ELECTRICIDAD, INSTALACIONES ELÉCTRICAS, ELECTRICIDAD INDUSTRIAL, BOGOTÁ D.C.
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Captulo 1: Electricidad bsica
La electricidad
Los tomos estn compuestos por tres tipos de partculas fundamentales: los
protones, con carga positiva; los neutrones, con carga neutra y los electrones, con
carga negativa. En el ncleo se encuentran los protones y los neutrones. Orbitando
alrededor del ncleo se encuentran los electrones. En un tomo siempre hay misma
cantidad de electrones y de protones, por lo que las cargas elctricas se igualan
quedando el tomo elctricamente neutro.
Cuando por algn motivo un electrn se libera de la ltima rbita, el tomo
queda con una carga positiva. Si hay algn electrn libre cercano a este tomo
tender a ser atrado para equiparar las cargas. El movimiento de los electrones a
travs de un material se denomina corriente elctrica.
La resistencia de un material es la capacidad del material a oponerse al paso de
la corriente elctrica. Esta resistencia depende de las caractersticas propias del
material, su largo y seccin.
Donde:es el coeficiente de resistividad del material,L es el largo del material
ys la seccin del mismo. El coeficiente de resistividad es una caracterstica nica de
cada material. As al aumentar el largo de un cable, su resistencia interna tambin
aumentar. Al aumentar la seccin del cable, la resistencia interna disminuir.
MaterialCoeficiente de Resistividad
m
Coeficiente de Resistividad
mm2/ m
Plata 1,59 x 10-8
1,59 x 10-2
Cobre 1,7 x 10-8
1,7 x 10-2
Oro 2,35 x 10-8
2,35 x 10-2
Aluminio 2,6 x 10-8
2,6 x 10-2
Hierro 10 x 10-8
10 x 10-2
Madera 1 x 1010
1 x 1016
Goma dura 1 x 1013
1 x 1019
Vidrio 1 x 1014
1 x 1020
PET 1 x 1020
1 x 1026
Tefln 1 x 1024 1 x 1030
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Segn sus caractersticas, los materiales pueden clasificarse en:
Aislantes:no permiten el paso de corriente elctrica.
Conductores:permiten fcilmente el paso de corriente elctrica.
Semiconductores: su capacidad de conduccin vara segn lascondiciones a las que se encuentra expuesto.
En un circuito elctrico intervienen tres magnitudes: la tensin, la corriente y la
resistencia. La tensines la diferencia de potencial que existe entre dos extremos deun generador de tensin. Se mide en Volts (V). La corriente es la cantidad deelectrones que circula por un circuito en un intervalo de tiempo. La unidad de medida
es el Amper (A).
La resistenciaes la capacidad que tiene los materiales de impedir el paso de lacorriente. Los materiales aislantes tienen valores de resistencia altos, los conductores
valores de resistencia muy bajos. La unidad de la resistencia es el Ohm ().
En un circuito cerrado estas tres magnitudes se relacionan a travs de la Ley de
Ohm. Esta ley es una de las leyes fundamentales de los circuitos elctricos.
Ley de Ohm: La corriente en un circuito cerrado es directamente proporcional a ladiferencia de potencial e inversamente proporcional a la resistencia del circuito.
Asociacin de resistencias en serieEn este tipo de circuitos la corriente
elctrica tiene un solo recorrido posible por lo
que ser la misma para todos los resistores. La
tensin total del circuito se compartir
proporcionalmente entre cada uno de los
resistores.
El valor de resistencia total es la suma de los valores de las resistencias delcircuito y siempre resulta mayor a la de mayor valor.
RT= R1+ R2+ R3
Asociacin de resistencias en paraleloEn este tipo de circuitos la corriente se
divide proporcionalmente en cada una de las
ramas. La tensin aplicada al circuito es
comn a todas las resistencias.
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El valor de resistencia total es igual a la inversa de la suma de las inversas de las
resistencias y siempre es menor al menor valor de resistencia que se encuentre en el
circuito.
Leyes de Kirchhoff
Las dos leyes de Kirchhoff son utilizadas para poder calcular corrientes y
tensiones en cualquier parte de un circuito cerrado. Se basan en el principio de
conservacin de la energa y fueron enunciadas por Gustav Kirchhoff en 1845.
1er Ley de KirchhoffTambin conocida como la ley de corrientes o ley de nodos de Kirchhoff. La ley
dice que en un circuito cerrado, la suma de las corrientes entrantes a un nodo esigual a la suma de las corrientes salientes del mismo. Tambin suele enunciarsecomo: la suma de todas las corrientes que pasan por un nodo es igual a cero.
2da Ley de KirchhoffTambin conocida como ley de tensiones o ley de mallas de Kirchhoff. Esta ley
dice que la suma de todas las cadas de tensin en un circuito cerrado es igual a latensin aplicada la mismo. Tambin suele enunciarse como: la suma de todas lastensiones en un circuito cerrada es igual a cero.
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Potencia elctrica
La potencia en un circuito elctrico es directamente proporcional a la tensin
aplicada y a la corriente que circula por el circuito. La unidad que se utiliza es el Watt
(W).
P = I V
Despejando la corriente y la tensin de la Ley de Ohm se pueden obtener dos
frmulas equivalentes para el clculo de la potencia:
P = I2 R P = V
2/ R
Modificadores de unidad
Existen ocasiones en las que la unidad en la que se expresa un resultado o valor
no es la adecuada. El valor numrico es demasiado grande o demasiado pequeo para
esa unidad. En estos casos se recurre a los modificadores de unidad. Son mltiplos o
submltiplos de la unidad y se anteponen a la misma.
Prefijo Smbolo Multiplicador Ejemplo
pico p 10-12
picofaradio
nano n 10-9
nanometro
micro 10 -6 microsegundo
mili m 10-3
milimetro
centi c 0,01 centilitro
deci d 0,1 decibel
- - - -
kilo k 103 kilogramo
Mega M 106 Megahertz
Giga G 109 Gigabyte
Corriente y tensin alterna
En los circuitos de corriente continua el flujo de electrones por el conductor es
siempre en igual sentido. Si bien se confunde usualmente el concepto de corriente
continua con constante (flujo de electrones constante), la corriente continua es
aquella que no cambia de polaridad. Si bien fue descubierta por el cientfico italiano
Alessandro Volta con la pila, se empieza a aplicar recin luego de la investigacin de
Edison.
Las clulas electroqumicas son un grupo de elementos con la capacidad de
convertir energa qumica en elctrica. Las clulas primarias son aquellas de un solo
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uso . Las clulas secundarias son aquellas en que el proceso de conversin puede ser
revertido permitiendo su reutilizacin (bateras recargables).
Se utiliz para la transmisin de energa elctrica hasta el siglo XX, cuando se
cambi por la transmisin elctrica con corriente alterna debido a la menor prdida enlos tendidos elctricos de larga distancia.
La corriente continua es esencial para la operacin de casi todos los
componentes electrnicos. Dado que en la actualidad la transmisin elctrica se
realiza con corriente alterna, es indispensable contar en todos los dispositivos con un
circuito capaz de convertir esta energa en continua y constante. Esta etapa se
denomina fuente de alimentacin.
La razn mas importante
por la cual se utiliza la corriente
alterna es su capacidad de
transformacin, fenmeno que
no es posible en CC. Este proceso
facilita el transporte en tendidos
largos minimizando la prdida
energtica en el mismo.
Perodo y frecuenciaUna seal peridica es aquella que repite su forma continuamente. El tiempo
que tarda en volver a repetirse (ciclo)se llama perodo (T)y se mide en segundos. La
cantidad de ciclos que se cumplen en un segundo se llama frecuencia (f). Su unidad esel Hertz [Hz]. Existe una relacin entre la frecuencia y el perodo.
FaseLa onda senoidal no siempre empieza exactamente en el valor cero. El
desplazamiento en el tiempo de la onda se denomina fase. Si bien es un
desplazamiento de tiempo, se mide en trmino de ngulos.
Valor PicoEl valor mximo que adquiere en un perodo la seal, se denomina valor pico
(Vp). La diferencia entre el valor pico mximo y el valor pico mnimo se llama valor
pico a pico (Vpp).
Valor Eficaz (RMS)Dado que la corriente alterna es variable en el tiempo, los efectos que produce
sobre los componentes elctricos y electrnicos son distintos al de la corrientecontinua. Se debi encontrar una forma de comparacin entre ambas corrientes. Se
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define al valor eficaz como el valor de corriente continua que al circular por una
determinada resistencia produce la misma disipacin de potencia que una cierta
corriente variable. El clculo del valor eficaz depende de la forma de onda de la seal.
Para una onda senoidal, se calcula como:
Potencia en CA
Las cargas elctricas en transformadores e inductores se comportan distinto en
CA que en CC. Si se analiza lo que ocurre al conectar una inductancia pura (inductor
ideal, sin resistencia ni capacitancia) o una capacitancia pura (capacitor ideal, sin
resistencia e inductancia) a un circuito de CA, descubrimos que el voltaje y la corriente
quedan fuera de fase. Este desfasaje es de exactamente 90.
En un circuito real, no existe el inductor o capacitor puro. Cualquier
componente tendr una resistencia interna. Adems, dependiendo la frecuencia un
inductor puede tener una componente capacitiva y viceversa. La combinacin de
reactancia y resistencia se llama impedancia y depende de la frecuencia.
Las reglas para calcular corrientes y tensiones en este tipo de circuitos con
corriente alterna son mucho mas complejas que en los circuitos de corriente continua.
En estos circuitos se crea un desfasaje entre la corriente y la tensione que no es de
exactamente 90, producto de los campos elctricos y magnticos que se forman enlos inductores y los capacitores. La energa que se almacena en estos componentes es
temporal, y se devuelve al circuito. Esto hace que la potencia entregada al circuito no
sea la que es consumida en forma efectiva ya que se utiliza para crear los campos. Sin
embargo, la fuente debe tener la capacidad de entregarla para que el circuito
funcione.
Distinguimos tres tipos de potencia en el circuito: la potencia activa, la potencia
reactiva y la potencia aparente.
La potencia activa es aquella que es consumida efectivamente por el circuito yse transforma en calor o trabajo. Se designa con la letraPy su unidad es el Watt [W].Se debe a las cargas resistivas del circuito.
La potencia reactiva es aquellanecesaria para crear los campos
electromagnticos en los inductores y
capacitores. Es una potencia que es
devuelta al sistema. Se designa con la letra
Q y su unidad es el VAR. Se debe a lascargas inductivas y capacitivas del circuito.
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La potencia aparentees producto de la suma vectorial de la potencia activa y lareactiva. Se designa con la letra Sy su unidad es el VA.
El Factor de Potencia
La empresa de energa elctrica debe tener la capacidad de entregar la
potencia aparente que consume el sistema, pero slo puede facturar aquella que
efectivamente se consume. El factor de potencia es la relacin que existe entre la
potencia activa y la aparente. Se calcula como el coseno del ngulo de desviacin:
El valor de esta cuenta da como resultado un nmero ubicado entre 1 y 0,
siendo 1 cuando el ngulo vale 0 (carga completamente resistiva). Las empresas
proveedoras de energa estn interesadas que el factor de potencia se acerque lo masposible al valor 1, para poder facturar la totalidad de energa que se ven obligados a
entregar y transportar. Para lograr esto, se cobran tarifas diferenciales a los usuarios y
empresas que tenga un factor de potencia ubicado entre ciertos mrgenes y multando
con una tarifa por kW/h mucho mayor a aquellos en que el factor de potencia sea
demasiado bajo.
Los componentes principales que desvan el factor de potencia en una
instalacin elctrica son las cargas inductivas (balastos, motores, inductores,
transformadores, etc.), que tienen un factor de potencia cercano al 0,5. Para corregir
este inconveniente en instalaciones fijas se cuenta con distintos mecanismos. Uno delos mas utilizados es conectar capacitores a la lnea para contrarrestar las cargas
inductivas.
En un espectculo o instalacin eventual generalmente no es posible hacer
estas correcciones, pero hay que tener especial atencin en el momento de
dimensionar los cables y generadores ya que la corriente que deben soportar es la
aparente y no la activa.
Para el clculo de potencia y dimensionamiento en una instalacin los
fabricantes proveen el factor de potencia que utilizan sus equipos. En caso que no se
encuentre este parmetro en las especificaciones, se puede tomar como valor de
clculo un factor de potencia de 0,8.
Transformadores
Un transformador permite aumentar o disminuir la tensin en un circuito de
corriente alterna, manteniendo la potencia constante (en un transformador ideal). En
un transformador real hay un pequeo porcentaje de prdidas dependiendo de su
diseo, que se disipa principalmente en forma de calor. Se basa en el principio deinduccin electromagnticaenunciado por M. Faraday.
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Cuando se aplica una tensin alterna en el primario del transformador circula
una corriente por el mismo que crea a su vez un campo magntico variable. Este
campo magntico genera por induccin magntica una tensin en el secundario del
transformador.
La relacin del transformador indica el aumento o decremento de la tensin del
secundario con respecto al primario. Esta relacin entre tensiones es directamente
proporcional a la cantidad de vueltas o espiras del bobinado primario y secundario e
inversamente proporcional a las corrientes que circulan.
Los transformadores se utilizan en fuentes de alimentacin para reducir la
tensin de lnea a los niveles requeridos sin tener la prdida considerables de
potencia. Adems, se utiliza para transportar la energa por largas distancias en las
redes nacionales de energa. Al aumentar la tensin en la transmisin, la corriente que
circula se reduce proporcionalmente reduciendo el efecto Joule en los cables. Gracias
a esto se puede disminuir la seccin de los conductores, lo que repercute en su peso y
costo.
Alimentacin trifsica
La alimentacin trifsica consiste en un sistema de tres corrientes alternas de
igual frecuencia y amplitud que presentan un desfasaje entre si de 120. Estas lneas se
designan con las letras R, S y T.
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La conexin entre las fases se puede realizar en modo estrella o en modo
tringulo. En la industria del espectculo se utiliza principalmente la conexin en
forma de estrella. En esta configuracin se utiliza una lnea neutra, comn a las 3
fases. La tensin entre cada una de las fases y el neutro es siempre de 220Vef. La
tensin entre fases es de 380Vef.
La mayor parte de los equipos utilizados en la industria del espectculo se
alimenta con 220V. Se utiliza entonces cada una de las fases referidas al Neutro.
Si el consumo elctrico de cada una de las fases es el mismo, las cargas se
contrarrestan y no circula corriente a travs del neutro. En este caso, el cable se utiliza
slo como referencia por lo que la seccin del mismo no necesita ser muy grande. Al
desequilibrar la carga entre las fases, la corriente que circula a travs del neutro escada vez mayor. En el caso de la iluminacin para espectculos es prcticamente
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imposible equilibrar las cargas y mantenerlas equilibradas durante el transcurso del
espectculo, dado que se encienden y apagan luminarias continuamente segn el
diseo lumnico. Es por esto que la seccin del Neutro en la conexin del tablero debe
ser igual a la seccin de las fases.
Cables y conectores
El cable es un elemento indispensable para la conexin elctrica. En la
industria del espectculo las corrientes que se consumen suelen ser muy elevadas. Es
importante que est bien dimensionado y que cumpla la normativa correspondiente
en cada pas para garantizar la seguridad en la instalacin. El cable est compuesto
por:
Conductor: es el material que conduce la corriente elctrica. Suele ser decobre dada su baja resistividad.
Aislante:Es el material que recubre el conductor. Su funcin es impedir que elconductor est expuesto para que sea segura su manipulacin e impedir que la
corriente circule fuera del conductor. Suele ser de PVC.
Proteccin adicional: Dependiendo el tipo de cable puede estar o no. Estaproteccin puede ser una simple goma para dar forma circular al cable, o un
material mucho mas resistente que protege al mismo de la accin de
fenmenos externos (temperatura, rayos UV e IR, lluvia, etc.).
Cables mas usuales:
Unipolar:Es un cable de un solo conductor que se encuentra aislado con PVC.Se utiliza para instalacin en tableros y equipos. NO es apto para intemperie.
Cable tipo taller:Es un cable de dos o mas conductores de cobre, con aislantede PVC y proteccin de goma. El cable es apto para instalacin a la vista, pero
no para intemperie. Su nivel de aislacin es de 500V.
Cable subterrneo (Sintenax): Es un cable que posee una triple aislacin. Elconductor se encuentra recubierto por una capa de PVC resistente a las llamas,
una capa de goma y nuevamente una capa de PVC antillama. Este cable tiene
un nivel de aislacin de 1,1kV y es apta para intemperie. La cubierta es de color
violeta para identificarlo como tal.
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Dado que la resistencia de un cable depende en forma proporcional a la seccin
del mismo, hay que prestar especial atencin a la seccin de los conductores
seleccionados para la distribucin elctrica. Una seccin menor a la adecuada
producir cadas de tensin en el cable y disipacin de potencia que recalentar el
cable. Como gua de seleccin para el conductor, se puede utilizar la siguiente tabla.
Seccin (mm2) Corriente mxima (A)
1,0 6
1,5 9
2,5 15
4,0 22
6,0 30
10,0 40
16,0 55
25,0 75
35,0 95
50,0 120
70,0 155
Es indispensable, para la seguridad de toda la gente involucrada, respetar la
norma de colores para identificar el cable.
Azul:Neutro
Verde-Amarillo:Conexin a tierra
Marrn, Negro, Rojo:Fases
ConectoresLos conectores son importantes para hacer conexiones rpidas y seguras. Como
principales conectores y tipos de conexin podemos encontrar:
Bornera:Se utiliza para la conexin en tableros elctricos. Consiste en una
serie de bulones montados sobre un material aislante (generalmentebaquelita). Soportan corrientes elevadas y son econmicas. Los cables se
conectan a la bornera con terminales y tuercas.
Barras:Se utilizan en tableros, principalmente para instalaciones fijas. Sonbarras de cobre montadas sobre soportes de baquelita. Los cables se fijan
con terminales mediante tornillos.
Cam-Lok: son conectores unipolares aptos para corrientes muy altas.Tienen una muy buena aislacin y la conexin es muy simple.
Socapex:Son conectores multipin. Se utilizan en mangueras de distribucindada su rpida conexin.
Schuko:Es el nombre de pila de el conector normalizado por la CEE 7/4tipo F. Es un conector europeo compuesto por dos pines redondos para la
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conexin de Neutro y Fase. Dada que los pines son simtricos, admite girar
la ficha 180, invirtiendo la fase con el neutro. La puesta a tierra se
encuentra en los laterales de la ficha. Admite una corriente mxima de 16A.
Tipo Steck:Steck es una marca que fabrica este tipo de conectores, pero el
conector se conoce principalmente con este nombre. Son de 3, 4 o 5 pinesy la ficha puede ser a cable o a gabinete. Se fabrican con grados de
aislacin IP44 e IP67. Los mas utilizados son los de 3 pines de 16A y los de 5
pines de 32A y 63A.
Enchufe tipo I: Es el enchufe de 3 patas utilizado en Argentina. Lasnormas que reglamentan este tipo de enchufes son la IRAM 2063 (sin
puesta a tierra) y IRAM 2073 (con puesta a tierra). Estos conectores
imposibilitan la rotacin entre fase y neutro.
Bornera T4-100 Terminal Cam-Lok
Socapex Schuko macho a cable Steck
Sistemas de proteccin
Todos los circuitos deben estar protegidos contra averas que pueden daar el
equipo o causar lesiones.
Proteccin contra cortocircuitos: Los cortocircuitos producen corrientesmuy altas por lo que deben ser controlados inmediatamente para minimizar
los daos.
Proteccin contra sobrecargas:Protege en condiciones en que la carga delcircuito es mayor a la carga para la cual fue diseado.
Proteccin contra descargas: Las protecciones anteriores protegen
principalmente al equipo. La proteccin contra descargas elctricas evitadescargas que pueden ocasionar lesiones o muerte.
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Sistemas de proteccin pasivosSe caracterizan por no requerir puesta a tierra. Todo aparato elctrico tiene
alguna aislacin entre las partes en tensin, y entre stas y la carcaza. Esto se
denomina aislamiento funcional. Asimismo, es necesario un aislamiento para la
proteccin de las personas. Se define como aislamiento principal, al aislamiento delas partes activas necesario para la proteccin contra la electrocucin. Para garantizar
la seguridad de las personas, en caso de defecto del aislamiento principal, se puede
aadir otro aislamiento que se denomina aislamiento suplementario. La suma deambos aislamientos se denomina doble aislacin. Los aparatos de doble aislacin no
deben conectarse a tierra, pues esta podra dar tensiones peligrosas a la carcaza.
FusiblesUn fusible comnes un cable muy delgado
de cobre envuelto en un protector, generalmente
vidrio (para poder ver hacia el interior). Por este
fusible circula toda la corriente del circuito. Cuando
se supera una corriente especifica, por efecto del
calor generado por la potencia disipada, el alambre
de cobre se funde y el circuito se desconecta. Es un
sistema de proteccin destructivo. El fusible debe
ser reemplazado por uno nuevo luego de haber
actuado. Normalmente este tipo de fusibles se funden a un 50% de sobrecarga de su
valor nominal. Es por esto que sirve como proteccin contra cortocircuitos, pero no
para sobrecarga. Tampoco protegen contra descargas elctricas. Son utilizados comoproteccin en la entrada de equipos de iluminacin dado su bajo costo.
Su velocidad de accin es lenta y cuando se rompe el hilo se produce un arco
elctrico entre los dos extremos del hilo. El circuito no se encuentra totalmente
abierto hasta que el arco se extingue por la destruccin de mas conductor.
Tiempo de corte de un fusible. La corriente aumenta de
valor durante un tiempo t1 (tiempo de prearco) hasta
que se alcanza el valor de corriente Ic necesario para
fundir el fusible. Una vez llegada esta corriente el fusible
entra en fusin y se generar un arco elctrico que
demora un tiempo t2 (tiempo de arco) en extinguirse. El
tiempo de accin del fusible tes la suma del tiempo de
prearco y de arco. Ntese que nunca se llega a la
corriente mxima Ip, dado que el fusible acta antes.
El fusible rpido (fusible HRC) se rellena con cuarzo granulado. El conductorinterno es de plata y suelen tener el armazn de cermica. Cuando el conductor se
corta el arco se extingue rpidamente dado que la plata y el cobre se combinan
formando un material de resistencia muy alta. Normalmente se cortan a un 20% de
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sobrecarga de su valor nominal y su tiempo de
respuesta es mucho menor al del fusible comn.
Son fusibles mucho mas caros y deben ser
siempre reemplazados por un fusible del mismo
tipo.
Si un fusible se quema es porque el
circuito interno del aparato electrnico est
funcionando defectuosamente y debe ser
reparado antes de volver a ponerlo en
funcionamiento. Nunca se debe reemplazar unfusible por uno de mayor valor, ya que ste no actuar debidamente, dandose elcircuito interno.
El fusible NH es un fusible de alta capacidad de ruptura y baja tensin. Sefabrican en 6 tamaos distintos para corrientes nominales de 6A a 400A y una tensinnominal de 500V. Los fusibles nunca deben ser removidos con pinzas y alicates
convencionales sino que debe ser utilizada una herramienta especial diseada para tal
fin.
Interruptor TermomagnticoEl interruptor termomagntico es un capaz de interrumpir el paso de corriente
elctrica cuando sobrepasa un cierto valor. Se basa en dos fenmenos fsicos
producidos por la circulacin de corriente elctrica por un conductor: el fenmenomagntico y el fenmeno trmico. Cuenta con un electroimn y un par bimetlico
conectados en serie.
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Al circular corriente por el electroimn se crea una diferencia de potencial que
tiende a abrir un interruptor. Slo lograr abrir el interruptor si la corriente es
demasiado elevada. Este sistema es el encargado de abrir el circuito en el caso de un
cortocircuito. Est diseado para actuar a corrientes mayores a 2 veces la corriente
nominal y su tiempo de accin es muy bajo por lo que lo hace seguro para lainstalacin. Es la parte destinada a la proteccin por cortocircuitos.
El par bimetlico basa su funcionamiento en el fenmeno de Joule y en el de
dilatacin trmica de los cuerpos slidos. Consiste en dos placas metlicas de distinto
material vinculadas entre si. Al circular corriente por el par, se libera calor debido al
efecto Joule y las placas del par bimetlico se dilatan distinto dado que son de distinto
material. Al llegar a una cierta temperatura, la lmina se deforma lo suficiente para
desconectar el circuito. Esta parte del sistema es la encargada de proteger al circuito
de sobrecargas que no son lo suficientemente altas como para hacer actuar al sistema
magntico.
Ambos sistemas funcionan en conjunto, uno protegiendo al circuito para
sobrecargas y el otro contra cortocircuitos.
Disyuntor diferencialEl disyuntor diferencial es un dispositivo que tiene como objetivo proteger a las
personas de descargas elctricas. Consta de dos bobinas conectadas en serie con los
conductores principales. El ncleo de las bobinas es capaz de accionar un interruptor
que corta la circulacin de corriente del circuito principal. Al circular corriente lasbobinas, se generan dos campos magnticos que se encuentran opuestos. Si la
corriente de entrada y la corriente de salida son la misma, los campos se contrarrestan
completamente y el sistema no acta.
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Si hay una fuga o descarga dentro del circuito, la corriente de entrada ser
distinta a la de salida, por lo que los campos magnticos no se cancelarn. Esto
provocar que se active el rel interno abriendo el circuito elctrico. Los disyuntores
diferenciales se fabrican con distintas sensibilidades, siendo la mas usual para
instalaciones domsticas los disyuntores de 30mA de corriente de fuga. Esta corrientegarantiza la seguridad elctrica para las personas en la instalacin.
Si bien el interruptor diferencial provee un grado de proteccin alto, en algunos
casos no alcanza al grado de proteccin adecuado:
Contacto directo entre fases: No acta la proteccin si una personaentre en contacto con dos fases del circuito.
Corrientes anteriores al disyuntor diferencial: El disyuntor diferencialno actuar si la descarga se produce por una conexin anterior al
mismo. En este caso, no se desequilibrarn los campos magnticos. Conexin del Neutro a tierradespus del disyuntor diferencial.
Defecto en la puesta a tierraprevia al disyuntor diferencial.
Puesta a tierra
La puesta a tierra se basa en que las cargas elctricas siempre tendern a
alcanzar niveles mnimos para estar en equilibrio. La tierra es el punto de potencial
elctrico cero por lo que se utiliza como potencial de referencia del neutro. Se
conectan a tierra las partes metlicas de los equipos que normalmente no tienen
tensin. Se realiza la conexin a tierra para:
Limitar las tensiones de las partes metlicas de los equipos que pueden
estar en contacto con una persona, para llevarlas a potenciales
elctricos no peligrosos.
Asegurarse que en caso de avera acten correctamente las
protecciones del sistema.
Evitar la acumulacin de energa electroesttica.
La puesta a tierra se realiza mediante una pieza metlica (generalmentejabalina, placa metlica o mallado) enterrada directamente en la tierra y sin
mecanismos de interrupcin elctrica (fusibles, interruptores, etc) entre la conexin y
los elementos del circuito. En el caso de necesitar enterrar mas de un componente
para lograr la resistencia de paso a tierra necesaria, los mismos debern estar
separados por al menos 4m de distancia.
La resistencia de paso a tierra es la cualidad del terreno de facilitar el paso de la
corriente elctrica en el momento de un descarga. Cuanto menor sea esta resistencia,
mejor ser la proteccin. No todos los terrenos son iguales y la resistencia de puesta a
tierra vara dependiendo de las caractersticas y condiciones del mismo. Se debe
tener encuentra que:
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Al aumentar la humedad, disminuye la resistividad.
Los suelos con altos ndices de salinidad tienen valores de resistividad
menores.
Normalmente la resistividad disminuye a medida que aumenta la
profundidad.
Para temperaturas menores a 0C la resistividad del terreno aumenta
considerablemente debido a la formacin de hielo.
La seccin del conductor para la puesta a tierra depender de los conductores
de la instalacin dado que deber tener la capacidad de drenar toda la corriente del
circuito.
Seccin den conductor defase
Seccin del conductor depuesta a tierra
Sf35mm2 ST= Sf/2
Clasificacin de los sistemas elctricos segn su tensin nominalEsta clasificacin se refiere a la tensin nominal del circuito. La tensin
nominal es aquella que el sistema requiere para funcionar. En la Argentina el Decreto
351/79 clasifica los niveles de tensin de la siguiente manera:
Muy baja tensin (MBT): hasta 50 V c.c. o iguales valores eficaces entrefases en c.a.
Baja tensin (BT): tensiones por encima de 50 V y hasta 1000 V en c.c. oiguales valores eficaces entre fases en c.a.
Media tensin (MT):tensiones por sobre 1 kV y hasta 33 kV inclusive.
Alta tensin (AT):corresponde a tensiones por sobre 33 kV.
Clasificacin de los sistemas elctricos segn la puesta a tierraLos sistemas elctricos pueden identificarse con dos letras que indican el
estado del neutro y la situacin de las masas.
La primera letra indica el estado del neutro:
T = neutro a tierra.
I = neutro aislado de tierra o unido a tierra por impedancia.
La segunda letra indica la situacin de las masas:
T = masa a tierra.
N = masa conectada al neutro.
La tercera y cuarta letra indica las funciones del neutro y los conductores de
proteccinS = separado
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C = conectado
Sistema TT
En este sistema, el neutro est colocado directamente a tierra y la masaconectada a tierra, independiente del neutro (Fig. A).
Sistema TNEn este sistema, el neutro est a tierra y la masa de la instalacin conectada al
conductor neutro directamente (TN-C) o mediante un conductor de proteccin (TN-S).
El conductor que tiene la funcin de neutro N, o de proteccin PE, se denomina PEN
(Fig. B y C).
Sistema ITEl neutro est aislado de tierra o conectado por impedancia. La masa est
conectada a tierra.
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Accidentes elctricos
Un accidente elctrico puede producirse por un contacto directo o indirectocon un punto con tensin elctrica.
Se denomina contacto directo, al caso en que la persona entra en contacto conuna parte normalmente en tensin. Pueden ser mediante contacto entre dos fases
(Fig. A) o mediante contacto entre un conductor y tierra (Fig. B).
Se denomina contacto indirecto, al caso en que la persona entra en contactocon una parte que normalmente no debera tener tensin. Por ejemplo la carcaza de
un motor (Fig. A) o cuando entra en contacto entre dos puntos a distinto potencial de
un medio atravesado por la corriente elctrica (tensin de paso) (Fig. B).
Efectos de la corriente sobre el cuerpo humano
La corriente elctrica, al atravesar el cuerpo humano, puede producir
alteraciones o lesiones, tanto de carcter temporario como permanente. Son varios los
factores que determinan el tipo y grado de lesin, pero el mayor determinante es la
circulacin de corriente a travs del cuerpo humano. Se debe considerar en estepunto:
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Magnitud de la corriente circulante:Depende principalmente de la tensina la que est expuesto el individuo y la resistencia del cuerpo.
Tiempo de pasode la corriente o tiempo de contacto.
Resistencia elctrica del cuerpo humano:El cuerpo tiene una impedancia
de entrada capacitiva y una resistencia interna. La resistencia de piel varasegn la humedad, la superficie de contacto, la presin de contacto y la
duracin de contacto.
Trayecto de la corrienteen el interior del organismo. Segn los rganos quese atraviesen en el recorrido la lesin ser de mayor o menor gravedad.
Tipo de corriente:La C.C. es menos peligrosa que mismos niveles de C.A.
Frecuencia de la corriente: La peligrosidad de la lesin disminuye alaumentar la frecuencia.
Forma de onda:La corriente es ms peligrosa cuanto mas rpido vara. Esdecir que una corriente con forma de onda cuadrada es mas peligrosa que
una corriente con forma de onda senoidal.
Los efectos mas frecuentes son los siguientes:
Tetanizacin
Paro respiratorio
Fibrilacin ventricular
Quemaduras
Efectos qumicos
Tetanizacin
Un estimulo elctrico puede hacer contraer un msculo que luego retorna alestado de reposo. Si la frecuencia del estimulo sobrepasa un limite, se produce una
contraccin completa del msculo y permanece en ese estado hasta que cesan los
estmulos. Esto es lo que ocurre, en una escala ms compleja, cuando una corriente
elctrica atraviesa el cuerpo humano.
Se llama corriente de despegue, a aquella en la cual una persona se puede
soltar de una parte en tensin.
INTENSIDAD DE LACORRIENTE
EFECTOS FISIOLGICOS
0.5 a1.1 mA Cosquilleo
3 mA Tetanizacin de dedos
3 a6 mA Tetanizacin de palma
7 mA Tetanizacin de la mano
8 mA Tetanizacin de antebrazo
10 mA Limite de liberacin
20 mA Tetanizacin de msculos
respiratorios
30 mA Fibrilacin ventricular
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Paro respiratorioCorrientes superiores a la corriente de despegue producen dificultades en la
respiracin. El pasaje de la corriente determina una contraccin de los msculos
relacionados con la respiracin o una parlisis de los centros nerviosos que actan en
la misma. Esto puede llevar a la muerte.
Fibrilacin ventricularSi a los impulsos elctricos fisiolgicos se les superpone una corriente elctrica
de origen externo, puede originarse un fenmeno llamado fibrilacin ventricular, que
consiste en la contraccin no ordenada de las fibras musculares del corazn.
Es posible detener una fibrilacin ventricular mediante una descarga elctrica,
esto se hace con un aparato denominado desfibrilador. El equipo consiste en dos
electrodos que se aplican en la regin cardiaca mediante la descarga de un
condensador.
QuemadurasEl pasaje de una corriente elctrica por una resistencia produce calor por efecto
Joule, lo mismo ocurre al pasar una corriente elctrica por el cuerpo humano. Las
quemaduras sern mucho mayores en la zona de ingreso y salida de la corriente del
cuerpo debido a la elevada resistencia de la piel en estos puntos.
Efectos qumicosEn caso de exposicin a corrientes continuas, se puede producir la coagulacin
de la sangre o la separacin de los componentes lquidos del cuerpo debido a un
fenmeno llamado electrlisis.
Distribucin elctrica en un espectculo
Tablero principalEs el primer tablero luego de la bajada de tensin del proveedor de electricidad
o generador elctrico. Contar con una entrada principal, una seccionador general con
proteccin por sobrecarga y seccionadoras secundarias para la distribucin. Desde
este tablero se distribuye la energa elctrica a los siguientes. Dependiendo de la
instalacin puede ser un tablero principal slo para iluminacin o tambin para otras
secciones (Sonido PA, Monitores, Backline, Video, etc).
Cables de distribucin principalSern cables de la seccin necesaria para distribuir la energa hasta los tableros
secundarios. Este tendido de cables ya debe contar con la puesta a tierra y el cable
correspondiente.
Tableros secundariosEstos tableros secundarios son para cada seccin individualmente. Deben
contar con el sistema de conexin de entrada adecuado, llave de corte principal,sistema de proteccin por sobrecargas y cortocircuitos y disyuntor diferencial.
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Adems, debe contar con una llave de corte por cada salida disponible. De estos
tableros se distribuye a las distintas secciones (motores, dimmers, tableros de mviles,
PA, Monitores, Backline, etc). Suele utilizarse un tablero por cada seccin (iluminacin,
PA, monitores, backline, video, etc) para que un corte en el tablero slo afecte a la
seccin correspondiente y las otras puedan operar con normalidad. Es importante quelos sistemas de proteccin del tablero secundario estn dimensionados por debajo de
la proteccin del tablero primario.
Tablero de directas y dimmerUsualmente se distribuye la alimentacin a las luminarias directas utilizando
cables tipo manguera (muchos conductores agurpados) de 18 conductores y
conectores tipo multipin (Socapex de 19 contactos). De esta manera, se llevan
agrupados 6 circuitos independientes. El tablero de distribucin tiene una
seccionadora principal y disyuntor diferencial. Adems, tiene un interruptor
termomagntico individual por circuito para dar control individual a cada uno. Todoslos interruptores deben ser calculados para interrumpir el circuito evitando que el
cable se sobrecaliente y se destruya el aislante, poniendo en riesgo la instalacin.
Los dimmer se suelen alojar en gabinetes de unidad de rack. En este gabinete
se ubica el dimmer, el tablero elctrico, el sistema de patcheo HotPatch, y el sistema
de distribucin. Con respecto al dimmer propiamente dicho, se tratar en una unidad
posterior. El tablero elctrico deber contar con una llave de corte principal y
disyuntor diferencial. En la parte posterior se ubica el sistema de distribucin. Suele
contar con un sistema de distribucin HotPatch (patcheo de salidas en carga). Algunos
racks de dimmer pueden tener la salida como multipin Socapex, para conectar
directamente las mangueras de distribucin. Otros, tienen conectores Schuko o
Norma I por cada canal, para conectar directamente prolongadores.
Para que los sistemas de proteccin acten correctamente, es indispensable
una buena conexin a tierra de todo el sistema. Las estructuras de escenario, trusses y
elementos escenogrficos metlicos DEBEN estar vinculados a la puesta a tierraparaque no queden con un potencial elctrico peligroso para las personas en ellos.
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