Protecciones, Aparatos de Maniobra y Tipos de Instalaciones Eléctricas en Viviendas

Protecciones Eléctricas

• Sobrecarga: Cuando la corriente eléctrica que pasa por un circuito es superior a la prevista.
• Cortocircuito: Conexión accidental de dos conductores de distinta fase, o de estos con el neutro.
• Sobretensión: Toda tensión entre un conductor de fase y tierra o entre dos conductores de fase, cuyos valores de cresta sobrepasan el valor de cresta de la tensión más elevada para el material.
• Descargas Eléctricas a las Personas: Una persona sufre una descarga cuando su cuerpo entra a formar parte de un circuito eléctrico, a cuyo través circula la corriente.
• Contactos Directos: Contacto eléctrico entre personas y piezas en tensión.
• Contactos Indirectos: Contacto eléctrico entre personas y piezas conductoras expuestas que han pasado a estar en tensión en condiciones de defecto.

Aparatos de Maniobra y Protección

• Aparatos de Maniobra: Tienen por misión establecer o interrumpir la corriente en uno o varios circuitos bajo condiciones previstas de servicio, sin daños significativos para el aparato y sin perturbar la explotación.
  • Seccionador: Un seccionador es capaz de abrir o cerrar un circuito cuando la corriente a interrumpir o a establecer es despreciable o cuando no se produce ningún cambio notable de tensión en los bornes de cada uno de los polos del seccionador.
  • Interruptor: Aparato mecánico de conexión capaz de establecer, soportar e interrumpir la corriente en las condiciones normales del circuito y circunstancialmente las condiciones específicas de sobrecarga en servicio, así como soportar, durante un tiempo determinado, intensidades tales como las de cortocircuito.
  • Contactor: Capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones normales de circuito, incluidas las condiciones de sobrecarga en servicio.
• Aparatos de Protección: Son dispositivos encargados de desenergizar un sistema, circuito o artefacto, cuando en ellos se alteran las condiciones normales de funcionamiento.

• Interruptor diferencial: Es un dispositivo de protección diseñado para desenergizar un circuito cuando en él exista una falla a tierra. Su principio de funcionamiento está basado en la ley de Kirchhoff que dice que la suma vectorial de las corrientes en un circuito (entrando o saliendo) es igual a cero. La parte principal del dispositivo diferencial consta de un transformador de corriente de núcleo toroidal; esta forma de núcleo permite un mejor rendimiento del protector. Un devanado en el núcleo capta la corriente de diferencia y, por medio del electroimán, activa la apertura del circuito.
• Interruptor magnetotérmico: Su función consiste en desconectar automáticamente una instalación o un circuito mediante la acción de un elemento bimetálico y un elemento electromagnético, cuando la corriente que circula por él excede un valor preestablecido en un tiempo dado. La protección térmica está formada por un bimetal, dos láminas de material con distinto coeficiente de dilatación a la temperatura, rodeadas de un material resistivo. La protección magnética está formada por una bobina, un núcleo móvil y un juego de contactos para cerrar o interrumpir el circuito. El principio de funcionamiento se basa en dos efectos que produce la corriente eléctrica al circular: el efecto térmico o calórico y el efecto magnético. El diseño de un disyuntor considera esos dos efectos para que, de acuerdo a un determinado valor de corriente, su funcionamiento sea normal, pero al excederse sea detectado por cualquiera de los dos mecanismos.

Instalaciones Eléctricas en Viviendas

Grado de Electrificación de una Vivienda

• Electrificación básica: Su objeto es permitir la utilización de los electrodomésticos de uso básico sin necesidad de obras posteriores a su adecuación. La potencia a prever será de 5750W a 230V.
• Electrificación elevada: Se usa cuando hay una previsión de utilización de aparatos electrodomésticos superior a la electrificación básica o con previsión de calefacción eléctrica o de acondicionamiento de aire acondicionado o con superficies útiles de vivienda superiores a 160 m² o con la combinación de ambas.

El grado de electrificación de una vivienda será “electrificación elevada” cuando se cumpla alguna de las siguientes condiciones:

• Superficie útil de la vivienda superior a 160 m².
• Si está prevista la instalación de aire acondicionado.
• Si está prevista la instalación de calefacción eléctrica.
• Si está prevista la instalación de sistemas de automatización.
• Si está prevista la instalación de una secadora.
• Si el número de puntos de utilización de alumbrado es superior a 30.
• Si el número de puntos de utilización de tomas de corriente de uso general es superior a 20.

Número de Circuitos de una Vivienda

• Electrificación básica:
  • C1: Circuito de distribución interna, destinado a alimentar los puntos de iluminación.
  • C2: Circuito de distribución interna, destinado a tomas de corriente de uso general y frigorífico.
  • C3: Circuito de distribución interna, destinado a alimentar la cocina y horno.
  • C4: Circuito de distribución interna, destinado a alimentar la lavadora, lavavajillas y termo eléctrico.
  • C5: Circuito de distribución interna, destinado a alimentar tomas de corriente de los cuartos de baño, así como las bases auxiliares del cuarto de cocina.
• Electrificación elevada: Los citados anteriormente más:
  • C6: Circuito adicional del tipo C1, por cada 30 puntos de luz.
  • C7: Circuito adicional del tipo C2, por cada 20 tomas de corriente de uso general o si la superficie útil de la vivienda es mayor de 160 m².
  • C8: Circuito de distribución interna, destinado a la instalación de calefacción eléctrica, cuando existe previsión de esta.
  • C9: Circuito de distribución interna, destinado a la instalación aire acondicionado, cuando existe previsión de este.
  • C10: Circuito de distribución interna, destinado a la instalación de una secadora independiente.
  • C11: Circuito de distribución interna, destinado a la alimentación del sistema de automatización, gestión técnica de la energía y de seguridad, cuando exista previsión de este.
  • C12: Circuitos adicionales de cualquiera de los tipos C3 o C4, cuando se prevean, o circuito adicional del tipo C5, cuando su número de tomas de corriente exceda de 6.

Elementos de Protección en una Instalación Eléctrica de Viviendas

Fusibles, interruptor de control de potencia, interruptor diferencial e interruptor magnetotérmico.

Conductores en Instalaciones Interiores

• Conductores activos: Los conductores activos serán de cobre, aislados y con una tensión asignada de 450/750 V.
• Conductores de protección: Los conductores de protección serán de cobre y presentarán el mismo aislamiento que los conductores activos.

Instalaciones de Enlace

• Caja general de protección: Son las cajas que alojan los elementos de protección de las líneas generales de alimentación.
• Línea general de alimentación: Es aquella que enlaza la Caja General de Protección con la centralización de contadores.
• Derivación individual: Es la parte de la instalación que, partiendo de la línea general de alimentación suministra energía eléctrica a una instalación de usuario.
• Contadores:

Dispositivos generales e individuales de mando y protección. Interruptor de control de potencia.

Deducción de la Caída de Tensión en una Línea Monofásica

Debido al pequeño valor del ángulo θ, entre las tensiones en el origen y extremo de la línea, se puede asumir sin cometer prácticamente ningún error, que el vector U1 es igual a su proyección horizontal, siendo por tanto el valor de la caída de tensión:

ΔU = U1-U2 ≅ AB + BC = R I cosφ + XI senφ. [1]

Como la potencia transportada por la línea es:

P= √3 U1 I cosφ (en trifásico) [2]

P= U1 I cosφ (en monofásico) [3]

Basta con sustituir la intensidad calculada en función de la potencia en la fórmula [1], y tener en cuenta que en trifásico la caída de tensión de línea será raíz de tres veces la caída de tensión de fase calculada según [1], y que en monofásico habrá que multiplicarla por un factor de dos para tener en cuenta tanto el conductor de ida como el de retorno.

Caída de tensión en trifásico:

ΔU III = (R + X tan φ) (P / U1) [4]

Caída de tensión en monofásico:

ΔU I = 2 (R + X tan φ) (P / U1) [5]

Deducción del Cálculo de la Sección de una Línea

Caída de tensión en trifásico: ΔU III = R P / U1 [6]

Caída de tensión en monofásico: ΔU I = 2 R P / U1 [7]

Si tenemos en cuenta que el valor de la resistencia de un cable se calcula como:

R = R tca = R tcc (1 + Ys + Yp) = c R tcc [8]

R tcc = R 20cc [1 + α (θ -20)] = ρθ L / S [9]

R 20cc = ρ20 L / S [10]

ρθ = ρ20 [1 + α (θ -20)] [11]

Combinando las ecuaciones [8], y [9] anteriores se tiene:

R = c ρθ L / S [12]

Sustituyendo la ecuación [12] en las [6] y [7] se puede despejar el valor de la sección mínima que garantiza una caída de tensión límite previamente establecido.

Deducción de la Temperatura Máxima Prevista en un Cable

Para calcular la temperatura máxima prevista en servicio de un cable se puede utilizar el siguiente razonamiento: su incremento de temperatura respecto de la temperatura ambiente T0 (25ºC para cables enterrados y 40ºC para cables al aire), es proporcional al cuadrado del valor eficaz de la intensidad. Por tanto:

ΔT = T-T0= Constante. I²

ΔTmáx = Constante. I máx²

Por tanto:

ΔT/ I² = ΔTmáx / I máx²

T = T0 + (Tmáx − T0) * ( I / I máx)² [17]

Equipos de Medida

Clasificación de los Equipos de Medida

Forma de realizar la medida, tipo de suministro, tipo de energía a medir, que la tarifa lleve o no discriminación horaria y la forma de controlar la potencia demandada.

Equipos de Medida en Caso de Medida Directa o Indirecta

• Medida directa: El controlador se conecta directamente en la línea en la cual se quiere medir la energía.
• Medida indirecta: Consiste en intercalar unos transformadores de intensidad en la línea en la cual se quiere medir la energía.

Constitución de un Contador Monofásico de Inducción de Energía Activa de Simple Tarifa

• Bobina de intensidad: Recorrida por la totalidad de la corriente de línea.
• Bobina de tensión: Recorrida por una pequeña intensidad.
• Elemento móvil (disco): Gira en el entrehierro formado por los dos electroimanes.
• Imán freno: Hace que el giro del disco tenga una velocidad uniforme, en función de la intensidad.
• Totalizador: Traduce las vueltas del disco en unidades de energía.
• Placa de bornes: En ella se efectúan las conexiones de entrada y salida de la línea.

Función y Misión del Interruptor de Potencia y Maxímetro

• Interruptor de Potencia: Se instala en la salida de la línea hacia el cliente y tiene por misión impedir que su potencia conectada llegue a superar la potencia contratada. Existen 3 tipos: de reenganche manual, de reenganche automático y de reenganche remoto.
• Maxímetro: Indica en cada periodo de tiempo en que hace un barrido el valor medio de las potencias instantáneas de ese período. Existen 2 tipos: maxímetro indicadores o de aguja y maxímetros acumulativos.
• Relojes Conmutadores Horarios: Aparatos destinados a mandar órdenes necesarias para ejecutar los cambios de tarifa a las horas.

Esquemas de Distribución Eléctrica

Esquema de Distribución Tipo TN

• Técnica de Explotación: Desconexión al primer defecto.
• Técnica de Protección: Interconexión y puesta a tierra de las masas metálicas. Puesta a tierra uniformemente repartidas. Desconexión por protecciones de sobreintensidad.
• Usos: Para usuarios que tienen su propia subestación transformadora. Instalaciones temporales y de socorro.

Esquema de Distribución Tipo TT

• Técnicas de Explotación: Desconexión al primer defecto.
• Técnicas de Protección: Interconexión y puesta a tierra de las masas metálicas. Desconexión por interruptores diferenciales.
• Usos: Red de distribución pública.

Esquema de Distribución Tipo IT

• Técnica de Explotación: Señalización del primer defecto. Desconexión al segundo defecto.
• Técnica de Protección: Interconexión y puesta a tierra de las masas metálicas. Desconexión al segundo defecto por protecciones de sobreintensidad.
• Usos: Instalaciones para las cuales la continuidad del servicio es fundamental. Quirófanos y procesos industriales sensibles.

Conceptos Adicionales en Instalaciones Eléctricas

• Defecto a Tierra: Corriente que en caso de un solo punto de defecto a tierra, se deriva por el citado punto desde el circuito averiado a tierra o partes conectadas a tierra.
• Contacto Directo: Contacto de personas o animales con partes activas de los materiales y equipos.
• Contacto Indirecto: Contacto de personas o animales domésticos con partes que se han puesto bajo tensión como resultado de un fallo de aislamiento.
• Corriente de Fuga a Tierra: Corriente que circula hacia tierra directamente o a través de elementos conductores en un circuito eléctricamente sano.
• Conductor de Protección: Conductor requerido en ciertas medidas de protección contra choques eléctricos y que conecta alguna de las siguientes partes:
  • Masas
  • Elementos conductores
  • Borne principal de tierra
  • Toma de tierra
  • Punto de la fuente de alimentación unida a tierra o a un neutro artificial.
• Tensión de Defecto: Tensión que aparece a causa de un defecto de aislamiento, entre dos masas, entre una masa y un elemento conductor, o entre una masa y una toma de tierra de referencia, es decir, un punto en el que el potencial no se modifica al quedar la masa en tensión.
• Tensión de Contacto: Tensión que aparece entre partes accesibles simultáneamente, al ocurrir un fallo de aislamiento.
• Intensidad de Defecto: Valor que alcanza una corriente de defecto.