Dispositivos de Proteccin y Maniobra

Necesidad e Importancia de los dispositivos de Proteccin

Son dispositivos encargados de desenergizar un sistema, circuito o artefacto, cuando en ellos se alteran las condiciones normales de funcionamiento. Como su nombre lo indica, estos aparatos protegen las instalaciones para evitar daos mayores que redunden en prdidas econmicas. Algunos de ellos estn diseados para detectar fallas que podran provocar daos a las personas. Cuando ocurre esta eventualidad, desconectan el circuito.Los dispositivos de proteccin son necesarios en todas las instalaciones elctricas para preservar los equipos y las instalaciones de las posibles fallas en los aparatos elctricos o en el sistema que le suministra la energa. Todos los circuitos, cables y aparatos deben protegerse por imperativo legal, contra los efectos perjudiciales de las sobrecargas y los cortocircuitos. Esta proteccin se realizar mediante dispositivos que sean capaces de producir la desconexin del circuito en un tiempo apropiado, cuando la intensidad supere un valor preestablecido.

Tipos de Dispositivos:

1) Interruptores:

Es un dispositivo utilizado para desviar o interrumpir el curso de la corriente elctrica.Entre los materiales que se utilizan para los interruptores se encuentran las aleaciones de latn (60% cobre, 40% zinc). Esta es muy resistente a la corrosin y es un conductor elctrico apropiado. El aluminio es tambin buen conductor y es muy resistente a la corrosin.En los casos donde se requiera una prdida mnima se utiliza cobre puro por su excelente conductividad elctrica. El cobre bajo condiciones de condensacin puede formar xido de cobre en la superficie interrumpiendo el contacto.Para interruptores donde se requiera la mxima confiabilidad se utilizan contactos de cobre pero se aplica un bao con un metal ms resistente al xido como lo son el estao, aleaciones de estao/plomo, nquel, oro o plata. La plata es de hecho mejor conductor que el cobre y adems el xido de plata conduce electricidad.

2) Interruptores Automticos:

Es un aparato capaz de interrumpir o abrir un circuito elctrico cuando la intensidad de la corriente elctrica que por l circula excede de un determinado valor o, en el que se ha producido un cortocircuito, con el objetivo de no causar daos a los equipos elctricos. A diferencia de los fusibles, que deben ser reemplazados tras un nico uso, el disyuntor puede ser rearmado una vez localizado y reparado el dao que caus el disparo o desactivacin automtica.Se fabrican disyuntores de diferentes tamaos y caractersticas lo cual hace que sea ampliamente utilizado en viviendas, industrias y comercios.Los parmetros ms importantes que definen un disyuntor son:

Calibre o corriente nominal: Corriente de trabajo para la cual est diseado el dispositivo. Tensin de trabajo: Tensin para la cual est diseado el disyuntor. Poder de corte: Intensidad mxima que el disyuntor puede interrumpir. Con mayores intensidades se pueden producir fenmenos de arco voltaico, fusin y soldadura de materiales que impediran la apertura del circuito. Poder de cierre: Intensidad mxima que puede circular por el dispositivo en el momento de cierre sin que ste sufra daos por choque elctrico. Nmero de polos: Nmero mximo de conductores que se pueden conectar al interruptor automtico.

- Interruptor Termomagntico o Disyuntor:

Es un dispositivo de proteccin provisto de un comando manual y cuya funcin consiste en desconectar automticamente una instalacin o un circuito, mediante la accin de un elemento bimetlico y un elemento electromagntico, cuando la corriente que circula por l excede un valor preestablecido en un tiempo dado.

La proteccin trmica est formada por un bimetal, dos lminas de material con distinto coeficiente de dilatacin a la temperatura, rodeadas de un material resistivo. La proteccin magntica est formada por una bobina, un ncleo mvil y un juego de contactos para cerrar o interrumpir el circuito.El principio de funcionamiento se basa en dos efectos que produce la corriente elctrica al circular: el efecto trmico o calrico y el efecto magntico. El diseo 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.Un exceso de corriente producir aumento de temperatura y, por consiguiente, dilatacin del bimetal, el cual activar el dispositivo de desconexin. Del mismo modo, el aumento de corriente produce atraccin del ncleo, el cual activar el dispositivo de desconexin. En ambos casos, el disyuntor cuenta con un sistema de enclavamiento mecnico o traba que impide la reconexin automtica del dispositivo. Para restablecer el paso de energa debe eliminarse la causa que provoc el exceso de corriente, destrabar el mecanismo bajando la palanca manualmente y luego volvindola a subir.Las causas del exceso de corriente pueden ser una falla de cortocircuito, provocado por la unin de dos conductores activos a potencial diferente como fase y neutro - , o la unin de un conductor activo que pase por la carcaza metlica de un artefacto conectado a tierra. Otra causa de exceso de corriente puede ser una sobrecarga, que consiste en un aumento de la potencia por exceso de artefactos o porque un artefacto tiene una instalacin deficiente. Esta situacin se produce frecuentemente al conectar estufas o calefactores elctricos en circuitos de menor corriente nominal.Por sus caractersticas de operacin, el elemento bimetlico del disyuntor acta en forma lenta, por lo que se presta especialmente para la proteccin de sobrecargas; en cambio, el sistema magntico es de accin rpida y protege eficazmente del cortocircuito.Variando las caractersticas de estos sistemas se pueden obtener disyuntores de diversas velocidades de operacin, lo que permitir ubicarlos en diferentes partes de una instalacin y, de este modo, optimizar la proteccin.Los disyuntores se conectan en serie, en la fase, entre el punto de alimentacin y los posibles puntos de falla, con el objeto de delimitar la falla en un rea reducida. La proteccin que est ms prxima al punto de falla debe operar primero y si sta, por cualquier motivo, no acta dentro de su tiempo normal, la que sigue debe hacerlo. El ideal es que la falla sea despejada en el disyuntor ms cercano. Si se consigue este objetivo, los cortes de energa son sectorizados y la deteccin de la falla se hace ms fcil.Al proyectar una instalacin, entonces, debern coordinarse las protecciones para conseguir selectividad en la operacin. Por ejemplo, un disyuntor colocado en el empalme debe ser comparativamente ms lento que uno ubicado en el tablero de distribucin. Para lograr este efecto, se pueden estudiar las curvas tiempo-corriente de los disyuntores tipo B, C, D - K, Z y MA (figura 1).Por lo tanto, un disyuntor debe ser seleccionado por la capacidad de corriente que es capaz de soportar en condiciones normales y por la rapidez con que se desconectar ante una eventual falla.

Figura 1

- Interruptor o Protector diferencial:

Es un dispositivo de proteccin diseado para desenergizar un circuito cuando en l exista una falla a tierra. Opera cuando la suma vectorial de las corrientes a travs de los conductores del circuito es mayor que un valor preestablecido.Su principio de funcionamiento est 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. En condiciones normales de funcionamiento, estas corrientes suman cero; al existir una falla a tierra que afecte a los conductores activos, por pequea que sea, esta ley no se cumplir.La parte principal del dispositivo diferencial consta de un transformador de corriente de ncleo toroidal; esta forma de ncleo permite un mejor rendimiento del protector. Un devanado en el ncleo capta la corriente de diferencia y, por medio del electroimn, activa la apertura del circuito.El protector diferencial protege fundamentalmente a las personas ante descargas elctricas por problemas de aislacin en conductores activos, descuidos al trabajar en circuitos energizados, fallas en aislaciones de mquinas y contactos accidentales.La instalacin de diferenciales se hace principalmente en circuitos de enchufe, desde donde se conectan pequeas mquinas-herramientas y electrodomsticos. Si estos artefactos no se encuentran en ptimas condiciones de funcionamiento, el diferencial puede actuar sin que aparentemente exista falla.

La adquisicin de este tipo de componentes debe considerar dos aspectos: la corriente nominal de trabajo y la sensibilidad nominal de operacin. Normalmente se emplean protectores diferenciales de 30 miliamperes de sensibilidad y 25 amperes de corriente nominal de trabajo. La operacin normal de estos protectores se produce, en realidad, con corrientes de 22 miliamperes en tiempos del orden de los 0,001 segundos.

Calculan continuamente la suma de vectores de las lneas de corriente monofsicas o trifsicas y, mientras la suma sea igual a cero, permiten que se suministre electricidad; el suministro se interrumpe rpidamente si la suma excede un valor predeterminado segn la sensibilidad del dispositivo.

3) Fusibles:El fusible es un dispositivo utilizado para proteger dispositivos elctricos y electrnicos, permite el paso de la corriente mientras sta no supere un valor establecido. Si el valor de la corriente que pasa, es superior a ste, el fusible se derrite, se abre el circuito y no pasa corriente.El fusible normalmente se coloca entre la fuente de alimentacin y el circuito a alimentar. En equipos elctricos o electrnicos comerciales, el fusible est colocado dentro de ste.Est constituido por una lmina o hilo metlico que se funde con el calor producido por el paso de la corriente.

Ventajas: Son de construccin rpida y sencilla. Tienen un bajo coste. Son muy rpidos (hasta 5ms). Dispone de valores de ruptura muy altos (varios kA). Desventajas: Cada defecto provoca la ruptura o destruccin del fusible, y por tanto se debe cambiar por otro elemento. Es difcil su calibracin en el tiempo, siendo prcticamente imposible obtener respuestas precisas con ellos.

Un fusible convencional consta de: Base porta-fusibles: parte fija provista de bornes destinados a ser conectados a la red y que comprende todos los elementos que aseguran su aislamiento. Cartucho fusible: comprende el elemento o elementos fusibles, que son necesarios substituir por otro nuevo, despus del funcionamiento del cortacircuitos y antes de que ste sea puesto de nuevo en servicio.

El funcionamiento del fusible es sencillo; cuando una intensidad dentro de los valores nominales, pasa por el filamento del fusible, el hilo del filamento evacuar el exceso de calor producido por el paso de intensidad sin problemas, ms cuando la intensidad llegue a valores superiores a su valor nominal no se podr evacuar este calor, producindose la fusin del hilo del fusible (tiempo de prearco). En este punto el fenmeno es ya irreversible, pero la corriente no cesa de forma inmediata, sino que se prolonga durante un tiempo al que se denomina tiempo de arco, este tiempo es directamente proporcional a la tensin del circuito. El tiempo total es la suma de los dos anteriores, siendo el tiempo que tarda en desaparecer completamente la corriente.

- Segn el Cdigo Elctrico Nacional:

240.6 Regmenes de Corriente Normalizadas:a) Fusibles e Interruptores Automticos de Caja Moldeada: Los regmenes de corriente normalizados de los fusibles e interruptores automticos de caja moldeada de tiempo inverso, deben ser de 15,20,25,30,35,40,45,50,60,70,80,90,100,110,125,150,175,200,225,300,350,400,450,500,600,700,800,1000,1200,1600,2000,2500,3000,4000,5000 y 6000.

4) Tableros: Tambin llamados cuadros, gabinetes, paneles, consolas o armarios elctricos de baja y media tensin, principales, de distribucin, de proteccin o de control que alojen elementos o aparatos de potencia elctrica de 24 V a ms.Son diseados para ensamblaje de un sistema de barras, con interruptores, los cuales pueden ser automticos o no contra sobre-corriente. El tablero podr estar formado por un gabinete auto-soportante o bien en una caja embutida en pared o tabiques. Segn las normas COVENIN las caractersticas que debe poseer un tablero para alumbrado y fuerza son:

Caja Metlica: si es para embutor con lmina de acero galvanizada nmero 16 con troqueles para entrada de tubera. Tipo superficial, lamina de acero numero 14 pintada, sin salida para tubos. Chasis de fijacin: De lmina calibre numero 16 galvanizada, fijado con tornillos cadmiados o similares y soportes aisladores para barras de fase. Pintura: Base antioxidante de fondo, pintura gris elctrico o pintura martillada, secada al aire o en horno. Barras de Fase: Sern de cobre electroltico cadmiado, densidad de corriente 150 A/Cm2, capacidad de interrupcin superior al interruptor principal, fijas al chasis con aisladores, separacin mnima entre fases 2 cm, con capacidad de corriente hasta 4000 A. Barras para conexiones de neutros y tierras: Sern de cobre electroltico cadmiado, plateada o similar, de igual capacidad que las barras de fase, fijas al chasis con aisladores de bakelita, separacin mnima de las barras de fase 5 cm, de igual nmero de conectores que salidas. Interruptores Ramales: Interruptores automticos termomagnticos de 1,2 0 3 polos conforme a las necesidades de capacidad segn diseo desde 15 amperios en adelante, con conectores de presin para cables de entrada en cobre o aluminio, conectados a las barras de fase por platinas de cobre para 4,6,8,12,18,24,30,36 o 42 salidas monopolares como mximo, con cierto espacio de reserva. Interruptor Principal: Interruptor automtico termomagntico, bipolar o tripolar desde 15 A hasta 600 A, para tableros de alumbrado y hasta 5000 A, de fuerza, conectado a las barras de fase por platinas; para desconectar al alimentador de llegada de cobre o aluminio, la capacidad de interrupcin de este dispositivo ser igual o menor que la de las barras de fase. - Tableros de baja tensin: Tanto el cofre como la tapa de un tablero general de acometidas autosoportado (tipo armario), deben ser construidos en lmina de acero, cuyo espesor y acabado debe resistir los esfuerzos mecnicos, elctricos y trmicos, as como los efectos de la humedad y la corrosin. El tablero puede tener instrumentos de medida de corriente para cada una de las fases, de tensin entre fases o entre fase y neutro (con o sin selector), as como lmparas de indicacin de funcionamiento del sistema (normal o emergencia). Los tableros deben ser resistentes al impacto contra choques mecnicos. Todo tablero debe tener su respectivo diagrama unifilar actualizado.Las partes conductoras de corriente de tableros de baja tensin:Las partes conductoras de los tableros debern cumplir los siguientes requisitos:

a) Toda parte conductora de corriente debe ser rgida y construida en plata, una aleacin de plata, cobre, aleacin de cobre, aluminio, u otro metal que se haya comprobado til para esta aplicacin. No se debe utilizar el hierro o el acero en una parte que debe conducir corriente.b) Para asegurar los conectores a presin y los barrajes se deben utilizar tornillos de acero, tuercas y clavijas de conexin. Todo terminal debe llevar tornillos de soporte de acero en conexin con una placa terminal no ferrosa.c) La capacidad de corriente de los barrajes de fase no debe ser menor que la proyectada para los conductores del alimentador del tablero. Todos los barrajes, incluido el del neutro y el de tierra se deben montar sobre aisladores.d) La disposicin de las fases de los barrajes en los tableros trifsicos, debe ser A, B, C, tomada desde el frente hasta la parte posterior; de la parte superior a la inferior, o de izquierda a derecha, vista desde el frente del tablero.e) Todas las partes externas del panel deben ser puestas slidamente a tierra mediante conductores de proteccin y sus terminales se deben identificar con el smbolo de puesta a tierra.f) Todos los elementos internos que soportan equipos elctricos deben estar en condiciones de resistir los esfuerzos electrodinmicos producidos por las corrientes de falla del sistema. Las dimensiones, encerramientos y barreras deben permitir espacio suficiente para alojamiento de los terminales y curvaturas de los cables. g) Las partes fabricadas con materiales aislantes sern resistentes al calor, al fuego y a la aparicin de caminos de fuga. La puerta o barrera que cubre los interruptores automticos debe permitir su desmonte dejando puntos elctricos al alcance (contacto directo) solamente mediante el uso de una herramienta. Rotulado e Instructivos de tableros: Un tablero de baja tensin debe tener adherida de manera clara, permanente y visible, por lo menos la siguiente informacin: Tensin(es) nominal(es) de operacin. Corriente nominal de operacin. Nmero de fases. Nmero de hilos (incluyendo tierras y neutros). Razn social o marca registrada del fabricante, comercializador o importador. El smbolo de riesgo elctrico. Cuadro para identificar los circuitos.

5) Cuadro de Medidores: Es el sitio donde estn agrupados un numero determinado de suscriptores, pudiendo ser del tipo residencial, comercial o de oficina. Este cuadro puede estar empotrado en paredes o tabiques en forma de paneles o esparates superficiales. Esta compuesto por equipos de proteccin, medidores, barras de fase y neutro.Cuando un grupo de suscriptores estn agrupados, la forma de disponer los medidores es:- De forma individual, uno por casa o apartamento.- De forma Grupal, centralizados en un lugar del edificio.- De forma general, en un cuadro nico para todo el conjunto. Cuando se trata de edificios de gran altura, ya sea de 15 pisos o ms, acostumbran a exigir las compaas de electricidad en cuadro de medidores para cada 10 pisos. Las dimensiones y caractersticas del cuadro de medidores y su ubicacin son definidas por la compaa suscriptor de energa elctrica, este cuadro luego es revisado por loa bomberos.

6) Puesta a tierra

Se denomina as a la conexin fsica que se realiza entre las partes no conductoras de un equipo elctrico y tierra. Esto se realiza con el fin de limitar la tensin en las partes metlicas de los equipos para evitar que alcance valores peligrosos para la vida de un ser humano. En caso de falla del aislamiento de un equipo el hecho de conectarlo a tierra, crea un camino de baja impedancia para el drenaje de la corriente.

A nivel residencial es obligatorio conectar a tierra todos los equipos electrodomsticos no porttiles tales como: refrigerador, congelador de alimentos, aires acondicionados, lavadora de ropa, secadora de ropa, lavaplatos, bombas, equipos de acuario, tableros, caja de medicin, etc. En las residencias que poseen canalizaciones con tuberas metlicas se favorece el aterramiento en ellas de cajetines y equipos, aunque lo ideal es conectar todos los dispositivos, tomacorrientes de uso general y especial, a un cable de tierra que ira a conectarse en el tablero y este con el cable de puesta a tierra del sistema interno de la vivienda. El sistema de puesta a tierra de la residencia, se puede conectar a las tuberas de aguas blancas, si se trata de hierro galvanizado o cobre. Otra solucin sera instalar una barra de tierra copperweld de 5/8 x 2.44 m (tamao convencional de barras de tierra utilizado en Venezuela) enterrada en donde haya cierta humedad en el terreno. Estas suelen ubicarse, mediante alambre desnudo N 4, al sistema de tierra.

El cdigo elctrico nacional en la seccin 250, tablas 250-94 y 250-95 seala los colibres de conductores a utilizar para la puesta a tierra, segn el calibre de la acometida y conforme a la capacidad de corriente del dispositivo de sobre corriente del circuito que se trate.Todo conductor de puesta a tierra deber estar slidamente conectado a las barras, equipos o puntos de aterramiento, utilizando conectores con tornillos o de compresin, a fin de no crear resistencias de contactos artificiales que dificultaran el drenaje de la corriente, en caso de falla en los equipos. En ciertos casos se podr utilizar conexiones soldadas, utilizando soldadura en caliente tipo cadweld o similar.Tambin es obligatorio el aterramiento en cuadro de medidores, centros de control de motores, tableros de distribucin, bancos de transformacin, estructuras de soportes de equipos elctricos, etc. En la medida que aumenta la potencia de los equipos y la tensin de trabajo, los sistemas de tierra irn creciendo en complejidad, formando mallas de tierra y debiendo cumplir los valores mnimos de resistencias a tierra establecidos en el CEN.

7) Proteccin contra fallas a tierra

Los resultados de estadsticas que se llevan a nivel internacional de las muertes de tipo domestico, en una gran mayora se atribuyen a las descargas elctricas producidas por contacto de las personas con equipos electrodomsticos. Cuando existe una falla en el aislamiento o en las conexiones de un equipo se puede presentar el caso de recibir una descarga elctrica en forma de calambre. El grado de severidad de este tipo de riesgos se mide en funcin de la corriente que puede soportar un ser humano. Conforme a experimentos de laboratorios se ha llegado a determinar que corrientes por debajo de los 30 mA, no afectan al ser humano. Los sistemas que se utilizan normalmente para prevenir los riesgos de las fallas a tierra es la puesta a tierra descrita en la seccin anterior. Tambin se pueden conectar todos los equipos mediante la puesta a neutro. En el primer caso, la puesta a tierra protege contra fallas aisladas de partes bajo tensin accidentalmente: pero es ineficaz para proteger al usuario del contacto con partes normalmente bajo tensin. La corriente de falla en puesta a tierra ser pequea, aunque puede ser peligrosa segn su valor. En caso de tocar partes conductoras la corriente puede ser mortal.Cuando se trate de puesta a neutro, o sea todo equipo conectado al neutro, esto har que al producirse una falla se dispare la proteccin de cortocircuito, lo que proteger al hombre que toque el equipo accidentalmente. Este sistema, no obstante lo sealado no es muy confiable, pues en caso de que el contacto con el neutro se dae, se anulara la proteccin; adems, algunas veces el neutro de la red no est a cero voltios, como debera ser por los altos valores logrados de resistencia de tierra.Existe un dispositivo denominado interruptor de fallas a tierra, se le conoce tambin con el nombre de proteccin diferencial. Para la explicacin del funcionamiento del dispositivo se pondr como ejemplo un suscriptor residencial conectado de una red de distribucin de la compaa de electricidad, en donde el centro de la estrella de un banco trifsico esta slidamente conectado a tierra.El protector diferencial (PD) esta compuesto por un mecanismo de deteccin y otro de desconexin. El primero est formado por un transformador de forma toroidal y en su interior se hacen pasar los conductores activos incluyendo el neutro. En el secundario del transformador de induce una tensin producida por la corriente diferencial de los conductores alimentadores del circuito. Esta tensin ser la seal que dispara el mecanismo de desconexin en un tiempo relativamente corto de 1.5 ciclos (25m seg.), y consiste en un sistema magntico que acta por desviacin del flujo. Por lo general poseen un pulsador de prueba y en algunos casos, dependiendo del fabricante, producen el (PD) combinado con proteccin de sobrecarga para el circuito en una sola unidad.Para la escogencia de los mismos se tomara como base la tensin del circuito, monofsico, bifsico o trifsico, la corriente de carga de 20 A en adelante y la corriente de falla desde 5 mA, hasta 30 mA, o 50 mA, segn las necesidades. En areas industriales existe la tendencia de colocar (PD) en cada motor o grupo de motores, en los subalimentadores segn las necesidades y continuidad de servicio. A nivel residencial es criterio de algunos proyectistas colocar un nico (PD), junto a la proteccin principal, despus del medidor, pero esto hace que en un momento dado de falla, se quedara toda la vivienda sin servicio. Es recomendable, aunque sale ms costoso, instalar (PD) en circuitos crticos de fallas tales como: en tomacorrientes de baos, garaje, tomacorrientes y luminarias exteriores, timbres de entrada, en tomas de cocina, en lavaderos y tomacorriente para calentador de agua. A fin de reducir el nmero de (PD) a instalar para bajar los costos de instalacin, a nivel de proyecto, se agruparan los puntos crticos en un mismo circuito, en dos, o tres, el proyectista analizara en cada caso cual sera la seleccin ms favorable para los intereses del cliente.

Conductores elctricos

1) Propiedades fsicas de los metales

Se define como conductor al material metlico, usualmente en forma de alambre o cable, adecuado para el transporte de corriente elctrica. En casos especiales el conductor puede tener formas de hilo, varillas, platinas, tubos o barras. De acuerdo a los componentes del material de su aleacin el conductor tendr una conductividad que lo caracteriza, los ms importantes son: el platino, plata, cobre, aluminio, hierro, etc. Tomando como base la plata, la conductividad relativa en otros metales es la siguiente (tabla 1):

Tabla 1

La conductividad real a 0 es la siguiente (tabla 2).

Tabla 2

2) Conductores de cobre y aluminio

Los ms utilizados en ingeniera elctrica y en especial para la industria del ramo, es el cobre y el aluminio. Para especiales est la plata, el platino o el acero. Con respecto al cobre y aluminio tienen un costo de produccin bastante ms bajo que los otros y el comportamiento desde el punto de vista elctrico es excelente; por ello se usan preferentemente en instalaciones elctricas y equipos en general. Conforme a sus caractersticas y propiedades poseen las reas de utilizacin bien definidas. Desde el punto de vista econmico, se debe destacar que el cobre no se produce en Venezuela en cantidad suficiente, debindose importar de Chile, Canad, Corea, Rhodesia u otros pases, variando su costo segn el precio del mercado nacional. El aluminio se produce en el pas y en los ltimos tiempos su produccin se ha incrementado. Varias empresas mixtas, ente el Estado y capitales privados venezolanos y extranjeros se dedican a la explotacin de la bauxita, produciendo el aluminio en el rea de Guayana, utilizando la electricidad, la cual se obtiene a bajo costo en esa zona y en abundancia, aprovechando la energa hidroelctrica de los ros del lugar. Por tal motivo en Venezuela el aluminio resulta ms econmico que el cobre.

El cobre es un metal de color rojizo, dctil y maleable, se puede fundir, forjar en lminas y estirarlo por medios mecnicos. En principio, del metal se produce el alambrn, que es el producto macizo de seccin circular producido por laminacin o extrusin en caliente; luego por trefilacin y laminacin en frio se produce el alambre de cobre. Las propiedades fsicas del cobre son las siguientes (figura 2):

Figura 2

El alambre de cobre se presenta en el mercado nacional en las formas siguientes: duro, semiduro y blando recocido. En el primero, el cobre es resistente y se puede trabajar con cierta dificultad, no se usa en instalaciones interiores; sino en la elaboracin de componentes tales como: grapas, conectores, platinas, barras, etc. El semiduro es el que se produce con caractersticas mecnicas intermedias entre el duro y el blando para fines que as lo requieran tales como bornes, contactos en tableros, laminas, etc. El blando o recocido se logra a partir del cobre duro, mediante un calentamiento progresivo y aplicando el estirado y laminado tambin progresivamente. Es por estas condiciones que se puede trabajar mejor, aunque su resistencia mecnica es menor que el duro. El cobre recocido se utiliza en la elaboracin de hilos y cables utilizados en canalizaciones elctricas. Por su parte, el aluminio tambin se obtiene en forma similar, logrndose el tipo recocido de dureza media, tres cuartos de dureza y duro. El aluminio mezclado con acero, o en aleaciones especiales, logra mejor la resistencia mecnica.

Comparando el cobre y el aluminio se puede concluir que el primero es 2 veces ms pesado que el otro, teniendo el aluminio una resistividad 1.65 veces mayor que la del cobre. El volumen del aluminio es mayor y en ciertos casos habra que tomarlo en cuenta como desfavorable. Debido a que muchas partes de equipos de proteccin, maniobra, transformadores, etc., son de cobre, es necesario que el empalme cobre-aluminio se haga con conectores especiales; adems, esto hace que se requiera una mano de obra especializada que trabaje los contactos con especial cuidado, a fin de que ni el uso de las manos toque el empalme, pues podra ser el comienzo de una oxidacin galvnica. En la superficie del aluminio suele formarse una capa de oxido por el contacto con el aire, la cual es resistente y transparente, posee altas propiedades dielctricas, es qumicamente estable y resistente a la corrosin, exceptuando los cidos hidroclordicos, hidrofluoridicos, oxlicos y lcalis fuertes.

El conductor de aluminio de igual capacidad de corriente, o del mismo orden que la del cobre, posee mejores caractersticas de cortocircuito que su equivalente en cobre.En la mayora de los casos, el conductor de aluminio equivalente, de capacidad de corriente del mismo orden, es de dos nmeros ms en la escala respectiva de calibres vigentes que se consigue en el mercado nacional.

En estudios econmicos que se han realizado, tomando en cuenta no solamente el aspecto de produccin del alambrn, sino los costos de instalacin y evaluando los inconvenientes que ocasionan el uso de uno y otro, se ha llegado a la conclusin de que el aluminio es econmicamente utilizable a partir de una seccin de o sea el nmero 2 en adelante. Su principal aplicacin es en redes areas, lneas de distribucin, subtransmisin y transmisin. En canalizaciones subterrneas son empleados en conductores de acometidas, en subalimentadores y alimentadores en edificaciones; tambin en redes subterrneas especiales para alumbrado pblico en baja tensin. Esto ha sido una prctica comn que ha venido utilizacin el Ministerio Infraestructura organismo que en Venezuela construye autopistas, carreteras y vas en general, as como tambin el alumbrado de las mismas.

3) Caractersticas de los conductores elctricos

Un conductor puede estar formado por uno o varios hilos, siendo unifilar o multifilar, cableado o trenzado. Cuando el conductor es cableado puede ser normal, flexible o extraflexible, de acuerdo al grado de flexibilidad que se le da al nmero de hilos delgados que lo componen. En la medida que aumenta en nmero mejora esta propiedad. Los cables flexibles son empleados en equipos porttiles, tales como: televisores, planchas, ventiladores, radios, etc. En la seccin 400 del CEN COVENIN 200, estn las disposiciones, tablas y dems informaciones relativas a Normas de fabricacin de Cordones y Cables flexibles. PAG 260

El cableado puede hacerse en forma concntrica, circular, compactado, comprimido sectorial o anular, segn se haya procesado el paquete de hilos para fines especficos. La norma COVENIN 553-81 establece las caractersticas de los procesos de fabricacin.

Los conductores de un solo hilo se denominan slidos y se utilizan hasta el N 10 en instalaciones residenciales, comerciales o de oficinas. Para calibres mayores se emplean cableados, para facilitar el manejo en el proceso de instalacin.

3.1) Conductores desnudos.

Conforme a las necesidades de un conductor podr estar al aire montado sobre soportes aislados de vidrio o porcelana, en redes areas, en lneas o redes de distribucin, o en lneas de alta o muy alta tensin. Para el caso de redes subterrneas, o bien en canalizaciones electricas residenciales, comerciales o industriales, se empelan conductores aislados. Los conductores desnudos tambin se utilizan para la puesta a tierra, para barras en sistemas de distribucin industrial, barras tambin en tableros suspendidos por aisladores y para aterramiento de transformadores, pararrayos o el neutro de una red de distribucin.

3.2) Conductores aislados.

Cuando un grupo de conductores van dentro de una canalizacin, deben estar aislados, para mantener fuera de contactos entre s, con tierra o estructuras.

Todo conductor estar aislado cuando se recubra con una capa aislante cuya conductividad elctrica es nula o muy pequea. El aislante y el componente metlico de un conductor deben estar elaborados de tal forma que resistan los agentes externos que se indican a continuacin:

Agentes mecnicos: tales como presin, abrasin, elongacin y dobleces a 180.Agentes qumicos: agua, humedad, hidrocarburos, cidos y alcalinos.

El material aislante debe soportar a los anteriores a fin de que no se produzca desprendimiento de sus partes, agrietamiento o bien que disminuya su espesor.

Agentes elctricos: el fabricante debe garantizar la rigidez dielctrica del aislante, estableciendo un control de calidad estricto donde se fijan los KV mnimos y mximos de prueba.

El CODIGO ELECTRICO NACIONAL en la seccin 310, Conductores para instalaciones de uso general, establece las disposiciones generales que deben cumplir los conductores elctricos. En la tabla 310-13, Aislantes de los conductores y su uso, se indica el nombre comercial del aislante, el tipo (abreviatura), la temperatura de funcionamiento; usos y aplicaciones, los aislantes desde el punto de vista de la composicin qumica, calibres disponibles, espesor del mismo y tipo de cobertura exterior.

Para uso residencial se emplean conductores de baja tensin para 600 V. en canalizaciones elctricas de iluminacin y fuerza, los aislantes ms utilizados son TW, THW y TTU. El primero (TW) es de termoplstico resistente a la humedad para uso general. El THW termoplstico resistente a la humedad, retardante de la llama, especial para motores y el TTU polietileno -PCV se utiliza para acometidas residenciales y redes subterrneas, temperatura de trabajo 75 C, tambin se fabrica para 90 C. Existe una gran variedad de aislantes que tienen su aplicacin en la reas industriales tales como: asbesto, goma, tela, barniz, resinas, plsticos, polietileno, mica, etc. La temperatura de operacin es un dato de gran importancia para el proyectista, pues en base a esto, se escoge el aislante adecuado. Para saber el tipo de ambiente habr que considerar en qu condiciones est la canalizacion que aloja los conductores o bien si estos van a la vista. En este caso la capacidad de corriente del cable aumenta en comparacion con el conductor que est confinado. Todo conductor deber trabajar a una temperatura por debajo del punto de fusin del aislante con margen de seguridad dos como mnimo. El CEN en Tablas 310-16,17, 19 y 19 establecen la capacidad de corriente permisible para conductores aislados a 30C. Tambin presenta factores de correccin para el caso de temperaturas superiores a la sealada. ( vese apendice A).

Se puede comprobar fcilmente que a medida que aumenta el nmero de conductores en ducto aumenta tambin la temperatura, por consiguiente, para no sobrepasar la especificacin del fabricante se aplican factores de correccin que vienen incluidos al pie de las tablas, a fin de no provocar el efecto destructor del aislante por exceso de temperatura. El CEN en la seccin 310. Nota N8 presenta la informacin sealada en la Tabla N II.

Para ilustrar el procedimiento a seguir se tiene: un conductor de cobre aislamiento TW calibre N 6 para una temperatura de rgimen de 60 C, capacidad de corriente de 55 A. si ese conductor se utiliza en un ambiente donde la temperatura es de 45 C, el factor de correccin resulta . La corriente que debe soportar el conductor resultar para tres conductores en ducto:

En caso de que se tengan 18 conductores en un mismo ducto se aplicar al valor anterior el factor de correccin correspondiente obtenido de la Tabla 3, resultado una corriente permisible de:

Tabla 3

3.3) Cables de semiplomo

Se denomina as a los conductores cableados que llevan una cubierta de plomo o semiplomo como se utiliza actualmente. El plomo por su costo elevado ha sido reemplazado por un termoplstico de alta resistencia y retardante de llama. Se utiliza en aplicaciones diversas en instalaciones residenciales, especialmente en instalaciones provisionales, a la vista, o bajo friso sin tubera. Es frecuentemente usado en la construccin de viviendas de inters social y en general, en aquellas instalaciones que no requieran tuberas y accesorios.

5) Conductores para comunicaciones y control

Las empresas fabricantes de conductores elctricos suelen presentar los cables de control formados por 21 conductores, o menos, pudiendo llegar hasta 60 con un cdigo de colores para identificacin, con trazos y seales que la facilitarn. Los calibres disponibles van del N 16 al N 10, se prefieren aislantes tales como PVC.PVC (Cloruro de polivinilo), para 600 V.

Los cables para telefnica se fabrican de a pares de cables, desde el calibre N 24, 22,20 y 18 segn las necesidades. El aislante puede ser tela, barniz, plstico, etc., segn el uso y aplicacin que se le d. La gama de cables multipares es amplia y se denominan segn ciertos fabricantes tipo TDI.

Los hay de 1 par, 2, 5, 10, 25, 35, 50,75, 100 hasta 5000 pares.

A nivel residencial con cables de 1 par mximo N22, es suficiente, estos se pueden alojar en una tubera de . En edificios se utiliza por lo general 1 par por apartamento, ms de un 20% adicional; por lo general se emplean cables de 5 pares en delante de acuerdo a las necesidades. CANTV posee un reglamento de servicio donde establece las caractersticas de construccin de las instalaciones telefnicas en edificio residencial, las cuales sern convenientes consultar en el mbito de planificacin y diseo.

A pesar de que los conductores para comunicaciones suelen ser delgados se requiere, en todos los casos, de tuberas de mayor dimetro que las requeridas para los cables de potencia, a fin de facilitar el paso de los conductores por las mismas y evitar el dao del aislante con el roce.

Existen cables coaxiales, o sea aquellos formados por un hilo solido central, abierto con una banda aislante y luego el conductor exterior en forma de malla recubriendo el primero. En comunicaciones se emplean diversos calibres, de 75 que son los ms comunes para uso residencial, en instalaciones de antenas de radio, y para antenas de TV, como es el cable plano paralelo para uso a la vista.

5) Calibres de los conductores elctricos

El origen de la denominacin de los calibres de los conductores elctricos reconocidos en la norma COVENIN 200 (CEN), proviene de la AWG (American Wire Gauge), que significa Sistema de Calibres Americanos. En los pases Europeos y en la gran mayora de Amrica Latina los conductores se identifican por su seccin en milmetros cuadrados. En Venezuela se identifican los tamaos de los conductores por su seccin correspondiente a nmeros que van de menor a mayor como se indican a continuacin: 24, 22,20,18,16,14,12,10,8,6,4,2,0,00,000,0000, (estos cuatro ltimos se abrevian as 1/0, 2/0, 3/0, 4/0. Continua con: 250,300, 350,400, 450,500,600,700,750,800,900,1000,1250,1500,1750 y 2000 MCM (Mil Circular Mil).

El circular mil (CM) se define como el rea de la seccin normal de un conductor que posee una milsima de pulgada de dimetro () de tal forma que resulta:

En el sistema mtrico se tiene:

Para una seccin de conductor de se tendr:

6) Identificacin de conductores

Segn el CEN, los conductores elctricos aislados debern ser identificados con marcas permanentes en su superficie a intervalos no mayores de 60 cm. En casos de cables multipolares se identificaran con cintas, o por etiquetas, en caso especiales. Los conductores usados para el neutro, sern blancos o grises, para la puesta a tierra de equipos se utilizara color verde o verde con franjas amarillas.

Los conductores activos monopolares o multipolares se distinguirn del hilo neutro o de puesta a tierra y podrn ser negros, rojos, azules o amarillos, preferentemente.

En todo proyecto, el rea de las especificaciones del mismo, deber sealarse el Cdigo de colores a utilizar, el cual ser de estricto cumplimiento.

7) Empalmes de conductores elctricos

Se define como el punto donde se unen los extremos de dos o ms alambres o cables mediante un mtodo apropiado, cuando se efecta una instalacin. Deber hacerse una diferenciacin cuando el empalme es en lneas areas, que cuando es un conductor ubicado en una canalizacin. En el primero soportar l mismo una tensin mecnica, en el segundo no.

Cuando la unin de dos conductores se hace en forma deficiente, aumenta su resistencia y hay exceso de calentamiento en el cable y en el aislante; por consiguiente, el deterioro de las condiciones del mismo, causa perdidas por efecto Joule que con el tiempo si no se repara, daar la unin por completo, interrumpiendo la continuidad del servicio.

Las formas ms adecuadas de empalmar dos conductores y aceptadas por el CEN son:

1. Utilizando soldadura de las partes 1. Utilizando conectores mecnicos o de compresin, para unin de los conductores.

En la primera, la soldadura no garantiza que los conductores puedan ser sometidos a esfuerzos mecnicos; por ello no se emplean en redes areas.

En la figura 3, se ilustran varios tipos de empalme mediante el uso de la soldadura Cadweld.

Figura 3

En conductores para alta o baja tensin se utiliza, en los empalmes, conectores mecnicos o de compresin. Existe una marca reconocida en el mercado denominada "Burndy", que se nombra como referencia, la cual posee una gran variedad de conectores apropiados para cada tipo de empalme segn la forma, tipo de conductor slido, cableado, de cobre o aluminio, o la unin de ambos, y segn el calibre de las partes a unir. Los hay tipo "manguito", en forma de tabaco, en "T" o en "L", manguitos de brida todos a compresin.

En tipo mecnico se destacan los de brida con tuerca conocidos como "Forma U" o con dos tornillos para conexiones en "T". (Vase figura 4).

Figura 4

Es interesante destacar, y as hace referencia el CDIGO ELCTRICO NACIONAL con el COVENIN 200 que: todo empalme deber realizarse en tanquillas, tanques, casetas, cajas, cajetines, o sitios de fcil acceso. Nunca se realizar un empalme entre dos tanquillas, o caja a fin de evitar inconvenientes en caso de tener que realizar revisin o mantenimiento o en un empalme debido a modificacin de la instalacin.

Las tcnicas de empalme varan segn la aplicacin del conductor y refirindose a cables aislados, se tomar en cuenta si es en alta o baja tensin y el ambiente donde se ubicar el cable. Para los casos de baja tensin en calibres aislados TW se utilizar conector a compresin o tornillo segn el calibre del cable. En empalmes de cables para alta tensin se realizan con cinta, para lo cual se recomienda utilizar personal altamente especializado.

Empalmes termocontrables para baja tensin

Otra forma de realizar un empalme diferente al descrito en la seccin anterior, para baja tensin es, utilizar materiales termocontraibles. Estos pueden proteger y sellar hermticamente el empalme mecnico en forma sencilla. El mtodo se puede utilizar tambin en terminales para baja tensin; dado que ofrece una gran ventaja con respecto al uso de compuestos y aditivos sellantes, pues en corto tiempo se ejecuta con materiales apropiados dichos empalmes.

A nivel nacional uno de los ms conocidos es el tipo "RAYCHEM", que se produce para baja, mediana y alta tensin, en calibres que van desde el N 14 al 2.000 MCM.

Empalmes termocontrables rectos y en derivacin para alta tensin

Por el mtodo termocontrable tambin se puede realizar un empalme en alta tensin hasta 36 KV.

El procedimiento de instalacin comprende que al calentarse el tubo aislante se contrae hasta llegar ajustado al conductor y aislante de los mismos, quedando finalmente un espesor de aislamiento apropiado al requerido.

Estos tubos se pueden seleccionar en base al calibre del conductor, desde el N 4 hasta 2.500 MCM, y vienen aislados hasta 36.000 voltios.

Terminales para alta tensin

Los terminales para cables de mediana y alta tensin son requeridos para niveles que van desde 5 KV., hasta 35 KV., se utilizan en la transicin del conductor mismo desde aislado hasta pasar a desnudo, donde se forma un campo elctrico que es necesario controlar para no daar las partes. Se puede utilizar de varios tipos a saber: Para uso interior o exterior, de porcelana y con cintas aislantes tipo "3M", o similares. De materiales premoldeados elastomricos enchufables tipo "ELASTIMOLD" o similares. Tambin existen los termocontrables tipo "RAYCHEN" o similares, cuyas tcnicas de montajes son anlogas a los empalmes antes descritos

Criterios de Seleccin de Componentes Elctricos

1) Distribucin de Energa

Para poder seleccionar los componentes de una canalizacin elctrica residencial, es necesario conocer en primera instancia toda la informacin relacionada con el servicio que pueden brindar las Empresas de Electricidad en Venezuela.La Norma Venezolana COVENIN 159-81, dedicada exclusivamente a Tensiones Normalizadas, define como tensin normal, a la tensin caracterstica de funcionamiento de un equipo elctrico. Se puede distinguir la tensin en condiciones normales, tensin mxima y mnima permisible en condiciones de emergencia. Esta norma es de estricto cumplimiento por parte de las compaas de electricidad. La variacin de tensin respecto a la normal se suele expresar en tanto por ciento de la misma, hacia arriba o hacia abajo (V%). Consideraciones similares se hacen respecto a la frecuencia en la cual se aceptan variaciones del orden del 2%. En Venezuela la frecuencia normalizada es de 60 Hertz.

2) Tensiones normalizadas Las empresas de Electricidad brindan el servicio utilizando tensiones normalizadas que se indican en las tablas 4 y 5 vara baja tensin:

Tabla 4

Tabla 5

La norma COVENIN establece una variacin mxima de tensin en el punto de medicin del usuario en condiciones normales hasta 5% y en emergencia 8%, para baja tensin. En el caso de alta tensin se permitir en condiciones normales una variacin mxima del 2.5% y en emergencia5%.

3) Tensiones y tolerancia a nivel residencial A nivel residencial las cargas de alumbrado en todos los casos se alimentan en 120V, al igual que los tomacorrientes de uso general, que sirven a los equipos electrodomsticos en Venezuela. Hay circuitos que alimentan cargas de alumbrado de reas exteriores, como por ejemplo, jardines, para iluminacin especial de canchas y piscinas que usan lmparas de descarga en 220V. Tambin en la misma tensin en dos fases se alimentan los equipos de aire acondicionado de ventana, secadoras y cocinas elctricas (a 3 hilos). Ciertos equipos de bombeo trabajan en 120V, normalmente utilizan motores en 220V (dos fases). Para equipos de bombeo de pozos profundos se utilizan motores trifsicos en 208V, al igual que los equipos de aire acondicionado centrales. Ciertas neveras o congeladores ms bien de uso comercial suelen alimentarse en 2 fases a 220V. Respecto a la tolerancia, todo equipo viene diseado de fbrica para trabajar en condiciones anormales, cuando as se requiera, admitiendo una tolerancia mxima de ms o menos 10% de la tensin nominal, ya sean lmparas, radios, televisores, motores, etc. En cada caso ciertos equipos tienen indicado en placa la tensin mnima y mxima de trabajo. Otros disponen para lograr un mejor funcionamiento, de interruptores de transferencia que seleccionarn el voltaje deseado segn las condiciones del servicio.

Esta tolerancia permite entonces si la Empresa de Electricidad mantiene en el secundario de un banco de transformacin trifsico 120/208, pero en la red existe una cada de tensin hasta el punto de entrega en el sitio de medicin, all habr 114/191V, para un 5% de cada de tensin mxima. Para que la tensin mnima de un equipo electrodomstico de 110V se cumpla, la cada de tensin interna dentro de la vivienda, no podr exceder los 4V, o sea, algo ms del 3%. Por consiguiente, se establecer para los efectos de diseo una cada de tensin mxima del 3% desde el punto de medicin hasta la punta de un circuito secundario a nivel residencial.

En el caso de un edificio residencial, se repartir el 3% entre el tramo que va desde el medidor del usuario al tablero en el apartamento y fin del circuito secundario. Para el caso de acometidas en baja tensin se permitir una cada mxima del 2% y si es en alta tensin del 1 %. El CEN establece en las secciones 210-19a y 215-2, la cada mxima de tensin en circuitos residenciales y alimentadores. Todo banco de transformacin instalado por la compaa de electricidad, posee de fbrica un regulador manual denominado "taps", que modifica el nmero de pasos en las bobinas del ncleo, permitiendo subir o bajar la tensin del secundario o reducirlo desde 5% o bien 2.5%; esto ayuda a corregir ciertas cadas de tensin perjudiciales a nivel de distribucin. Por todo lo antes sealado, a nivel residencial una acometida elctrica podr ser:

1. Monofsica: 2 hilos en 120 V.1. Monofsica: 3 hilos en 120/208V.1. Trifsica: 4 hilos en 120/208 si as lo requiere el nivel de carga o bien los equipos disponibles en la vivienda.1. Monofsica: 3 hilos en 120/240V

En caso de que la empresa de electricidad entregue a un edificio el servicio en alta tensin, la acometida elctrica ser:

1. Monofsica: 2 hilos en 13800V (Segn Normas de CADAFE)1. Trifsica: 3 hilos en 13800V