Central hidroelctrica CHARCANI V

MEDICIONES Y ENSAYOS EN INGENIERA MECNICA

TABLEROS ELCTRICOSINTRODUCCION

Incrementar el nivel de competitividad y cumplir con las exigentes necesidades del mercado actual, se logra nicamente a travs del aumento en la eficiencia de los procesos de produccin.

En toda instalacin industrial o comercial el uso de la energa elctrica es indispensable. La continuidad de servicio y la calidad de la energa consumida por los diferentes equipos, as como la requerida para la iluminacin, son necesarias para lograr mayor productividad.En la actualidad, los tableros de Medicin y Proteccin, as como los instrumentos y transductores que utilizan tales sistemas, son de suma importancia en una amplia variedad de actividades domsticas e industriales. El crecimiento en cantidad y complejidad de los instrumentos que se utilizan en la industria ha sido importante en especial durante la dcada de los setenta y ochenta, conforme se han desarrollado diversos esquemas de automatizacin.

1. TABLERO ELCTRICOUn tablero elctrico es una caja o gabinete que contiene los dispositivos de conexin, maniobra, comando, medicin, proteccin, alarma y sealizacin, con sus cubiertas y soportes correspondientes, para cumplir una funcin especfica dentro de un sistema elctrico. La fabricacin o ensamblaje de un tablero elctrico debe cumplir criterios de diseo y normativas que permitan su funcionamiento correcto una vez energizado, garantizando la seguridad de los operarios y de las instalaciones en las cuales se encuentran ubicados.

Los equipos de proteccin y de control, as como los instrumentos de medicin, se instalan por lo general en tableros elctricos, teniendo una referencia de conexin y estos pueden ser.

1.1 DIAGRAMA O ESQUEMA UNIFILAR

Un esquema o diagrama unifilar es una representacin grafica de una instalacin elctrica o de parte de ella. El esquema unifilar se distingue de otros tipos de esquemas elctricos en que el conjunto de conductores de un circuito se representa mediante una nica lnea, independientemente de la cantidad de dichos conductores. Tpicamente el esquema unifilar tiene una estructura de rbol.

FIG. N 01 DIAGRAMA ESQUEMA UNIFILAR

1.2 DIAGRAMA DE CONTROL

El control automtico ha desempeado una funcin vital en el avance de la ingeniera y la ciencia debido a los avances en la teora y la prctica del control automtico. Son muchas las reas de la industria beneficiadas como por ejemplo las reas espaciales, automotrices, mdicas y otros.

El diagrama nos da la idea de un desempeo ptimo de los sistemas y se ha dinamizado mejorando la productividad y aligeran la carga de muchas operaciones manuales y repetitivas.

FIG. N 02 DIAGRAMA DE CONTROL1.2 DIAGRAMA DE INTERCONEXINSon similares a los diagramas unifilares, solo que en este caso en los esquemas siempre se hace referencia a las fases a las cuales estarn conectados todos los circuitos. Pueden incluir smbolos de interruptores termomagneticos indicando su capacidad de proteccin para los circuitos que protegen.

Los Diagramas de Interconexin o de Conexiones son el complemento ideal para los diagramas unifilares, con ambos esquemas los electricistas que leen un plano pueden saber fcilmente como se distribuye la energa elctrica al interior de una residencia o comercio.

En la figura No 03, puedes observar que el Neutro pasa limpiamente hacia el interior de la instalacin elctrica.

Cuando se trata de instalaciones elctricas monofsicas no aportan informacin por lo que se prescinde de ellos.

No hay una Norma Oficial que regule su elaboracin por lo que se deja a criterio del electricista la forma de realizarlos. Pueden hacerse en forma horizontal y/o vertical, tambin pueden incluir los lugares que alimentan cada una de las derivaciones conectadas a las fases.

FIG. N 03 DIAGRAMA DE INTERCONEXINEn una instalacin elctrica, los tableros elctricos son la parte principal, y en dichos tableros elctricos se encuentran los dispositivos de seguridad y los mecanismos de maniobra de dicha instalacin. En trminos generales, los tableros elctricos son gabinetes en los que se concentran los dispositivos de conexin, control, maniobra, proteccin, medida, sealizacin y distribucin, todos estos dispositivos permiten que una instalacin elctrica funcione adecuadamente.

Dos de los constituyentes de los tableros elctricos son: el medidor de consumo (mismo que no se puede alterar) e interruptor, que es un dispositivo que corta la corriente elctrica una vez que se supera el consumo contratado.

Es importante mencionar que el interruptor no tiene funciones de seguridad, solamente se encarga de limitar el nivel del consumo.

Para fabricar los tableros elctricos se debe cumplir con una serie de normas que permitan su funcionamiento de forma adecuada cuando ya se le ha suministrado la energa elctrica. El cumplimiento de estas normas garantiza la seguridad tanto de las instalaciones en las que haya presencia de tableros elctricos como de los operarios.

Una importante medida de seguridad para los tableros elctricos es la instalacin de interruptores de seguridad, estos deben ser distintos del interruptor explicado ms arriba. Dichos interruptores de seguridad suelen ser de dos tipos:

Termo magntico, que se encarga de proteger tanto el tablero elctrico como la instalacin de variaciones en la corriente, y diferencial, que est dirigido a la proteccin de los usuarios.

Los tableros contienen en su interior equipos elctricos que a su vez contienen:

Barras de Distribucin. Elementos de Proteccin, Elementos de Sealizacin, Elementos de Comando y eventualmente, instrumentos de medida.

2 CLASIFICACINLos tableros se clasifican:

Segn su ubicacin y funcinSegn el uso de la energa elctrica2.1 SEGN SU UBICACIN Y FUNCIN, TENEMOS LOS SIGUIENTES TABLEROS:2.1.1 TABLEROS GENERALES (T.G.):

Son los tableros principales de las instalaciones. En ellos estarn montados los dispositivos de proteccin y maniobra que protegen los alimentadores y que permiten operar sobre toda la instalacin interior en forma conjunta o fraccionada.

FIG. N 04 TABLERO GENERAL

2.1.2 TABLEROS GENERALES AUXILIARES (T.G.A.):

Son tableros que sern alimentados desde un tablero general y desde ello se protegen y operan sub.-alimentadores que alimentan tableros de distribucin.

FIG. N 05 TABLERO GENERAL AUXILIAR2.1.3 TABLEROS DE DISTRIBUCIN (T. D.):

Son tableros que contienen dispositivos de proteccin y maniobra que permiten proteger y operar directamente los circuitos en que est dividida la instalacin o una parte de ella. Pueden ser alimentados desde un tablero general, desde un tablero general auxiliar o directamente desde el empalme.

FIG. N 06 TABLERO DE DISTRIBUCIN

2.1.4 TABLERO DE PASO (T. P.):

Son tableros que contienen fusibles cuya finalidad es proteger derivaciones que por su capacidad de transporte no pueden ser conectadas directamente al alimentador, sub.-alimentador o lnea de distribucin de la cual est tomada.

FIG. N 07 TABLERO DE PASO

2.1.5 TABLERO DE COMANDO (T. COM.):

Son tableros que contienen dispositivos de proteccin y maniobra que permiten proteger y operar en forma simultanea sobre artefactos individuales o grupos de artefactos pertenecientes a un mismo circuito.

FIG. N 08 TABLERO DE COMANDO

2.1.6 TABLEROS CENTRO DE CONTROL (T. C.C.):

Son tableros que contienen dispositivos de proteccin y de maniobra o nicamente dispositivos de maniobra y que permiten la operacin de grupos de artefactos en forma individual, en conjunto, en sub.-grupos en forma programada o no programada

FIG. N 09 TABLERO DE CENTRO DE CONTROL

2.2 DE ACUERDO AL USO DE LA ENERGA ELCTRICA, TENEMOS:

2.2.1 TABLEROS DE ALUMBRADO (T. A.)

Es un elemento que sirve para controlar y dividir circuitos de una instalacin elctrica, en la cual tambin es posible alimentar y controlar diversos centros de carga; esta proteccin est controlada por interruptores termomagneticos de uno, dos y tres polos. Los tableros van dirigidos a pequeos y grandes negocios, oficinas, centros comerciales donde se requiere dividir la instalacin por zonas.

FIG. N 10 TABLERO DE ALUMBRADO

2.2.2 TABLEROS DE FUERZA (T. F.)

Podemos indicar que un centro de carga, es un tablero metlico que contiene una cantidad determinada de interruptores termomagneticos, generalmente empleados para la proteccin y desconexin de pequeas cargas elctricas y alumbrado. En el caso de que en un tablero elctrico se concentre exclusivamente interruptores para alumbrado, se conoce como "tablero de alumbrado"; si concentra otros tipos de cargas, se conoce como "TABLERO DE FUERZA".

Los tableros de fuerza, pueden ser monofsicos o trifsicos, razn por la cual pueden soportar interruptores termo magnticos mono polares, bipolares o tripolares.

FIG. N 11 TABLERO DE FUERZA

2.2.3 TABLEROS DE CALEFACCION (T. CALEF.)

Se debe verificar en todos los tableros el balance trmico entre las prdidas originadas por las protecciones, cables, juegos de barras, conexiones, y otros elementos como seales luminosas transformadores de medicin etc.

El balance trmico se realiza en watt y los datos de perdidas deben ser extrados de los manuales o catlogos de cada fabricante. La capacidad de evacuar calor medida en watt por la envolvente (gabinete) depende de los materiales, de la forma constructiva, y del modo de instalacin (embutido en pared o exterior). Este dato en todos los casos debe ser suministrado por el fabricante de gabinetes.

Se considera que una envolvente satisface trmicamente a las necesidades trmicas del tablero elctrico contenido en su interior, cuando la potencia en watt capaz de evacuar es mayor que la perdida en watt generada por todos los elementos que conforman el tablero elctrico.

2.2.4 TABLEROS DE CONTROL (T. C.)

El tablero de control (T.C.) es una herramienta, el diagnstico y monitoreo permanente de determinados indicadores e informacin ha sido y es la base para mantener un buen control de situacin en muchas de las disciplinas de la vida.

Como ejemplo de estos podemos sealar a la: medicina, basada en mediciones para el diagnstico de la salud de los pacientes, a la aviacin, cuyos indicadores de tablero de control sintetiza la informacin del avin y del entorno para evitar sorpresas y permite a los pilotos dirigir el avin a buen puerto; el tablero de un sistema elctrico o de una represa son otros ejemplos. En todos estos casos el Tablero permite a travs del color de las luces y alarmas ser el disparador para la toma de decisiones. En todos estos ejemplos es fundamental definir los indicadores a monitorear.

FIG. N 12 TABLERO DE CONTROL

2.2.5 TABLEROS DE SENALIZACION (T. S.)

En una instalacin elctrica, los tableros elctricos son la parte principal. En los tableros elctricos se encuentran los dispositivos de seguridad y los mecanismos de maniobra de dicha instalacin.

En trminos generales, los tableros elctricos son gabinetes en los que se concentran los dispositivos de conexin, control, maniobra, proteccin, medida, sealizacin y distribucin, todos estos dispositivos permiten que una instalacin elctrica funcione adecuadamente.

FIG. N 13 TABLERO DE SEALIZACIN3. CONSIDERACIONES PREVIAS

3.1 UNIDADES DE MANDO Y SEALIZACIN La comunicacin entre hombre y maquina agrupa todas las funciones que necesita el operador para controlar y vigilar el funcionamiento de un proceso.

El operador debe estar capacitado para que pueda percibir y comprender los sucesos y responder de una manera eficaz, a la solucin de un determinado imprevisto.

3.2 PILOTOS Y PULSADORES

Los pulsadores se usan en mandos generales de arranque y de parada, tambin en mandos de circuito de seguridad (paro de emergencia).

Pueden ser metlicos cromados para ambientes de servicio intensivo.

Totalmente plstico, para ambientes agresivos.

FIG. N 14 ELEMENTOS PARA TABLERO DE SEALIZACINI) BALIZAS Y COLUMNAS LUMINOSAS

Elementos de visualizacin ptica, nos indica el estado de un determinado proceso.

Baliza: consta de un nico elemento luminoso. Columnas: varios elementos luminosos, a veces con avisador acstico.

FIG. N 15 TABLERO CON PULSADORES Y PILOTOS3.3 BALIZAS Y COLUMNAS LUMINOSAS

Elementos de visualizacin ptica, nos indica el estado de un Determinado proceso.

Baliza: consta de un nico elemento luminoso.

Columnas: varios elementos luminosos, a veces con avisador acstico.

FIG. N 16 ELEMENTOS PARA TABLEROS

4. Barra de TierraFIG. N 17 ELEMENTOS FISICOS PARA TABLEROS

Tornillera:

Unin de Chapas Exteriores.

Fijacin de Barras.

Fijacin de Aisladores.

Fijacin de Soportes.

Fijacin de Equipos.

Otros elementos:

Aisladores de Fibra o baquelita

Soportes de de Barras y Aisladores

Cerraduras y Accionamientos

Cableado

Componentes y Aparatos Elctricos:

Baja Tensin

Interruptores Miniaturas

Interruptores de Caja Moldeada y de Potencia

Contactores y Rels de Sobrecarga

Luces Pilotos y Sealizacin

Equipos de Medicin

Media y Alta Tensin:

Interruptores de Potencia

Seccionadores de fuerza y de tierra

Arrancadores en Media Tensin

Rels de Medicin y Proteccin

FIG. N 18

5. NORMAS APLICABLES EN LA FABRICACIN DE TABLEROS ELCTRICOS

Normativa Interna de la Planta

Normativa Covenin 200 - Cdigo Elctrico Nacional.

Normativa Intevep

National Electric Code (NEC)

ANSI Standards: American National Standards Institute

OSHA: Occupational Safety and Healt Administation

IEC: International Electric Codes

NEMA

UL Laboratory

ANSI/NFPA 70B: Electrical Equipment Maintenance.

6. CLASIFICACIN DE LOS TABLEROS SEGN SU FUNCIN APLICACIN

Tablero Residencial Centro de Carga (TR)

Centro de Distribucin de Potencia (CDP)

Centro de Fuerza (CDF)

Centro de Control de Motores (CCM)

Tableros de Distribucin (TD)

Tableros de Alumbrado (TA)

Consolas y Pupitres de Mando (CPM)

Celdas de Seccionamiento (CSEC)

Subestaciones (S/E)

7. TIPOS DE TABLEROS ELECTRICOS

De acuerdo con la ubicacin en la instalacin, los tableros reciben las designaciones siguientes:

Caja o gabinete individual de medidor: es aquel al que acomete el circuito de alimentacin y que contiene el medidor de energa desde donde parte el circuito principal.

Esta caja o gabinete puede contener adems, medios de maniobra, proteccin y control pertenecientes al circuito de alimentacin.

Tablero Principal de distribucin: Es aquel que se conecta a la lnea principal y que contiene el interruptor principal y del cual se derivan el (los) circuito (s) secundarios.

Tablero o gabinete colectivo de medidores: Es aquel al que acomete el circuito de alimentacin y que contiene los medidores de energa y los circuitos principales. Este tablero puede contener a los dispositivos de maniobra, proteccin y control pertenecientes al circuito de alimentacin y a los interruptores principales pertenecientes a la instalacin del inmueble, desde donde parten los circuitos seccionales. En este caso, los cubiles o gabinetes que albergan a los interruptores principales se comportan como tableros principales.

Tablero secundario de distribucin: se conecta al tablero principal, comprenden una vasta categora.

FIG. N 19

8. UBICACIN DE LOS TABLEROS

A) LUGAR DE INSTALACIN Y GRADO DE PROTECCIN IP

Los tableros se instalaran en lugares secos, ambiente normal, de fcil acceso y alejados de otras instalaciones, tales como las de agua, gas, telfono. Etc. Para lugares hmedos, mojados, a la intemperie o polvorientos, los tableros debern construirse con el grado de proteccin IP adecuando al ambiente.

B) PASILLOS Y ESPACIOS LIBRES DE CIRCULACIN.

Delante de la superficie frontal del tablero, habr un espacio libre suficiente

PATRA facilitar la realizacin de trabajos y operaciones, el cual no ser menor que 1 metro.

Para el caso en que los tableros necesiten acceso posterior, deber dejarse detrs del mismo un espacio posterior no menor a 0,7 metros. En los casos en que el tablero tenga puerta posterior, deber dejarse una distancia, con puerta abierta, de 0,5 m. Se deber respetar la condicin ms desfavorable.

C) ILUMINACIN DE LA SALA

El recinto donde se ubicaran los tableros, deber disponer de iluminacin artificial adecuada, para operar en forma segura y efectiva los dispositivos de maniobra, y leer los instrumentos con facilidad.

D) INSTALACIN EN UN LOCAL ESPECFICOCuando los tableros se instalen en un local especifico, dicho local no podr ser utilizado para el almacenamiento de tipo alguno de material, con excepcin de herramientas y repuestos propios del tablero.

Las dimensiones mnimas del local y el nmero mnimo de salidas estarn de acuerdo con lo indicado en los esquemas de la figura 771.20.A. No existirn desniveles en su piso y su altura mnima desde el punto de vista elctrico deber ser de 2.40 m. No obstante deber cumplirse con los requisitos del cdigo de edificacin correspondiente.

El nivel de iluminacin mnima en el local donde se ubique el tablero ser de 200 lux, medidos a un metro de nivel del piso, sobre el frente del tablero. Adems deber preverse un sistema de iluminacin de energa autnomo.

La puerta del local deber abrir hacia fuera del mismo, si impedimento alguno desde el interior, y poseer la identificacin en caracteres de fcil lectura a la distancia desde donde se la pueda visualizar.

E) DISPOSICIONES DE LOS TABLEROS

FIG. N 19

9. GRADO DE PROTECCIN CONTRA LAS INFLUENCIAS DEL MEDIO AMBIENTE Grados de proteccin segn NEMA (COVENIN/IEC)

NEMA 1: Uso Interior, proteccin contra equipos cerrados. (IP-20, IP-30)

NEMA 2: Uso Interior, proteccin contra equipos cerrados y una cantidad limitada de gotas de agua. (IP-21, IP-31)

NEMA 3 (3R), (3S): Uso exterior, intemperie, proteccin contra contacto con equipos cerrados, contra polvo soplado por viento, lluvia, lluvia con nieve y resistencia contra la corrosin (IP-54)

NEMA 4 (4X): Uso interior y exterior, intemperie, proteccin contra contacto con equipos cerrados, contra polvo soplado por viento, lluvia, chorros fuertes de agua. No prevista proteccin contra congelamiento interno (IP-66)

NEMA 5: Uso Interior, proteccin contra equipos cerrados, partculas de polvo flotando en el aire. , mugre y gotas de lquidos no corrosivos.

NEMA 6 (6P): Uso Interior Exterior, proteccin contra equipos cerrados, contra inmersin limitada (prolongada) en agua y contra acumulacin de hielo.

NEMA 7: Uso interior, clasificados como Clase I. A prueba de explosin, debe ser capaz de resistir la mezcla de gas y aire explosiva

NEMA 8: Uso exterior, clasificados como Clase I. A prueba de explosin, contactos aislados en aceite.

NEMA 9: Uso exterior, clasificados como Clase II. A prueba de explosin, debe ser capaz de resistir la mezcla de gas y aire explosiva. Adems debe evitar la penetracin de polvo.

NEMA 10: Exterior, explosin, minas.

NEMA 11: Interior, proteccin contra lquidos corrosivos.

NEMA 12: Interior, lquido no corrosivo, ambiente industrial. Proteccin contra goteo y polvo. (IP-52)

NEMA 12K: Idem a la anterior con Knock-Outs.

NEMA 13: Polvo, agua rociada y refrigerante no corrosivos.

10. DISEO DE TABLEROS EN MEDIA TENSIN

Consideraciones Generales

Para el diseo de tableros hay que tener en cuenta una serie de consideraciones y normativas, garantizando hacia la continuidad y proteccin del tablero as como la de los operadores.

En el diseo de tableros hay que tener en cuenta el costo de la misma y la inversin que esta generara para ello se desarrolla una metodologa. A continuacin se menciona las variables y consideraciones generales que hay que tener en cuenta:

Potencia a manejar (robustez)

Tensin nominal

Corriente nominal

Capacidad de Cortocircuito

Sistema de Control de los Aparatos

Inversin vs. Instalacin a maniobrar y proteger

Poltica de Mantenimiento

Correctivo

Preventivo

Seguridad de Instalaciones y Operarios

Facilidad de Expansin

11. TIPOS DE ENSAYOS EN TABLEROS

Certificados por laboratorios externos:

Ensayos dielctricos

Frecuencia Industrial

Nivel Bsico de Aislamiento o Impulso Elctrico

Ensayos trmicos

Aumento de temperatura

Ensayos de Cortocircuito

Poder de corte

Poder de cierre

Grado de proteccin

Maniobras mecnicas

12. NORMAS: CARACTERSTICAS Y SEGURIDAD DE PERS. IEC 298

Las caractersticas del tablero en las condiciones normales de explotacin el ambienteSeveridad la seguridad de las personas en funcin de las exigencias particulares de utilizacinDisponibilidad de la energa elctricaHabilidades y competencia del personal IEC 298: aparatos en envoltura metlica para corriente alterna de tensiones nominales superiores a 1kv y inferiores o iguales a 52 kv.Es a travs de las pruebas de tipo y de rutina que el fabricante garantiza su material a las condiciones de explotacinQue soporta la corriente nominalLa corriente de fallaEl dielctricoLos esfuerzos mecnicosEl funcionamientoLa IEC 298 permite por la aplicacin de todas o parte de sus recomendaciones de definir el nivel de seguridad correspondiente a las condiciones especficas de explotacinConcepcin: arquitectura y medio de aislamientoAislamientoPuesta a tierraAccesibilidad de los compartimentos mtDefecto interno13. ELEMENTOS DE PROTECCIN

Existen diversos modos de proteccin as como una diversidad de dispositivos.

Veamos la siguiente tabla de los dispositivos comn mente utilizada:

FIG. N 20A) Interruptores termo magnticos y diferenciales:

FIG. N 21

B) Interruptor termo magntico:

FIG. N 22C) Interruptor diferencial

FIG. N 23D) Importancia de los interruptores

FIG. N 24

14. TENDENCIAS DE PROTECCION EN TABLEROS

Existen dos tendencias ms importantes actualmente, en las formas constructivas de los tableros.

15. CONEXIN A TIERRA Y TIERRAS FISICAS

Es una trayectoria alterna y segura para disipar corrientes no deseadas. su objetivo principal es:

Proteger la vida humana.

Proteger los equipos elctricos y electrnicos.

Asegurar el funcionamiento correcto de los equipos.

16. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS TABLEROS ELCTRICOSEs importante destacar las ventajas y desventajas, para podercompararla con otras alternativas.

Ventajas

1. La totalidad de sus componentes se pueden adquirir rpidamente.

2. Su estudio, fabricacin e instalacin es muy difundido desde hace dcadas.

3. La adaptacin de los responsables del mantenimiento es rpida, debido a que todo es conocido.

4. Se ensea en todas las universidades, institutos tcnicos y escuelas tcnicas.

5. Existe gran cantidad de material de consulta, tales como libros, revistas, catlogos, separatas, etc., y aprender su lgica resulta sencilla.

No existen inconvenientes en cuanto al lugar de su instalacin, ya que todos los equipos son de ambientes industriales, salvo en aquellas zonas donde puedan existir fugas de gases explosivos.

Desventajas

El costo de estos tableros es alto, incrementndose de acuerdo al tamao del proceso a automatizar.

1. Generalmente ocupan mucho espacio.

2. Requiere mantenimiento peridico, debido a que gran parte de sus componentes estn constituidos por piezas mviles sujetos a desgaste.

3. Cuando se origina una falla es muy laboriosa su ubicacin y reparacin.

4. No son verstiles, solamente se les pueden utilizar para una determinada aplicacin.

5. Con el tiempo disminuye su disponibilidad, debido al incremento de la probabilidad de fallas.

6. No es posible, con equipos electromecnicos, censar seales de alta frecuencia, para ello se requiere el apoyo de la electrnica.

7. En tableros grandes el consumo de energa es representativa.

8. No permite una comunicacin directa entre todos sus componentes, es necesario hacer varias modificaciones, adquiriendo para ello, equipos de interfaces, elevando de esta forma su costo

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