Dispositivos de Protección y Control en Sistemas Eléctricos

Funciones Esenciales de una Instalación Eléctrica

Una instalación eléctrica debe garantizar las siguientes funciones clave:

Seccionamiento: Separación segura de circuitos.
Protección de la instalación: Contra sobreintensidades (sobrecargas y cortocircuitos).
Conmutación: Apertura y cierre de circuitos.
Protección de personas: Contra contactos directos o indirectos.

Normativa Europea y Características Principales de Dispositivos Eléctricos

Definiciones Clave

Función de Aislamiento:: Los contactos de conmutación, en posición abierta, deben lograr la distancia de separación prescrita para el aislamiento de circuitos eléctricos y sus trayectorias de fuga.
Apertura Positiva:: Se produce cuando, en posición OFF, los contactos principales de un dispositivo de conmutación mecánico han alcanzado la posición de abierto.
Potencia Nominal:: Potencia nominal de servicio que un equipo puede conmutar a la tensión nominal de servicio asociada, según su categoría de utilización.
Categoría de Utilización:: Combinación de requisitos relacionados con la condición en que el dispositivo de conmutación o fusible cumple su fin.
Ie (Corriente Nominal de Servicio):: Corriente que puede transportar un equipo, teniendo en cuenta la duración de la operación, la categoría de utilización y la temperatura ambiente.
Iu (Corriente Nominal Ininterrumpida):: Valor de la máxima corriente que un equipo puede transportar durante servicio ininterrumpido.
Iq (Corriente Nominal Condicional de Cortocircuito):: Corriente prevista que un dispositivo de conmutación protegido contra cortocircuito puede transportar durante el periodo de tiempo de desconexión del dispositivo de protección.
Ith (Corriente Térmica al Aire Libre Convencional):: Valor máximo de corriente que un equipo puede transportar durante un mínimo de ocho horas sin sobrecarga térmica. Por norma general, se corresponde con la corriente nominal de servicio (normalmente Ith = Iu).
Poder Asignado de Corte:: Valor RMS de la corriente que un dispositivo de conmutación puede cortar según su categoría de utilización. Se indica por referencia a la tensión nominal de servicio y la corriente nominal de servicio.
Capacidad Asignada de Cierre:: Valor de corriente que un equipo puede establecer según la categoría de utilización y la tensión nominal de servicio. Se expresa en valor eficaz de la corriente.
Icn (Capacidad Nominal de Corte de Cortocircuito):: Valor máximo de corriente que un equipo puede conmutar en OFF a tensión nominal de servicio y frecuencia nominal, sin sufrir daños. Se expresa como valor RMS.
Icm (Poder de Cierre contra Cortocircuito):: Valor de cortocircuito que un equipo puede establecer, en caso de cierre contra cortocircuito, sin resultar dañado. Se expresa como A pico.
Ue (Tensión Nominal de Servicio):: Tensión a la que hacen referencia las características de un equipo. Nunca debe superar, en ningún caso, la tensión nominal de aislamiento.
Ui (Tensión Nominal de Aislamiento):: Tensión a la que hacen referencia las pruebas de aislamiento y distancia de fugas de un equipo.
Us (Tensión Nominal de Alimentación de Control):: Tensión aplicada a los terminales de entrada del circuito de control de un equipo. Debido a la presencia de transformadores o resistencias en el circuito de control, puede ser distinta de la tensión nominal de accionamiento.
Uc (Tensión Nominal de Accionamiento):: Tensión que se aplica al contacto de cierre accionador en un circuito de control. Debido a la presencia de transformadores y resistencias en el circuito de control, esta tensión puede ser distinta de la tensión nominal de alimentación de control.
Uimp (Tensión Asignada Soportada al Impulso):: Valor de cresta de la tensión de choque que es capaz de soportar el equipo sin fallo.

Interruptores Eléctricos

Un interruptor es un aparato de mando, generalmente manual (aunque puede tener apertura eléctrica), capaz de abrir y cerrar un circuito en carga. No necesita ningún tipo de alimentación para permanecer abierto o cerrado, ya que posee dos posiciones estables. A menudo, tiene aptitud para el seccionamiento y debe ser utilizado en coordinación con interruptores magnetotérmicos. Existen interruptores para aplicaciones industriales y para aplicaciones domésticas. El interruptor-seccionador debe poseer un sistema de enclavamiento en posición abierta para garantizar la seguridad.

Categorías de Utilización de Interruptores

La letra (A o B) se asocia a cada categoría ACxy en función del número de maniobras que deba realizar:

Categoría A: Operaciones frecuentes (2000-10000 maniobras).
Categoría B: Operaciones no frecuentes (400-2000 maniobras).

Ejemplos de aplicación:

En posiciones elevadas de Baja Tensión (BT), donde las cargas son numerosas y mixtas, y la corriente a controlar es de tipo inductivo: AC22.
Cuando el interruptor se instala en cabecera (alimentación auxiliar, iluminación): AC22.
Cuando el interruptor está directamente sobre el motor o se utiliza como aparato de mando:
- AC23: Si el control es adicional (contactor).
- AC3: Si se utiliza específicamente para arranque y paro de motor.

Fusibles Eléctricos

Curva de Funcionamiento de Fusibles

La velocidad de fusión de un fusible depende directamente de la magnitud de la corriente de falta. Las curvas de proporcionalidad son curvas medias, representando el valor promedio para un proceso de fabricación.

Clasificación de Fusibles

Los fusibles se clasifican según su curva de fusión mediante dos letras:

La primera letra indica la zona de corrientes previstas donde el poder de corte del fusible está garantizado.
La segunda letra indica la categoría de empleo en función del tipo de receptor o circuito a proteger.

Las categorías más utilizadas son:

Fusibles «distribución» tipo gC: Protegen contra cortocircuitos y sobrecargas en circuitos con picos de corriente de conexión poco elevados (circuitos resistivos). Deben tener un calibre inmediatamente superior a la corriente del circuito protegido a plena carga. Si se utilizan en la protección de líneas, su curva de fusión «intensidad-tiempo» estará diseñada para una respuesta lenta ante sobrecargas y rápida frente a cortocircuitos.
Fusibles «motor» tipo aM: Protegen contra cortocircuitos en circuitos sometidos a picos de corriente elevados. Diseñados para la protección de motores, tienen una respuesta extremadamente lenta frente a las sobrecargas y rápida frente a los cortocircuitos. Las intensidades de hasta 10 veces la nominal deben ser desconectadas por los aparatos propios del motor (como el relé térmico), mientras que las intensidades superiores deberán ser interrumpidas por los fusibles aM. Normalmente, deben tener un calibre inmediatamente superior a la corriente del circuito protegido a plena carga.

Relé Térmico: Protección y Funcionamiento

Los relés térmicos bimetálicos constituyen el sistema más simple y conocido de protección térmica por control indirecto, es decir, controlan el calentamiento del motor midiendo su consumo. Los bimetales están formados por la soldadura al vacío de dos láminas con diferente coeficiente de dilatación (invar y ferroníquel). Este sistema está diseñado para el caso equilibrado de tres corrientes iguales por fase y una temperatura ambiente estable.

Anomalías en el Funcionamiento del Relé Térmico

Fallo de una fase: El relé circulará por menos corriente, lo que retrasa el disparo térmico y deteriora la protección. Si el relé está diseñado para la detección de este fallo, el disparo se producirá para corrientes menores que la nominal, protegiendo así los equipos.
Cambio de temperatura ambiente: Los relés están dotados de un bimetal auxiliar que mantiene su disparo conforme a las normas nacionales e internacionales, incluso con variaciones de temperatura entre -5 °C y +40 °C.

Características Tiempo-Intensidad

Curva suministrada por el fabricante.
Referida a una determinada temperatura ambiente y para el caso de que se parta de un estado inicial frío.
El fabricante indicará los efectos de la variación de la temperatura en la curva de disparo (generalmente de -5 °C hasta +40 °C).

Inconvenientes de los Relés Térmicos Bimetálicos

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 autocontrolar la curva de disparo.

Clases de Disparo del Relé Térmico

Las clases de disparo se designan por:

Ajustes de corriente.
Clase de disparo.

Relé Térmico de Estado Sólido

Mide la intensidad internamente con captadores.
Permite, en algunos casos, la selección de la categoría de disparo.
Protege contra fallo de fase, arranques prolongados, bloqueo de rotor, etc.

Interruptor Automático: Clasificación y Características

Clasificación General

Medio de corte: Aire, vacío, gas.
Aptitud al seccionamiento: Apto, no apto.
Diseño: Abierto, caja moldeada, carril DIN.
Modo de instalación: Fijos, extraíbles, seccionables, enchufables.
Modo de mando:
- Maniobra manual dependiente o independiente (acumulación manual de energía).
- Maniobra dependiente con fuente de energía exterior.
- Maniobra independiente con fuente de energía exterior.
- Maniobra de acumulación de energía.

Categorías de Utilización de Interruptores Automáticos

Interruptores automáticos no previstos específicamente para la selectividad en condiciones de cortocircuito: Sin retardo intencional de corta duración y sin intensidad asignada de corta duración admisible.
Interruptores automáticos previstos específicamente para la selectividad en condiciones de cortocircuito: Con retardo intencional de corta duración y con intensidad de corta duración admisible.

Niveles de Utilización de Interruptores Automáticos

Nivel 1: Cuadros Generales de Baja Tensión (CGBT).
Nivel 2: Cuadros secundarios.
Nivel 3: Cuadros de distribución terminal.

Curvas de Disparo de Interruptores Automáticos

Magnitudes de control:

Ir (tr): Intensidad de regulación del disparador de sobrecarga ajustable.
Ind = 1,50 x Ir: Intensidad convencional de no disparo.
Id = 1,30 x Ir: Intensidad convencional de disparo.
Ii (ti): Intensidad de regulación de disparo instantáneo.
Isd (tsd): Intensidad de regulación de disparo de retardo corto.

Accesorios y Disparadores de Interruptores Automáticos

Disparador de sobreintensidad.
Disparador de cortocircuito con retardo de corta duración.
Disparador shunt (alimentado por una fuente de tensión generalmente externa).
Disparador de mínima tensión (Mn).
Disparador por intensidad de cierre (Mx).

Interruptores Automáticos de Uso Doméstico (Carril DIN)

Estos interruptores, conocidos como interruptores para carril DIN, están fabricados para trabajar en circuitos de tensión alterna menor o igual a 440 V, donde el corte de la corriente se realiza en aire. Sus valores de corriente nominal son iguales o menores a 125 A. No se les permite tener ningún tipo de regulación en su parte frontal.

Corriente Nominal (In): En régimen ininterrumpido a una temperatura de referencia especificada de 30 °C. Valores comunes: 6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125 A.
La corriente convencional de no disparo (I_nt) es de 1,13 In (13% más que la corriente nominal).
La corriente convencional de disparo (I_t) es de 1,45 In (45% más que la nominal).

Curvas de Disparo Estándar

Curva B: Adecuados para cargas que no presenten corriente de conexión elevada, como alumbrado incandescente, calefacción, etc.
Curva C: Los más vendidos, aceptan cargas con corrientes de conexión medias, como iluminación fluorescente, pequeños motores.
Curva D: Adecuados para aparatos con grandes corrientes de conexión, como transformadores, equipos de rayos X, etc.

Protección Diferencial y Regímenes de Neutro

Regímenes de Neutro y Fallos de Aislamiento

Fallo de Aislamiento en Esquemas TT: El umbral de disparo (sensibilidad) de los diferenciales necesario para la protección de personas en los esquemas TT es más bajo que el necesario para proteger contra incendios.
Fallo de Aislamiento en Esquemas TN: La corriente de defecto depende de la impedancia del bucle de defecto. La protección está asegurada por las protecciones de sobreintensidad, puesto que el defecto tiene la magnitud de un cortocircuito. A medida que la longitud de los cables aumenta, la intensidad de defecto disminuye. A una determinada distancia, el automático deja de actuar en la zona de cortocircuitos, con lo que desaparece la protección.
TN-C vs TN-S: La función protectora de un conductor PEN tiene prioridad, de manera que todas las normas que regulan los conductores PE se aplican estrictamente a los conductores PEN. El conductor neutro no debe estar en circuito abierto bajo ningún concepto, solo si las fases están abiertas. Si la impedancia de las líneas es muy grande y no permite a la corriente de defecto disparar las protecciones de sobreintensidad, una solución es la utilización de diferenciales de baja sensibilidad.
TI – Primer Defecto: En funcionamiento normal, la red se conecta a tierra a través de la impedancia de fuga de la red. La impedancia de retorno por neutro es muy elevada, con lo que tanto la I_d como U_c son pequeñas y no hay peligro para las personas.
TI – Segundo Defecto: Si se produce un segundo defecto fase-tierra en una fase distinta a la del primer defecto sin haber eliminado el primero, el comportamiento de este esquema de conexión a tierra será análogo al de un esquema TN. El interruptor magnetotérmico aguas arriba disparará solo si esta corriente es superior al umbral de funcionamiento de la protección magnetotérmica. Para garantizar la continuidad de servicio, es por tanto obligatorio, por el reglamento y por norma, detectar y señalar el primer fallo mediante aparatos específicos denominados Controladores Permanentes de Aislamiento (CPA). Los CPA son obligatorios en un sistema de neutro aislado IT; estos inyectan tensión de CC o CA de baja frecuencia entre la red y tierra.

Controladores Permanentes de Aislamiento (CPA)

A continuación, se mide la intensidad resultante que fluye a través del CPA y el valor de aislamiento se calcula a partir de esta intensidad de baja frecuencia. En redes con un gran número de circuitos, el CPA puede asociarse con un detector capaz de identificar el circuito defectuoso.

Parámetros de Elección de Diferenciales

Sensibilidad de Disparo

Los diferenciales se clasifican por su sensibilidad de disparo:

Baja Sensibilidad (IΔn > 0,03 A): No adecuados para proteger contra contactos directos. Coordinados con el sistema de puesta a tierra de acuerdo con la fórmula IΔn < 50/R_tierra, proporcionan protección contra contactos indirectos, con una protección simultánea contra contactos directos. Se utilizan en la protección contra contactos indirectos y riesgos de incendio y destrucción de receptores.
Alta Sensibilidad (IΔn: 0,01…0,03 A): Fisiológicamente sensibles para la protección contra contactos indirectos, con protección simultánea contra contactos directos.

Sensibilidades normalizadas: 6, 10, 30, 100, 300, 500 mA; 1, 3, 10 A.

Retardo de Disparo

Se clasifican en:

Rápidos: Sin retardo intencional.
Tipo S (Selectivos): Incorrectamente llamados «interruptores diferenciales con retardo», están diseñados para selectividad.

Calibre

Máxima intensidad que puede circular de manera continua por el Dispositivo Diferencial Residual (DDR) sin provocar calentamientos excesivos. Valores comunes: 25, 40, 63, 80, 100, 125 A. Para intensidades mayores, se utiliza la combinación de toroide y relé diferencial.

Clase

Tipo AC: Adecuados para todo tipo de sistemas que tienen una corriente de tierra sinusoidal.
Tipo A: Adecuados para la protección de sistemas en los cuales los equipos tienen componentes electrónicos para rectificar la corriente suministrada directamente por la alimentación.
Tipo B: Recomendados para su uso con accionadores e inversores de motores para bombas, ascensores, maquinaria textil, máquina herramienta, etc., ya que son capaces de reconocer una derivación de corriente de forma continua con un nivel bajo de onda.

Contactores Eléctricos

Contactores para Conmutación de Condensadores

Los contactores para conmutación de condensadores están equipados con un bloque especial montado frontalmente que garantiza la inserción en serie de tres resistencias de amortiguamiento en el circuito para limitar el pico de corriente durante la energización del condensador. Su conexión también asegura la precarga del condensador para limitar el segundo pico de corriente que ocurre sobre los polos principales.

Principio de Operación

El mecanismo de bloque montado en la parte frontal de los contactores garantiza el retorno automático a la posición abierta de los polos auxiliares (PA) después de cerrar los polos principales. Cuando la bobina es energizada, los polos auxiliares conectarán rápidamente el condensador a la red mediante el conjunto de tres resistencias. Una vez que los polos principales están en la posición cerrada, los polos auxiliares automáticamente dejan de actuar.

Categorías de Utilización de Contactores

AC1: Cargas no inductivas o ligeramente inductivas (hornos o resistencias).
AC2: Arranque de motores de rotor bobinado, inversión de marcha.
AC3: Arranque de motores de jaula de ardilla, desconexión de motores en marcha.
AC4: Arranque de motores de jaula de ardilla, inversión de marcha, marcha a impulsos.

Corriente de Llamada en Contactores

Cuando se energiza la bobina del electroimán de un contactor, la corriente de llamada genera una caída de tensión en el cable de control debido a la resistencia de los conductores, lo que puede dificultar el cierre del contactor. Si la caída de tensión en las líneas del circuito de control es muy acusada, los polos del contactor podrían no llegar a cerrarse, produciéndose la destrucción de la bobina por excesivo calentamiento. Este efecto se intensifica cuando la línea es muy extensa, la tensión de control es débil, la sección del conductor es reducida o la bobina absorbe una elevada potencia de llamada.

Como solución para reducir las caídas de tensión durante la llamada, es necesario utilizar conductores de mayor sección, una mayor tensión de alimentación o realizar el control a través de un contacto auxiliar.

Relés Temporizados

Aplicaciones y Tipos de Salida

Los relés temporizados permiten realizar ciclos de automatismo simples en lógica cableada y también pueden utilizarse como complemento de autómatas industriales. La salida puede ser de dos tipos:

Estática: Los relés de salida estática permiten realizar ganancias en el cableado. La duración de vida de estos relés es independiente del número de maniobras.
Relé: Las salidas de relé permiten un aislamiento completo entre el circuito de alimentación y el de salida. Son posibles varios circuitos de salida.

Temporizaciones Básicas de Relés Temporizados

Temporizados al Trabajo (a la conexión): Los contactos temporizados actúan después de cierto tiempo de que se ha energizado el elemento motor del temporizador. En el momento de energizar el temporizador, los contactos temporizados permanecen en su posición de reposo y solamente cuando ha transcurrido el tiempo programado, cambian de estado (es decir, el contacto NA se cierra y el contacto NC se abre).
Temporizados al Reposo (a la desconexión): Los contactos temporizados actúan después de cierto tiempo de haber sido desenergizado el elemento motor del temporizador. Cuando se energiza el temporizador, sus contactos temporizados actúan inmediatamente como si fueran contactos instantáneos, manteniéndose en esa posición todo el tiempo que el temporizador esté energizado.

Sobretensiones y su Protección

Definición y Origen de las Sobretensiones

Una sobretensión es una onda o impulso de tensión que se superpone a la tensión nominal de la red. Los sistemas de protección para las instalaciones interiores o receptoras de Baja Tensión (BT) deben impedir sobreintensidades y sobretensiones. Se originan fundamentalmente por:

Descargas atmosféricas (rayos).
Conmutaciones de redes.
Defectos en las redes.

La incidencia de sobretensión en personas, instalaciones, así como su repercusión en la continuidad del servicio, es función de:

La coordinación del aislamiento de equipos.
Las características de los dispositivos de protección contra sobretensiones, su instalación y su ubicación.
La existencia adecuada de una red de tierras.

Dispositivos de Protección contra Sobretensiones (DPS)

Los dispositivos de protección contra sobretensiones (DPS) incluyen:

Descargadores de corrientes de rayo (en kA).
Descargadores de sobretensión.

Todos los DPS utilizan diferentes tecnologías para derivar impulsos de corriente lejos de las cargas finales. Las principalmente utilizadas son:

MOV: Varistores de Óxido Metálico.
Spark Gap: Descargador vía de chispas (Explosor).

Tipos de DPS (Dispositivos de Protección contra Sobretensiones)

Tipo 1: Nivel de Protección (Up) Alto: Capacidad para derivar a tierra corrientes altas en curva. Deben ser montados a la entrada de la instalación, ya que su nivel de protección es únicamente compatible con la conexión de entrada instalada o con la de los equipos de dicha instalación. Son necesarios cuando se espera una descarga directa de rayo.
Tipo 2: Nivel de Protección Medio: Compatibilidad con la mayoría de equipos. Adecuado para protección media cuando se tienen instalados protectores de Tipo 1 como primer escalón. Deben instalarse siempre aguas abajo de los protectores de Tipo 1.
Tipo 3: Nivel de Protección Bajo: Se instalan para la protección de equipos sensibles, tanto en viviendas como en la industria, o en equipos que estén a una distancia superior a 20 m de donde esté instalado el protector de Tipo 2. Deberá ser precedido por un protector Tipo 2.

Categorías de Equipos a Proteger contra Sobretensiones

Categoría IV: Contadores, aparamenta de potencia, etc. (hasta 6 kV).
Categoría III: Cables, interruptores, armarios de distribución, etc. (hasta 4 kV).
Categoría II: Electrodomésticos, motores, etc. (hasta 2,5 kV).
Categoría I: Ordenadores, equipos electrónicos, etc. (hasta 1,5 kV).

Dimensionamiento de DPS

Para calcular el tamaño del DPS, se toma el 50% de la corriente de rayo y se divide por el número de fases de la acometida. Este valor resultante determinará el requerimiento para dimensionar el DPS.

Cables Eléctricos: Componentes y Características

Componentes de un Cable

Conductor: Generalmente de metales como cobre, aluminio, plomo o acero. En instalaciones con grandes tensiones mecánicas se utiliza bronce, acero y aleaciones especiales; en electrónica, oro, plata o platino.
Cubierta Aislante: Impide el contacto directo de dos o más conductores próximos entre sí o con personas.
Pantalla: Aísla de efectos electromagnéticos.
Cubierta Metálica: Preserva los cables contra golpes.
Cubierta Exterior: Protege todo el conjunto de los agentes atmosféricos, así como de roedores.

Propiedades Eléctricas

Resistividad: Resistencia eléctrica de un hilo de 1 mm², 1 km de longitud y a una temperatura de 20 °C.
Conductividad: La conductividad eléctrica del 100% IACS es la que tendría un hilo de cobre de 1 m y 1 gr de peso con una resistencia de 0,15388 Ω a 20 °C.

Clasificación por Número de Conductores

Monoconductor: Conductor eléctrico con una sola alma conductora, con o sin cubierta protectora.
Multiconductor: Dos o más almas conductoras aisladas entre sí, envueltas cada una en sus capas de aislación y con una o más cubiertas protectoras comunes.

Tipos de Materiales Conductores

Tipos de Cobre
- Cobre de temple duro: Se utiliza en líneas por su buena resistencia mecánica.
- Cobre de temple blando: Con una conductividad del 100%, es dúctil y flexible, utilizándose en la fabricación de conductores aislados.
Tipos de Aluminio
- AL1: Conductor homogéneo de aluminio.
- Alx: Aleación de aluminio, con características mecánicas y/o eléctricas modificadas.
- AL1/STyz: Acero galvanizado, entre otros.

Calibre y Clases de Conductores

El conductor se identifica en cuanto a su tamaño por un calibre, que puede ser milimétrico y expresarse en mm².

Clases de Conductores

Los conductores se han dividido en 4 clases:

Clase 1: Conductor rígido de un solo alambre.
Clase 2: Conductor rígido de varios alambres cableados.
Clase 5: Conductor flexible de varios alambres finos (apto para usos móviles).
Clase 6: Conductor extra-flexible para usos móviles.

Tipos de Aislamiento

Existen dos grandes familias de aislamiento:

Termoplásticos (TP): Como el PVC, tienen la propiedad de reblandecerse con el calor y volverse rígidos con el frío, lo que impide su tendido a bajas temperaturas. Soportan hasta 70 °C.
Termoestables (TE): Como el XLPE, mantienen una adecuada flexibilidad en el rango de las temperaturas de utilización. Soportan hasta 90 °C.

Agentes que Afectan al Aislamiento

Agentes Mecánicos: Presión mecánica, abrasión, elongación, doblez a 180°.
Agentes Químicos: Agua, humedad, hidrocarburos, ácidos y alcalinos.
Agentes Eléctricos: En cables de Baja Tensión (BT), el límite es de 600 Voltios. Difícilmente fallan por causas meramente eléctricas.

Comportamiento en Caso de Fallo

Sobrecarga

Se deberán prever dispositivos para interrumpir cualquier corriente de sobrecarga en los conductores del circuito.

Cortocircuito

El tiempo de corte de un cortocircuito no debe ser superior al tiempo que los conductores tardan en alcanzar su temperatura límite admisible. Para los cortocircuitos de una duración no superior a 5 segundos, se puede calcular mediante la fórmula: k² S².

Identificación del Número de Conductores y sus Secciones

El número de conductores de fase se identifica mediante una cifra, seguida del símbolo «x» y a continuación la sección de los conductores. Si además existen otros conductores (neutro o tierra), se añadirán a la derecha intercalando el signo «+» en cada conductor.

Designación de Cables

El sistema utilizado es una secuencia de símbolos en el que cada uno de ellos, según su posición, tiene un significado previamente establecido en la norma particular. La tensión de aislamiento se expresa por la combinación de los valores siguientes:

Uo: Valor eficaz de la tensión entre el conductor de un conductor aislado cualquiera y la tierra.
U: Valor de tensión entre conductores de fases contiguas.

Por ejemplo: 450/750 V.

Comportamiento de Cables ante el Fuego

Dependiendo del cable, los efectos producidos por el fuego pueden ser:

Humos densos.
Reducida toxicidad.
Muy reducida emisión de humos y reducida toxicidad.

El nivel de seguridad frente al fuego se clasifica en:

Cables no propagadores de la llama (S).
Cables no propagadores del incendio (AS).
Cables resistentes al fuego (AS+).

De la combinación de estas características, se encuentran en el mercado los siguientes tipos de cables:

No propagador de la llama, pero emisor de grandes cantidades de gases tóxicos y humos.
No propagador y de reducida toxicidad.
No propagador, de reducida toxicidad y baja emisión de humos (humos casi transparentes).
Resistente al fuego y de reducida toxicidad, cuando es necesario mantener el servicio en caso de incendio.
Resistente al fuego, de reducida toxicidad y baja emisión de humos.

Transformadores de Medida

Los transformadores de medida son aparatos destinados a alimentar instrumentos de medida, contadores, relés y otros aparatos análogos. Su función es reducir a valores no peligrosos y normalizados las características de tensión e intensidad de una red eléctrica.

Arrollamiento de Tensión Residual

Se denomina arrollamiento de tensión residual al devanado destinado a formar un triángulo abierto, para suministrar una tensión residual en el caso de falta a tierra.

Luminotecnia: Conceptos Fundamentales

Necesidades Humanas en Luminotecnia

La luminotecnia busca satisfacer tres necesidades humanas principales:

Confort Visual.
Prestaciones Visuales.
Seguridad.

Definiciones Clave en Luminotecnia

Flujo Luminoso (Φ):: Cantidad de flujo energético en las longitudes de onda a las que el ojo humano es sensible, emitido por unidad de tiempo. Expresa la cantidad de luz emitida por segundo. Unidad: lumen (lm).
Eficacia Luminosa (η):: Describe el rendimiento de una lámpara. Se expresa mediante la relación del flujo luminoso entregado, en lúmenes, y la potencia consumida, en vatios. Unidad: lm/W.
Reflectancia:: Las luminarias emiten la luz de diversas formas según su tipo de distribución luminosa. Cuando esta emisión luminosa es del tipo abierta, una gran parte de la luz llegará de forma directa al plano de trabajo y una porción importante de esa emisión caerá sobre las paredes y el techo.
Luminancia (L):: Relación entre la intensidad luminosa de un objeto y su superficie aparente vista por el ojo. Es equivalente al «brillo de una superficie» y se puede interpretar como la sensación de claridad. Esta magnitud se aplica cuando se mira a una fuente de luz (luminancia directa) o a la luz reflejada por una superficie (luminancia reflejada).
Intensidad Lumínica (I):: Flujo emitido por una fuente en una determinada dirección del espacio. Una fuente de luz ideal, puntual, irradia su flujo luminoso uniformemente en todas las direcciones del espacio, por lo que su intensidad luminosa es igual en todas las direcciones. Sin embargo, en la práctica, siempre se da una distribución espacial irregular de flujo luminoso, debido en parte a la construcción de las lámparas y en parte a la dirección impartida a la luz por la luminaria. La Candela (cd) es la unidad básica de la luminotecnia, de la cual se derivan todas las demás magnitudes propias de esta disciplina.
Iluminancia (E) o Nivel de Iluminación:: Indica el flujo luminoso que recibe una superficie por unidad de área. Se define la Iluminancia Mantenida (E_m) como el valor por debajo del cual no se permite que caiga la iluminancia media en una superficie determinada para la adecuada realización de una tarea. Unidad: Lux (lx).
Índice de Reproducción Cromática (IRC o Ra):: Define la capacidad de una fuente de luz para reproducir el color de los objetos que ilumina. Toma valores entre 0 y 100, correspondiendo valores más altos del índice a una mayor calidad de reproducción cromática.
Temperatura de Color (T_c):: Es la apariencia subjetiva de color de una fuente de luz, es decir, el color que percibe el observador de la luz. Es una forma de comparar la blancura de la luz emitida. Cuando un metal es calentado, pasa por una gama de colores que van desde el rojo al azul, pasando por el rojo claro, naranja, amarillo, blanco y blanco azulado. Se mide en grados Kelvin (K), según una norma que sitúa en 5.500 K la luz del día teóricamente perfecta.

Luminarias y Lámparas

Luminarias: Función y Características

Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexión a la red eléctrica para las lámparas. Es necesario que cumplan una serie de características ópticas, mecánicas y eléctricas, entre otras. A nivel óptico, la luminaria es responsable del control y la distribución de la luz emitida por la lámpara. Define la forma y distribución de la luz, el rendimiento del conjunto lámpara-luminaria y el deslumbramiento que pueda provocar en los usuarios. Deben ser de fácil instalación y mantenimiento.

Equipos Auxiliares de Luminarias

Balastos: Componente que limita (estabiliza) el consumo de corriente de la lámpara a sus parámetros óptimos. Es el que proporciona energía a la lámpara, por lo que las características de tensión, frecuencia e intensidad que suministre determinan el correcto funcionamiento del conjunto.
Arrancadores (o Cebadores): Componente que proporciona, en el momento del encendido, la tensión requerida para el cebado de la lámpara. El arrancador puede ser eléctrico, electrónico o electromecánico.
Condensadores: Corrigen el factor de potencia hasta los valores definidos en las normas y regulaciones. Esto se traduce en un menor consumo de energía reactiva, un menor gasto de energía y, por lo tanto, una mayor eficiencia.

Tipos de Lámparas y Fuentes Luminosas

Incandescencia:
- Normales.
- Halógenas.
Luminiscencia:
1. Fotoluminiscencia (descarga de gas):
  - Baja Presión: Tubos fluorescentes, compactas, inducción, sodio de baja presión.
  - Alta Presión: Mercurio, sodio, halogenuros metálicos.
2. Electroluminiscencia: LED.

Lámparas de Descarga: Componentes

Ampolla Exterior: Sirve para proteger el tubo de descarga de los agentes atmosféricos. Está presente en todas las lámparas, excepto en las fluorescentes. En su interior se hace el vacío o se rellena con un gas inerte. Sus formas son muy variadas y puede estar recubierta internamente con sustancias fluorescentes que filtran y convierten las radiaciones ultravioletas en visibles, mejorando el rendimiento en color de estas lámparas y su eficiencia.
Tubo de Descarga: Donde se producen las descargas eléctricas entre los electrodos. Está relleno con un gas (vapor de mercurio o sodio habitualmente) a alta o baja presión que determina las propiedades de la lámpara. En las lámparas fluorescentes, la cara interna se recubre con sustancias fluorescentes que convierten las emisiones ultravioletas en luz visible. Los materiales empleados en su fabricación dependen del tipo de lámpara y su uso.
Gas: En el interior del tubo de descarga encontramos una mezcla entre un vapor de sodio o mercurio y un gas inerte de relleno. El primero determina las propiedades de la luz de la lámpara y es el responsable de la emisión de la luz como consecuencia de la descarga. El segundo, el gas inerte, cumple varias funciones: disminuir la tensión de ruptura necesaria para ionizar el gas que rellena el tubo e iniciar así la descarga más fácilmente, limitar la corriente de electrones y servir de aislante térmico para ayudar a mantener la temperatura de trabajo de la lámpara.
Electrodos: Responsables de la descarga eléctrica en el tubo. Están hechos de wolframio y se conectan a la corriente a través del casquillo. Se recubren con una sustancia emisora para facilitar la emisión de los electrones en el tubo.

Lámparas de Baja Presión Fluorescentes

Tubulares.
Compactas.

Lámparas de Alta Presión: Fases de Funcionamiento

Las lámparas de alta presión tienen tres fases de funcionamiento:

Ignición.
Encendido.
Estabilización.

Cuestionario de Verdad o Falsedad sobre Dispositivos Eléctricos

El seccionador es un aparato de ruptura lenta que se utiliza para separar instalaciones de forma segura después de que otro dispositivo se haya encargado de cortar la intensidad existente. (VERDADERO)
Ante una sobrecarga, el propio relé térmico separa el motor de la red que lo alimenta. (FALSO, el relé térmico activa un interruptor automático o contactor correspondiente para separar el motor).
La clase de disparo 20 forzará un disparo en un tiempo no mayor de 20 segundos si la sobrecarga es 10 veces mayor a la intensidad nominal. (VERDADERO)
Los interruptores automáticos (IA) de gran calibre pueden tener en serie contactos internos disponibles desde el exterior en los que se puede ver el estado del mismo. (VERDADERO)
Factores de peligrosidad de la corriente eléctrica en el cuerpo humano: Intensidad, tiempo de descarga, frecuencia. (FALSO, faltaría la tensión y la trayectoria de la corriente).
Diferencial: Cualquier intensidad de defecto por encima de su sensibilidad provoca el disparo. (VERDADERO)
Diferencial: Sus magnitudes fundamentales son: Sensibilidad, retardo, calibre y clase. (VERDADERO)
Los diferenciales fisiológicamente sensibles corresponden a la categoría de Alta Sensibilidad. (VERDADERO)
Contactor: Para la conexión de cargas capacitivas, se utilizan resistencias amortiguadoras. (VERDADERO)
Relé Temporizado: (Declaración incompleta, se asume que se refiere a sus características o uso).
Contactos: Número de contactos Normalmente Abiertos (NA), Normalmente Cerrados (NC) y Especiales. (Declaración incompleta, se asume que se refiere a la descripción de contactos en un dispositivo).
Un transformador de intensidad de protección, cuyo factor límite de precisión se debe elegir según la máxima corriente de cortocircuito (I_CC), debe ser tal que esta I_CC sea menor a la intensidad límite de protección. (VERDADERO, porque mide hasta el límite de protección).
Un transformador de intensidad para medida asegura el error de su clase desde 0 a 1.2 veces su I_nominal. (FALSO, el rango de precisión va de 0 a 3 veces la I_nominal).
La puesta a tierra estatórica del 100% de un devanado de un generador puede detectarse mediante métodos de inyección. (VERDADERO, es el único método).
La detección diferencial actúa siempre ante faltas internas, no solo si no actúan otras medidas. (FALSO, la protección diferencial actúa siempre que detecta una falta interna, independientemente de otras protecciones).
Un local con un coeficiente de utilización reducido necesita un mayor flujo luminoso que otro similar con un coeficiente de utilización mayor para conseguir el mismo nivel de iluminación. (VERDADERO)
Accionamientos: Diferentes tipos de accionamientos incluyen botón, palanca, pulsador, etc. (Declaración incompleta, se asume que se refiere a la variedad de mecanismos de control).
Los contactores suelen tener 4 contactos normalmente abiertos: tres de potencia y uno de control. (VERDADERO)
La posición «TRIP» de un interruptor magnetotérmico es una posición de seguridad en caso de tener que cambiar un aparato en circuitos en tensión. (FALSO, la posición «TRIP» indica un disparo por fallo, no es una posición de seguridad para mantenimiento; para eso se usa la posición «OFF» o «desconectado»).
Diagrama de Tiempos: (Declaración incompleta, se asume que se refiere a la importancia o uso de diagramas de tiempos en automatismos).
Un interruptor automático de curva C10 tiene un rango de disparo instantáneo entre 50 y 100 A. (VERDADERO)
Un diferencial de 30 mA es fisiológicamente sensible. (VERDADERO)
Fusible: Para proteger adecuadamente un motor, el uso de un fusible tipo aM haría necesario un dispositivo adicional para la protección contra sobrecargas. (VERDADERO; los fusibles tipo aM solo protegen contra cortocircuitos, mientras que los fusibles tipo gG protegen contra sobrecargas y cortocircuitos).
El seccionador es un aparato de ruptura lenta que nunca debe utilizarse en carga. (VERDADERO)
El funcionamiento de un fusible responde a la curva tiempo-corriente, de forma que para fundir depende directamente de la magnitud de la corriente que lo atraviesa. (VERDADERO, depende directamente de la corriente de falla).
Relé Térmico: Constructivamente, se ofrece con un selector de intensidad (I_a) que permite ajustar el relé térmico a la intensidad nominal (I_n) del motor a controlar. (VERDADERO)
Ante una sobrecarga, el relé térmico separa el motor de la red que lo alimenta. (FALSO, el relé térmico da la señal para que otro dispositivo (contactor o interruptor automático) separe el motor).
Los contactos típicos de un relé térmico son: 95-96 Normalmente Cerrado (NC) y 97-98 Normalmente Abierto (NO). (VERDADERO)
Interruptor: Si se produce un cortocircuito en un circuito donde hay un interruptor, este lo soportaría durante una magnitud y tiempo inferiores a las definidas por su «Corriente asignada de corta duración» o «Corriente de cortocircuito». (VERDADERO)
Un interruptor está diseñado para cortar intensidades de cortocircuito aunque no de manera automática. (FALSO, un interruptor corta tensiones nominales y no está diseñado para cortar corrientes de cortocircuito de forma automática; esa es la función de un interruptor automático o fusible).
Los contactores de categoría AC3 se utilizarían en caso de parada-arranque de motores. (VERDADERO)
Interruptores Automáticos Magnetotérmicos: Cuando se garantiza la selectividad amperimétrica en la zona de sobrecarga entre dos interruptores automáticos (IA), no se garantiza automáticamente la misma selectividad en la zona de cortocircuitos. (FALSO, no tiene por qué).
Los disparadores Mx (disparador por intensidad de cierre) se activan cuando la intensidad que pasa por ellos es mayor que la intensidad de cierre asignada. (VERDADERO)
El poder de corte se refiere al valor eficaz de la corriente y el poder de cierre al valor máximo (pico). (FALSO, el poder de corte se refiere al valor eficaz de la corriente que puede interrumpir, y el poder de cierre se refiere al valor de cresta (pico) de la corriente que puede establecer).
Para valores de intensidad de cortocircuito menores que el límite de selectividad entre dos interruptores automáticos (IA) de la misma marca y distinto calibre, la selectividad está asegurada. (VERDADERO)
Contactor: La vida mecánica es siempre mayor que la vida eléctrica. (VERDADERO)
Un contactor establece, soporta e interrumpe intensidades nominales e incluso de sobrecargas. (VERDADERO)
Los contactos de un dispositivo (como un contactor o relé) suelen ser: solapados, adelantados y atrasados. (VERDADERO)
Relés y Simbología: Un contacto Normalmente Abierto (NA) atrasado de un contactor se cerrará después que los contactos asociados, y su tiempo de retraso puede ser modificado. (VERDADERO)
En un relé temporizado a la conexión (al trabajo), sus contactos cambiarán de posición desde su estado de reposo una vez transcurrido el tiempo seleccionado desde el momento de excitación de la bobina. (VERDADERO)
Los contactos 95-96 y 97-98 son los característicos de relés temporizados. (FALSO, son característicos de un relé térmico).
Arranque: En un arranque estrella-triángulo (Y-D), la intensidad de fase y el par de arranque en estrella (Y) son la tercera parte de la intensidad y el par de arranque en triángulo (D). (FALSO, la intensidad de línea y el par de arranque en Y son la tercera parte de los valores en D, pero la intensidad de fase en Y es la misma que la de línea, mientras que en D la intensidad de fase es 1/√3 de la de línea. La afirmación es incorrecta tal cual).
En el arranque con resistencias en el rotor, se produce una limitación de la intensidad de arranque y del par con s=1 (deslizamiento unitario). (VERDADERO)
Para poder colocar un arrancador suave dentro del triángulo del estator, es necesario que el control de tensión de las tres fases sea adecuado. (VERDADERO; es un arranque por regulación de la tensión de alimentación).