Planeación de sistemas de distribución en baja tensión
INSTALACIONES ELÉCTRICAS EN BAJA TENSIÓN
Empezar
Dr. David Alejandro Sifuentes Godoy
Interruptores
Índice
Fusibles
Conceptos importantes
Centros de carga
Acometidas de servicio
Planeación del sistema eléctrico
Canalizaciones
Diseño de instalación eléctrica
Componentes y elementos eléctricos
Conductores eléctricos
NOM-001-SEDE-2012
01
Conceptos importantes
SOBRECORRIENTES
En los circuitos eléctricos pueden presentarse sobrecorrientes, es decir, corrientes mayores a las que soportan los equipos y cables, las cuales dañan a dichos equipos y cables porque producen un sobrecalentamiento debido al efecto Joule.
Las sobrecorrientes son producidas por tres causas: sobrecargas, cortocircuitos y fallas a tierra
SOBRECARGAS
Son corrientes generalmente continuas, producidas por operar equipos o circuitos a valores más altos que su capacidad máxima de corriente.
CORTOCIRCUITO
Es un contacto producido entre dos o más conductores de un circuito, provocado por una falla del aislamiento que existe entre ellos. Como su nombre lo indica, la corriente sigue un camino más corto, es decir, se crea un circuito de mucha menor resistencia, lo que produce que la corriente se eleve a valores muy altos.
I =
Determine la corriente en cada caso
FALLA A TIERRA
Son contactos que se producen entre un conductor en tensión eléctrica o vivo y una parte metálica de un equipo o de cualquier objeto, la cual no está diseñada para conducir corriente en condiciones normales. El contacto es provocado por una falla del aislamiento que existe entre la parte metálica y el conductor con tensión.
¿Cómo evitamos que la corriente pase por mi cuerpito?
ATERRIZAR
Para evitar que la corriente pase a través del cuerpo de una persona cuando se produce una falla a tierra, se aterrizan las partes metálicas o conductoras de electricidad de los equipos –o de cualquier objeto– que no están diseñadas para conducir corriente en condiciones normales y que tienen riesgo de entrar en contacto con conductores vivos o de fase.
Para que en caso de una falla a tierra opere el dispositivo de protección contra sobrecorriente, y desconecte el circuito eléctrico, se conecta el conductor de tierra con el neutro del sistema mediante un puente de unión conductor
Esto se lleva a cabo con la finalidad de que, cuando se presente una falla a tierra, se produzca un cortocircuito que haga operar el dispositivo de protección contra sobrecorriente que se encuentra en el conductor vivo o de fase del circuito. El puente de unión debe colocarse en el equipo de acometida, que es donde está el dispositivo de desconexión principal de la entrada de la energía eléctrica, de la compañía suministradora, a la construcción. Si no se lleva a cabo la unión entre el conductor de tierra y el neutro, puede ser que no opere el dispositivo de protección contra sobrecorriente, ya que la impedancia de la tierra física –que existe entre el electrodo de puesta a tierra y el electrodo donde se encuentra aterrizado el neutro del transformador de la compañía suministradora de energía eléctrica – puede ser alta y, por lo tanto, puede limitar la corriente que se presente en el circuito en caso de una falla a tierra.
La imagen muestra lo que ocurre cuando una persona entra en contacto eléctrico con un conductor vivo. En estos casos, los dispositivos de protección contra sobrecorriente no desconectan el circuito, aun en sistemas aterrizados, ya que las resistencias del cuerpo humano y la de la tierra limitan la corriente a valores menores que a los que opera el dispositivo.
Interruptores con protección
de falla a tierra
La inalidad de estos interruptores es evitar que pase una corriente peligrosa a través del cuerpo humano (un choque eléctrico comienza a producirse entre los 10 y los 30 miliamperes).Estos interruptores operan midiendo la diferencia que existe entre la corriente del conductor vivo o de fase y la corriente del conductor neutro. Esta diferencia es la corriente que regresa por tierra y que puede circular por el cuerpo humano. Cuando la corriente que regresa por tierra es mayor a un valor predeterminado, que en la mayoría de los casos es de 5 miliamperes, los interruptores con protección de falla a tierra desconectan el circuito, en un tiempo menor a 60 milisegundos.
Dispositivos de protección
Interruptores con protección de falla a tierra
Protección contra sobrecorrientes
Interruptor de protección de falla a tierra (GFCI) (ground fault circuit interrupter)
Interruptor termomagnético
02
ACOMETIDAS DE SERVICIO
Acometidas de servicio
El número de hilos contratados refieren a la cantidad de cables provenientes del poste hacia nuestra acometida eléctrica. Un hilo también se refiere a una fase, pero algunas veces el número de hilos es mayor al de fases contratadas:
1 fase 2 hilos.- Sistema monofásico que se refiere a fase y neutro y es el más común en hogares, oficinas y comercios pequeños.
1 fase 3 hilos.- Sistema bifásico que se refiere a una tensión de línea a línea resultante de 2 fases con su neutro. Equivale a 2 fases y un neutro.
3 fases 3 hilos.- Se refiere a 3 fases sin neutro, es decir fase A, B y C.
3 fases 4 hilos.- Sistema trifásico que se refiere a 3 fases con neutro, es el más común para alimentación industrial, corporativa y comercial.
Preparación eléctrica para el suministro de energía
Instalación acometida en baja tensión
Medición en acometida en baja tensión
TAREA
P2.T2
PLANEACIÓN DE LA INSTALACIÓN ELÉCTRICA
03
Componentes y elementos eléctricos
Los componentes de una instalación eléctrica son:
• Acometidas
• Medidores
• Interruptores
• Conductores
• Canalizaciones
• Centros de carga
NOM-001-SEDE-2012
SIMBOLOGÍA ELÉCTRICA
Diagrama unifilar: Aquel que muestra mediante una sola línea las conexiones entre los dispositivos, componentes o partes de un circuito eléctrico o de un sistema de circuitos y éstos se representan por símbolos.
NMX-J-136-ANCE-2007
Ejemplos diagramas unifilares
TAREA
P2.T3P2.PR1
04
Arreglos de distribución
Sistema de distribución
Un sistema de distribución eléctrico o planta de distribución como comúnmente es llamado, es toda la parte del sistema eléctrico de potencia comprendida entre la planta eléctrica y los apagadores del consumidor
El problema de la distribución es diseñar, construir, operar y mantener el sistema de distribución que proporcionará el adecuado servicio eléctrico al área de carga a considerarse, tomando en cuenta la mejor eficiencia en operación.
El sistema de distribución debe proveer servicio con un mínimo de variaciones de tensión y el mínimo de interrupciones, debe ser flexible para permitir expansiones en pequeños incrementos así como para reconocer cambios en las condiciones de carga con un mínimo de modificaciones y gastos. Los sistemas pueden ser por cableado subterráneo, cableado aéreo, cableado abierto de conductores soportado por postes o alguna combinación de estos.
Sistema malla
Sistema radial
Sistema anillo
TAREA
P2.T4
05
CIRCUITOS ALIMENTADORES Y DERIVADOS
+ info
Circuito alimentador y circuito derivado
Circuito derivado: Conductores de un circuito desde el dispositivo inal de sobrecorriente que protege a ese circuito hasta la(s) salida(s) inales de utilización.
Alimentador: Todos los conductores de un circuito formado entre el equipo de acometida o la fuente de un sistema derivado separado y el dispositivo inal de protección contra sobrecorriente del circuito derivado.
Equipo de acometida
Sistema derivado separado
Acometida
Conductores de acometida
Dispositivo
Medios de desconexión
Salida
Equipo de utilización
06
Conductores eléctricos
Componentes de la instalación eléctrica
Los componentes de una instalación eléctrica son:
• Acometidas
• Medidores
• Interruptores
• Conductores
• Canalizaciones
• Centros de carga
NOM-001-SEDE-2012
Conductor
La cantidad de oposición o resistencia que encuentra la corriente de electrones dentro de un metal (u
otro material) depende de los siguientes factores:
- El tipo de metal. Algunos metales tienen una bajísima resistencia interna debido al arreglo de sus átomos (y otros factores). Los cuatro metales con resistencia mínima entre todas las sustancias son plata, cobre, oro y aluminio. De los cuatro, la plata tiene menor resistencia, seguida por el cobre luego el oro y después el aluminio.
- La longitud del alambre. La resistencia de un alambre de metal aumenta con su longitud. A mayor longitud de un alambre de metal habrá más colisiones entre átomos y electrones, con lo que se convierte en calor más energía de los electrones.
El área de sección transversal de un conductor. A mayor amplitud en el camino de la corriente de electrones, más facilidad para su flujo a través del metal. A mayor área de la sección transversal del alambre, menor resistencia.
La temperatura del metal. A una temperatura normal, la energía caloríica presente en todas las sustancias origina una suave vibración o agitación de sus átomos, sin que éstos pierdan su posición en el cristal de metal. Si se aumenta la temperatura, los átomos se agitan más y habrá mayor número de choques entre los electrones que luyen y los átomos. La resistencia aumenta con la temperatura en los metales.
Resistencia de un conductor
La resistencia a la corriente directa o continua de un conductor eléctrico, formado por un alambre de cualquier metal, está expresada por la fórmula:
El conductor eléctrico que es el elemento por el que circula la corriente eléctrica.
El conductor eléctrico, que es el elemento por el que circula la corriente eléctrica: es de cobre suave y puede tener diferentes flexibilidades:
- Rígida: Conductor formado por un alambre.
- Semilexible: Conductor formado por un cable (cableado clase B o C).
- Flexible: Conductor eléctrico formado por un cordón (clase I en adelante).
El aislamiento, cuya función principal es la de soportar la tensión aplicada y separar al conductor eléctrico energizado de partes puestas a tierra; es de un material generalmente plástico a base de policloruro de vinilo (PVC). Este aislamiento puede ser de tipo termoijo a base de etileno-propileno (EP) o de polietileno de cadena cruzada (XLP). Una cubierta externa, cuya función es la de proteger al cable de factores externos (golpes, abrasión, etc.) y ambientales (lluvia, polvo, rayos solares, etc.). Normalmente esta cubierta externa es de policloruro de vinilo (PVC) y se aplica en cables multiconductores.
MATERIAL
Los materiales más usados como conductores eléctricos son el cobre y el aluminio, aunque el primero es superior en características eléctricas y mecánicas (la conductividad del aluminio es aproximadamente el 60% de la del cobre y su esfuerzo de tensión a la ruptura, el 40%).
DIMENSIONES
El tamaño o sección transversal o calibre de los conductores eléctricos debe indicarse en mm2 y opcionalmente entre paréntesis el número de la escala de calibres americanos (AWG-kcmil), de acuerdo con la Norma Oicial Mexicana de Conductores Eléctricos NOM-063-SCFI.Es importante recordar que a nivel mundial se usan dos escalas de calibres para cuantiicar el tamaño de los conductores eléctricos:
- Escala americana AWG-kcmil (AWG = American Wire Gauge; kcmil = kilo circular mil, anteriormente conocida como MCM).
- Escala Internacional (IEC), mm2.
Un valor útil para convertir calibres en ambas escalas es el siguiente:
1mm2 = 1 973,525 circular mils
o
1mm2 = 1,973525 kCM ≈ 2 kcmil
El tamaño de un conductor eléctrico debe seleccionarse adecuadamente cumpliendo con los
requerimientos técnicos y normativos de nuestro país.
Resistencia eléctrica de cables
Construcción de cables
Características dimensionales
Resistencia eléctrica de cables
Aislamiento de los conductores eléctricos
Los cables para la industria de la construcción pueden tener aislamientos de los siguientes tipos:
- Aislamiento termoplástico (PVC).
- Aislamiento termoijo (EP o XLP).
La norma oicial mexicana de instalaciones eléctricas NOM-001-SEDE en la tabla 310-13, clasiica a los aislamientos de los conductores eléctricos por medio de tipos. Tomando los cables utilizados en la industria de la construcción, tenemos:
Al hablar de la temperatura máxima de operación de un conductor, es necesario ser especíico. Los conductores no se dañan inmediatamente al rebasar la temperatura máxima; esto signiica que si un producto THW-LS en lugar de utilizarlo a 75 °C lo hacemos a 80 °C, no se abrirá ni se fundirá su aislamiento, pero sí se irá deteriorando con el tiempo, reduciendo su vida útil.En forma general podemos decir que un aislamiento que se trabaje 10 °C por arriba de su temperatura de operación normal, reduce su vida útil a la mitad. Por esto es importante que los conductores sólo transporten la corriente para la que fueron diseñados, ya que de otra forma tendremos que cambiar la instalación en poco tiempo.
Caida de voltaje
La caída de tensión es un fenómeno natural que ocurre cuando la corriente eléctrica encuentra oposición en su paso por los conductores eléctricos, desde el origen hasta el final del circuito.
En los circuitos de corriente alterna, existen dos componentes, la caída en la parte resistiva que depende del calibre del conductor y la clase de material, más la caída en la parte reactiva que depende de la frecuencia y la geometría del cable
La NOM-001-SEDE-2012 indica que la caída de tensión máxima permitida en la instalación tomando en consideración los cables del circuito alimentador y del circuito derivado, no debe ser mayor del 5%. Para el caso del circuito derivado, la caída de tensión no deberá ser mayor de 3% y debe considerarse una caída de tensión máxima de 2% para el circuito alimentador. Si la caída de tensión resultante del cálculo es mayor a lo anterior, debemos considerar un calibre mayor, volver a realizar los cálculos y verificar que se cumplan los porcentajes de caída de tensión sugeridos.
¿Qué artículo establece esto? Es obligarotorio
07
Interruptores
Componentes de la instalación eléctrica
INTERRUPTORES
Un interruptor es un dispositivo que sirve para interrumpir o restablecer una corriente eléctrica a través de un circuito eléctrico.
FALLA ELÉCTRICA
VOLTAJE NOMINAL DEL INTERRUPTOR
La falla eléctrica es una operación anormal de un equipo o sistema eléctrico debida a diversas causas, que generalmente se traduce en un incremento de corriente. De acuerdo con las características de la falla, ésta tendrá que ser liberada del sistema en determinado tiempo para evitar daños al equipo conectado o a elementos del sistema.
Es el valor de tensión o voltaje máximo, al cual puede operar sin sufrir daño alguno. Este valor debe especiicarse tanto en ca como en cc.
CORRIENTE NOMINAL DEL INTERRUPTOR
Es el valor de corriente, a la cual puede operar satisfactoriamente y sin sufrir daño alguno
SOBRECORRIENTES
Cualquier valor de corriente que exceda la corriente nominal de un equipo o a la corriente permisible de un conductor, según sea el caso.
INTERRUPTORES
SOBRECARGA
La sobrecarga es una condición de operación de un equipo en la que se demanda una potencia que excede la nominal, o de un conductor por el cual circula una corriente mayor a la permisible. Cuando dicha condición persiste durante suiciente tiempo, puede causar daños a causa de sobrecalentamientos perjudiciales. Una sobrecarga no incluye condiciones de cortocircuito o fallas a tierra.
Para nuestro caso consideraremos como sobrecargas todos aquellos valores de corriente que excedan a la corriente nominal de los equipos, pero sin exceder un 500%.
CORTOCIRCUITO
El cortocircuito es una condición en la que la corriente de un equipo o sistema se eleva a valores muy superiores al valor nominal. Para nuestro caso se considera cortocircuito a todo valor de corriente que excede el 500% de la nominal.
INTERRUPTORES
Línea. Se da el nombre de línea al conductor o conjunto de conductores en los cuales hay presencia de voltaje y pueden alimentar un equipo eléctrico. Carga. Se conoce como carga al aparato o conjunto de aparatos conectados a la línea, que consumirán energía eléctrica. Polos y fases. Para un interruptor, se conoce como número de polos a la cantidad de pares conductores línea-carga que llegan a dicho interruptor.
No automáticos
Cuchillas con fusibles
Magnéticos
Termomagnéticos
Electrónicos
Interruptores
Automáticos
Interruptor termomagnético o breaker
La característica particular de operación de estos interruptores es que, en sobrecargas, el bimetal trabaja para desconectar el circuito. Cuando existe un cortocircuito, el electroimán del interruptor es el que se opera y lo desconecta del circuito; de ahí su nombre: termomagnético.
Clasificación de los diferentes marcos de interruptores con respecto a su capacidad nominal e interruptiva, así como
dimensiones generales y peso
Curva de disparo
08
Fusibles
Componentes de la instalación eléctrica
FUSIBLES
Un fusible se puede deinir como un dispositivo que se emplea para proteger los sistemas eléctricos contra fallas de sobrecarga y cortocircuito; esto se efectúa intercalando en un circuito eléctrico, de tal manera que cuando pase una corriente a través de éste (cuya intensidad excede un valor prefijado), interrumpe el circuito al que está conectado. Esto se logra al fundirse el elemento fusible del dispositivo de protección.
Características de los fusibles
+ info
09
Centros de carga y tableros de distribución
Componentes de la instalación eléctrica
Centros de carga y tableros de distribución
El origen de los tableros y centros de carga se desarrollaron como consecuencia de las siguientes necesidades:
- Dividir grandes sistemas eléctricos en varios circuitos reduciendo calibres de conductores.
- Tener medios de conexión y de protección para cada circuito eléctrico de un sistema.
- Localizar en un solo lugar los dispositivos mencionados en el punto anterior.
+ info
Tipo de montaje
Empotrar: cuando el tablero va embebido en los muros.
Sobreponer: cuando el tablero se ija sobre el muro.
Autosoportado: el tablero se ija directamente sobre el piso.
Tableros
Funciones del tablero
Tableros con zapatas principales
La alimentación del tablero se realiza directamente a las barras del bus por medio de zapatas de conexión.
Se debe contar con un medio de protección externo.
Tableros con interruptor principal
La alimentación del tablero se realiza a través de un interruptor termomagnético que forma parte integral de él y le brinda medio de protección y conexión general.
- Dividir un circuito eléctrico en varios circuitos derivados.
- Proveer de un medio de conexión y desconexión manual a cada uno de los circuitos derivados.
- Proteger a cada uno de los circuitos contra sobrecorrientes.
- Concentrar en un solo punto todos los interruptores.
+ info
10
Canalizaciones
Componentes de la instalación eléctrica
CANALIZACIONES
Las canalizaciones eléctricas sirven para proporcionar protección mecánica a los conductores, ya que los aísla físicamente y conina cualquier problema de calor o chispas producidas por falla de aislamiento.Existe una gran variedad de medios para contener a los conductores eléctricos conocidos como canalizaciones eléctricas; algunas son de uso común y otras se usan en aplicaciones especíicas. Algunos de estos medios son los tubos (conduit, con sus variedades constructivas y de material), ductos, charolas y electroductos.
+ info
Tubos conduit metálicos
Los tubos (conduit) metálicos, dependiendo del tipo usado, se pueden instalar en exteriores e interiores, en áreas secas o húmedas. Los tubos (conduit) rígidos constituyen, de hecho, el sistema de canalización más comúnmente usado, porque prácticamente se puede utilizar en todo tipo de atmósferas y para todas las aplicaciones.
Tubo (conduit) metálico rígido (pared gruesa).
Tubo (conduit) metálico intermedio o semipesado.
Tubo metálico de pared delgada (rígido ligero).
Tubo (conduit) metálico flexible.
Tubo (conduit) no metálico
En el mercado podemos encontrar muchos tipos de tubos (conduit) no metálicos que tienen una gran variedad de aplicaciones y están construidos de distintos materiales como el policloruro de vinilo (PVC),la fibra de vidrio, el polietileno, etc .
El más usado en las instalaciones residenciales es el PVC, el cual es un metal autoextinguible, resistente al colapso, a la humedad y a agentes químicos especíicos. Se puede usar en:
- Instalaciones ocultas, visibles (cuando no se expone el tubo a daño mecánico) y lugares expuestos a agentes químicos.
- No debe usarse en áreas y locales clasiicados como peligrosos. Tampoco para soportar luminarios ni en lugares que excedan temperaturas ambientales mayores de 70 °C.
Estos tubos se pueden doblar mediante la aplicación de aire caliente o líquido caliente.
Ductos metálicos
Los ductos metálicos se instalan en la supericie, proporcionan protección mecánica a los conductores y además los hacen accesibles para cambios o modiicaciones en el alambrado.Los ductos metálicos se seleccionan sobre la base de número y tamaño de los conductores que deben alojar: por lo general se hace con las especiicaciones e instrucciones de los fabricantes. Pueden tener diferentes formas en función de la aplicación
ELECTRODUCTO
El electroducto, según la definición de la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (National Electrical Manufacturers Association, NEMA), es un sistema de distribución eléctrica prefabricado que consta de barras colectoras en un gabinete protector, que incluye tramos rectos, conexiones, dispositivos y accesorios.
El electroducto o bus ducto consiste por lo general de conductores en forma de barra dentro de un elemento metálico (ducto) que los contiene. Cuenta con una adecuada ventilación que ayuda a la capacidad de corriente del sistema. El uso de este electroducto es esencial para aquellas instalaciones que demandan corrientes elevadas. Se fabrican en diversos tipos: enchufable, atornillable, con barras de aluminio o cobre, etc.
Charolas
Las charolas o soportes continuos para cables son conjuntos prefabricados en secciones rectas con herrajes que se pueden unir para formar un sistema total de soporte de cables.
Charolas de paso
Charolas tipo escalera
Tienen un fondo continuo ya sea ventilado o no ventilado y con ancho estándar de: 15, 22, 30 y 60 cm. Este tipo de charola se usa cuando los conductores son pequeños y requieren de un soporte completo
Éstas son de construcción muy sencilla, consisten en dos rieles laterales unidos o conectados con travesaños individuales. Se fabrican en anchos estándar de: 15, 22, 30, 45, 60 y 75 cm. Pueden ser de acero o aluminio.
Charolas tipo canal
Soporte recto
Soporte para cables que no presenta derivación, cambio de dirección o de tamaño. Se ofrece en un largo
de 3,66 m.
Están constituidas de una sección de canal ventilada. Los anchos estándar de esta charola son: 7,5 y 10 cm.
Cajas y accesorios para canalización con tubo
Cajas eléctricas. Son la terminación que permite acomodar las llegadas de los distintos tipos de tubos (conduit), cables armados o tubos no metálicos; con el propósito de empalar cables y proporcionar salidas para contactos, apagadores, salidas para lámparas y luminarias en general. Estas cajas se diseñan en distintos tipos y dimensiones, así como también los accesorios para su montaje, con el objeto de dar la versatilidad que requieren las construcciones eléctricas.
11
PRINCIPIOS DE ALAMBRADO
Principios de alambrado
El alambrado de una instalación eléctrica consiste básicamente de tres etapas:
- Elaboración de planos, en los cuales se indica por medio de símbolos convencionales la localización de los principales elementos de la instalación.
- Las indicaciones necesarias para el alambrado y diagrama de conexiones para cada uno de los elementos de la instalación. Esto es particularmente importante para la instalación misma y sobre todo para el electricista que aún no tiene experiencia.
- Los detalles mismos de la ejecución de cada una de partes de la instalación eléctrica, como son: formas de ejecutar las conexiones, número de conductores por elemento, etc.
El conocimiento general de estas tres etapas en el indicio del cálculo o proyecto de una instalación eléctrica, permitirá disponer de la información necesaria para el cálculo propiamente dicho de la instalación eléctrica.
DISEÑO DE INSTALACIÓN ELÉCTRICA
Realice el proyecto eléctrico para la casa habitación
Considere lo siguiente:
- Realice una propuesta para el seccionamiento de la instalación eléctrica ( circuitos como mínimo).
- El tablero principal debe estar colocado en alguno de los siguientes lugares: Pared que divide la cochera y la cocina o dentro del cuarto de lavado.
- Determine calibre de conductores, canalizaciones, valor de interruptores y todo lo necesario para realizar correctamente la instalación eléctrica
- Considere la instalación de la acometida completa en la cochera.
- Realice una tabla con los detalles de la instalación por circuito (cantidad de cable, tuberia, calibres, protecciones, etc.)
- Realice plano eléctrico por espacio y completo así como diagrama unifilar.
- Realice dibujo en isométrico de la tuberia y cajas de conexiones para cada espacio de la casa.
- Cotización del material
¡Gracias!
Planeación de una instalación eléctrica en BT
David Sifuentes
Created on January 5, 2024
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Planeación de sistemas de distribución en baja tensión
INSTALACIONES ELÉCTRICAS EN BAJA TENSIÓN
Empezar
Dr. David Alejandro Sifuentes Godoy
Interruptores
Índice
Fusibles
Conceptos importantes
Centros de carga
Acometidas de servicio
Planeación del sistema eléctrico
Canalizaciones
Diseño de instalación eléctrica
Componentes y elementos eléctricos
Conductores eléctricos
NOM-001-SEDE-2012
01
Conceptos importantes
SOBRECORRIENTES
En los circuitos eléctricos pueden presentarse sobrecorrientes, es decir, corrientes mayores a las que soportan los equipos y cables, las cuales dañan a dichos equipos y cables porque producen un sobrecalentamiento debido al efecto Joule.
Las sobrecorrientes son producidas por tres causas: sobrecargas, cortocircuitos y fallas a tierra
SOBRECARGAS
Son corrientes generalmente continuas, producidas por operar equipos o circuitos a valores más altos que su capacidad máxima de corriente.
CORTOCIRCUITO
Es un contacto producido entre dos o más conductores de un circuito, provocado por una falla del aislamiento que existe entre ellos. Como su nombre lo indica, la corriente sigue un camino más corto, es decir, se crea un circuito de mucha menor resistencia, lo que produce que la corriente se eleve a valores muy altos.
I =
Determine la corriente en cada caso
FALLA A TIERRA
Son contactos que se producen entre un conductor en tensión eléctrica o vivo y una parte metálica de un equipo o de cualquier objeto, la cual no está diseñada para conducir corriente en condiciones normales. El contacto es provocado por una falla del aislamiento que existe entre la parte metálica y el conductor con tensión.
¿Cómo evitamos que la corriente pase por mi cuerpito?
ATERRIZAR
Para evitar que la corriente pase a través del cuerpo de una persona cuando se produce una falla a tierra, se aterrizan las partes metálicas o conductoras de electricidad de los equipos –o de cualquier objeto– que no están diseñadas para conducir corriente en condiciones normales y que tienen riesgo de entrar en contacto con conductores vivos o de fase.
Para que en caso de una falla a tierra opere el dispositivo de protección contra sobrecorriente, y desconecte el circuito eléctrico, se conecta el conductor de tierra con el neutro del sistema mediante un puente de unión conductor
Esto se lleva a cabo con la finalidad de que, cuando se presente una falla a tierra, se produzca un cortocircuito que haga operar el dispositivo de protección contra sobrecorriente que se encuentra en el conductor vivo o de fase del circuito. El puente de unión debe colocarse en el equipo de acometida, que es donde está el dispositivo de desconexión principal de la entrada de la energía eléctrica, de la compañía suministradora, a la construcción. Si no se lleva a cabo la unión entre el conductor de tierra y el neutro, puede ser que no opere el dispositivo de protección contra sobrecorriente, ya que la impedancia de la tierra física –que existe entre el electrodo de puesta a tierra y el electrodo donde se encuentra aterrizado el neutro del transformador de la compañía suministradora de energía eléctrica – puede ser alta y, por lo tanto, puede limitar la corriente que se presente en el circuito en caso de una falla a tierra.
La imagen muestra lo que ocurre cuando una persona entra en contacto eléctrico con un conductor vivo. En estos casos, los dispositivos de protección contra sobrecorriente no desconectan el circuito, aun en sistemas aterrizados, ya que las resistencias del cuerpo humano y la de la tierra limitan la corriente a valores menores que a los que opera el dispositivo.
Interruptores con protección de falla a tierra
La inalidad de estos interruptores es evitar que pase una corriente peligrosa a través del cuerpo humano (un choque eléctrico comienza a producirse entre los 10 y los 30 miliamperes).Estos interruptores operan midiendo la diferencia que existe entre la corriente del conductor vivo o de fase y la corriente del conductor neutro. Esta diferencia es la corriente que regresa por tierra y que puede circular por el cuerpo humano. Cuando la corriente que regresa por tierra es mayor a un valor predeterminado, que en la mayoría de los casos es de 5 miliamperes, los interruptores con protección de falla a tierra desconectan el circuito, en un tiempo menor a 60 milisegundos.
Dispositivos de protección
Interruptores con protección de falla a tierra
Protección contra sobrecorrientes
Interruptor de protección de falla a tierra (GFCI) (ground fault circuit interrupter)
Interruptor termomagnético
02
ACOMETIDAS DE SERVICIO
Acometidas de servicio
El número de hilos contratados refieren a la cantidad de cables provenientes del poste hacia nuestra acometida eléctrica. Un hilo también se refiere a una fase, pero algunas veces el número de hilos es mayor al de fases contratadas: 1 fase 2 hilos.- Sistema monofásico que se refiere a fase y neutro y es el más común en hogares, oficinas y comercios pequeños. 1 fase 3 hilos.- Sistema bifásico que se refiere a una tensión de línea a línea resultante de 2 fases con su neutro. Equivale a 2 fases y un neutro. 3 fases 3 hilos.- Se refiere a 3 fases sin neutro, es decir fase A, B y C. 3 fases 4 hilos.- Sistema trifásico que se refiere a 3 fases con neutro, es el más común para alimentación industrial, corporativa y comercial.
Preparación eléctrica para el suministro de energía
Instalación acometida en baja tensión
Medición en acometida en baja tensión
TAREA
P2.T2
PLANEACIÓN DE LA INSTALACIÓN ELÉCTRICA
03
Componentes y elementos eléctricos
Los componentes de una instalación eléctrica son:
• Acometidas • Medidores • Interruptores • Conductores • Canalizaciones • Centros de carga
NOM-001-SEDE-2012
SIMBOLOGÍA ELÉCTRICA
Diagrama unifilar: Aquel que muestra mediante una sola línea las conexiones entre los dispositivos, componentes o partes de un circuito eléctrico o de un sistema de circuitos y éstos se representan por símbolos.
NMX-J-136-ANCE-2007
Ejemplos diagramas unifilares
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P2.T3P2.PR1
04
Arreglos de distribución
Sistema de distribución
Un sistema de distribución eléctrico o planta de distribución como comúnmente es llamado, es toda la parte del sistema eléctrico de potencia comprendida entre la planta eléctrica y los apagadores del consumidor
El problema de la distribución es diseñar, construir, operar y mantener el sistema de distribución que proporcionará el adecuado servicio eléctrico al área de carga a considerarse, tomando en cuenta la mejor eficiencia en operación.
El sistema de distribución debe proveer servicio con un mínimo de variaciones de tensión y el mínimo de interrupciones, debe ser flexible para permitir expansiones en pequeños incrementos así como para reconocer cambios en las condiciones de carga con un mínimo de modificaciones y gastos. Los sistemas pueden ser por cableado subterráneo, cableado aéreo, cableado abierto de conductores soportado por postes o alguna combinación de estos.
Sistema malla
Sistema radial
Sistema anillo
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05
CIRCUITOS ALIMENTADORES Y DERIVADOS
+ info
Circuito alimentador y circuito derivado
Circuito derivado: Conductores de un circuito desde el dispositivo inal de sobrecorriente que protege a ese circuito hasta la(s) salida(s) inales de utilización.
Alimentador: Todos los conductores de un circuito formado entre el equipo de acometida o la fuente de un sistema derivado separado y el dispositivo inal de protección contra sobrecorriente del circuito derivado.
Equipo de acometida
Sistema derivado separado
Acometida
Conductores de acometida
Dispositivo
Medios de desconexión
Salida
Equipo de utilización
06
Conductores eléctricos
Componentes de la instalación eléctrica
Los componentes de una instalación eléctrica son:
• Acometidas • Medidores • Interruptores • Conductores • Canalizaciones • Centros de carga
NOM-001-SEDE-2012
Conductor
La cantidad de oposición o resistencia que encuentra la corriente de electrones dentro de un metal (u otro material) depende de los siguientes factores:
El área de sección transversal de un conductor. A mayor amplitud en el camino de la corriente de electrones, más facilidad para su flujo a través del metal. A mayor área de la sección transversal del alambre, menor resistencia.
La temperatura del metal. A una temperatura normal, la energía caloríica presente en todas las sustancias origina una suave vibración o agitación de sus átomos, sin que éstos pierdan su posición en el cristal de metal. Si se aumenta la temperatura, los átomos se agitan más y habrá mayor número de choques entre los electrones que luyen y los átomos. La resistencia aumenta con la temperatura en los metales.
Resistencia de un conductor
La resistencia a la corriente directa o continua de un conductor eléctrico, formado por un alambre de cualquier metal, está expresada por la fórmula:
El conductor eléctrico que es el elemento por el que circula la corriente eléctrica.
El conductor eléctrico, que es el elemento por el que circula la corriente eléctrica: es de cobre suave y puede tener diferentes flexibilidades:
- Rígida: Conductor formado por un alambre.
- Semilexible: Conductor formado por un cable (cableado clase B o C).
- Flexible: Conductor eléctrico formado por un cordón (clase I en adelante).
El aislamiento, cuya función principal es la de soportar la tensión aplicada y separar al conductor eléctrico energizado de partes puestas a tierra; es de un material generalmente plástico a base de policloruro de vinilo (PVC). Este aislamiento puede ser de tipo termoijo a base de etileno-propileno (EP) o de polietileno de cadena cruzada (XLP). Una cubierta externa, cuya función es la de proteger al cable de factores externos (golpes, abrasión, etc.) y ambientales (lluvia, polvo, rayos solares, etc.). Normalmente esta cubierta externa es de policloruro de vinilo (PVC) y se aplica en cables multiconductores.MATERIAL
Los materiales más usados como conductores eléctricos son el cobre y el aluminio, aunque el primero es superior en características eléctricas y mecánicas (la conductividad del aluminio es aproximadamente el 60% de la del cobre y su esfuerzo de tensión a la ruptura, el 40%).
DIMENSIONES
El tamaño o sección transversal o calibre de los conductores eléctricos debe indicarse en mm2 y opcionalmente entre paréntesis el número de la escala de calibres americanos (AWG-kcmil), de acuerdo con la Norma Oicial Mexicana de Conductores Eléctricos NOM-063-SCFI.Es importante recordar que a nivel mundial se usan dos escalas de calibres para cuantiicar el tamaño de los conductores eléctricos:
Un valor útil para convertir calibres en ambas escalas es el siguiente: 1mm2 = 1 973,525 circular mils o 1mm2 = 1,973525 kCM ≈ 2 kcmil El tamaño de un conductor eléctrico debe seleccionarse adecuadamente cumpliendo con los requerimientos técnicos y normativos de nuestro país.
Resistencia eléctrica de cables
Construcción de cables
Características dimensionales
Resistencia eléctrica de cables
Aislamiento de los conductores eléctricos
Los cables para la industria de la construcción pueden tener aislamientos de los siguientes tipos:
- Aislamiento termoplástico (PVC).
- Aislamiento termoijo (EP o XLP).
La norma oicial mexicana de instalaciones eléctricas NOM-001-SEDE en la tabla 310-13, clasiica a los aislamientos de los conductores eléctricos por medio de tipos. Tomando los cables utilizados en la industria de la construcción, tenemos:Al hablar de la temperatura máxima de operación de un conductor, es necesario ser especíico. Los conductores no se dañan inmediatamente al rebasar la temperatura máxima; esto signiica que si un producto THW-LS en lugar de utilizarlo a 75 °C lo hacemos a 80 °C, no se abrirá ni se fundirá su aislamiento, pero sí se irá deteriorando con el tiempo, reduciendo su vida útil.En forma general podemos decir que un aislamiento que se trabaje 10 °C por arriba de su temperatura de operación normal, reduce su vida útil a la mitad. Por esto es importante que los conductores sólo transporten la corriente para la que fueron diseñados, ya que de otra forma tendremos que cambiar la instalación en poco tiempo.
Caida de voltaje
La caída de tensión es un fenómeno natural que ocurre cuando la corriente eléctrica encuentra oposición en su paso por los conductores eléctricos, desde el origen hasta el final del circuito.
En los circuitos de corriente alterna, existen dos componentes, la caída en la parte resistiva que depende del calibre del conductor y la clase de material, más la caída en la parte reactiva que depende de la frecuencia y la geometría del cable
La NOM-001-SEDE-2012 indica que la caída de tensión máxima permitida en la instalación tomando en consideración los cables del circuito alimentador y del circuito derivado, no debe ser mayor del 5%. Para el caso del circuito derivado, la caída de tensión no deberá ser mayor de 3% y debe considerarse una caída de tensión máxima de 2% para el circuito alimentador. Si la caída de tensión resultante del cálculo es mayor a lo anterior, debemos considerar un calibre mayor, volver a realizar los cálculos y verificar que se cumplan los porcentajes de caída de tensión sugeridos.
¿Qué artículo establece esto? Es obligarotorio
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Interruptores
Componentes de la instalación eléctrica
INTERRUPTORES
Un interruptor es un dispositivo que sirve para interrumpir o restablecer una corriente eléctrica a través de un circuito eléctrico.
FALLA ELÉCTRICA
VOLTAJE NOMINAL DEL INTERRUPTOR
La falla eléctrica es una operación anormal de un equipo o sistema eléctrico debida a diversas causas, que generalmente se traduce en un incremento de corriente. De acuerdo con las características de la falla, ésta tendrá que ser liberada del sistema en determinado tiempo para evitar daños al equipo conectado o a elementos del sistema.
Es el valor de tensión o voltaje máximo, al cual puede operar sin sufrir daño alguno. Este valor debe especiicarse tanto en ca como en cc.
CORRIENTE NOMINAL DEL INTERRUPTOR
Es el valor de corriente, a la cual puede operar satisfactoriamente y sin sufrir daño alguno
SOBRECORRIENTES
Cualquier valor de corriente que exceda la corriente nominal de un equipo o a la corriente permisible de un conductor, según sea el caso.
INTERRUPTORES
SOBRECARGA
La sobrecarga es una condición de operación de un equipo en la que se demanda una potencia que excede la nominal, o de un conductor por el cual circula una corriente mayor a la permisible. Cuando dicha condición persiste durante suiciente tiempo, puede causar daños a causa de sobrecalentamientos perjudiciales. Una sobrecarga no incluye condiciones de cortocircuito o fallas a tierra. Para nuestro caso consideraremos como sobrecargas todos aquellos valores de corriente que excedan a la corriente nominal de los equipos, pero sin exceder un 500%.
CORTOCIRCUITO
El cortocircuito es una condición en la que la corriente de un equipo o sistema se eleva a valores muy superiores al valor nominal. Para nuestro caso se considera cortocircuito a todo valor de corriente que excede el 500% de la nominal.
INTERRUPTORES
Línea. Se da el nombre de línea al conductor o conjunto de conductores en los cuales hay presencia de voltaje y pueden alimentar un equipo eléctrico. Carga. Se conoce como carga al aparato o conjunto de aparatos conectados a la línea, que consumirán energía eléctrica. Polos y fases. Para un interruptor, se conoce como número de polos a la cantidad de pares conductores línea-carga que llegan a dicho interruptor.
No automáticos
Cuchillas con fusibles Magnéticos Termomagnéticos Electrónicos
Interruptores
Automáticos
Interruptor termomagnético o breaker
La característica particular de operación de estos interruptores es que, en sobrecargas, el bimetal trabaja para desconectar el circuito. Cuando existe un cortocircuito, el electroimán del interruptor es el que se opera y lo desconecta del circuito; de ahí su nombre: termomagnético.
Clasificación de los diferentes marcos de interruptores con respecto a su capacidad nominal e interruptiva, así como dimensiones generales y peso
Curva de disparo
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Fusibles
Componentes de la instalación eléctrica
FUSIBLES
Un fusible se puede deinir como un dispositivo que se emplea para proteger los sistemas eléctricos contra fallas de sobrecarga y cortocircuito; esto se efectúa intercalando en un circuito eléctrico, de tal manera que cuando pase una corriente a través de éste (cuya intensidad excede un valor prefijado), interrumpe el circuito al que está conectado. Esto se logra al fundirse el elemento fusible del dispositivo de protección.
Características de los fusibles
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Centros de carga y tableros de distribución
Componentes de la instalación eléctrica
Centros de carga y tableros de distribución
El origen de los tableros y centros de carga se desarrollaron como consecuencia de las siguientes necesidades:
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Tipo de montaje
Empotrar: cuando el tablero va embebido en los muros. Sobreponer: cuando el tablero se ija sobre el muro. Autosoportado: el tablero se ija directamente sobre el piso.
Tableros
Funciones del tablero
Tableros con zapatas principales La alimentación del tablero se realiza directamente a las barras del bus por medio de zapatas de conexión. Se debe contar con un medio de protección externo. Tableros con interruptor principal La alimentación del tablero se realiza a través de un interruptor termomagnético que forma parte integral de él y le brinda medio de protección y conexión general.
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Canalizaciones
Componentes de la instalación eléctrica
CANALIZACIONES
Las canalizaciones eléctricas sirven para proporcionar protección mecánica a los conductores, ya que los aísla físicamente y conina cualquier problema de calor o chispas producidas por falla de aislamiento.Existe una gran variedad de medios para contener a los conductores eléctricos conocidos como canalizaciones eléctricas; algunas son de uso común y otras se usan en aplicaciones especíicas. Algunos de estos medios son los tubos (conduit, con sus variedades constructivas y de material), ductos, charolas y electroductos.
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Tubos conduit metálicos
Los tubos (conduit) metálicos, dependiendo del tipo usado, se pueden instalar en exteriores e interiores, en áreas secas o húmedas. Los tubos (conduit) rígidos constituyen, de hecho, el sistema de canalización más comúnmente usado, porque prácticamente se puede utilizar en todo tipo de atmósferas y para todas las aplicaciones.
Tubo (conduit) metálico rígido (pared gruesa).
Tubo (conduit) metálico intermedio o semipesado.
Tubo metálico de pared delgada (rígido ligero).
Tubo (conduit) metálico flexible.
Tubo (conduit) no metálico
En el mercado podemos encontrar muchos tipos de tubos (conduit) no metálicos que tienen una gran variedad de aplicaciones y están construidos de distintos materiales como el policloruro de vinilo (PVC),la fibra de vidrio, el polietileno, etc . El más usado en las instalaciones residenciales es el PVC, el cual es un metal autoextinguible, resistente al colapso, a la humedad y a agentes químicos especíicos. Se puede usar en:
- Instalaciones ocultas, visibles (cuando no se expone el tubo a daño mecánico) y lugares expuestos a agentes químicos.
- No debe usarse en áreas y locales clasiicados como peligrosos. Tampoco para soportar luminarios ni en lugares que excedan temperaturas ambientales mayores de 70 °C.
Estos tubos se pueden doblar mediante la aplicación de aire caliente o líquido caliente.Ductos metálicos
Los ductos metálicos se instalan en la supericie, proporcionan protección mecánica a los conductores y además los hacen accesibles para cambios o modiicaciones en el alambrado.Los ductos metálicos se seleccionan sobre la base de número y tamaño de los conductores que deben alojar: por lo general se hace con las especiicaciones e instrucciones de los fabricantes. Pueden tener diferentes formas en función de la aplicación
ELECTRODUCTO
El electroducto, según la definición de la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (National Electrical Manufacturers Association, NEMA), es un sistema de distribución eléctrica prefabricado que consta de barras colectoras en un gabinete protector, que incluye tramos rectos, conexiones, dispositivos y accesorios.
El electroducto o bus ducto consiste por lo general de conductores en forma de barra dentro de un elemento metálico (ducto) que los contiene. Cuenta con una adecuada ventilación que ayuda a la capacidad de corriente del sistema. El uso de este electroducto es esencial para aquellas instalaciones que demandan corrientes elevadas. Se fabrican en diversos tipos: enchufable, atornillable, con barras de aluminio o cobre, etc.
Charolas
Las charolas o soportes continuos para cables son conjuntos prefabricados en secciones rectas con herrajes que se pueden unir para formar un sistema total de soporte de cables.
Charolas de paso
Charolas tipo escalera
Tienen un fondo continuo ya sea ventilado o no ventilado y con ancho estándar de: 15, 22, 30 y 60 cm. Este tipo de charola se usa cuando los conductores son pequeños y requieren de un soporte completo
Éstas son de construcción muy sencilla, consisten en dos rieles laterales unidos o conectados con travesaños individuales. Se fabrican en anchos estándar de: 15, 22, 30, 45, 60 y 75 cm. Pueden ser de acero o aluminio.
Charolas tipo canal
Soporte recto
Soporte para cables que no presenta derivación, cambio de dirección o de tamaño. Se ofrece en un largo de 3,66 m.
Están constituidas de una sección de canal ventilada. Los anchos estándar de esta charola son: 7,5 y 10 cm.
Cajas y accesorios para canalización con tubo
Cajas eléctricas. Son la terminación que permite acomodar las llegadas de los distintos tipos de tubos (conduit), cables armados o tubos no metálicos; con el propósito de empalar cables y proporcionar salidas para contactos, apagadores, salidas para lámparas y luminarias en general. Estas cajas se diseñan en distintos tipos y dimensiones, así como también los accesorios para su montaje, con el objeto de dar la versatilidad que requieren las construcciones eléctricas.
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PRINCIPIOS DE ALAMBRADO
Principios de alambrado
El alambrado de una instalación eléctrica consiste básicamente de tres etapas:
- Elaboración de planos, en los cuales se indica por medio de símbolos convencionales la localización de los principales elementos de la instalación.
- Las indicaciones necesarias para el alambrado y diagrama de conexiones para cada uno de los elementos de la instalación. Esto es particularmente importante para la instalación misma y sobre todo para el electricista que aún no tiene experiencia.
- Los detalles mismos de la ejecución de cada una de partes de la instalación eléctrica, como son: formas de ejecutar las conexiones, número de conductores por elemento, etc.
El conocimiento general de estas tres etapas en el indicio del cálculo o proyecto de una instalación eléctrica, permitirá disponer de la información necesaria para el cálculo propiamente dicho de la instalación eléctrica.DISEÑO DE INSTALACIÓN ELÉCTRICA
Realice el proyecto eléctrico para la casa habitación
Considere lo siguiente:
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