así lo requieran (como trabajar
en grupo en el plató).
6.7.2.1 Normas a seguir para dejar una instalación sin tensión
Desconectar.
Prevenir cualquier posible realimentación, enclavando los aparatos de
corte y fijando letreros con: “no activar este equipo”.
Verificar la ausencia de tensión.
6.7.2.2 Trabajo en una instalación con tensión
Utilización de los EPI´s: guantes, casco con gafas inactínicas, alfombra...
Señalización de la zona de seguridad.
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7 La corriente alterna.
7.1 Valores fundamentales de la corriente alterna
Diagrama de la C.A.
Valor máximo.
Valor instantáneo.
Valor eficaz.
V =
Vmax
2
=
311
2
= 220V
Valor medio.
Período: tiempo que se invierte en completar un ciclo completo (T).
Frecuencia: número de veces que se repite un ciclo en un segundo.
F=
1
( Hz )
T
7.1 Circuitos RCL.
Al ser variable la corriente electrica en C.A. aparecen una serie de fenomenos
nuevos al utilizar como receptores bobinas y condensadores. Estos junto con la
resistencia pura limitaran la intensidad de corriente de la forma;
V = I×Z
Siendo Z la impedancia que corresponde a la carga, medida en ohmios.
Analizaremos ahora la influencia de la resistencia, la bobina y el condensador
de forma separada.
Circuito con resistencia pura;
Z=R
La inductancia es igual a la resistencia.
En un circuito con resistencia pura la intensidad y tension estan en fase.
Circuito con bobina;
Z = XL =ω×L
ω = 2× Π × F
Siendo;
L: coeficiente de autoinduccion medido en Henrios.
W: velocidad angular del alternador.
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F: la frecuencia medida en hercios.
La inductancia es igual a la reactancia inductiva.
Un circuito con inductancia pura produce un angulo de 90º de retraso de la
corriente respecto a la tensión.
Circuito con condensador;
1
Z = XC =
ω×C
Siendo C la capacidad del condensador medida en Faradios.
La inductancia es igual a la reactancia capacitiva.
Un circuito con reactancia pura adelanta un angulo de 90º la corriente con
respecto a la tensión.
Circuito RCL;
El valor de la impedancia para un
circuito con bobinas, resistencias y
condensadores es;
Z=
(R
2
+ (X L − X C )
2
)
El desfase de la tension con respecto a la corriente será funcion de la cantidad
de reactancia capacitiva e inductiva del circuito.
7.2 Inductor
Un inductor o bobina es un
componente pasivo de un circuito
eléctrico que, debido al fenómeno de
la autoinducción, almacena energía
en forma de campo magnético.
7.2.1 Comportamiento en corriente continua
Una bobina ideal en CC se comporta como un cortocircuito, mientras que la
real se comporta como una resistencia cuyo valor RL será el de su devanado.
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Esto es así en régimen permanente ya que en régimen transitorio, esto es, al
conectar o desconectar un circuito con bobina, suceden fenómenos
electromagnéticos que inciden sobre la corriente.
7.2.2 Comportamiento en corriente alterna
En CA, una bobina ideal ofrece una resistencia al paso de la corriente que
recibe el nombre de reactancia inductiva, XL, cuyo valor viene dado por el
) por la inductancia, L:
producto de la pulsación (
Al conectar una CA senoidal v (t)
a una bobina aparecerá una
corriente i (t), también senoidal,
esto es, variable, por lo que,
como se comentó más arriba,
aparecerá
una
fuerza
contraelectromotriz, -e (t), cuyo
valor absoluto puede demostrase
que es igual al de v (t). Por tanto,
cuando la corriente i (t) aumenta,
e (t) disminuye para dificultar
dicho aumento; análogamente,
cuando i (t) disminuye, e (t)
aumenta para oponerse a dicha
disminución.
En una bobina ideal (la que no tiene resistencia óhmica ni capacidad, que por
otra parte no existe) la corriente sufre un retraso de 90º respecto de la tensión
aplicada.
7.2.3 Asociacion de bobinas.
Serie
Paralelo
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7.3 Condensador
En electricidad y electrónica, un condensador
o capacitador es un dispositivo que almacena
energía eléctrica, es un componente pasivo.
Está formado por un par de superficies
conductoras, separados por un material
dieléctrico
7.3.1 Comportamiento en corriente continua
Un condensador real en CC se comporta prácticamente como uno ideal, esto
es, como un circuito abierto. Esto es así en régimen permanente ya que en
régimen transitorio, esto es, al conectar o desconectar un circuito con
condensador, suceden fenómenos eléctricos transitorios que inciden sobre la
d.d.p. en sus bornes.
7.3.2 Comportamiento en corriente alterna
En CA, un condensador ideal
ofrece una resistencia al paso de la
corriente que recibe el nombre de
reactancia capacitiva, XC, cuyo
valor viene dado por la inversa del
producto
de
la
pulsación
) por la capacidad, C:
(
1
ω ×C
De todo lo anterior se deduce que
la corriente queda adelantada 90º
respecto de la tensión aplicada.
XC =
7.3.3 Asociaciones de condensadores
Serie:
Paralelo:
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7.4 Potencia en C.A.
Debido al desfase entre tension y corriente podemos hablar de tres
componentes de la potencia en corriente alterna;
Triángulo de potencias
Potencia activa P: es la potencia que produce un trabajo efectivo en el
receptor (producida por una resistencia).
P = V × I × cos ϕ (Watios; W)
Potencia reactiva Q: es aquella producida por bobinas y condensadores y que
no se transforma en un trabajo efectivo en el receptor. Esta potencia fluctúa
entre generador y receptor y hace circular una corriente de línea no útil.
Q = V × I × senϕ (Voltio amperios reactivos; VAR)
Potencia aparente S: potencia que se mueve por los conductores desde el
generador hasta el receptor. Es la suma vectorial de la potencia activa más la
reactiva.
S = V × I (Voltio amperios; VA)
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7.5 Factor de potencia
Nos indica que parte de la potencia aparente es activa.
FP =
P
= cos ϕ
S
En los receptores suelen venir indicado el valor del factor de potencia.
En una instalación nos interesa tener un factor de potencia alto, ya que aunque
la potencia que pagamos es la activa por los conductores circulará la potencia
aparente, y la empresa suministradora nos obliga a tener un FP cercano a 1
(FP>0.9), pudiendo recargar la tarifa en caso contrario.
En caso de tener un FP bajo estaremos sobrecargando nuestras líneas con
una corriente que no realizará trabajo útil.
7.5.1 Corrección del factor de potencia
En las instalaciones industriales se utilizan receptores de tipo inductivo, lo que
hace que el FP disminuya alejándose de 1.
Para contrarrestar el carácter inductivo se instalan condensadores en paralelo
con la red o con los receptores individualmente, con lo que se mejora el FP
acercándolo a 1.
En caso de compensación en red llamaremos al dispositivo regulador de
potencia reactiva.
Esquema de conexión, antes y después de mejorar el F.P. en trifásica
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8 Sistemas trifásicos
La energía eléctrica se produce, transporta y distribuye en forma de corriente
alterna trifásica. La monofásica no es más que una derivación de la trifásica.
La característica principal es que utilizamos cuatro hilos, (tres fases más
neutro).
Ventajas:
Dos tensiones diferentes (entre fase-fase y entre fase y neutro)
Arranque en motores trifásicos. Mejor rendimiento, mejor FP.
Sistemas trifásicos reducen en ¾ el peso de los conductores de línea para
misma U y P.
Generación:
De las tres bobinas del alternador se consiguen seis terminales que pueden
conectarse de dos formas distintas: en estrella y en triángulo.
2
2
3
N
1
1
3
Conexiones estrella y triángulo
La más utilizada es en estrella, que permite el uso del conector neutro. El
neutro se conecta a tierra junto con el chasis del generador por seguridad.
En una conexión en estrella podemos encontrar;
Tensión simple o de fase Vs: tensión en cada bobina del alternador.
Intensidad de línea: corriente por cada conductor de línea.
Tensiones compuestas Vc: tensiones entre cada una de las fases. Se
cumple que:
VC = 3 × VS
Actualmente encontramos dos tipos de tensiones;
230v F-F y 127 F-N (antigua)
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400 v F-F y 230 F-N (la más común)
Conexión de los receptores
Podremos conectar cargas conectadas en estrella, triángulo o cargas
monofásicas.
Al conectar cargas monofásicas a un sistema trifásico es importante equilibrar
las diferentes cargas entre las tres fases.
8.1 Potencia en trifásica
P = 3 × VC × I L × FP
8.2 Formas de conectar un Dimmer
En función de la acometida que tengamos conectaremos el dimmer y
posicionaremos el selector de tensión;
Podremos seleccionar entre dos posibilidades:
230v: cuando tengamos 3 fases x 230v + neutro.
400v: cuando tengamos 3 fases x 400v + neutro (lo mas común).
220v
3X220v
3X220v+N
3X380v+N
N F
R S T
N R S T
N R S T
N R S T
N R S T
N R S T
N R S
T
Acometida
Conexión en dimmer
Diferentes formas de conectar nuestro equipo según la acometida.
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9 Simbología.
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10 Tablas
Intensidades admisibles (A) al aire 40 ºC. Nº de conductores con carga y
naturaleza
del
aislamiento.
Extraída
de
ITC-BT19
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Conductores de protección
Secciones de los conductores de fase o
2
polares de la instalación (mm )
S
S (*)
16
16 < S
Secciones mínimas de los
2
conductores de protección (mm )
16
35
S > 35
S/2
(*) Con un mínimo de:
2
2.5 mm si los conductores de protección no forman parte de la canalización de
alimentación y tienen una protección mecánica;
2
4 mm si los conductores de protección no forman parte de la canalización y no tienen
una protección mecánica.
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Valores orientativos de la resistividad en función del terreno
Naturaleza terreno
Resistividad en Ohm x m
Terrenos pantanosos
de algunas unidades a 30
Limo
20a 100
Humus
10 a 150
Turba húmeda
5 a 100
Arcilla plástica
50
Margas y Arcillas compactas
100 a 200
Margas del Jurásico
30 a 40
Arena arcillosas
50 a 500
Arena silícea
200 a 3.000
Suelo pedregoso cubierto de césped
300 a 500
Suelo pedregoso desnudo
1500 a 3000
Calizas blandas
100 a 300
Calizas compactas
1.000 a 5.000
Calizas agrietadas
500 a 1000
Pizarras
50 a 300
Roca de mica y cuarzo
800
Granitos y gres procedente de alteración
1. 500 a 10.000
Granito y gres muy alterado
100 a 600
Fórmulas para estimar la resistencia de tierra en función de la resistividad
del terreno y las características del electrodo
Electrodo
Resistencia de Tierra en Ohm
Placa enterrada
R = 0,8 ρ/P
Pica vertical
R = ρ/L
Conductor enterrado horizontalmente
R = 2 ρ/L
ρ,resistividad del terreno (Ohm x m)
P, perímetro de la placa (m)
L, longitud de la pica o del conductor (m)
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11 Anexo 1: Formación/capacitación mínima de los
trabajadores.
Trabajos sin tensión
B.T.
A.T.
Supresión y
reposicion
de la tensión
Ejecución
de los
trabajos
sin tensión
A
T
T
C
Trabajos en tensión
Maniobras,
mediciones, ensayos y
verificaciones
Trabajos en proximidad
Reponer
fusibles
Mediciones
ensayos y
verificacione
s
Maniobra
s locales
Preparación
Realización
C
A
A
A
A
T
C + AE
(con
vigilancia
de un jefe
de trabajo)
C(a
distancia
)
CoC
auxiliado por
A
A
C
AoT
vigilado por
A
Realizació
n
T = CUALQUIER TRABAJADOR
A = AUTORIZADO
C = CUALIFICADO
C + AE = CUALIFICADO Y AUTORIZADO POR ESCRITO
1.-Los trabajos con riesgos eléctricos en AT no podrán
ser
realizados por trabajadores de una Empresa de Trabajo
Temporal
(RD 616/1999).
2.-La realización de las distintas actividades
contempladas
se harán según lo establecido en las disposiciones del
presente
Real Decreto.
• Trabajador autorizado: trabajador que ha sido autorizado por el
empresario para realizar determinados trabajos con riesgo eléctrico, en
base a su capacidad para hacerlos de forma correcta, según los
procedimientos establecidos en este Real Decreto.
• Trabajador cualificado: trabajador autorizado que posee conocimientos
especializados en materia de instalaciones eléctricas, debido a su
formación acreditada, profesional o universitaria, o a su experiencia
certificada de dos o más años.
• Jefe de trabajo: persona designada por el empresario para asumir la
responsabilidad efectiva de los trabajos.
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12 Anexo 2: Tipos de cables.
En los ultimos años han aparecido en el mercado los cables de alta seguridad o
tambien llamados “libre de halogenos”.
La normativa los hace obligatorios para los locales de pública concurrencia.
Tipos de cable de alta seguridad;
• Cables no propagadores del incendio (AS): Son aquellos cables que no
propagan el fuego a lo largo de la instalación, incluso cuando ésta
consta de un gran número de cables, ya que se autoextinguen cuando la
llama que les afecta se retira o apaga.
• Cables resistentes al fuego (AS+): Son aquellos cables que, además de
no propagar el fuego a lo largo de la instalación, mantienen el servicio
durante y después de un fuego prolongado, a pesar de que durante el
fuego se destruyan los materiales orgánicos del cable en la zona
afectada.
En caso de incendio ambos tipos de cable tienen una emisión de gases
opacos y de gases halógenos y corrosivos muy reducida.
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Tipos de cables mas comunes;
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13 Bibliografía
Guía técnica para la evaluación y prevención del riesgo eléctrico. REAL
DECRETO 614/2001, de 8 de junio BOE nº 148, de 21 de junio.
Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión. Real Decreto 842/2002de
2 de Agosto de 2002.
Medidas de prevención frente al riesgo eléctrico en las instalaciones de
alta y baja tensión. Juan A. Calvo Sáez.
Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión. R.D 842/2002.
Trabajos y maniobras en instalaciones eléctricas de baja tensión. Juan A.
Calvo Sáez.
Electrotecnia. Pablo Alcalde S. Miguel.
Manual prevención riesgos laborales. Escénica.
Manual de consulta para la impartición de acciones formativas sobre
seguridad de los trabajadores en operaciones con riesgo eléctrico,
System Centros de Formación, 2006.
Control de la iluminación. Tecnología y aplicaciones. Robert S. Simpson.
Focal Press, 2003.
La luz en el teatro. Manual de iluminación. Eli Sirlin. Editorial inteatro.
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