REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL

UNEFA – NÚCLEO YARACUY

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IV Semestre Ing. CivilSección I

Seguridad en

Instalaciones Eléctricas

Ceibal, febrero del 2014

INTRODUCCIÓN

La energía eléctrica se ha vuelto parte de la vida cotidiana de todos, desde la iluminación hasta los electrodomésticos, todos funcionan por medio de la electricidad. La electricidad es una fuente de energía confiable y limpia pero si se usa mal puede causar serias lesiones o provocar incendios, es por esto que le brindamos consejos de seguridad para que la instalación eléctrica de su hogar sea segura y confiable

COMPONENTES DE PROTECCIÓN

Seguridad en Instalaciones Eléctricas

Los aspectos importantes que deben tomarse en cuenta a la hora de efectuar una instalación eléctrica de tipo residencial, es precisar la carga que se va a alimentar, por lo que debe proyectarse todos los aparatos electrodomésticos y electrónicos que se van a utilizar en la residencia.

La puesta a tierra de la instalación eléctrica es una característica que se debe atender, ya que este conductor ofrecerá una mayor seguridad en cuanto a la prevención de algún accidente eléctrico.

“Al momento de efectuar una instalación eléctrica residencial, se debe velar por la protección de la vida humana”, de allí radica la importancia de efectuar una apropiada instalación eléctrica residencial, porque muchos electricistas técnicos e ingenieros tienen la responsabilidad de evitar riesgos y situaciones no deseadas que no solo pueden afectar el inmueble en donde se realice la instalación.

Para hablar de seguridad en las instalaciones eléctricas debemos de conocer los elementos equipos y fallas que podemos encontrar en una instalación tales como:

FUSIBLES

Los fusibles son pequeños dispositivos que permiten el paso constante de la corriente eléctrica hasta que ésta supera el valor máximo permitido. Cuando aquello sucede, entonces el fusible, inmediatamente, cortará el paso de la corriente eléctrica a fin de evitar algún tipo de accidente, protegiendo los aparatos eléctricos de "quemarse" o estropearse.

El mecanismo que posee el fusible para cortar el paso de la electricidad consta básicamente en que, una vez superado el valor establecido de corriente permitido, el dispositivo se derrite, abriendo el circuito, lo que permite el corte de la electricidad. De no existir este mecanismo, o debido a su mal funcionamiento, el sistema se recalentaría a tal grado que podría causar, incluso, un incendio.

Por lo general, los fusibles están instalados entre la fuente de alimentación eléctrica y el circuito que se quiere electrificar, y consta de un hilo que, a medida que la corriente eléctrica pasa, se calienta. Por lo tanto, cuando uno de estos dispositivos se quema, entonces significa que alguna parte del aparato ha consumido más electricidad de la necesaria, siendo necesaria una revisión completa de éste y una reposición del fusible quemado por uno de las mismas características.

Existen varios tipos de fusibles, sin embargo, entre los que se utilizan con mayor frecuencia encontramos a los denominados “desnudos”. Este tipo de fusible se caracteriza por estar conformado por un hilo metálico, el que generalmente es de plomo, que, como ya se había mencionado, se derrite por efecto del calor causado por el paso de la corriente eléctrica. Por otra parte, encontramos el fusible “Encapsulado de vidrio”, aquel que es frecuentemente utilizado en aparatos electrónicos. En tercer lugar, el “Tapón enroscable” es un tipo de fusible conformado por un cilindro de porcelana, o algún material similar, que cuenta con una camisa enroscable que tiene por función permitir la conexión con el circuito eléctrico. De este modo, el fusible queda instalado en el interior del equipo, sujeto por tornillos y cubierto por una tapa roscada. Por último, el fusible denominado “cartucho” es aquel que se caracteriza por estar fabricado en base a un material aislante. Sobre esta base aislante se ponen unos soportes metálicos que sirven para meter el cartucho a presión.

INTERRUPTOR TERMO MAGNÉTICO

Es un medio de protección y desconexión a base de elementos mecánicos termos magnéticos de fácil accionamiento y de rápida respuesta a la falla eléctrica, ensamblados en caja moldeada. Los interruptores termo magnéticos más comerciales son los de uno y dos polos, de un rango de 15 á 50 amperes y son utilizados para todo tipo de servicios de instalaciones eléctricas, principalmente de uso doméstico y comercial. Los de rango de 60 á 100 A de uno y dos polos así como los de tres polos en toda su gama, y los de mayor capacidad de amperaje son utilizados en zonas con mayor demanda de carga eléctrica para uso residencial, comercial e industrial

Un interruptor magneto térmico, interruptor termo magnético o llave térmica, es un dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta sobrepasa ciertos valores máximos. Su funcionamiento se basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el

térmico (efecto Joule). El dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la corriente que va hacia la carga.

No se debe confundir con un interruptor diferencial o disyuntor. Al igual que los fusibles, los interruptores magneto térmicos protegen la instalación contra sobrecargas y cortocircuitos.

Al circular la corriente por el electroimán, crea una fuerza que, mediante un dispositivo mecánico adecuado (M), tiende a abrir el contacto C, pero sólo podrá abrirlo si la intensidad I que circula por la carga sobrepasa el límite de intervención fijado.

Este nivel de intervención suele estar comprendido entre 3 y 20 veces la intensidad nominal (la intensidad de diseño del interruptor magneto térmico) y su actuación es de aproximadamente unas 25 milésimas de segundo, lo cual lo hace muy seguro por su velocidad de reacción.

Esta es la parte destinada a la protección frente a los cortocircuitos, donde se produce un aumento muy rápido y elevado de corriente.

La otra parte está constituida por una lámina bimetálica (representada en rojo) que, al calentarse por encima de un determinado límite, sufre una deformación y pasa a la posición señalada en línea de trazos lo que, mediante el correspondiente dispositivo mecánico (M), provoca la apertura del contacto C.

Esta parte es la encargada de proteger de corrientes que, aunque son superiores a las permitidas por la instalación, no llegan al nivel de intervención del dispositivo magnético. Esta situación es típica de una sobrecarga, donde el consumo va aumentando conforme se van conectando aparatos.

Ambos dispositivos se complementan en su acción de protección, el magnético para los cortocircuitos y el térmico para las sobrecargas. Además de esta desconexión automática, el aparato está provisto de una palanca que permite la desconexión manual de la corriente y el rearme del dispositivo automático cuando se ha producido una desconexión. No obstante, este rearme no es posible si persisten las condiciones de sobrecarga o cortocircuito.

Incluso volvería a saltar, aunque la palanca estuviese sujeta con el dedo, ya que utiliza un mecanismo independiente para desconectar la corriente y bajar la palanca.

Se dice que un interruptor es de corte unipolar cuando interrumpe la corriente en todos los conductores activos, es decir las fases y el neutro si está distribuido.

Las características que definen un interruptor termo magnético son el amperaje, el número de polos, el poder de corte y el tipo de curva de disparo (B, C, D, MA). (Por ejemplo, Interruptor termo magnético C-16A-IV 4,5kA)

DEFINICIÓN DE RELÉ

Los relés son dispositivos digitales compactos que son conectados a través de los sistemas de potencia para detectar condiciones intolerables o no deseadas dentro de un área asignada

Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilas locales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les llamaba "relevadores". El Relé hace bascular la armadura al ser excitada, cerrando los contactos dependiendo de si es N.A ó N.C (normalmente abierto o normalmente cerrado). Si se le aplica un voltaje a la bobina se genera un campo magnético, que provoca que los contactos hagan una conexión. Estos contactos pueden ser considerados como el interruptor, que permite que la corriente fluya entre los dos puntos que cerraron el circuito

Función principal de los relés de protección

Rápida remoción Del servicio cuando algún elemento (línea, transformador) del sistema sufren un corto circuito

Dar la orden para desconectar un circuito cuando se presenta una operación anormal (frecuencia, sobre voltaje a frecuencia industrial, sobre corrientes).

Las protecciones del sistema trabajan en asocio con interruptores los cuales desconectan el equipo luego de recibir la orden del relé.

Los cambios de frecuencia en un sistema eléctrico pueden ocasionar muchos daños en los equipos y labores que una empresa desempeña.

Cuando la frecuencia baja más de lo normal cambia los valores constantes de velocidad en motores, la corriente en las bobinas sube y la corriente en condensadores baja considerablemente.

Cuando la frecuencia sube más de lo normal cambia los valores constantes de velocidad en motores de forma acelerada, poniendo en peligro el proceso que desempeña, así como la posibilidad de daños del devanado de su bobina.

De igual forma la corriente en los condensadores sube y puede hacerlos estallar. Estos cambios hacen que el sistema y los equipos modifiquen su comportamiento normal y empiecen a generar problemas que en algunos casos puede costar tiempo, dinero y hasta vidas.

Aplicaciones

Protección de sistemas disparando el seccionador de alta tensión por medio de una bobina de disparo.

Protección de sistemas disparando el interruptor principal de baja tensión por medio de una bobina de disparo

Protección de un motor abriendo el circuito de alimentación del contactor. Generando alarmas de voltaje anormal utilizando sus contactos para operar

un anunciador de alarmas. Ventajas de usar relés de baja frecuencia como medida de protección

CONTACTOR

Un contactor es un componente electromecánico que tiene por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando, tan pronto se dé tensión a la bobina (en el caso de ser contactores instantáneos). Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha acción. Este tipo de funcionamiento se llama de "todo o nada". En los esquemas eléctricos, su simbología se establece con las letras KM seguidas de un número de orden.

Si bien constructivamente son similares a los relés, no son lo mismo. Su diferencia radica en la misión que cumple cada uno: ambos permiten controlar en forma manual o automática, ya sea localmente o a distancia toda clase de circuitos, pero mientras que los relés controlan corrientes de bajo valor como las de circuitos de alarmas visuales o sonoras, alimentación de contactores, etc; los contactores se utilizan como interruptores electromagnéticos en la conexión y desconexión de circuitos de iluminación y fuerza motriz de elevada tensión y potencia.

La función conmutacion todo o nada o a menudo establece e interrumpe la alimentación de los receptores. Esta suele ser la función de los contactores electromagnéticos. En la mayoría de los casos, el control a distancia resulta imprescindible para facilitar la utilización así como la tarea del operario que suele estar alejado de los mandos de control de potencia. Como norma general, dicho control ofrece información sobre la acción desarrollada que se puede visualizar a través de los pilotos luminosos o de un segundo dispositivo. Estos circuitos eléctricos complementarios llamados “circuitos de esclavización y de señalización” se realizan mediante contactos auxiliares que se incorporan a los contactores, a los contactores auxiliares o a los relés de automatismo, o que ya están incluidos en los bloques aditivos que se montan en los contactores y los contactores auxiliares. La conmutación todo o nada también puede realizarse con relés y contactores estáticos. Del mismo modo puede integrarse en aparatos de funciones múltiples, como los disyuntores motores o los contactores disyuntores

Funcionamiento

Los contactos principales se conectan al circuito que se quiere gobernar. Asegurando el establecimiento y cortes de las corrientes principales y según el número de vías de paso de corriente podrá ser bipolar, tripolar, tetrapolar, etc. realizándose las maniobras simultáneamente en todas las vías.

Los contactos auxiliares son de dos clases: abiertos, NA, y cerrados, NC. Estos forman parte del circuito auxiliar del contactor y aseguran las auto alimentaciones, los mandos, enclavamientos de contactos y señalizaciones en los equipos de automatismo.

Cuando la bobina del contactor queda excitada por la circulación de la corriente, esta mueve el núcleo en su interior y arrastra los contactos principales y auxiliares, estableciendo a través de los polos, el circuito entre la red y el receptor. Este arrastre o desplazamiento puede ser:

Por rotación, pivote sobre su eje. Por traslación, deslizándose paralelamente a las partes fijas. Combinación de movimientos, rotación y traslación.

Cuando la bobina deja de ser alimentada, abre los contactos por efecto del resorte de presión de los polos y del resorte de retorno de la armadura móvil. Si se debe gobernar desde diferentes puntos, los pulsadores de marcha se conectan en paralelo y el de parada en serie.

CONMUTADOR

En una instalación eléctrica, un conmutador es un dispositivo eléctrico o electrónico que permite modificar el camino que deben seguir los electrones. Son típicos los manuales, como los utilizados en las viviendas y en dispositivos eléctricos, y los que poseen algunos componentes eléctricos o electrónicos como el relé. Se asemejan a los interruptores en su forma exterior, pero los conmutadores a la vez que desconectan un circuito, conectan otro. Seguidamente se describen los tipos de conmutadores más usuales

Conmutador pasivo

También denominado conmutador de hotel o de dos direcciones sin punto neutro. Se utilizan siempre que haya que activar o desactivar un dispositivo desde dos lugares diferentes, como por ejemplo una lámpara. En las viviendas es típico encontrarlos en los salones o pasillos.

CAPACIDAD DE CORRIENTE DE LOS CONDUCTORES

La capacidad de corriente del conductor depende de: El material aislante que lo recubre. Su sección o área transversal. Y de la temperatura a la cual está sometido dicho conductor.

MATERIAL AISLANTE DE LOS CONDUCTORES.

Es el material que cubre los conductores con el objeto de no permitir corto circuito o choques eléctricos cuando dos o mas de ellos entran en contacto y portan cargas eléctricas contrarias. Son también conocidos como “Dieléctricos” y se fabrican en diferentes materiales.Deben tener las siguientes características:

Alta resistencia al paso de electrones a través de ellos. Soportar altas tensiones mecánicas. Deben ser flexibles. A nivel comercial interesan su duración y economía. Deben soportar en cierto grado temperatura, agentes atmosféricos como

humedad, calentamiento del sol y agentes químicos como salinidad y ácidos.

Los más comunes son:

Polietileno: Excelentes propiedades dieléctricas, resistente a la humedad, es inflamable, resiste la acción solar, es económico, solo viene en color negro.

Cloruro de polivinilo (PVC): También conocido como “Termoplástico”, presenta muy buenas propiedades dieléctricas, resistente a la humedad y sustancias químicas, resistente al calor, viene en varios colores y es económico.

A NIVEL COMERCIAL:

Los conductores traen el aislamiento con una identificación escrita en letras las cuales por estándares especifican el tipo de material aislante y la temperatura que soporta.

NOTA: Salvo que se especifique lo contrario los aislantes comerciales pueden soportar hasta 600 V.

NOTA: La especificación VW – 1 indica que el conductor pasó la prueba de no permitir la propagación de la llama en caso de incendio, como lo exige la norma NTC2050.

Las identificaciones más comunes en instalaciones eléctricas domiciliarias son:

T Cubierta Termoplástico. Temperatura máxima de operación: 60°C. Utilizada en interiores.

TW Cubierta Termoplástico resistente a la humedad. Temp. Máx.: 60°C. Utilizada en interiores y zonas húmedas.

THW Cubierta termoplástico resistente al calor y a la humedad. Temp. Máx.: 75°C. Utilizada en interiores y exteriores.

THHN / THWN Cubierta termoplástico con refuerzo de Nylon, resistente al calor y a la humedad. Temp. Máx.: 90°C. Utilizada en interiores y exteriores. Especial para instalaciones en sitios abrasivos o contaminados con aceite, grasas, gasolina y otras sustancias químicas.

ALAMBRE Cu THW 10 AWG 650 V 75°C VW – 1 CENTELSA

VOLTAJE

El voltaje es una magnitud física, con la cual podemos cuantificar o “medir” la diferencia de potencial eléctrico o la tensión eléctrica entre dos puntos, y es medible mediante un aparato llamado voltímetro. En cada país el voltaje estándar de corriente eléctrica tiene un número específico, aunque en muchos son compartidos. Por ejemplo, en la mayoría de los países de América Latina el voltaje estándar es de 220 voltios.

La corriente eléctrica se genera por un traslado o traspaso de cargas enérgicas, lo cual se conoce como Ley de Henry, y podría resumirse el proceso de la siguiente manera: dos puntos, pongamos A y B, tienen diferencia de potencial pero aún así son unidos por un conductor. Esto provocará un flujo o traspaso de electrones, entonces del punto A que posee mayor potencial se producirá el traspaso de una parte de la carga, mediante el conducto, al otro punto (B) que posee menor potencial. El traspaso cesará solo cuando ambos puntos A y B igualen su capacidad de potencial eléctrico. Ese traspaso descripto es lo que comúnmente conocemos como corriente eléctrica.

El símbolo con el cual es representado el voltaje o tensión eléctrica es V, que representa a la unidad de medida que es el voltio o volt. Su nombre, deriva de Alessandro Volta, físico italiano que ingenió en el siglo XVII la pila eléctrica, luego denominada pila voltaica (también en honor a su mentor). Lo que hizo Volta fue “descubrir” los dos materiales que eran capaces de conducir electricidad de manera constante, un problema de la física que acarreaba desde los tiempos de Luigi Galvani, otro físico italiano que comenzó a indagar sobre las posibilidades de generar este tipo de electricidad continua. Los dos materiales propuestos por Volta fueron el zinc y la plata.

El voltio tiene capacidad de ser fragmentado, tal como lo son otras medidas como el metro, y entonces podemos encontrar unidades de medidas tales como: centivoltio, decivoltio, milivoltio, decavoltio, hectavoltio, etc. Para tener una idea en general, una pila alcalina no recargable de las que denominamos comúnmente AA (doble A) tiene una capacidad de 1.5V. Mientras, una batería de litio que sea recargable tiene un potencial de 3.75V.

Respecto a los voltajes, como decíamos, en casi todos los países de América del Sur el voltaje estándar es de 200V. En Europa, utilizan un voltaje de 230V, mientras en Oceanía asciende a 240V. En Norteamérica, el voltaje de potencial eléctrico es de

120V, y en Japón de 100V. De América Latina, sólo Colombia, Ecuador y Venezuela no comparten el volta de 220, y utilizan 110V

CAPACIDAD DE CORRIENTE

La capacidad eléctrica, también conocida como capacitancia, es la propiedad

que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacidad también es

una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para una diferencia de

potencial eléctrico dada. El dispositivo más común que almacena energía de esta

forma es el condensador. La relación entre la diferencia de potencial (o tensión)

existente entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en éste,

se describe mediante la siguiente expresión matemática:

C=QV

Donde:

es la capacidad, medida en faradios (en honor al físico

experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y

suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio.

es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios;

es la diferencia de potencial (o tensión), medida en voltios.

Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que depende

de la geometría del condensador considerado (de placas paralelas, cilíndrico,

esférico). Otro factor del que depende es del dieléctrico que se introduzca entre las

dos superficies del condensador. Cuanto mayor sea la constante dieléctrica del

material no conductor introducido, mayor es la capacidad.

CONCLUSIÓN

En este tema se trataron equipos o instrumentos de protección que son necesario en toda instalación eléctrica para preservar los equipos e instalaciones eléctricas de posibles fallas que pudieran ocurrir en los equipos mismos, o en otra parte del sistema, incluyendo el de la red de distribución de la compañía de electricidad. Todas las empresas suministradoras de energía eléctrica exigen en sus reglamentos de servicio que el suscriptor instale un dispositivo de protección de sobre corriente adecuado, preferiblemente, termo magnético.

Se debe tener en cuenta que, mientras en corriente continua se utilizan voltajes de 1,5 a 9 voltios (de manera habitual) en corriente alterna se utilizan voltajes de 220 ó 380 voltios (en instalaciones de baja tensión). Existen también distribuciones eléctricas en corriente alterna a voltajes bastante mayores, que pueden llegar a 110.000 voltios.

En un mismo sentido el contacto accidental de una persona a una tensión de 220 voltios puede llegar a producirle incluso la muerte. Los principales elementos de protección de los circuitos eléctricos de corriente alterna son fusible, el interruptor magnetotérmico. Tanto Unipolares, bipolares y tripulares