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INSTALACIONES ELÉCTRICAS DOMICILIARIAS

CONTROLES DE MANIOBRA O DE MANDO:

Interruptor:

Operador eléctrico que sirve para abrir (apagar) o cerrar (encender) un circuito eléctrico. Es decir, como su nombre indica (interruptor), sirve para interrumpir en paso de corriente eléctrica por un circuito.

Pulsador:

Operador eléctrico que sirve para conectar el circuito (encender) mientras se pulsa.

Conmutador:

Operador eléctrico similar al interruptor pero que al abrir conecta con un contacto y al cerrar conecta con otro contacto. Puede poseer varios contactos utilizándose para ello el relé . En comparación con un circuito hidráulico un conmutador sería como el mando de la bañera: grifo ducha.

Hay diferentes tipos de conmutadores, pero en viviendas los más comunes son los conmutadores bipolares y conmutadores de cruce.

Transformador:

Elemento de control del voltaje. Consiste en dos bobinas enrolladas sobre un núcleo de hierro de forma cuadrada. Para elevar el voltaje la bobina de entrada o primaria lleva menos espiras que la bobina de salida o secundaria, y viceversa para reducir el voltaje. (Ej.: de 220 v a 3 v, en el caso de los móviles)

CONTROL DE PROTECCIÓN:

La energía eléctrica tiene dos riesgos fundamentales:

a) Incendio por calentamiento de conductores o receptores, debido a consumo excesivo o cortocircuito.

b) Electrocución o descarga eléctrica en personas por un contacto indirecto o derivación.

Para evitar estos riesgos se han dispuesto esta serie de dispositivos:

Para evitar cortocircuitos se emplea: Fusibles y Magnetotérmicos (PIA).

Para evitar consumos excesivos: Limitador de potencia (ICP)

Para evitar las descargas eléctricas o electrocución se emplea: Diferencial y puesta a tierra.

CLasificados en otros términos también como :

- Protección contra sobrecargas:

• Interruptores automáticos con relé térmico
• Fusibles de características y calibre apropiados

- Protección contra cortocircuitos:

• Interruptores automáticos con relé magnético
• Fusibles de características y calibre apropiados

- Protección contra contactos a tierra:

• Dispositivos diferenciales

Los vemos a continuación con detalle,

Circuitos habituales de viviendas.

Fusible:

Los fusibles son el sistema más antiguo de protección contra fallos eléctricos. Estos dispositivos han perdurado a través del tiempo gracias a unas innegables ventajas:

• Son de construcción rápida y sencilla.
• Tienen un bajo coste.
• Son muy rápidos (hasta 5 ms).
• Dispone de valores de ruptura muy altos (hasta 100 kA).

Presentan, no obstante, algún inconveniente:

• Cada defecto provoca la ruptura o destrucción del fusible, y por tanto, debe sustituirse el componente.
• Es difícil su calibración temporal, siendo prácticamente imposible obtener respuestas precisas con ellos.

El fusible es un operador eléctrico que cuando sube en exceso la intensidad de un circuito, se calienta y se funde antes de que lo haga el circuito, cortando así el flujo de corriente que circula por él y protegiendo la instalación de un posible incendio, como ocurre en una subida de tensión en el circuito o de un cortocircuito provocado en él.

Figura: Diversos modelos de fusibles conrtacircuitos a) Fusible cilíndrico b) Fusible tipo doméstico c) Fusible de cuchilla

Actualmente los fusibles no se utilizan en las viviendas, solamente alguno en la acometida general. En los coches se siguen utilizando, para proteger los circuitos de los cortos para que no se quemen. (Imagina que se quema el aparato de música de 500 Euros, por poner un fusible equivocado de más intensidad o puentearlo)

Magnetotérmicos:

Interruptores Automáticos MagnetoTérmicos (PIA): (Pequeño Interruptor Automático) Externamente son interruptores con los que el usuario puede cortar el suministro de corriente a zonas por separado del edificio (cocina, salón, habitación,…), pero cuentan con la propiedad de desconectarse automáticamente si la corriente que los atraviesa es mayor al límite para el que están fabricado, no siendo necesario sustituirlos cada vez que se disparan automáticamente.

Térmico: Utiliza unas láminas bimetálicas, que a determinada intensidad eléctrica se calientan, y se doblan abriendo el circuito, funcionando a voltaje algo alto pero de larga duración.

Uso de relés térmicos: Se entiende que un circuito está afectado por una sobrecarga cuando los valores de sus intensidades alcanzan valores más elevados que las correspondientes a su valor nominal, pero sin exceder demasiado de él (de 1.1In a 3In), aparte, no se producen de forma instantánea, permitiendo al circuito adaptarse a los cambios. No son por tanto demasiado perjudiciales, siempre que su duración no permita que se alcancen temperaturas inadmisibles en los aislantes de los circuitos. Es más, para una correcta utilización de las instalaciones y maquinas es bueno que los dispositivos de seguridad permitan en cierto modo y durante un tiempo determinado estas sobrecargas, evitándose así desconexiones indebidas que perjudicarían el normal funcionamiento del arranque de los motores, por ejemplo.

Esto implica que el dispositivo de protección contra sobrecargas sea inteligente, es decir, que permita el paso de intensidades bajas durante un cierto tiempo y, en cambio, con intensidades peligrosas actúe con rapidez. A estos dispositivos se les denomina de tiempo-dependiente o característica térmica inversa, ya que a mayor temperatura (mayor intensidad) el tiempo de disparo decrece. Normalmente, el dispositivo mide el calentamiento indirectamente mediante el control de la intensidad que recorre el circuito.

El elemento básico de un relé térmico contra sobrecargas es una lámina bimetálica, es decir, una lámina constituida por dos metales de diferente coeficiente de dilatación (el metal superior suele ser más sensible a los cambios de temperatura) y calentada por la corriente que atraviesa el circuito principal; este calentamiento puede ser:

1. Directo: si por la bilámina pasa toda la corriente del circuito. 2. Indirecto: si la corriente pasa por un arrollamiento calefactor que rodea la bilamina. El funcionamiento del relé es sencillo; cuando una intensidad, dentro de los valores normales, circule por la lámina bimetálica, se producirá un calor que será disipado sin dificultad por el mismo material, mas cuando la intensidad alcance valores mayores a los permitidos, la bilámina ya no podrá disipar tanta energía calorífica y comenzará el proceso de dilatación. Al estar las láminas unidas mecánicamente o por soldadura, resulta imposible su elongación por separado, así el metal cuyo coeficiente de dilatación sea mayor no tendrá más alternativa que curvarse sobre el material con coeficiente de dilatación menor, de forma que: si se fija uno de los extremos de la lámina bimetálica, el otro extremo no tendrá más opción que desplazarse hacia el lugar ocupado por el metal de menor coeficiente de dilatación térmica. Un relé es un dispositivo muy simple. Se lo puede considerar como un interruptor controlado a distancia. Se utiliza una corriente eléctrica muy pequeña para magnetizar un devanado pequeño. Luego, el magnetismo hace que se cierren algunos contactos, lo que a su vez puede controlar una corriente mucho más intensa. Esto permite utilizar pequeños y delicados interruptores para controlar grandes consumos de corriente, como los faros o la luneta trasera térmica de un automóvil.

Figura: Características tiempo-corriente de un relé térmico. Ordenadas (logaritmo de tiempos) y abscisas (relación entre intensidades) Si conocemos la imagen térmica del elemento a proteger o curva tiempo-corriente admisible (lo que ocurre en contadas ocasiones, ya que lo normal es que los elementos o máquinas no dispongan de la misma, o por el contrario se proteja con el relé a más de un componente), la elección del relé se efectuará de forma que la curva del mismo siempre esté por debajo de la curva límite del elemento o conductor a proteger.

Si esta bilámina, al llegar en su curvatura a un punto determinado, acciona algún mecanismo, abre un contacto o actúa sobre cualquier otro dispositivo solidario como la bobina de un contactor, puede conseguirse la desconexión del circuito por abertura del relé térmico. Aparte, es importante destacar que este sencillo elemento es capaz de dar respuesta a la curva deseada para las sobrecargas (curva a tiempo inverso), ya que si la intensidad es pequeña, la lámina bimetálica tardará mucho en doblarse (desconexión), en cambio si la corriente es grande, también será grande el calor por efecto Joule producido, siendo la desconexión mucho más rápida.

Para las instalaciones de potencia, con intensidades elevadas, los relés serían costosos y de grandes dimensiones. Para evitar ese inconveniente, en estos casos, por los relés no pasa la totalidad de la intensidad, sino una parte proporcional de la misma, que es proporcionada por el secundario de un transformador de intensidad conectado con el circuito principal.

Limitador de potencia : Interruptor limitador (ICP): Es un Interruptor Automático instalado por la compañía suministradora, que limita el paso de corriente al máximo contratado, cortando automáticamente si se supera este máximo.

Los cortocircuitos son defectos que producen intensidades muy elevadas (con 5 veces la In, puede considerarse un cortocircuito franco), bruscas (la elevación se produce en un intervalo de tiempo muy pequeño) y destructivas. Los cortocircuitos ocurren cuando en un circuito desaparece toda o parte de su impedancia, manteniéndose la tensión prácticamente constante. Todo ocurre como si de repente uncircuito con una cierta impedancia, debido a un fallo de aislamiento o por una operación incorrecta, perdiera parte de esta impedancia elevándose bruscamente la intensidad.

Un ejemplo nos permitirá una mejor comprensión: supongamos una vivienda con 220 V de tensión; esta vivienda, dispone de una toma de corriente a la que se conecta una bombilla de 100 W. La resistencia de la bombilla será:

Con la citada tensión le corresponderá una intensidad de:

Intensidad completamente aceptable.

Si por un error de conexión o fallo de aislamiento, los dos terminales de la toma de corriente entran en contacto (circuito corto), la resistencia disminuirá a valores muy bajos (del orden de décimas de Ω), quedando la intensidad con un valor:

La secuencia de daños que pueden producir estas corrientes son, sucesivamente:

• Envejecimiento de los aislamientos
• Carbonización o inflamación de los aislamientos
• Fusión de los conductores
• Disminución de las características mecánicas de las partes conductoras o metálicas adyacentes (resortes, etc..)

El primero de los efectos señalados, envejecimiento de los aislamientos, suele presentarse con intensidades no muy elevadas, siendo suficientes unos 160ºC para que, materiales tan frecuentes como el PVC (policloruro de vinilo) comiencen a deteriorarse. Para evitarlo, la temperatura momentánea no debe superar nunca los valores especificados por los fabricantes.

Los cortocircuitos, por tanto, son siempre perjudiciales y deben interrumpirse cuanto antes. Por este motivo, los dispositivos de protección contra ellos deben ser instantáneos y han de actuar sobre equipos capaces de abrir el circuito en presencia de estas corrientes elevadas. El medio más utilizado para la protección contra cortocircuitos es el interruptor de potencia o limitador de potencia.

Con el objetivo de cumplir adecuadamente sus misiones de mando y protección, los interruptores de potencia suelen estar provistos de toda una serie de mecanismos y dispositivos de desenganche o desconexión. A continuación se citan los más importantes:

• Dispositivos térmicos de desenganche con retardo dependiente de la corriente: se utilizan para la protección contra sobrecargas.
• Dispositivos de desenganche electromagnéticos de sobreintensidad: son utilizados como desenganches rápidos para la protección contra cortocircuitos
• Dispositivos de desenganche magnetotérmicos: constituidos por la combinación, en un sólo bloque, de los dispositivos térmicos contra las sobrecargas y de los electromagnéticos contra cortocircuitos.
• Dispositivos de desenganche electromagnéticos de mínima tensión: están conectados a la tensión de servicio y disparan al disminuir la tensión hasta un 50% de su valor nominal, aproximadamente, soltando su armadura magnética.
• Dispositivos de desenganche electromagnéticos de mínima tensión: están conectados a la tensión de servicio y se disparan al disminuir la tensión hasta un 50% de su valor nominal, aproximadamente, soltando su armadura magnética.
• Dispositivos de desenganche electromagnéticos de corriente de trabajo (emisión de corriente). Se utilizan para el disparo a distancia.

Diferenciales:

Interruptores Diferenciales (ID) Para evitar descargas eléctricas sobre personas. Externamente son muy parecidos a los Interruptores Automáticos, permitiendo cortar manualmente el suministro. Se distinguen por un pulsador de prueba que se utiliza para comprobar su correcto funcionamiento. Estos interruptores se desconectan automáticamente cuando detectan una salida indeseada de energía eléctrica fuera del circuito que protegen.

Cuando nos referimos a protección de seres vivos, el concepto es muy diferente a las protecciones que salvaguardan a los equipos, maquinaria e instalaciones eléctricas, ya que son suficientes unos pocos miliamperios para provocar la electrocución de un ser humano. Los miliamperios que provocan serios peligros en los seres vivos no son tan siquiera detectados por los relés térmicos, que empiezan a funcionar a partir de valores mucho mayores (10 A por ejemplo), y aun con mucha lentitud.

Nos encontramos, pues, delante de un problema: si creamos dispositivos capaces de interrumpir el fluido eléctrico con valores de intensidad no peligrosos para los seres vivos (mA), la potencia que obtendremos será tan baja que resultarán del todo inservibles. Si por el contrario los elementos de corte permiten pasar varios amperios (para obtener así potencias acordes con el consumo actual), antes de producirse el corte del suministro eléctrico, por detección de los dispositivos de corte térmicos o magnéticos, resultarán intensidades del todo inapropiadas para la protección de los seres vivos.

El problema se solucionó con la incorporación a los sistemas de protección del relé diferencial, el cual permite pasar la intensidad necesaria demandada por las instalaciones actuales de potencia, pero al mismo tiempo permite una alta protección para los seres vivos.

Por ejemplo, si se produce un fallo en la funda aislante del cable, por contacto con una persona puede producirse una derivación a tierra (potencial cero). El diferencial se activa al detectar la salida indeseada de energía eléctrica, cortando inmediatamente el suministro de energía y evitando desagradables consecuencias.

El relé diferencial está formado por un núcleo magnético con unas bobinas y dispositivos a él conectadas. A través de este núcleo magnético pasan los conductores activos (fase y neutro en un suministro monofásico, por ejemplo). Uno de estos conductores es el de la entrada de la energía (primario del núcleo), mientras que el otro corresponde el retorno de la misma (secundario del núcleo).

Si no se produce ninguna fuga los amperios que han entrado a través del diferencial, una vez hayan realizado su labor (encender una bombilla, alimentar un aparato eléctrico, etc.), retornarán por el segundo conductor sin haber sufrido disminución alguna, no actuando el dispositivo de protección, ya que está recorrido por dos corrientes del mismo valor pero de sentidos opuestos. Si se produce una fuga en algún punto de la instalación (contacto accidental de una persona, por ejemplo), ya no existirá igualdad entre las intensidades, produciéndose un desequilibrio en los flujos generados en los bobinados del núcleo magnético, que crearán una fuerza magnética capaz de producir la desconexión del diferencial.

Es decir, y simplificando; un relé térmico o magnético no disparará si no se sobrepasa su límite de intensidad prefijado, siendo a efectos del relé, indiferente sí esta intensidad alimenta un receptor o bien se pierde en una fuga. Si la protección es por relé diferencial, se invierten los términos, no disparará por límite de intensidad (mientras no resulte peligroso para él mismo), sino que sólo actuará cuando se produzca un desequilibrio entre las corrientes que por él circulan, aunque estas corrientes sólo representen unos miliamperios.

Las características que lo definen son:

* Corriente máxima admisible: Límite de corriente que puede atravesar el Interruptor Diferencial.

* Sensibilidad: Límite de la diferencia entre la corriente que entra en el circuito y la que sale. Su elección dependerá de la instalación a proteger, distinguiendo tres valores:

• Alta sensibilidad: 30 mA.
• Media sensibilidad: 300 mA.
• Baja sensibilidad: 500 mA.

Ejemplo: Esquema eléctrico de un diferencial. Cuando se detecta un contacto indirecto, el electroimán desconecta el circuito. (Observa su símbolo en ambas imágenes).

Is – Ie < 30 mA, cuando funciona perfectamente sin haber falsos contactos o derivaciones a tierra.

Si Id es la corriente que deriva a tierra por un contacto indirecto, se consumirá más corriente que el microondas en perfecto estado, por lo que: Is – (Ie + Id)> 30mA, y entonces salta el diferencial, desconectando el circuito.

RECEPTORES ELÉCTRICOS: Son los elementos o dispositivos que reciben y consumen la electricidad:

Lámpara o bombilla: Operador eléctrico que se conecta a un circuito por el que circula corriente eléctrica y transforma la energía eléctrica que recibe en energía luminosa (y en energía calorífica).

Figura: Protecciones en un circuito de una instalación eléctrica domiciliaria, donde se puede observar el circuito de toma a tierra y el cuadro general de distribución y protección eléctrica.

Tipos de lámparas:

a) Bombilla de filamento: Las de siempre, gas más filamento que se vuelve incandescente e ilumina(100 w). (Las bombillas de filamento en forma de hélice (de Tungsteno o Wolframio) llevan un gas inerte en su interior como (N) Nitrógeno y/o (Ar) Argón, ya que si llevara oxigeno se quemaría. Los tubos fluorescentes llevan también un gas inerte a baja presión con una gota de mercurio que se ioniza y emite luz ultravioleta, que a través de una capa fluorescente (Aluminatos de Mg o Cs) en forma de polvo que envuelve el tubo, le dan color. Ten cuidado con los tubos fluorescentes si se rompen, porque son tóxicos).

b) Tubo fluorescente: Vapor mercurio baja presión se ioniza, por medio de sustancia emite luz de color(40 w). (La luz es una forma de energía y se obtiene de dos formas: incandescencia (emisión de luz por objetos con calor, Ej.: bombilla de filamento) o luminiscencia (emisión de luz sin calor, Ej.: Fosforescencia – pinturas que brillan en la oscuridad; Fluorescencia – tintes absorben luz ultravioleta y luego emite luz visible, como los zapatos deportes que reflejan la luz. En esto se basa los tubos fluorescentes).

c) Halógenas: Tubo de cuarzo con vapor de gas con yodo más filamento. Da mayor luminosidad (100 w)

d) De bajo consumo: parecidas a los tubos fluorescentes.(15 w)

e) Otros: Farolas (Vapor de sodio; dan luz anaranjada), Xenón (gas Xenón alta presión + Kriptón, con filamento muy apretado alcanza tª elevadas y más luz + tinte, dan luz muy blanca; Luz coches modernos)

Motor:

Operador eléctrico que se conecta a un circuito por el que circula corriente eléctrica y transforma la energía eléctrica que recibe en energía cinética al girar. Hay motores de CC (suelen ser de pequeño voltaje) y motores de CA (de 220 v monofásico (lavadora), y de 380 v (motores industriales)).

Otros:

Timbre, zumbadores, circuitos electrónicos (Ej.: alarma), resistencias (Ej.: cocina eléctrica, altavoz), etc.