Seguridad eléctrica y calidad de la energía: una guía breve

La electricidad es una de las piedras angulares de la sociedad moderna, pero puede ser muy peligrosa si se maneja incorrectamente. Por lo tanto, los gobiernos han introducido códigos estrictos para regular su uso y garantizar la seguridad de los ocupantes. La fuente de alimentación de un edificio debe ser segura de usar y también debe tener el voltaje y la frecuencia requeridos por los aparatos eléctricos del edificio. Los sistemas que proporcionan seguridad eléctrica y calidad de la energía suelen estar ocultos a la vista, pero juegan un papel fundamental en los edificios.

Los problemas eléctricos son más comunes en edificios de apartamentos de antes de la guerra y otras construcciones antiguas. Siempre asegúrese de verificar la instalación antes de mudarse a una propiedad existente, pero especialmente si está muy envejecida.

Dispositivos de protección eléctrica

La función principal de las protecciones eléctricas es desconectar la fuente de alimentación cuando se presentan condiciones de funcionamiento peligrosas. Los principales tipos de fallas eléctricas son los siguientes:

  • Sobrecarga o sobrecorriente
  • Cortocircuito
  • Falla a tierra
  • Fallo línea a línea
  • Sobretensión transitoria o

Disyuntores enchufables son quizás los dispositivos de protección eléctrica más conocidos, comúnmente utilizados en aplicaciones residenciales y comerciales ligeras (por debajo de 100 amperios). Disyuntores de caja moldeada son generalmente más grandes y alcanzan calificaciones de corriente más altas, mientras que protectores de circuito de motor y relés de sobrecarga térmica están diseñados para las necesidades de protección de motores eléctricos. Además de la configuración enchufable, existen dispositivos de protección diseñados para un montaje en riel DIN o para conexiones atornilladas.

Un sobrecarga ocurre cuando un circuito eléctrico está consumiendo corriente por encima de su valor nominal durante un período excesivamente largo. Es importante tener en cuenta que la sobrecorriente de corta duración es común en algunos tipos de equipos. Por ejemplo, motores eléctricos trifásicos puede consumir hasta ocho veces su corriente nominal durante el arranque, pero solo por un corto tiempo, generalmente fracciones de segundo. Algunos tipos de iluminación también atraen una corriente de entrada, especialmente si tienen balastos.

Los disyuntores suelen utilizar un mecanismo de interrupción térmica para proteger los circuitos de sobrecargas y, al mismo tiempo, permiten picos de corriente de corta duración. El mecanismo de protección térmica utiliza un contacto metálico que se expande cuando se calienta con la corriente y está calibrado para permitir la corriente nominal del disyuntor pero no valores más altos. Sin embargo, dado que las corrientes de irrupción ocurren demasiado rápido, su efecto de calentamiento no es suficiente para expandir y desconectar el mecanismo de protección térmica. Por otro lado, una sobrecarga finalmente dispara el interruptor; a medida que aumenta la magnitud de la corriente, el contacto de protección térmica se expande más rápido y desconecta el circuito en menos tiempo.

Seguridad eléctrica y calidad de la energía: una guía breve

A cortocircuito ocurre cuando un conductor vivo toca un conductor neutro, provocando una corriente muy alta. La magnitud de una falla de cortocircuito es muy alta, generalmente miles de amperios, por lo que debe desconectarse lo más rápido posible. En este caso, la respuesta de la protección térmica es demasiado lenta, por lo que los mecanismos de protección que eliminan las fallas de cortocircuito se basan en la inducción electromagnética: la corriente intensa induce un fuerte campo magnético que desconecta el interruptor automático.

A falla a tierra, También conocida como falla de línea a tierra, ocurre cuando un conductor vivo toca un elemento conductor que no es parte del circuito eléctrico. Esto también crea una corriente muy alta debido a la baja resistencia de contacto, activando el mecanismo de protección magnética del respectivo interruptor automático. A falla línea a línea ocurre cuando dos conductores activos a diferente voltaje se tocan entre sí, lo que también causa una corriente de gran magnitud. En ambos casos, el mismo mecanismo de protección magnética que borra las fallas de cortocircuito responde y dispara el disyuntor.

Todas las fallas descritas anteriormente se caracterizan por una corriente excesiva. Cuando ocurre un pico de alto voltaje, la falla se llama transitorio o un sobretensión. Las sobretensiones normalmente ocurren cuando se conectan equipos grandes y también pueden ser causadas por rayos. Dado que los disyuntores no están diseñados para proteger las instalaciones contra sobretensiones, debe utilizar un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) o un supresor de sobretensiones transitorias (TVSS). Uno de los tipos más comunes de TVSS usa una resistencia variable (varistor) conectada entre los conductores activos y la tierra; su resistencia es alta en condiciones normales de operación, pero cae a un valor muy bajo en respuesta a picos de voltaje, descargando la falla a el suelo antes de que llegue a equipos sensibles.

Mejora de la calidad de la energía

Los sistemas de energía eléctrica también pueden sufrir problemas que no son fallas estrictamente hablando, pero que también son perjudiciales para el rendimiento. Dos de los principales problemas son factor de potencia bajo y Armónicos.

Factor de potencia es un concepto muy abstracto, pero la siguiente es una forma sencilla de visualizarlo. Algunos tipos de equipos eléctricos consumen corriente de tal manera que no se consume realmente toda la energía extraída del suministro de voltaje. En estos casos, el término «potencia real» se utiliza para describir la potencia que se utiliza realmente, y el término «potencia reactiva» se utiliza para describir la parte que oscila entre el equipo y la fuente de alimentación sin ser utilizada. Algunas de las cargas más comunes asociadas con la energía reactiva son motores eléctricos, transformadores y balastos. El factor de potencia es la relación entre la potencia real utilizada y la potencia aparente, el producto de multiplicación directa de voltaje y corriente.

  • Suponga que un motor monofásico consume 900 W de energía eléctrica mientras consume 5 amperios a 240 voltios.
  • La potencia aparente es de 1200 voltios-amperios (240 V x 5 A).
  • El factor de potencia es 0,75 (900 W / 1200 VA). También se puede informar como 75%.
  • El valor máximo posible es 1,00 o 100%, donde se consume toda la potencia extraída de la fuente de tensión. Las cargas puramente resistivas como las lámparas incandescentes y los calentadores de resistencia se comportan de esta manera.

El factor de potencia bajo aumenta la corriente consumida por un edificio y esto crea una carga adicional para la red. Por lo tanto, las empresas de servicios públicos suelen penalizar a los usuarios que permiten que su factor de potencia caiga por debajo de un valor especificado. El factor de potencia bajo se corrige instalando condensadores, que son similares a las baterías pero diseñados para un ciclo mucho más rápido: la corriente oscilante que caracteriza la energía reactiva es suministrada localmente por el condensador y no se extrae de la red eléctrica, lo que evita al usuario cargas adicionales. .

Tarifas de electricidad en la ciudad de Nueva York ya se encuentran entre los más altos de EE. UU., por lo que querrá evitar cargos adicionales siempre que sea posible. La corrección del factor de potencia se caracteriza por su rápido período de recuperación, generalmente menos de un año.

Armónicos son señales de tensión y corriente cuya frecuencia es un múltiplo de la frecuencia de servicio: 60 Hz en EE. UU. Los armónicos son producidos por cargas no lineales como núcleos magnéticos y equipos digitales, y tienden a sobrecalentar los circuitos, especialmente el conductor neutro. Los armónicos excesivos también pueden provocar el mal funcionamiento de algunos tipos de equipos electrónicos. Los filtros de armónicos son dispositivos que están sintonizados para una frecuencia armónica específica, y cuando se instalan en un sistema de energía evitan la propagación de armónicos más allá del equipo que los genera.

Conclusión

La mejor recomendación para mantener todos estos problemas eléctricos bajo control es buscar asistencia profesional. En las nuevas construcciones, la protección y la calidad de la energía se pueden abordar desde la etapa de diseño. Para los edificios existentes, el equipo de monitoreo de energía se puede usar para detectar armónicos o un factor de potencia bajo, y los resultados de la medición se usan para especificar filtros y capacitores de armónicos. Si los disyuntores se disparan con frecuencia, obtenga una inspección para determinar la causa: podría haber una falla eléctrica, pero el disyuntor en sí también podría estar dañado.