capítulo i-electricidad básica
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nociones de electricidadTRANSCRIPT
CURSO
‘’ELECTRICIDAD BÁSICA‘’
Elaborado por
I Lillo S. Página 1 de 39
TABLA DE CONTENIDOS.
RESUMEN EJECUTIVO............................................................................2
ABREVIATURAS.......................................................................................2
1 INTRODUCCIÓN................................................................................2
2 OBJETIVO...........................................................................................2
3 DESARROLLO....................................................................................2
3.1 ¿Qué es la Electricidad?..............................................................2
3.2 Conceptos Básicos.......................................................................2
3.2.1 Voltaje...............................................................................................2
3.2.2 Corriente Eléctrica............................................................................2
3.2.3 Resistencia Eléctrica.........................................................................2
3.3 Materiales Eléctricos...................................................................2
3.3.1 Materiales no Conductores...............................................................2
3.3.2 Materiales Conductores....................................................................2
3.4 Potencia Eléctrica........................................................................2
3.4.1 Potencia Eléctrica en Corriente Continua.........................................2
3.4.2 Potencia Eléctrica en Corriente Alterna...........................................2
3.4.3 Potencia Fluctuante (Potencia Reactiva Instantánea)......................2
3.4.4 Componentes de la Intensidad (Corriente Eléctrica)........................2
3.4.5 Potencia Aparente (S).......................................................................2
3.4.6 Factor de Potencia............................................................................2
3.4.7 Potencia Activa..................................................................................2
3.4.8 Potencia Reactiva..............................................................................2
3.5 Circuitos Eléctricos.....................................................................2
3.5.1 Circuitos DC......................................................................................2
3.5.2 Circuitos AC......................................................................................2
3.5.3 Circuito AC Trifásico.........................................................................2
3.5.4 Circuito AC Monofásico.....................................................................2
3.5.5 Ley de Ohm.......................................................................................2
3.6 Instrumentos Eléctricos...............................................................2Elaborado
porI Lillo S. Página 2 de 39
3.6.1 Voltímetro..........................................................................................2
3.6.2 Amperímetro.....................................................................................2
3.6.3 Óhmetro............................................................................................2
3.6.4 Multímetro........................................................................................2
3.6.5 Osciloscopio......................................................................................2
3.7 Concepto de Puesta a Tierra.......................................................2
3.7.1 Tierra de Servicio..............................................................................2
3.7.2 Tierra de Protección..........................................................................2
3.8 Simbología Eléctrica....................................................................2
3.9 Sistema Eléctrico.........................................................................2
3.9.1 Generación Eléctrica.........................................................................2
3.9.2 Transmisión Eléctrica........................................................................2
3.9.3 Distribución Eléctrica........................................................................2
4 ANEXO...............................................................................................2
4.1 Simbología Eléctrica e Interpretación de Planos........................2
5 BIBLIOGRAFÍA...................................................................................2
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RESUMEN EJECUTIVO
Las múltiples funciones de la electricidad en artefactos eléctricos
y electrónicos, y a su vez en el área de alumbrado residencial e
industrial y otras variedades de funciones entre ellas; la calefacción,
propulsión de motores y dispositivos electromecánicos, hacen que la
demanda en el uso de la electricidad crezca cada día más. Sin embargo,
existe desconocimiento de muchos de los principios de gobiernan esta
forma de energía.
En presente capítulo se realiza una introducción a los principales
conceptos asociados a la electricidad, los cuales deben ser considerados
como punto de partida a adquisición de conocimientos más específicos
y profundos en alguna de las áreas que involucra electricidad.
Se definen los principales conceptos asociados a la electricidad,
se indican además algunos instrumentos de medición de variables
eléctricas y se describe como se organiza un sistema eléctrico
(generación, transmisión y distribución).
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ABREVIATURAS
CC : Corriente Continua
DC : Direct Current
V : Volt (Unidad de Medida)
A : Ampére
CA : Corriente Alterna
AC : Alternating Current
P : Potencia Activa
Q : Potencia Reactiva
S : Potencia Aparente
FP : Factor de Potencia
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1 INTRODUCCIÓN
Es la base del funcionamiento de muchas máquinas, desde pequeños
electrodomésticos hasta sistemas de gran potencia como molinos en la
gran minería, y asimismo de todos los dispositivos electrónicos. Sin
embargo, todos ellos tienen asociados principios teóricos básicos que
permiten su funcionamiento De ahí la importancia de conocer los
conceptos básicos asociados a la electricidad, ya que esto nos permite
adquirir una mejor comprensión de los fenómenos eléctricos.
En el presente capítulo se definen los principales conceptos
asociados a la electricidad los cuales deben ser considerados como el
punto de partida para la interiorización de conocimientos eléctricos
más complejos.
2 OBJETIVO
Entregar a la persona los conocimientos básicos de electricidad.
3 DESARROLLO
3.1 ¿Qué es la Electricidad?
La electricidad es una forma de energía. Es un término global que
abarca una variedad de fenómenos resultantes de la presencia y el flujo
de carga eléctrica. Estos incluyen fenómenos fácilmente reconocibles
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tales como el rayo y la electricidad estática, y conceptos menos
reconocidos como el campo electromagnético y la inducción
electromagnética. Otros mecanismos eléctricos naturales los podemos
encontrar en procesos biológicos, como el funcionamiento del sistema
nervioso. Además es la base del funcionamiento de muchas máquinas,
desde pequeños electrodomésticos hasta sistemas de gran potencia
como los trenes de alta velocidad, y asimismo de todos los dispositivos
electrónicos
En el uso general la palabra electricidad es adecuada para
referirse a una serie de efectos físicos. Sin embargo, resulta mucho más
común referirse a:
Corriente Eléctrica: Flujo de partículas cargadas eléctricamente
Campo Eléctrico: Influencia producida por una carga eléctrica en
las cargas cercanas.
Potencial Eléctrico: La capacidad de un campo eléctrico para
hacer trabajo en una carga eléctrica.
La electricidad es originada por las cargas eléctricas, en reposo o
en movimiento, y las interacciones entre ellas. Cuando varias cargas
eléctricas están en reposo relativo se ejercen entre ellas, fuerzas
electrostáticas. Cuando las cargas eléctricas están en movimiento
relativo se ejercen también fuerzas magnéticas. Se conocen dos tipos
de cargas eléctricas: positivas y negativas. Los átomos que conforman
la materia contienen partículas subatómicas positivas (protones),
negativas (electrones) y neutras (neutrones). También hay partículas
elementales cargadas que en condiciones normales no son estables, por
lo que se manifiestan sólo en determinados procesos. Cuando los
electrones se mueven a través de un contutor debido a la acción de un
campo eléctrico aplicado entonces se genera una corriente eléctrica.
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3.2 Conceptos Básicos
3.2.1 Voltaje
Se denomina tensión eléctrica o voltaje a la energía potencial por
unidad de carga que está asociada a un campo electrostático. Su unidad
de medida en el SI son los voltios. A la diferencia de energía potencial
entre dos puntos se le denomina voltaje. Esta tensión puede ser vista
como si fuera una "presión eléctrica" debido a que cuando la presión es
uniforme no existe circulación de cargas y cuando dicha "presión" varía
se crea un campo eléctrico que a su vez genera fuerzas en las cargas
eléctricas.
3.2.2 Corriente Eléctrica
Se denomina corriente eléctrica al flujo de carga eléctrica a
través de un material sometido a una diferencia de potencial.
Históricamente, se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el
sentido convencional de circulación de la corriente como un flujo de
cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente
se observó, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de
carga son electrones, con carga negativa, y se desplazan en sentido
contrario al convencional.
3.2.2.1 Corriente Continua
Se denomina corriente continua (CC en español, en inglés DC, de
Direct Current) al flujo de cargas eléctricas que no cambia de sentido
con el tiempo. La corriente eléctrica a través de un material se
establece entre dos puntos de distinto potencial. Cuando hay corriente Elaborado
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continua, los terminales de mayor y menor potencial no se intercambian
entre sí. Es errónea la identificación de la corriente continua con la
corriente constante (ninguna lo es, ni siquiera la suministrada por una
batería). Es continua toda corriente cuyo sentido de circulación es
siempre el mismo, independientemente de su valor absoluto.
3.2.2.2 Corriente Alterna
Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en español y AC
en inglés, de Alternating Current) a la corriente eléctrica en la que la
magnitud y dirección varían en intervalos periódicos. La forma de onda
de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda
senoidal.
3.2.3 Resistencia Eléctrica
Se denomina resistencia eléctrica, simbolizada habitualmente
como R, a la dificultad u oposición que presenta un cuerpo al paso de
una corriente eléctrica para circular a través de él. En el Sistema
Internacional de Unidades, su valor se expresa en ohmios, que se
designa con la letra griega omega mayúscula, Ω. Para su medida
existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un
Óhmetro.
Esta definición es válida para la corriente continua y para la
corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es,
sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes
reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el
nombre de impedancia.
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Según sea la magnitud de esta oposición, las sustancias se
clasifican en conductoras, aislantes y semiconductoras. Existen además
ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de
temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en
el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.
Para determinar el valor de resistencia se utiliza el código de
colores.
Tabla 3.1: Código de Colores.
Color
1era
Cifra
2era
Cifra
Multiplica
dor
Toleranc
ia
Negro 0 0 x 1 ± 1 %Marrón 1 1 x 10 ± 2 %
Rojo 2 2 x 100Naranjo 3 3 x 1.000Amarillo 4 4 x 10.000
Verde 5 5 x 100.000
Azul 6 6x
1.000.000Violeta 7 7 -
Gris 8 8 -Blanco 9 9 -
Oro - - x 0,1 ± 5%Plata - - x 0,01 ± 10 %
Sin color - - - -
3.3 Materiales Eléctricos
La conductividad eléctrica es la propiedad de los materiales que
cuantifica la facilidad con que las cargas pueden moverse cuando un
material es sometido a un campo eléctrico. La resistividad es una
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magnitud inversa a la conductividad, aludiendo al grado de dificultad
que encuentran los electrones en sus desplazamientos, dando una idea
de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica
que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es
un buen conductor. Generalmente la resistividad de los metales
aumenta con la temperatura.
3.3.1 Materiales no Conductores
Son los materiales que no conducen la electricidad, por lo que
pueden ser utilizados como aislantes. Algunos ejemplos de este tipo de
materiales son vidrio, cerámica, plásticos, goma, mica, cera, papel,
madera seca, porcelana, algunas grasas para uso industrial y
electrónico y la baquelita. Aunque no existen materiales absolutamente
aislantes o conductores, sino mejores o peores conductores, son
materiales muy utilizados para evitar cortocircuitos (forrando con ellos
los conductores eléctricos, para mantener alejadas del usuario
determinadas partes de los sistemas eléctricos que, de tocarse
accidentalmente cuando se encuentran en tensión, pueden producir una
descarga) y para confeccionar aisladores (elementos utilizados en las
redes de distribución eléctrica para fijar los conductores a sus soportes
sin que haya contacto eléctrico). Algunos materiales, como el aire o el
agua, son aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras.
3.3.2 Materiales Conductores
Son los materiales que, puestos en contacto con un cuerpo
cargado de electricidad, transmiten ésta a todos los puntos de su
superficie. Los mejores conductores eléctricos son los metales y sus Elaborado
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aleaciones. Existen otros materiales, no metálicos, que también poseen
la propiedad de conducir la electricidad, como son el grafito, las
soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) y cualquier material en
estado de plasma. Para el transporte de la energía eléctrica, así como
para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el metal más
empleado es el cobre en forma de cables de uno o varios hilos.
Alternativamente se emplea el aluminio, metal que si bien tiene una
conductividad eléctrica del orden del 60% de la del cobre es, sin
embargo, un material mucho más ligero, lo que favorece su empleo en
líneas de transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión.
Para aplicaciones especiales se utilizan como conductores el oro o la
plata.
Figura 3.1: Conductores Eléctricos.
3.4 Potencia Eléctrica
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La potencia eléctrica se define como la cantidad de energía
eléctrica o trabajo, que se transporta o que se consume en una
determinada unidad de tiempo. Si la tensión se mantiene constante, la
potencia es directamente proporcional a la corriente (intensidad). Ésta
aumenta si la corriente aumenta.
3.4.1 Potencia Eléctrica en Corriente Continua
Cuando se trata de corriente continua la potencia eléctrica
desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales,
es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la
intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Esto es:
(1)
Donde es el valor instantáneo de la corriente y es el valor
instantáneo del voltaje. Si se expresa en ampére y en voltios, P
estará expresada en watts. Igual definición se aplica cuando se
consideran valores promedio para I, V y P.
Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede
calcular la resistencia equivalente del dispositivo, la potencia también
puede calcularse como
(2)
3.4.2 Potencia Eléctrica en Corriente Alterna
Cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal, el promedio
de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales
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es una función de los valores eficaces o valores cuadráticos medios, de
la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de
corriente que pasa a través del dispositivo.
En el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común) al que se aplica
una tensión sinusoidal con velocidad angular y con valor máximo de resulta:
(3)
Esto provocará una corriente retrasada un ángulo respecto de la tensión
aplicada:
(4)
Luego la potencia la potencia instantánea está dada por:
(5)
Aplicando las identidades trigonométricas a la ecuación 5 y
escribiéndola en función de los valores efectivos (RMS), la potencia
queda definida por:
(6)
Luego se obtiene una potencia de valor constante que
corresponde a la potencia activa, y una potencia de fluctuante a al
doble de la frecuencia de la frecuencia fundamental ( ).
3.4.3 Potencia Fluctuante (Potencia Reactiva Instantánea)
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Al ser la potencia fluctuante de forma senoidal, su valor medio
será cero. Para entender mejor qué es la potencia fluctuante,
imaginemos un circuito que sólo tuviera una potencia de este tipo. Ello
sólo es posible si rad (ver figura 3.2), quedando
(7)
Caso que corresponde a un circuito inductivo puro o capacitivo
puro. Por lo tanto la potencia fluctuante es debida a un inductor o un
condensador. Tales elementos no consumen energía sino que la
almacenan en forma de campo magnético y campo eléctrico.
Figura 3.2: Potencia Instantánea y Promedio en los Elementos pasivos
(Resistencia, Inductancia, Capacitancia)
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3.4.4 Componentes de la Intensidad (Corriente Eléctrica)
Consideremos un circuito de C.A. en el que la corriente y la
tensión tienen un desfase . Se define componente activa de la
intensidad, , a la componente de ésta que está en fase con la tensión,
y componente reactiva, , a la que está en cuadratura con ella (ver
figura 3.3).
Sus valores son:
(8)
(9)
Figura 3.3: Componentes Activa y Reactiva de la Corriente, Carga Inductiva,
Izquierda y Carga Capacitivo, Derecha.
El producto de la intensidad, I, y las de sus componentes activa,
, y reactiva, , por la tensión, V, da como resultado las potencias
aparente (S), activa (P) y reactiva (Q), respectivamente:
3.4.5 Potencia Aparente (S)
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La potencia compleja (cuya magnitud se conoce como potencia
aparente) de un circuito eléctrico de corriente alterna, es la suma
(vectorial) de la potencia que disipa dicho circuito y se transforma en
calor o trabajo(conocida como potencia promedio, activa o real) y la
potencia utilizada para la formación de los campos eléctricos y
magnéticos de sus componentes que fluctuará entre estos componentes
y la fuente de energía (conocida como potencia reactiva) (ver figura
3.4). La potencia aparente corresponde a:
(10)
Figura 3.4: Triángulo de Potencia.
3.4.6 Factor de Potencia
El factor se define como el coseno del ángulo que forman los
fasores de la intensidad y el voltaje, designándose en este caso como
, siendo el valor de dicho ángulo. El factor de potencia está
determinado por la carga del circuito eléctrico y es una medida de la
real utilización del sistema eléctrico, ya que un factor de potencia muy
bajo implica un alto ‘’consumo’’ de potencia reactiva y lo que origina
que las líneas eléctricas y transformadores sean utilizados para
transportan energía que no se utiliza en trabajo útil.
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(11)
Donde:
fp: Factor de potencia
P: Potencia Activa
S: Potencia Aparente
Cuando las señales eléctricas presentan un porcentaje importante
de distorsión armónica se debe calcular además un factor de potencia
de distorsión.
3.4.7 Potencia Activa
Es la potencia que representa la capacidad de un circuito para
realizar un proceso de transformación de la energía eléctrica en
trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la
energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica,
lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la
realmente consumida por los circuitos. Esta definida por:
(12)
Donde V es la tensión RMS en volt e I la corriente de carga
respectiva medida en ampère.
3.4.8 Potencia Reactiva
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Esta potencia la consumen los circuitos de corriente alterna que
tienen conectadas cargas reactivas, como pueden ser motores,
transformadores de voltaje y cualquier otro dispositivo similar que
posea inductancia o capacitancia. La potencia reactiva es la potencia
necesaria para realizar el proceso de magnetización de los elementos
reactivos.
Depende del factor de potencia de la carga, lo que se traduce en
una sobrecarga de las líneas y transformadores. Un alto consumo de
potencia reactiva (bajo factor de potencia) implica un uso poco eficiente
del sistema de distribución.
La potencia reactiva monofásica se determina como:
(13)
3.5 Circuitos Eléctricos
En electricidad y electrónica se denomina circuito a un conjunto de
componentes pasivos y activos interconectados entre sí por conductores
de baja resistencia. El nombre implica que el camino de la circulación
de corriente es cerrado, es decir, sale por un borne de la fuente de
alimentación y regresa en su totalidad (salvo pérdidas accidentales) por
el otro.
Los componentes de un circuito eléctrico puede tomar muchas
formas, que pueden incluir elementos tales como resistencias,
condensadores, interruptores, transformadores y productos
electrónicos. Circuitos electrónicos contienen componentes activos, por
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lo general los semiconductores, y por lo general no presentan el
comportamiento lineal, que requiere un análisis complejo.
3.5.1 Circuitos DC
Es aquel en donde la fuente de alimentación corresponde a una
fuente de corriente continua, como por ejemplo una pila o batería.
3.5.2 Circuitos AC
Un circuito AC es aquel en que la fuente de alimentación
corresponde a una fuente de corriente alterna.
3.5.3 Circuito AC Trifásico
En un circuito trifásico la fuente de alimentación ente
corresponde a un conjunto de tres corrientes alternas de igual
frecuencia, amplitud y valor eficaz que presentan una diferencia de fase
entre ellas de 120°, y están dadas en un orden determinado. Cada una
de las corrientes que forman el sistema se designa con el nombre de
fase.
La generación trifásica de energía eléctrica es más común que la
monofásica y proporciona un uso más eficiente de los conductores. La
utilización de electricidad en forma trifásica es mayoritaria para
transportar y distribuir energía eléctrica y para su utilización industrial,
incluyendo el accionamiento de motores. Las corrientes trifásicas se
generan mediante alternadores dotados de tres bobinas o grupos de
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bobinas, arrolladas en un sistema de tres electroimanes equidistantes
angularmente entre sí.
El sistema trifásico presenta una serie de ventajas, tales como la
economía de sus líneas de transporte de energía (hilos más finos que en
una línea monofásica equivalente) y de los transformadores utilizados,
así como su elevado rendimiento de los receptores, especialmente
motores, a los que la línea trifásica alimenta con potencia constante y
no pulsada, como en el caso de la línea monofásica.
3.5.4 Circuito AC Monofásico
Se denomina corriente monofásica a la que se obtiene de tomar
una fase de la corriente trifásica y un cable neutro.
3.5.5 Ley de Ohm
La ley de Ohm es la ley fundamental de la ingeniería eléctrica y
electrónica. Recordarla es requisito mínimo. La ley es,
, (A.1)
donde la resistencia R es un elemento ideal.
La ley de Ohm describe la relación existente entre la intensidad
de corriente que circula por un circuito, la tensión de esa corriente
eléctrica y la resistencia que ofrece el circuito al paso de dicha
corriente: la diferencia de potencial ( ) es directamente proporcional a
la intensidad de corriente ( ) y a la resistencia (R).
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Cuando por dos puntos de un circuito puede circular una corriente
eléctrica, la polaridad de la caída de tensión viene determinada por la
dirección convencional de la misma; esto es, del punto de mayor
potencial al de menor.
3.6 Instrumentos Eléctricos
Mediante el uso de los instrumentos eléctricos se pueden medir las
magnitudes eléctricas de un circuito eléctrico como la corriente
eléctrica, voltaje, resistencia, capacitancia, entre otras. Además se
pueden utilizar para localizar las causas de una operación defectuosa
en aparatos eléctricos, en donde por ejemplo no sea posible apreciar su
funcionamiento de forma visual.
Para las mediciones de corriente y tensión se debe asegurar que el
rango de escala se ajuste del instrumento de medición sea mayor o
igual que la magnitud que se espera medir.
3.6.1 Voltímetro
Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la
diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.
Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro
ha de colocarse en paralelo; esto es, en derivación sobre los puntos
entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el
voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin
de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una
medida errónea de la tensión.
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3.6.2 Amperímetro
Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la
intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico.
Para medir la corriente que circula por un circuito tenemos que
conectar el amperímetro en serie con la fuente de alimentación y con el
receptor de corriente. Así, toda la corriente que circula entre esos dos
puntos va a pasar antes por el amperímetro, de sonde se desprende que
el amperímetro debe tener una baja resistencia interna de manera que
no afecte la medición de corriente eléctrica.
Figura 3.5: Amperímetros, (a) Amperímetro de Tenazas, (b) Amperímetro
Análogo.
3.6.3 Óhmetro
Un óhmetro, es un instrumento para medir la resistencia eléctrica.
El diseño de un óhmetro se compone de una pequeña batería para
aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego mediante un
galvanómetro medir la corriente que circula a través de la resistencia.
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Figura 3.6: Óhmetro Análogo.
3.6.4 Multímetro
Un multímetro, a veces también denominado tester, es un
instrumento de medición que ofrece la posibilidad de medir distintos
parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo dispositivo. Las
funciones más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro.
Es utilizado frecuentemente por personal en toda la gama de
electrónica y electricidad.
(a) (b) (c)
Figura 3.7: Multímetro, (a) y (b) Digitales, (c) Análogo.
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3.6.5 Osciloscopio
Se denomina osciloscopio a un instrumento de medición
electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que
pueden variar en el tiempo, que permite visualizar fenómenos
transitorios así como formas de ondas en circuitos eléctricos y
electrónicos y mediante su análisis se puede diagnosticar con facilidad
cuáles son los problemas del funcionamiento de un determinado
circuito. Es uno de los instrumentos de medida y verificación eléctrica
más versátiles que existen y se utiliza en una gran cantidad de
aplicaciones técnicas. Un osciloscopio puede medir un gran número de
fenómenos, si va provisto del transductor adecuado.
El osciloscopio presenta los valores de las señales eléctricas en
forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X
(horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa
tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma.
Figura 3.8: Osciloscopio.
3.7 Concepto de Puesta a Tierra
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El sistema de puesta a tierra es fundamental en la operación
segura de los sistemas eléctricos y proporcionan un camino para la
descarga de las corrientes de falla que pueden originar daños a equipos
y personas.
3.7.1 Tierra de Servicio
Es la malla de tierra donde se conecta el punto neutro de un
transformador de potencia o de una máquina eléctrica. La resistencia
de la malla de servicio depende exclusivamente del valor de corriente
de falla monofásica que se desea tener en el sistema.
3.7.2 Tierra de Protección
Es la malla de tierra donde se conectan todas las partes metálicas
de los equipos que conforman un sistema eléctrico, que normalmente
no están energizados, pero que en caso de fallas pueden quedar
sometidos a la tensión del sistema. Los valores de resistencia de la
malla de protección están limitados por condiciones de seguridad de los
equipos y de las personas que operan el sistema de potencia.
3.8 Simbología Eléctrica
En la tabla Nº 8.1 se muestra una selección de símbolos de
equipos eléctricos, según las representaciones de DIN, BS, ANSI e IEC
(CEI).
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En el anexo A se indican los símbolos eléctricos más usados en
electricidad. Se recomienda además revisar norma NCH ELEC. 2/84.
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Tabla 3.2: Simbología Eléctrica Según Normas DIN, BS, ANSI y IEC.
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3.9 Sistema Eléctrico
Se denomina suministro eléctrico al conjunto de etapas que son
necesarias para que la energía eléctrica llegue al consumidor final.
Como la energía eléctrica es difícil de almacenar, este sistema tiene la
particularidad de generar y distribuir la energía conforme ésta es
consumida. Los sistemas eléctricos están constituidos por tres etapas
fundamentales, estas son: Generación, Transmisión y Distribución.
Figura 3.9: Organización estema e un Sistema Eléctrico (Los Niveles Tensión
son Sólo referenciales).
3.9.1 Generación Eléctrica
La generación, en términos generales, consiste en transformar
alguna clase de energía no eléctrica, sea esta química, mecánica,
térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica. Para la
generación industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales
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eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas
constituyen el primer escalón del sistema de suministro eléctrico.
Las centrales generadoras se pueden clasificar en termoeléctricas
(de combustibles fósiles, biomasa, nucleares o solares), hidroeléctricas,
eólicas, solares fotovoltaicas o mareomotrices. La mayor parte de la
energía eléctrica generada a nivel mundial proviene de los tres
primeros tipos de centrales reseñados: termoeléctricas, hidroeléctricas
y eólicas. Todas estas centrales, excepto las fotovoltaicas, tienen en
común el elemento generador, constituido por un alternador, movido
mediante una turbina que será distinta dependiendo del tipo de energía
primaria utilizada
3.9.2 Transmisión Eléctrica
La red de transporte es la parte del sistema constituida por los
elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a
través de grandes distancias la energía generada en las centrales
eléctricas. Para ello, los volúmenes de energía eléctrica producidos
deben ser transformados, elevándose su nivel de tensión. Esto se hace
considerando que para un determinado nivel de potencia a transmitir,
al elevar el voltaje se reduce la intensidad de corriente eléctrica que
circulará, reduciéndose las pérdidas por efecto Joule. Con este fin se
emplean subestaciones elevadoras en donde se instalan los
transformadores de potencia respetivos.
Parte fundamental de la red son las líneas de transporte. Una
línea de transporte de energía eléctrica o línea de alta tensión es el
medio físico mediante el que se realiza la transmisión de la energía a
grandes distancias. Está constituida tanto por el elemento conductor,
usualmente cables de cobre o aluminio, como por sus elementos de
Elaborado por
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soporte, las torres de alta tensión. Los cables de alta tensión están
sujetos a tracciones causadas por la combinación de agentes como el
viento, la temperatura del conductor, la temperatura del aire, etc. El
voltaje y la capacidad de la línea de transmisión afectan el tamaño de
estas estructuras principales.
Figura 3.10: Línea de Transmisión Eléctrica.
3.9.3 Distribución Eléctrica
La red de distribución es un componente del sistema de suministro,
siendo responsabilidad de las compañías distribuidoras. La distribución
de la energía eléctrica desde las subestaciones de transformación de la
red de transporte se realiza en dos etapas.
La primera está constituida por la red de reparto, que, partiendo de
las subestaciones de transformación, reparte la energía, normalmente
mediante anillos que rodean los grandes centros de consumo, hasta
llegar a las estaciones transformadoras de distribución.
La segunda etapa la constituye la red de distribución propiamente
dicha. Esta red cubre la superficie de los grandes centros de consumo
(población, gran industria, etc.), uniendo las estaciones
transformadoras de distribución con los centros de transformación, que
son la última etapa del suministro en media tensión (ver figura 3.11)
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Figura 3.11: Transformador de Distribución Aéreo.
En chile es común encontrar en media tensión voltajes de 13.2 kV,
13.8 kV, 23 kV. En baja tensión los voltajes utilizados son 400 V entre
fases y 230 V entre fase y neutro.
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Figura 3.12: Sistema de Distribución de Baja Tensión.
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4 ANEXO
4.1 Simbología Eléctrica e Interpretación de Planos
SIMBOLOS OBSERVACIONES
PM8 Poste de Madera 8mts
PM10 Poste de Madera 10mts
PM11,5 Poste de Madera 11,5 mts
PM13 Poste de Madera 13mts
PM15 Poste de Madera 15mts
PH8,7 Poste de Hormigon Armado 8,7 mts
PH10 Poste de Hormigon Armado 10 mts
PH11,5 Poste de Hormigon Armado 11,5 mts
PH13,5 Poste de Hormigon Armado 13,5 mts
PH15 Poste de Hormigon Armado 15 mts
PH16,5 Poste de Hormigon Armado 16,5 mts
PH18 Poste de Hormigon Armado 18 mts
SIMBOLOGÍA LÍNEAS Y REDES
Simbolos
K Portante con Reconectador
L Anclaje en Recta con desconectador Alduti
M Anclaje en recta con equipo de Medida
N Portante con Desconectador Fusible
U Portante con desconectador en aceite
X Portante con desconectador de Cuchilla
Linea Electrica de Alta Tensión
Puente
Cerco
OBSERVACIONES SIMBOLOGÍA LÍNEAS Y REDES
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SIMBOLOS OBSERVACIONES
l Luminaria
Tierra de servicio
Tierra de Protección
Tirante para Estructura MT y BT
Tirante Mozo Para estructura MT
Tirante Mozo para estructura BT
Estructura Portante con Condensador
SIMBOLOGÍA LÍNEAS Y REDES
SIMBOLOS OBSERVACIONES
P Estructura Portal Portante MT
PS Estructura Portal de suspensión MT
Q Estructura Portal de Anclaje MT
S Estructura de Cruce FFCC MT
T Estructura Portante y deribación con TMR
V Estructura Remate y Deribacción en MT
S/E Subestación aérea Portante en dos Postes MT
S/E Subestación aérea Remate en dos postes MT
Tirante en Media tensión
SIMBOLOGÍA LÍNEAS Y REDES
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SIMBOLOS OBSERVACIONESA Estructura Portante en Media Tensión
B Estructura de Remate en Media Tensión
C Estructura de Cruce con deribación en Media Tensión
D Estructura de Arranque en Media Tensión
E Estructura Semi anclaje de Linas Livianas en MT
F Estructura Portante en ángulo en MT
G Estructura Semi anclaje de Líneas Pesadas
H Estructura Anclaje en angulo Recto en MT
J Estructura de anclaje en recta en MT
SIMBOLOGÍA LÍNEAS Y REDES
ObservacionesLineas Media TensiónLíneas Baja Tensión
1 A1 Linea de Media Tensión una fase
2 A2 Linea de Media Tensión dos Fases
Baja Tensión1 a1 Red Baja Tensión una fase
2 a2 Red baja tensión dos fases
3 a3 Red baja tensión tres fases
4 a4 Red baja tensión cuatro fases
1 1 Una Fase o neutro
2 2 Una Fase Y el Neutro
3 3 Una fase Neutro y Alumbrado Público
4 4 Dos fases neutro y Alumbrado Público
Símbolos Mayúsculas Minúsculas
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Simbolos Observaciones
Limite de zona Alumbrado Público
Desconectador Fusible Baja Tensión
Cámara Subterranea Baja Tensión
Subestación Particular
Desconectador Bajo Carga Alduty
Desconectador Fusible
Desconectador Bajo Carga Alduty
SIMBOLOGÍA LÍNEAS Y REDES
A
Simbolos
Banco Condensadores Fijos
Banco Condensadores Controlados
Compacto de Medida
Equipo de Alumbrado Público
Cambio de Sección
Puente Cerrado
Puente Abierto
SIMBOLOGÍA LÍNEAS Y REDESObservaciones
A P
C C
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Simbolos
Mayus A2 Simbologia Media tensiónMinus a2 Simbología Baja Tensión
51 Relé de Sobre Corriente52 Interruptor para abrir Bajo Carga59 Relé de sobre Tensión89 Desconectador Cuchilla Abrir sin Carga
A Tensión 154 KVB Tensión 66 KV
C Tensión 11-15 KV
D Tensión 1-10 KV
E Tensión 23 KVH Tensión 110 KVJ Tensión 220 KV
SA Tensión 380/220 V
SIMBOLOGÍA NEMA PARA LÍNEAS Y REDESObservaciones
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5 BIBLIOGRAFÍA
[1] Circuitos Eléctricos: Introducción al Análisis y Diseño, Dorf,
Richard y Svoboda, James, Primera Edición, Año 2000.
[2] Página web: http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad
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