Electricidad

• Propiedad fundamental de la materia que se manifiesta por la atracción o repulsión entre sus partes, originada por la presencia de electrones, con carga negativa, o protones, con carga positiva.
• Forma de energía basada en esta propiedad, que puede manifestarse en reposo, como electricidad estática, o en movimiento como corriente eléctrica.

Fenómeno físico debido al hecho de que la materia esté constituida por partículas llamadas electrones (negativos) y protones (positivos) que normalmente se neutralizan. En el movimiento de estas partículas cargadas consiste la corriente eléctrica. Asociado a ellas existe un campo de fuerzas que denominamos campo eléctrico y que constituye junto con la luz, el campo gravitatorio y el campo magnético la mas frecuente manifestación de la energía en la naturaleza.

Conocemos asimismo por este nombre a la parte de la física que estudia los fenómenos eléctricos.

La electricidad es una forma de energía acumulable mediante generadores y obtenible a voluntad del hombre a partir de otras formas de energía (energía térmica, energía nuclear, energía eólica, energía solar, energía hidráulica, ...). Puede transportarse de forma fácil a través de objetos que tienen la propiedad de dejar pasar la electricidad y que se llaman conductores eléctricos (como por ejemplo los cables eléctricos). Debido a esta facilidad para manipularla nuestra tecnología actual se basa mayoritariamente en mecanismos y dispositivos alimentados por electricidad.

Cuando se habla de fuentes de energía (Hidráulica, Eólica, Solar...) normalmente se trata de procedimientos para producir energía eléctrica.

Un poco de Historia

La electricidad se conoce desde antiguo. Ya Tales de Mileto describe ciertas observaciones de fenómenos electrostáticos: la capacidad de una barra de ámbar para atraer cuerpos ligeros próximos. De hecho la palabra «electricidad» proviene del término griego «elektrón» que significa ámbar.

Hay dos clases de electricidad la que posee el vidrio (vítrea) y la que posee el ámbar (resinosa). Por iniciativa de Benjamin Franklin se denominó positiva y negativa, respectivamente.

Para explicar estos fenómenos se desarrollaron diversas teorías. Symmers consideraba que la electricidad era un fluido; y que existían dos fluidos de signo contrario que se encontraba equilibrado en cualquier cuerpo. Con el frotamiento este equilibrio se rompía y se cargaba eléctricamente, mientras trataba de recuperar el equilibrio. Franklin consideraba que en cada cuerpo sólo había un fluido, positivo o negativo, y cuando este fluido se acumulaba en una parte del cuerpo se electrizaba. Pero esta era siempre electricidad estática, y sin embargo lo que realmente ha transformado el mundo es la electricidad cinética.

Pero la historia de electricidad cinética comienza con la posibilidad de generarla y de acumularla. Fue Alessandro Volta quien inventó en 1799 la pila eléctrica, que proporcionaba una fuente continua de energía eléctrica. Volta formula la teoría de la electricidad, poniendo de manifiesto la relación entre la carga y la tensión.

Sin embargo la auténtica revolución llegó con la invención del generador eléctrico de corriente alterna, por inducción electromagnética, inventado por Nikola Tesla, gracias al descubrimiento de la inducción eléctrica realizada por Michael Faraday, a mediados del XIX. Es con corriente alterna con lo que funcionan todos los aparatos, ello permitió la utilización de la electricidad para producir luz y transmitir mensajes. También fue muy importante la invención del transformador de corriente eléctrica, aparato capaz de elevar o reducir el potencial eléctrico de una corriente alterna, ideado por Lucien Gaulard, ya que esta es la tecnología que permite transportar la electricidad a largas distancias. Gracias a esto fue posible la invención de la lámpara incandescente de vacío (Thomas Alva Edison en 1879) y el telégrafo (Samuel Morse en 1837). Para hacer llegar estos inventos fue necesario tender cables que llegase a todas partes.

¿ Qué es la Energía ?

En todos los actos cotidianos se emplea algo de fuerza. Al levantarnos, peinarnos, caminar, correr, jugar, trabajar, etc. Siempre se necesita de fuerza para poder desenvolvernos con facilidad, según las exigencias del medio ambiente que nos rodee. La capacidad que posee una persona, o un objeto, para ejercer fuerza y realizar cualquier trabajo, se denomina: Energía . La energía es la capacidad de producir un trabajo en potencia o en acto. Por eso decimos que alguien tiene mucha energía cuando grandes actividades durante el día como: trabajar, estudiar o practicar deportes.

Para entender la importancia que hoy día tiene la energía,basta con remontarnos un poco a la historia y hacer un breve recuento de las actividades del hombre y su evolución. En los primeros tiempos el hombre utilizaba únicamente sus fuerzas para alimentarse, divertirse y comunicarse con sus semejantes. Esto significa que utilizaba su propia energía física, en la caza, pesca, recolección de frutas silvestres, confección de sus rudimentarios vestidos y viviendas, etc.

Con el crecimiento de la población y el mayor desarrollo de la inteligencia humana, el hombre comienza a incrementar el rendimiento de su propia energía mediante el uso de utensilios y algunos instrumentos: la piedra labrada, para puntas de lanzas y flechas, arco para disparar con mas energía sus flechas, martillos para golpear con mas fuerza, etc.

Posteriormente el hombre descubre que puede recurrir a otras fuentes de energía distintas a la de su propio esfuerzo físico: como la energía de los otros animales utilizada para arar, el tiro de cargas y el transporte del propio hombre.

Con el correr de los siglos, todo el progreso del hombre se ha sustentado sobre estos dos pilares:

• La invención de instrumentos para multiplicar el rendimiento del trabajo: herramientas y máquinas.
• El descubrimiento de nuevas fuentes y formas de energía para sumarlas a la suya limitada y poder mover con ellas sus cada vez mas complicadas máquinas.

Para darse cuenta de la importancia que tiene la energía en la vida del hombre moderno, bastaría con imaginar lo que ocurriría en una de nuestras modernas ciudades si de pronto desaparecieran todas las formas y fuentes de energía que el hombre ha venido descubriendo y desarrollando. Veámoslo:

• La ciudad se quedaría a oscuras por falta de electricidad y en las casas prácticamente todo dejará de funcionar: lavadora, televisor, nevera, radio, plancha, ventiladores, aire acondicionado, etc.
• ¿ Nos alumbraríamos con velas, o cocinaríamos con gas?. No, porque el fuego y el gas son también energía y si desaparece la energía sólo nos quedarían nuestras fuerzas y nada mas.
• Nada podría funcionar si nos quedamos sin gas, petróleo, carbón, electricidad. No funcionarían los carros, camiones, barcos

Si desapareciera la energía, prácticamente desaparecería la civilización y gran parte de la humanidad.

Formas de Energía

Existen diferentes formas de energía. Y por su naturaleza tenemos energía Potencial y Cinética.

La potencial es la energía contenida en un cuerpo, por ejemplo: la energía humana, la del agua, del vapor, etc.

La energía cinética es la que posee un cuerpo debido a su movimiento o velocidad; por ejemplo: la energía del agua al caer de una cascada, la energía del aire en movimiento, etc.

Existen también otras clasificaciones de la energía que en su esencia son energía cinética o potencial o combinaciones de estas dos. Tales son:

Energía Calórica o térmica: Producida por el aumento de la temperatura de los objetos. Como sabemos, los cuerpos están formados por moléculas y éstas están en constante movimiento. Cuando aceleramos este movimiento se origina mayor temperatura y al haber mayor temperatura hay energía calorífica. Esto es lo que sucede cuando calentamos agua hasta hervir y se produce gran cantidad de vapor.

Una fuente natural de calor es el Sol, y numerosas investigaciones descubrieron cómo se podría aprovechar la luz del sol para producir calor durante la noche e inclusive electricidad.

Energía Mecánica: Es la capacidad que tiene un cuerpo o conjunto de cuerpos de realizar movimiento, debido a su energía potencial o cinética; por ejemplo: La energía que poseemos para correr en bicicleta (energía potencial) y hacer cierto recorrido (energía mecánica); o el agua de unas cascada (energía potencial), que al caer hacer mover las aspas de una turbina (energía mecánica).

Energía Química: Es la producida por reacciones químicas que desprenden calor o que por su violencia pueden desarrollar algún trabajo o movimiento. Los alimentos son un ejemplo de energía química ya que al ser procesados por el organismo nos ofrecen calor (calorías) o son fuentes de energía natural (proteínas y vitaminas) . Los combustibles al ser quemados producen reacciones químicas violentas que producen trabajo o movimiento.

Energía Eléctrica: Esta es la energía más conocida y utilizada por todos. Se produce por la atracción y repulsión de los campos magnéticos de los átomos de los cuerpos. La utilizamos diariamente en nuestros hogares. Observamos como se transforma en energía calórica en el horno o la plancha; en energía luminosa en el bombillo y energía mecánica en los motores.

Aún existen muchas otras formas de energía que tienen gran aplicación práctica en la industria como: La nuclear, la energía radiante, etc.

LAS CINCO (5) REGLAS DE ORO DE LA ELECTRICIDAD.

1ª REGLA DE ORO

Abrir con corte visible todas las fuentes de tensión mediante interruptores y seccionadores que aseguren la imposibilidad de su cierre intempestivo.

2ª REGLA DE ORO

Enclavamiento o bloqueo, si es posible, de los aparatos de corte y señalización en el mando de éstos.

3ª REGLA DE ORO

Reconocimiento de la ausencia de tensión.

4ª REGLA DE ORO

Puesta a tierra y en cortocircuito de todas las posibles fuentes de tensión.

5ª REGLA DE ORO

Colocar las señales de seguridad adecuadas, delimitando la zona de trabajo.

El recorrido de la Electricidad

La Electricidad, desde el Generador hasta su hogar

Para poder disfrutar de la electricidad en nuestro hogar, oficina o empresa ésta realiza un complejo recorrido desde los lugares donde se produce pasando por diferentes etapas hasta llegar finalmente a nuestras manos, en forma de luz, sonido, agua caliente o fría, etc.

Todo este recorrido desde su generación hasta su entrega final, se realiza en lo que se denomina el sistema de potencia.

El sistema de potencia se encuentra dividido en 4 partes fundamentales como lo son:

1. Generación
2. Transmisión
3. Subtransmisión
4. Distribución

1. Generación.

Es aquí donde se realiza la transferencia de energía potencial, térmica, química, eólica (del viento),  nuclear, etc. en energía mecánica y esta en energía eléctrica. Para lo cual se utilizan gigantescos generadores.

Los generadores funcionan de manera similar a los motores, pero en forma inversa, esto significa que: mientras a un motor le inyectamos energía eléctrica para transformarla en energía mecánica (movimiento); a los generadores debemos de alguna manera entregarle energía mecánica (mover su eje) para transformarla en energía eléctrica y así producir electricidad. Claro está que un simple motor no funcionará como generador, para que lo haga deberá tener ciertos accesorios adicionales que los motores normalmente no traen.

Un ejemplo típico de los generadores, es el que utilizan ciertas bicicletas para producir la energía eléctrica suficiente para encender un faro que les permita ver en la oscuridad. El generador es un pequeño motor de corriente continua (DC), quien consigue girar y obtener la energía mecánica necesaria al hacerlo rozar contra uno de los cauchos de la bicicleta .

Existen diversos tipos de plantas generadoras de electricidad entre las que podemos mencionar:

1. Hidroeléctrica: la mas económica de todas;a la larga, ya que requiere una inversión inicial muy elevada.

Es necesario que existan saltos de agua y ríos de gran capacidad para poder construir una central de generación de este tipo.

¿Como Funciona ? Se selecciona un lugar donde exista una cascada y entonces se almacena el agua en grandes lagos por medio de una inmensa pared de concreto o represa y progresivamente se va dejando pasar el agua hacia el otro extremo de la represa.

El agua que se va soltando se hace chocar contra las aspas (álabes) de una inmensa turbina, que forma parte del generador, para así moverla (entregarle energía mecánica) y éste a su vez producir electricidad.

1. Termoeléctrica: produciendo electricidad a partir de la combustión de: Gas, Petróleo o Carbón.

En este caso se quema el combustible para calentar grandes calderas de agua y producir vapor de agua, éste vapor a alta presión es disparado contra las aspas (álabes) de grandes generadores, moviéndolos y produciendo la energía mecánica necesaria para convertirla posteriormente en energía eléctrica.

1. Diesel:  En este caso se quema combustible (gas, gasoil, gasolina, etc.), para hacer funcionar un motor de combustión interna (similar al de cualquier vehículo). Este motor se conecta a un generador para moverlo y entregarle la energía mecánica necesaria para que producir electricidad.
2. Nuclear:  En este caso se utiliza el poder calorífico de la fusión nuclear para producir electricidad
3. Eólica: Es el viento en este caso quien mueve las aspas de una especie de molino y estas mueven (entregan energía mecánica) un generador para producir electricidad.
4. Solar: Esta es producida a partir de la energía del sol, a través de grandes paneles solares.

En Venezuela Existen principalmente cuatro tipos de plantas generadoras de electricidad:

• Hidroeléctrica: con 10.676 MW instalados, entre las que se encuentran: Raúl Leoni, Uribante-Caparo, Planta Páez
• Termoeléctrica: con 7.257 MW instalados, como la de Planta Centro en Puerto Cabello, Pedro Camejo en Valencia. Planta centro dispone de 2.000 MW instalados, por medio de 5 unidades de generación de las cuales una de ellas es a gas y el resto a combustible sólido (petróleo).
• Diesel: con 128 MW instalados, como las de Isla de coche y Santa Elena de Uairen, entre otras. Se utilizan para alimentar pequeñas poblaciones muy alejadas de los grandes centros poblados o de producción de energía eléctrica.
• A Gas: Recientemente esta cobrando mucho auge la implementación de generación en plantas donde el combustible que se quema para producir energía mecánica y posteriormente electricidad, es el Gas. Evidentemente su bajo costo, limpieza, reservas existentes  y el incremento de las tarifas eléctricas, contribuyen favorablemente en el crecimiento y desarrollo de este otro tipo de generación.

2. Transmisión.

Toda la electricidad producida en los centros de generación se debe transportar hacia los grandes centros poblados, que por lo general se encuentran bastante alejados, uno del otro. Para realizar esta labor de forma eficiente se eleva el voltaje, por medio de transformadores, a valores entre 230 KV y 765 KV y se utilizan grandes torres metálicas para sujetar los cables que la transportan, cruzar montañas, ríos y lagos; esta es la etapa que denominamos Transmisión.

3. Sub-transmisión.

Una vez que nos aproximamos a los centros poblados, es necesario reducir el voltaje a valores menores (34.5 KV y 115 KV), por medio de transformadores reductores. Para facilitar así, la entrega de energía a su paso y hacer mas sencillo transportar la electricidad hacia los grandes centros industriales y residenciales de las grandes ciudades (al poder utilizar estructuras metálicas de menores dimensiones). Esta corresponde a la etapa de Sub-transmisión.

Existen otros autores que consideran el nivel de voltaje de 115KV como de transmisión, por lo que podrá encontrarse en algunos textos esta diferencia sin que ello signifique un error, sino mas bien una diferencia de criterios.

4. Distribución.

Finalmente y para poder llegar a cada uno de los hogares, centros comerciales e industrias, se vuelve a reducir el voltaje a valores de 13.8 KV y menores, por medio de transformadores reductores. De esta forma es mucho mas sencillo, económico y seguro, transportar la energía eléctrica a cada rincón del pueblo, urbanización o ciudad. Estamos entonces en la etapa de distribución.

En esta etapa se reduce el voltaje a valores comerciales (120 Volt, 240 Volt, 440 Volt), por medio de transformadores instalados directamente en los postes por donde se transporta la energía eléctrica.

Los postes y cables que normalmente vemos en las calles y los cilindros que se ven colgando en algunos postes (denominados transformadores), los cables que parten de los postes hacia cada casa, comercio o industria y los equipos contadores de energía (medidores) son los componentes de la fase de distribución y los últimos en la carrera de la electricidad desde el generador hasta nuestro hogar.

Los lugares donde se colocan los transformadores, bien sea para elevar o reducir el voltaje, se conoce como "Subestación Eléctrica".

COMO AHORRAR ELECTRICIDAD EN UN EDIFICIO

Tomado de:

NOTICIAS DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGIA

Vol. I, No. 183, Viernes, 24 de Agosto de 2001

Investigaciones recientes indican que los costes del consumo eléctrico en un edificio podrían ser reducidos en un 40 por ciento si se utilizara el aire acondicionado por la noche.

"Pre-refrigerar" estructuras de manera que se precise menos energía para enfriar los edificios durante los momentos de demanda máxima no es una técnica nueva, pero los ingenieros de la Purdue University encabezados por James E. Braun (ver imagen) son los primeros que han creado una herramienta de simulación por ordenador que puede ser adaptada a un edificio específico y que sirve para documentar los ahorros que se obtengan. El modelo tiene en cuenta factores como los índices de uso o el clima.

La técnica de pre-refrigeración es especialmente práctica en zonas donde las compañías eléctricas están teniendo problemas para satisfacer la demanda. En esas regiones, el precio de la electricidad "diurna" suele ser mucho más caro que durante la noche.

La herramienta ha sido probada en un edificio de oficinas de cuatro plantas, en el área de Chicago. La simulación mostró que la técnica puede reducir el coste de la electricidad hasta un 41 por ciento durante los meses más calurosos del verano.

El estudio sólo consideró la refrigeración del edificio utilizando el sistema de aire acondicionado. Se podría alcanzar un ahorro superior en ciertos climas donde fuera viable introducir directamente aire del exterior.

Curiosamente, para recortar los gastos en un edificio comercial, los trabajadores suelen elevar los niveles del termostato al abandonarlo hasta el día siguiente, para evitar que funcione el aire acondicionado y se gaste electricidad. Pero al día siguiente se encuentran con un edificio caliente que costará mucho más enfriar.

Las estrategias de pre-enfriamiento deberán ser adaptadas para cada edificio, dependiendo de su tamaño y volumen, el clima en el que se halla, etc. La herramienta de simulación hace los cálculos e indica la temperatura a la que debe mantenerse durante la noche.

Un control térmico científico y adecuado es la única forma de evitar un incremento innecesario de los costes. Sin embargo, la técnica de Purdue aún no está lista para su comercialización. Será necesario realizar antes nuevos estudios sobre casos concretos y en diversas localizaciones distintas.

LA MEDICION DEL AISLAMIENTO EN INSTALACIONES

Por: Lucía García-Linares Álvarez, Ingeniero Industrial,

Jefe de Producto de OBO Bettermann (Comercializado en España por Temper)

Los daños debidos a sobretensiones en equipos electrónicos (ordenadores, tv., vídeo, etc.) e instalaciones vienen aumentando desde hace años. Esto se debe al empleo de componentes electrónicos cada día más sensibles a dichas sobretensiones.

En especial, los sistemas informáticos pueden sufrir importantes daños o incluso llegar a destruirse si no están convenientemente protegidos. Al coste de estos desperfectos producidos en los propios aparatos o en la instalación, es necesario sumar los costes añadidos por ausencia de servicio durante días.

CAUSAS DE LAS SOBRETENSIONES TRANSITORIAS

 Las causas que ocasionan una sobretensión transitoria son variadas, pero todas ellas pueden englobarse en los 4 grupos que se describen a continuación:

 -Impacto directo del rayo, caso en el que éste alcanza directamente el edificio, haciendo que los conductores de la instalación se vean sometidos en breves periodos de tiempo a potenciales muy elevados que ocasionan la destrucción instantánea de los equipos electrónicos conectados a dicha instalación.

 -Impacto lejano, casos en los que el edificio no ha sido alcanzado directamente por el rayo, pese a lo cual el funcionamiento de la instalación se ve afectado debido a la onda de expansión que se transmite a través de las líneas de alimentación de la red eléctrica.

 -Impactos entre nubes, casos en los que el rayo rebota de nube a nube. La instalación eléctrica puede verse afectada debido a las cargas de reflexión que intervienen en dicho fenómeno atmosférico y provocan aumentos en el potencial de los conductores, especialmente si estos provienen del exterior del edificio.

-Procesos de conmutación, tales como operaciones de encendido y apagado, contactos a tierra accidentales, conmutaciones de cargas inductivas o capacitivas, etc. que hacen que, al igual que en los tres casos anteriores, se produzcan riesgos de sobretensiones que provocan fallos en el funcionamiento normal de los equipos.

PRUEBAS ESTABLECIDAS

Las instalaciones de alta tensión construidas según las normas de la serie DIN VDE 0100 han de someterse a las pruebas establecidas en dicha norma, parte 610, cuando son instaladas, modificadas o ampliadas. Estas pruebas no sólo abarcan las diferentes mediciones para comprobar el funcionamiento de las medidas de protección y la conexión equipotencial, sino que también son válidas para comprobar la resistencia de aislamiento.

Dichas pruebas deben realizarse al poner en servicio la instalación y repetirse, después, en modificaciones, trabajos de reparación o ampliaciones de una instalación eléctrica. El instalador ha de demostrar que la instalación cumple las exigencias en cuanto a protección de seres humanos, animales y equipos electrónicos [1]. Vamos a ver ahora qué peso tiene la medición de la resistencia de aislamiento dentro de las pruebas obligatorias y hasta qué punto las instalaciones consumidoras conectadas o las protecciones contra sobretensiones pueden falsear los resultados de la prueba.

En términos generales, con la medición del aislamiento, el propietario o usuario de la instalación obtiene datos sobre el estado de seguridad de la instalación. Si la resistencia es muy baja los cables se ven sometidos a cargas excesivas que pueden convertirse en el foco de un incendio. Fue justo este hecho el que provocó que las compañías de seguros impusieran mediciones periódicas del aislamiento para instalaciones eléctricas industriales.

¿Pero qué significa una baja resistencia de aislamiento y cómo podemos detectarla?. También aquí la norma (DIN VDE 0100, parte 610) es muy explícita. En la tabla 1 se indican las tensiones de medición a aplicar y las resistencias de aislamiento permitidas.

Como se ve en dicha tabla, en las instalaciones con una tensión nominal de 230/400 V la medición de aislamiento se realiza con una tensión continua de 500V. La resistencia entre los puntos que a continuación se describen tiene que ser superior a 0,5 MW, teniendo en cuenta que al medir con corriente continua se excluyen las interferencias derivadas de las capacidades de los cables.

El aparato de medición deberá cumplir también, como es lógico, las exigencias de la norma DIN VDE 0413, parte 1.

Ahora es importante saber entre qué conductores ha de realizarse la medición. De nuevo encontramos la respuesta en la norma, que establece los siguientes puntos:

a) entre las fases activas (L1, L2, L3) y el conductor de protección (PE).

b) entre el neutro (N) y el conductor de protección (PE).

c) entre las fases activas (L1, L2, L3).

La resistencia de aislamiento ha de realizarse sin conexión a la red, pero las instalaciones consumidoras pueden seguir conectadas si se alcanzan los valores expuestos en la tabla anterior. En caso contrario hay que desconectar las instalaciones consumidoras de la red para llevar a cabo la prueba. No obstante conviene comprobar si al circuito a probar están conectados dispositivos eléctricos con componentes electrónicos o sensibles que puedan verse afectados por la tensión de prueba

Aspectos sobre la Calidad de

la Energía Eléctrica

El término "calidad de energía eléctrica" se emplea para describir la variación de la tensión, corriente, y frecuencia en el sistema eléctrico.

Históricamente, la mayoría de los equipos son capaces de operar satisfactoriamente con variaciones relativamente amplias de estos tres parámetros. Sin embargo, en los últimos diez años se han agregado al sistema eléctrico un elevado número de equipos, no tan tolerantes a estas variaciones, incluyendo a los controlados electrónicamente.

Algo del control se hace directamente a través de electrónica de conversión de potencia, como son impulsores de ca, cd, y fuentes de energía conmutadas, además del equipo electrónico que está en los controles periféricos, como computadoras y controladores lógicos programables (PLC's). Con la disponibilidad de estos complejos controles, se desarrolló un control de procesos mucho más preciso, y un sistema de protección mucho mas sensible; lo que hace a éstos aún más susceptibles a los efectos de los disturbios en el sistema eléctrico.

Los disturbios en el sistema, que se han considerado normales durante muchos años, ahora pueden causar desorden en el sistema eléctrico industrial, con la consecuente pérdida de producción. Adicionalmente, deben tomarse en cuenta nuevas medidas para desarrollar un sistema eléctrico confiable, mismas que anteriormente no se consideraron significativas.

Es importante darse cuenta de que existen otras fuentes de disturbios que no están asociadas con el suministro eléctrico de entrada. Estas pueden incluir descargas electrostáticas, interferencia electromagnética radiada, y errores de operadores. Adicionalmente, los factores mecánicos y ambientales juegan un papel en los disturbios del sistema. Estos pueden incluir temperatura, vibración excesiva y conexiones flojas. Aunque estos pueden ser factores muy importantes, no se discutirán en el presente artículo.

Disturbios en el Sistema.

Los disturbios en el sistema son variaciones generalmente temporales en la tensión del sistema. Que pueden causar mala operación o fallas del equipo. La variación de frecuencia puede ocasionalmente ser un factor en los disturbios del sistema, especialmente cuando una carga es alimentada por un generador de emergencia u ocurre un desequilibrio entre la carga de la planta industrial y la generación debido a la pérdida del suministro eléctrico. Sin embargo cuando el sistema eléctrico del usuario está interconectado a una red de potencia relativamente fuerte, la variación de frecuencia resulta a veces de preocupación insignificante.

Disturbios por Sobretensiones Transitorias

Las sobretensiones transitorias se refieren a variaciones en la forma de onda de tensión. que dan como resultado condiciones de sobretensión durante una fracción de ciclo de la frecuencia fundamental. Las fuentes comunes de estos transitorios son los rayos, operación de los dispositivos de interrupción de los sistemas eléctricos y el arqueo de conexiones flojas o fallas intermitentes.

Las consideraciones claves se resumen como sigue:

1.          Para equipo eléctrico tradicional estas sobretensiones han sido manejadas diseñando el equipo para soportar sobretensiones de magnitudes de varias veces la tensión pico normal y al mismo tiempo aplicar pararrayos y algunas veces capacitores para frente de onda, con objeto de asegurar que las tensiones no excedieran los niveles de diseño del equipo.

2.          El equipo electrónico generalmente no tiene la misma capacidad de aguante como los equipos eléctricos más tradicionales. De hecho el uso de pararrayos que limitan los transitorios a dos o tres veces la tensión nominal pico puede no proporcionar una protección adecuada a este equipo. En ese caso, los dispositivos de protección contra frente de onda para equipo electrónico pueden necesitar reactores en serie, capacitores en paralelo y/o dispositivos electrónicos, además de pararrayos resistivos no lineales, parra proporcionar una protección adecuada. Cuando no se logra esta protección pueden ocurrir fallas o mal funcionamiento.

3.          La conmutación  de bancos de capacitores, ya sea en la planta industrial o en la red del sistema eléctrico puede causar el funcionamiento defectuoso de algunos equipos. En años recientes se ha vuelto un problema común asociado con el disparo inexplicable de muchos impulsores de ca pequeños. Muchos de estos impulsores están diseñados para desconectarse de la línea por una sobretensión del 10 al 20 % con duración de una fracción de ciclo . Ya que muchos bancos de capacitores de empresas eléctricas son conmutados diariamente, este problema podría ocurrir en forma muy frecuente. Este indeseable problema de disparo puede usualmente remediarse agregando un reactor en serie con el dispositivo sensible, o modificando su característica de disparo. Otras soluciones pueden incluir la reducción del transitorio en el banco de capacitores. La operación de los capacitores se asocia también ocasionalmente, con el funcionamiento defectuoso o falla de otros equipos además de los controladores.

Esquema de Barras en Subestaciones

Esquema de barra simple.

 Está conformado por una sola barra continua a la cual se conectan directamente los diferentes tramos de la subestación.

 Utilización:

·            Areas donde los cortes de servicio afectan a cargas poco importantes

·            En el diseño normalizado de las subestaciones tipo: Radial I, Radial II y Nodal III

 Ventajas:

·            Fácil operación e instalación simple.

·            Costo reducido

·            Requiere poco espacio físico para su construcción.

·            Mínima complicación en la conexión de los equipos y el esquema de protecciones.

 Desventajas:

·            No existe flexibilidad en las operaciones (El mantenimiento de un disyuntor exige la salida completa del tramo involucrado).

·            Falla en barra interrumpe el servicio totalmente

·            Las ampliaciones de barra exigen la salida de la subestación en su totalidad

Esquema de barra seccionada por un disyuntor.

 Está constituido por dos (2) barras principales, con posibilidad de acoplamiento entre sí mediante un disyuntor y sus seccionadores asociados.

Utilización:

·            En el diseño normalizado de las subestaciones tipo: Nodal III con acoplador de barra.

 Ventajas:

·            Mayor continuidad del servicio

·            Fácil mantenimiento de los tramos conectados a la barra

·            Requiere poco espacio físico para su construcción.

·            Para fallas en barra, queda fuera de servicio el tramo de la sección de barra afectada

 Desventajas:

·            Falla en barra puede originar racionamiento.

·            El mantenimiento de un disyuntor deja fuera de servicio el tramo al cual está asociado.

Factor de Potencia

¿Qué es Factor de Potencia?

Es simplemente el nombre dado a la relación de la potencia activa usada en un circuito, expresada en vatios o kilovatios (KW), a la potencia aparente que se obtiene de las líneas de alimentación, expresada en voltio-amperios o kilovoltio-amperios (KVA).

Las cargas industriales en su naturaleza eléctrica son de carácter reactivo a causa de la presencia principalmente de equipos de refrigeración, motores, etc. Este carácter reactivo obliga que junto al consumo de potencia activa (KW) se sume el de una potencia llamada reactiva (KVAR), las cuales en su conjunto determinan el comportamiento operacional de dichos equipos y motores. Esta potencia reactiva ha sido tradicionalmente suministrada por las empresas de electricidad, aunque puede ser suministrada por las propias industrias.

Al ser suministradas por las empresas de electricidad deberá ser producida y transportada por las redes, ocasionando necesidades de inversión en capacidades mayores de los equipos y redes de transmisión y distribución.

Todas estas cargas industriales necesitan de corrientes reactivas para su operación.

¿ Por qué existe un bajo factor de potencia?

La potencia reactiva, la cual no produce un trabajo físico directo en los equipos, es necesaria para producir el flujo electromagnético que pone en funcionamiento elementos tales como: motores, transformadores, lámparas fluorescentes, equipos de refrigeración y otros similares. Cuando la cantidad de estos equipos es apreciable los requerimientos de potencia reactiva también se hacen significativos, lo cual produce una disminución del exagerada del factor de potencia. Un alto consumo de energía reactiva puede producirse como consecuencia principalmente de:

• Un gran número de motores.
• Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado.
• Una sub-utilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos, por una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la industria.

• Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria.

Cargas puramente resistivas, tales como alumbrado incandescente, resistencias de calentamiento, etc. no causan este tipo de problema ya que no necesitan de la corriente reactiva.

¿Por qué resulta dañino y caro mantener un bajo factor de Potencia?

El hecho de que exista un bajo factor de potencia en su industria produce los siguientes inconvenientes:

Al suscriptor:

• Aumento de la intensidad de corriente
• Pérdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión
• Incrementos de potencia de las plantas, transformadores, reducción de su vida útil y reducción de la capacidad de conducción de los conductores
• La temperatura de los conductores aumenta y esto disminuye la vida de su aislamiento.
• Aumentos en sus facturas por consumo de electricidad.

A la empresa distribuidora de energía:

• Mayor inversión en los equipos de generación, ya que su capacidad en KVA debe ser mayor, para poder entregar esa energía reactiva adicional.
• Mayores capacidades en líneas de transmisión y distribución así como en transformadores para el transporte y transformación de esta energía reactiva.
• Elevadas caídas de tensión y baja regulación de voltaje, lo cual puede afectar la estabilidad de la red eléctrica.

Una forma de que las empresas de electricidad a nivel nacional e internacional hagan reflexionar a las industrias sobre la conveniencia de generar o controlar su consumo de energía reactiva ha sido a través de un cargo por demanda, facturado en Bs./KVA, es decir cobrándole por capacidad suministrada en KVA. Factor donde se incluye el consumo de los KVAR que se entregan a la industria.

¿Cómo funciona el reconectador ?

El Reconectador. Dispositivo de interrupción (interruptor) de carga eléctrica, con posibilidad de recierre automático ajustable, monitoreo y operación telemandada. Está compuesto básicamente por:

FUNCIONAMIENTO

El Reconectador posee interruptores de vacío (5) contenidos en un tanque de acero inoxidable grado marino 316, totalmente soldado y sellado (1), especialmente diseñado para el montaje sobre poste. Dicho tanque está lleno de gas de hexafluoruro de azufre (SF6) (23), el cual tiene excelentes propiedades de aislación eléctrica, lo cual da por resultado un equipo compacto y con un mínimo de mantenimiento. El gabinete de control, el cual se instala a poca altura para facilitar el acceso, es el que aloja al Panel de Control del operador y a la unidad de microelectrónica. Dicho gabinete cumple con las funciones de protección y controla y monitorea al reconectador. Se conecta al reconectador mediante un cable umbilical enchufable (22). El reconectador junto con el gabinete de control constituyen un equipo de monitoreo y control a distancia. El reconectador se cierra mediante un impulso de corriente controlada que proviene de un capacitor que se encuentra en el gabinete de control y que se transmite a través del solenoide de cierre (3) éste atrae la placa (2), la cual, a su vez, cierra los contactos (21) en el interruptor de vacío (5) mediante las barras impulsoras (4). Los contactos, a su vez, se mantienen en posición cerrada por medio de las lengüetas del enganche (18) que se apoyan en la barra de apertura (17). La apertura de los contactos se logra me-diante la liberación de un impulso de corriente controlada desde un capacitor y a través de la bobina de apertura (15). Dicho impulso atrae a la armadura de la barra de apertura (16) que hace girar a esta última (17) y libera el enganche (18). El resorte de apertura (19) y los resortes de contacto (20) aceleran esta apertura de los contactos (21). La presencia de la conexión flexible (6) está destinada a permitir que ocurra el movimiento de dichos contactos. Asimismo, los bushings aislantes (9) sirven para aislar el tanque (1) de los conductores, y proporcionan un doble sello para el tanque. Dichos bushings brindan la aislación necesaria, y sirven de soporte para los sensores de tensión, que están encapsulados, y para los transformadores de corriente (7). Estos bushings cumplen con la norma DIN 47 636-630 (opción roscada), lo cual permite otro tipo de conexión de cables si se lo deseara.

Los bushings de material polimérico (10) y los 3 metros de cable de aluminio de 185 mm2 para 400 A con aislación al agua (11), se proveen en forma standard para realizar el montaje en sitio. Esta disposición de los elementos permite tener un reconectador de dimensiones compactas, pero que, al mismo tiempo, se puede conectar a un sistema conductor ya sea aislado o desnudo, según sean las necesidades. Este sistema de conexiones totalmente aisladas permite que el equipo esté a salvo de fallas provocadas por los pájaros y otras especies de vida silvestre. El soporte para el montaje de los descargadores (14) brinda mayor comodidad y practicidad a la instalación, (también se puede proveer el reconectador para montaje en subestación). Se requiere una fuente de alimentación de tensión auxiliar de 110, 220, 240 ó 415 V para alimentar la unidad. Si ésta no fuera conveniente, existe la opción de compra de un transformador interno de tensión (8). El gabinete de control se conecta mediante un cable umbilical (22) a la parte inferior del tanque del Reconectador a través de un dispositivo cubierto (12 y 13). Un indicador de tamaño adecuado y de conexión directa al mecanismo del equipo muestra la posición de los contactos (Abierto/Cerrado) de un modo confiable, y es fácilmente visible desde el piso a 100 m de distancia. El reconectador se puede abrir desde el piso mediante el uso de una pértiga. Posteriormente, dicho reconectador se puede bloquear aislando las bobinas de apertura y de cierre desde el Panel de Control del Operador.

Protección personal contra fallas a tierra

Muchas personas mueren accidentalmente electrocutadas en sus hogares cada año.

Los accidentes eléctricos más comunes ocurren cuando una persona se hace parte del camino por donde fluirá la corriente a tierra, a este flujo se le Ilama "falla a tierra". Esta situación se presenta en instalaciones deterioradas y de poco mantenimiento, cuando una persona trabajando con instrumentos eléctricos entra en contacto con las partes metálicas del equipo, estando a su vez en un área húmeda.

Una exposición prolongada de esta clase de fuga eléctrica por pequeña que sea, puede ser fatal para el individuo. Pensando en ello fueron fabricados, tanto bajo normas americanas como bajo normas europeas "Interruptores automáticos con protección personal contra fallas a tierra incorporada".

La forma en la cual operan los dispositivos con falla a tierra se explicará a continuación, haciendo un resumen del funcionamiento del interruptor automático convencional.

Estos dispositivos son diseñados para la protección del equipo contra sobrecargas, cortocircuitos y para prevenir el fuego.

La protección contra sobrecarga se logra mediante el uso de un elemento bimetálico calentado por la corriente de carga. Durante una sobrecarga prolongada, éste se doblará actuando sobre el mecanismo de operación para lograr así la apertura del interruptor.

La protección contra cortocircuitos: Las fallas de fase a fase o fallas a tierra sólida causan elevados flujos de corriente en tiempos extremadamente cortos, por lo que no pueden ser manejados por el bimetálico; la protección contra tales magnitudes de corrientes es provista por un electromagneto en serie con la corriente de carga. El flujo magnético producido por estas elevadas corrientes, activan el electro-imán y en consecuencia originan la acción de desenganche que abre el circuito en forma casi instantánea.

Sin embargo, estos interruptores no están capacitados para proteger contra fallas de bajo nivel de fase a tierra, las cuales pueden ser causadas por una alta resistencia de contacto, entre una fase y tierra. Este tipo de falla es muy peligrosa para el ser humano, debido a que elevan el potencial en las partes metálicas del equipo expuestas al exterior y que podrían ser tocadas por una persona. Como por ejemplo la carcasa de un motor o las puertas o contornos de la nevera.

Los interruptores con fallas a tierra fueron desarrollados para proveer protección contra este tipo de falla. Básicamente, estos dispositivos consisten de un transformador diferencial que detecta alguna corriente fluyendo a tierra y componentes de estado sólido que amplifican esta corriente suficientemente, para activar el voltaje de operación de una bobina de disparo.

Debido a que corrientes relativamente pequeñas a través del cuerpo pueden ser fatales, los interruptores con falla a tierra deben operar rápidamente a un nivel predeterminado de corriente. Y su operación la produce una corriente directamente ligada a una bobina de disparo.

Ampliación de la capacidad de los transformadores con ventilación forzada

La capacidad nominal de los transformadores refrigerados por medio del sistema aceite y aire  natural (ONAN),  puede  ampliarse a 130% bajo régimen de carga hasta ocho horas; según normativa vigente de CADAFE, considerando por supuesto ciertas condiciones previas de carga y temperatura y sacrificando hasta un 1% de su vida útil.

Al integrarle al mismo sistema  equipos refrigerantes, la capacidad de estos transformadores puede verse incrementada, en la siguiente proporción, según lo expuso   la compañía C.A. Electricidad de Oriente (Eleoriente) en el seminario de pérdidas técnicas realizado en Venezuela:

a) Ventilación forzada, “Aire Forzado” (AF) amplía su capacidad 150% y más.

b) Bombeo, “Aceite Forzado” (OF) se amplifica desde 200% y más

c)  Sistemas combinados de ventilación y bombeo (AFOF) el transformador esta en la capacidad de ampliar desde 200% hasta 300%, ya que se logra   disipar 100% de calorías por segundo (Cal/s).

Siendo la proporción de sobrecarga permitida a la disipación de calorías por segundo; la siguiente:

d) También se ha comprobado que la pintura esmalte blanco hace descender la  temperatura entre 3°C y 4 °C cuando las condiciones climatológicas son favorables.  

Algunos factores de corrección por temperatura deben ser tomados en cuenta, a la hora de vigilar la carga en transformadores: