INSTALACIONES ELCTRICAS

PGINA CAPITULO 1: Instalaciones Elctricas: Generalidades

CAPITULO 1

Instalaciones Elctricas: Generalidades

1.0. Introduccin

A partir del descubrimiento de la energa elctrica y su posible utilizacin comercial por parte del hombre, esta ha jugado un papel importante en la evolucin de la humanidad hasta llegar a constituir las sociedades industrializadas modernas. El desarrollo de grandes fuentes de energa para ejecutar trabajos tiles ha sido la clave del dilatado progreso industrial y parte primordial en la mejora de calidad de vida del hombre. El desarrollo de la electricidad, que escasamente sobrepasa los cien aos ha proporcionado una ayuda a la solucin de la ms bsica de las motivaciones humanas, la necesidad de seguridad y confort. De hecho, los adelantos de la tecnologa actual se han orientado a brindar al hombre nuevos servicios hacindolo cada vez ms dependiente de su principal fuente energtica, la electricidad. Es tal la dependencia humana de la electricidad que es casi imposible imaginar un da de la poca actual sin la existencia de la electricidad, seria un completo caos, en la cual se evidenciara la terrible cantidad de equipos que operan gracias a la electricidad, adems de revelar la importancia casi vital de la electricidad en los hogares hasta los sistemas industrializados.

Como ya se ha mencionado, el nivel de vida del hombre de ciudad se ha visto especialmente elevada como consecuencia de la evolucin de los sistemas de abastecimiento del servicio elctrico, pasando de las primitivas funciones de iluminacin y calefaccin, hasta el actual papel preponderante de recreacin, entretenimiento, comunicacin, comodidad y lujo, etc., siendo ms que evidente la importancia de un sistema que proporcione un servicio elctrico: econmico, confiable y de calidad, en todo lugar donde el hombre se encuentre.

El objetivo principal de este trabajo es brindar un fundamento sencillo y accesible a cualquier lector sobre el diseo de los elementos fundamentales que han de constituir los sistemas elctricos a escala residencial, comercial e industrial, lo que se conoce con el nombre de instalaciones elctricas.

En este trabajo s plantea una serie de criterios y normativas que son comnmente utilizadas para el diseo e implantacin de instalaciones elctrica, pero este tipo de proyectos rayan en la categora del arte, en donde adems de los principios escritos en ocasiones se hace necesario la experiencia y por sobre todo el ingenio del proyectista.

1.1. Generalidades de los Sistemas Elctricos

La electricidad es una de las manifestaciones energticas de mayor frecuencia en la naturaleza y tan antigua como el tiempo y el espacio. Luego que el hombre la descubre y comienza su estudio para tratar de dominarla, comprende la importancia y potencialidades de esta, solo recientemente (quizs tan solo hace cien o ciento cincuenta aos) ha comenzado a ser estudiada, pero desde ese momento el hombre se ha visto maravillado por la profundidad de conceptos que la sustenta.

Desde el comienzo de la historia de la electricidad, el hombre ha explotado todas las bondades que esta puede brindar, siendo sin duda el mayor de los artfices del desarrollo comercial de la energa elctrica el cientfico norteamericano Thomas Alva Edison (1847-1931), quien luego de la invencin de la lmpara incandescente (en octubre de 1869) y la posterior utilizacin para la iluminacin de Pearl Street en New York, EE.UU., marco el comienzo de la explotacin comercial de la electricidad para dar lugar a una carrera por la mejora del nivel de vida del hombre.

Desde aquel humilde principio de la electricidad, hasta la actualidad, el desarrollo de los grandes y complejos sistemas elctricos ha transitado por un camino acelerado; en donde los actuales sistemas elctricos son extensamente mayores y complejos, y los cuales se le debe distinguir por sus marcadas diferencias de la instalacin elctrica de un hogar o industria.

Los grandes sistemas elctricos, que proveen de electricidad a las ciudades, estados y pases, son los denominados sistemas elctricos de potencia, que se caracetrizan por su embergadura y complejidad y que adems es motivo de estudio exhaustivo en estudios ms profundos y detallados fuera del alcance de este trabajo. En forma muy sencilla y a manera de informacin un sistema de potencia, puede ser visto como una red elctrica de potencia que se encarga de generar, transmitir y distribuir la energa elctrica, hasta los consumidores.Ha de entenderse, que al sistema de elctrico de potencia como el conjunto de elementos que constituyen la red elctrica de potencia, siendo su funcin; generar, transmitir y distribuir, la energa elctrica hasta los usuarios, bajo ciertas condiciones y requerimientos.

Las tareas de un sistema de potencia son realizadas por todas y cada una de las mayores empresas que prestan el servicio de electricidad (Electric-Utility). En el caso particular de Venezuela el servicio elctrico es suministrado por empresas de naturaleza pblica y privada, mientras que en pases como Argentina y Per el capital privado es el que lo realiza en su totalidad.

En Venezuela, existen al menos catorce empresas dedicadas a prestar el servicio elctrico, todas agrupadas en la Cmara Venezolana de la Industria Elctrica (CAVEINEL), siendo las mayores empresas: Corporacin Venezolana de Guayana (CVG) Electrificacin del Caron (EDELCA), Compaa Annima de Fomento Elctrico (CADAFE), Energa Elctrica de Venezuela (ENELVEN) y C.A. La Electricidad de Caracas (Elecar), siendo las tres primeras propiedad del gobierno nacional a travs del Fondo de Inversiones de Venezuela (FIV) y la ltima de naturaleza privada.

FIGURA 1Estructura del Sistema Interconectado Nacional (SIN)

Fuente: Gonzlez, F. (1998)

Los sistemas de potencia son estructuras complejas y extensas, y que mltiples factores (estratgicos, econmicos, etc.) no operan de manera aislada, sino que por el contrario se encuentran interconectados entre s, constituyendo lo que se denomina un Sistema Interconectado (Power-Pool), con la finalidad de cooperacin nter empresas que permita al consumidor un servicio confiable, econmico y de calidad.

Un sistema de potencia, de acuerdo con las actividades que realiza, bsicamente consta de tres partes especificas y diferenciadas que realizan las labores de: generacin, transmisin, y distribucin, siendo muy comn dentro de los sistemas de potencia distinguir cuatro niveles funcionales: generacin, transmisin, subtransmisin y distribucin.

FIGURA 2Estructura Tpica de un Sistema de Potencia

Fuente: Gonzlez, F. (1998)

El sistema de potencia esta constituido por muchos elementos cada uno de ellos cumple con funciones especficas, de manera que en operacin conjunta garanticen un flujo confiable y econmico de electricidad a los consumidores.

El sistema de generacin, se basa en tomar una fuente de energa primaria y transformar esta en energa elctrica. En Venezuela para el ao de 1995 cerca del 75% de la energa elctrica se gener a partir de las fuentes hidrulicas (Gur, Macagua I y Macagua II, etc.) y el restante 25% se reparti entre fuentes trmicas ya sea por hidrocarburos o vapor (Planta Centro, Complejo Oscar Machado Zuluaga,etc.).

El sistema de transmisin por su parte es la estructura constituida por torres, conductores y aislantes que se encarga de transportar los grandes bloques energticos hasta el sistema de distribucin, el cual dividir y disminuir los niveles energticos hasta los centros de consumo y las necesidades del consumidor.

En la estructura compleja de un sistema de potencia, en el ltimo de los elementos son los consumidores, en los cuales se encuentra el objetivo de este trabajo.

1.2. Generalidades de sistemas de distribucin

El proceso de produccin de energa elctrica se compone de tres etapas sucesivas: generacin, transmisin y distribucin.

De estas tres fases, la distribucin de energa elctrica comprende las tcnicas y sistemas empleados para la conduccin de la energa elctrica hasta los usuarios dentro del rea de consumo. La energa elctrica es transmitida frecuentemente en bloques de magnitud considerable desde el punto de generacin hasta el rea donde se pretende distribuirla, de ah que sea necesario ejecutar uno o ms pasos de transformacin para llevarla a los niveles de utilizacin.

El sistema de distribucin es el ltimo elementos del sistema de potencia entes de llegar a los consumidores. Esta parte del sistema de potencia esta compuesto de lneas y dispositivos para distribuir la energa elctrica hasta los usuarios.

Estos pasos de transformacin dan lugar a las diferentes etapas del sistema de distribucin. Dentro del sistema de distribucin se distinguen dos grandes niveles bien diferenciados:

Sistema de Distribucin Primaria.

Sistema de Distribucin Secundario.

Sistema de Distribucin Primario

1.2.1. Sistema de Distribucin Primario

El sistema de distribucin primario comienza a la salida de las subestaciones de distribucin, de este punto los circuitos de subtransmisin alimentan a los transformadores de distribucin.

Las subestaciones de distribucin transforman este voltaje al de los denominados alimentadores primarios, el voltaje de los circuitos generalmente se encuentra entre 2.4 y 13.8 KVoltios.

La distribucin secundaria trabaja con niveles de tensin y potencia moderados. En Venezuela los niveles de tensin suelen ser:

Niveles Normalizados para

Circuitos Primarios de Distribucin en Venezuela

EmpresaNivel de tensin (KV.)

CADAFE y sus filiales6.9 y 13.8

C.A. La Electricidad de Caracas4.8, 8.3 y 12.47 KV

Empresas Petroleras2.4, 4.16 y 6.9 KV.

En este nivel pueden ser alimentados ciertos consumidores especiales como industrias de relativo tamao y otros.

Los circuitos de distribucin primario se caracterizan porque estn conectados a un solo punto o subestacin de distribucin, (Sistemas Radiales), y es muy poco visto solo en casos especiales la conexin a ms de una subestacin (Sistema en Anillo Mltiple).

Los niveles de potencia manejados en este sistema son modestos (as por ejemplo, para 13.8 KV la capacidad de transporte no supera los 5MVA)

1.2.2. Sistema de Distribucin Secundario

Los transformadores de distribucin reducen el voltaje primario al voltaje secundario o de utilizacin, la energa se distribuye, por ltimo a travs de los circuitos secundarios de distribucin hasta las acometidas individuales.

Esta parte del sistema corresponde a los menores niveles de potencia y tensin, estando ms cerca del consumidor promedio.

En Venezuela es comn que las empresas elctricas suministren potencia en cuatro niveles de tensin bsicos y sus combinaciones: 120/240V (1(,2(), 208V (2(,3(), 480V y 600V (3().

FIGURA 3Estructura tpica de un sistema de distribucin

Fuente: Gonzlez, F. (1998)

De acuerdo a su configuracin los sistemas de distribucin pueden ser:

Radial : Muy econmico y utilizado en sitios rurales y de baja carga.

Lazo o Anillo: Se usa en cargas medias, con mediana confiabilidad.

Netwotks Secundario: Especialmente utiliza para grandes cargas, requiere mayor inversin y es caro.

1.2.3. Caractersticas de los Sistemas de Distribucin

Una de las caractersticas fundamentales del sistema de distribucin, que lo diferencia del resto del sistema de potencia, es que se encuentra constituido por un gran nmero de elementos que manejan bloques de carga pequeos hasta el extremo de los servicios residenciales, rurales, en donde las demandas no superan unos pocos KVA.

Las inversiones pertinentes en los sistemas de distribucin no dejan de ser por lo anterior importante, porque a causa de la ramificacin del sistema, la longitud de los tendidos de lneas de distribucin, el nmero de subestaciones de distribucin, y transformadores es comparativamente mayor en cantidad que en el resto del sistema de potencia. Se puede afirmar que cerca del 30 al 40% del costo total de un sistema de potencia, lo constituye sus redes de distribucin.

Existe una gran variedad de configuraciones ms o menos complicadas para los sistemas de distribucin, pero dependen de las caractersticas y magnitud propias de cada sistema. Entre otras, se sealan, por ejemplo las siguientes:

Puede haber ms de un nivel o voltaje de subtransmisin, o puede no existir ninguno en el caso de sistemas de poca importancia.

Puede existir generacin local en el rea de consumo que inyecta energa en uno o cualquiera de los niveles de tensin.

Generalmente las cargas de magnitud con servidas directamente desde las lneas primarias de distribucin o de subtransmisin trasformando directamente al voltaje del servicio, cuando la magnitud o la ubicacin as lo elige en reas de la economa (los denominados consumidores o clientes especiales).

1.3. Definicin de instalacin elctrica

Una definicin muy sencilla de instalacin elctricas es: conjunto de elementos y equipos que tienen como finalidad llevar la energa elctrica desde un punto fuente hasta una carga.

El conjunto de elementos que permiten llevar la energa elctrica desde un punto fuente hasta la carga es lo que se suele denominar instalacin elctrica.

La modernas instalaciones elctricas en ocasiones son invisibles o pasan simplemente inadvertidas, pero su trabajo es latente e importante, ya que permiten la operacin de las cargas.

NOTA : Carga, es todo equipo o dispositivo, que toma energa elctrica y la transforma en otro tipo de energa. Es el antnimo literal de generador. Las cargas se dice en lenguaje coloquial son los aparatos que consumen energa elctrica, pero se conoce que la energa no se crea ni se destruye, solo se transforma, por lo que las cargas solo la transforman de energa elctrica en otro tipo. Por ejemplo: una luminaria (bombillo) transforma la energa elctrica en luz y calor. Un motor elctrico transforma de electricidad en energa mecnica, etc.

FIGURA 4Esquema General del Flujo de Energa Elctrica

Fuente: Gonzlez, F. (1998)

1.4. Clasificacin de las Instalaciones Elctricas segn el Tipo de Consumidor

Las instalaciones elctricas pueden ser clasificadas de acuerdo a la carga a la cual alimentan en tres grandes grupos:

Instalaciones Residenciales.

Instalaciones Industriales.

Instalaciones Especiales.

Las instalaciones elctricas residenciales corresponden son las ms sencillas de las instalaciones debido a los bajos valores de carga que tienen que servir, son los casos ms comunes y abarcan todos los equipos necesarios para el suministro de electricidad a las instalaciones residenciales, unifamiliares o multifamiliares, hasta concretar las reas comunes de edificios. Por otra parte, las instalaciones industriales, son sumamente importantes, porque se tratan de cargas de valores altos y adems en su mayora constituida por motores, y en el ltimo de los casos se tienen las instalaciones elctricas que no pertenecen ni a la categora residencial ni industrial que son las especiales, tal es el caso de las instalaciones elctricas de hospitales, plantas de comunicacin y cualquier caso atpico.

1.5. Normalizacin de Proyectos de Instalaciones Elctricas

Como ya se ha mencionado los proyectos de instalaciones elctricas son sumamente importantes ya que involucra los elementos que hacen llegar la electricidad desde la fuente hasta la carga. Con el objetivo que las instalaciones elctricas que se proyecten y construyan poseen un criterio nico, se han diseado una serie de protocolos o normativas que rigen la esencia del diseo de instalaciones elctricas. En el mbito internacional son muy conocidas las normativas IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineer, la ANSI: American National Standard Institute, VDE: Verband Deustsher Elektrotechniker, etc. En Venezuela se ha adoptado algunas normativas norteamericanas e internacionalmente aceptadas, constituyendo lo que se conoce como CODIGO ELCTRICO NACIONAL (CEN) que rige los lineamientos a seguir en toda obra elctrica. Este Cdigo Elctrico fue editado por primera vez en al ao de 1968 pro el Comit de Electricidad (CODELECTRA). Hacia 1974 la Comisin Venezolana de Normas Industriales (COVENIN) establece un convenio con el Ministerio de Fomento y Codelectra, cuyo objetivo fue crear las Normas Venezolanas para el Sector Elctrico, hasta que finalmente se reconoce el Cdigo Elctrico Nacional, siendo aprobado por COVENIN en 1981, denominado Conenin 200-81.

En Venezuela desde el 16 de Abril de 1974, por decreto presidencial es obligatorio el uso del Cdigo Elctrico Nacional en todo tipo de obra elctrica.

Es sumamente importante dejar claro, que el CEN no es propiamente un manual de diseo, sino que es un manual de seguridad, los valores que se establecen en el son los mnimos aceptados para garantizar la seguridad deseada en las instalaciones elctricas, vidas y bienes materiales. Por encima de los valores establecidos en el CEN pueden ser aceptados.

En lo sucesivo en este trabajo, debido a la obligatoriedad de la utilizacin del Cdigo Elctrico Nacional, se har severa cantidad de veces referencia y hasta citas textuales de este, para sustentar todas y cada una de las decisiones en el diseo de instalaciones elctricas.

El CEN en su contenido tan amplio, establece lo siguiente:

Las reglas para el diseo de las instalaciones elctricas.

Las reglas para las especificaciones de construccin de las instalaciones elctricas en general, y todo lo concerniente al montaje de maquinarias y equipos elctricos.

Las reglas elaboradas especficamente para los fabricantes de materiales, equipos y maquinarias elctricas que se elabora en Venezuela o bien que son del uso local, aunque sea de importancia. Estas se refieren a dimensiones, proceso de fabricacin y controles de calidad que deben tener.

Por otra parte adems del CEN, existen otras reglas y normas que suelen establecer otras instituciones que son de gran ayuda en los proyectos de instalaciones elctricas, reglamentaciones establecidas por organismos como: Ministerio de Desarrollo Urbano, Ministerio del Trabajo y Comunicaciones, CADAFE, CANTV, INOS, etc.

Existen adems algunas publicaciones que son de especial uso en los proyectos de instalaciones elctricas:

Manual para el diseo de Instalaciones Elctricas en Residencias, C.A. La Electricidad de Caracas.1978.

Canalizaciones Elctricas Residenciales, Oswaldo Penissi, 1987. Editorial de la Universidad de Carabobo, Venezuela.

1.6. Propiedades que debe cumplir una Instalacin Elctrica

Existen una serie de propiedades que debe poseer una instalacin elctrica cualquiera, estas son:

Seguridad.

Economa.

Previsin a futuro.

Simplicidad.

Flexibilidad.

Confiabilidad.

Factibilidad de Mantenimiento.

Seguridad: Una instalacin elctrica, debe proporcionar seguridad, y una salvaguarda real a las personas y propiedades de los peligros que implica el uso de la electricidad.

Economa: Se refiere a realizar un balance tcnico y de seguridad que permita realizar una inversin que posea el menos costo inicial.

Previsin a futuro: Se refiere a que las instalaciones elctricas deben tener un diseo que permita absorber las ampliaciones a futuro de la carga.

Simplicidad: Esto se refiere a que la instalacin debe poseer un diseo lo ms simple y fcil, que permita concretar el proyecto al menor costo pero con la mayor cantidad de ventajas que se pueda.

Flexibilidad: esto implica que la instalacin puede sin mayor dificultad aceptar modificaciones o alteraciones sbitas que tengan lugar, tales como reubicacin de cargas, etc.

Confiabilidad: La confiabilidad es un trmino sumamente delicado de emplear, pero se puede interpretar de forma muy sencilla como el hecho de que se interrumpa en la menor cantidad de veces posible el servicio elctrico.

Facilidad de mantenimiento: Esto implica que la instalacin elctrica en todo momento sea fcilmente accesible, para realizar tareas de mantenimiento.1.7. Clasificacin de las Instalaciones Elctricas, segn el Nivel de Tensin

De acuerdo al nivel de tensin de operacin de la instalacin elctrica se suelen distinguir los siguientes tipos de instalacin:

Baja Tensin: Tensin de operacin menor o igual a 600 Voltios.

Media Tensin: Tensin de operacin nominal mayor a 1000 voltios y menor a 13800 Voltios.

Alta Tensin: Tensin entre 13800 Voltios y 115Kvoltios.

Extra Alta Tensin: Niveles de tensin hasta los 230 KVoltios.

Ultra Alta Tensin: Niveles de tensin entre 230 y 800 KVoltios.

El nivel de baja y media tensin son los ms comunes y pertenecen a los sistemas de distribucin primarios y secundarios. Los niveles de Alta, Extra Alta y Ultra Alta Tensin, son mucho ms complejos y requieren de estudios tericos muy minuciosos que van mucho ms all de los alcances que se propone este trabajo.

OBJETIVO GENERAL: Establecer los principales conceptos relacionados con la estructura y operacin de las instalaciones elctricas

Contenido

Instalaciones Elctricas: Generalidades

1.0. Introduccin11.1. Generalidades de los Sistemas Elctricos11.2. Generalidades de sistemas de distribucin31.2.1. Sistema de Distribucin Primario31.2.2. Sistema de Distribucin Secundario31.2.3. Caractersticas de los Sistemas de Distribucin41.3. Definicin de Instalacin elctrica41.4. Clasificacin de las Instalaciones Elctricas segn el Tipo de Consumidor41.5. Normalizacin de Proyectos de Instalaciones Elctricas51.6. Propiedades que debe cumplir una Instalacin Elctrica51.7. Clasificacin de las Instalaciones Elctricas, segn el Nivel de Tensin6

FUENTE INSTALACIN CARGA

ELCTRICA

GENERACIN

TRANSMISIN

SUBTRANSMISIN

DISTRIBUCIN

PRIMARIA

SECUNDARIA

CONSUMIDORES

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