Instalaciones Eléctricas Residenciales

4 elementos que componen una red eléctrica subterránea

2013/11/14

Instalaciones eléctricas residenciales - Tubería para red eléctrica subterránea

En esta entrada veremos los elementos principales que componen una red eléctrica subterránea; la función que tiene cada uno; y la importancia de los mismos dentro de las instalaciones:

  1. Bancos de ductos
  2. Son los que alojan y protegen los cables de energía. Deben ser de Polietileno de Alta Densidad como el especial para redes subterráneas, que protege los cables y garantiza su hermeticidad al realizar acoples seguros.

    Instalaciones eléctricas residenciales - Banco de ductos para red eléctrica subterránea

  3. Registros
  4. Este elemento forma parte del trazado del banco de ductos, en la mayoría de los casos son registros de derivación que permiten realizar empalmes, cambios de dirección o instalar equipos de maniobra como seccionadores, registros o pozos de visita. Comúnmente son de concreto, y los encuentras prefabricados. En la actualidad existen de materiales más ligeros y resistentes (concreto polimérico).

    Instalaciones eléctricas residenciales - Registros para red eléctrica subterránea



  5. Cinta señalizadora
  6. Este elemento se coloca una vez que el banco de ductos está dentro de la zanja. Sirve para advertir que debajo de ella se encuentran cables de energía, con el fin de proteger la instalación y la integridad de las personas que realicen algún tipo de trabajo en la zona.

    Instalaciones eléctricas residenciales - Cinta señalizadora para red eléctrica subterránea

  7. Cables y Transformadores
  8. Parte fundamental de toda instalación son los conductores eléctricos. Para la electrificación en una red de media tensión se utilizan del tipo XLP, ya sea de aluminio o de cobre. En la actualidad, por cuestiones de costo y como una forma de abatir el robo de conductor, se instalan en su mayoría de aluminio. El calibre es superior al 1/0 AWG, dependiendo del tipo de red subterránea a diseñar. En el caso de los transformadores, existen de tipo pedestal o sumergibles, tanto monofásicos como trifásicos, que permiten disminuir o aumentar los niveles de tensión para la red subterránea, dando como resultado el nivel de tensión adecuado para la alimentación de las viviendas o cualquier tipo de obra a energizar.



Apagadores de 3 y 4 vías, comodidad y seguridad para tus espacios

2013/11/13

Los apagadores de 3 y 4 vías sirven para controlar una o varias lámparas (de cualquier tipo) desde 2 o 3 lugares diferentes respectivamente.

Aunque el presente tema pueda parecer trivial es necesario conocerlo. ¿Cuántas veces te has encontrado con instalaciones eléctricas residenciales mal diseñadas, incómodas para los usuarios e ineficientes, porque el tipo de apagador no es el adecuado para tal aplicación?

Uno de los casos típicos es la lámpara de un pasillo, que en lugar de contar con un apagador en cada extremo tiene sólo uno, lo que obliga a dejarla encendida o apagarla y regresar a oscuras. Esto se resuelve con un apagador de 3 vías, recomendado también para escaleras, patios, iluminación exterior, estacionamientos, recámaras, entre otros, el cual ofrece la ventaja y comodidad de encender o apagar una o más luces desde el lugar más cómodo.

En el diagrama 1 se muestran 2 apagadores de 3 vías (tienen 3 terminales o bornes) y un apagador de 4 vías (tiene 4 terminales). La conexión de estos dispositivos puede tener algunas variantes, pero en general se utiliza el arreglo en puente.

Instalaciones eléctricas residenciales - Diagrama de conexión de apagador de 4 vías



También se observan 3 focos ahorradores controlados por 3 apagadores (2 de 3 vías y el del centro es de 4 vías), al cual pueden agregarse o reducir la cantidad de focos, ya que están en paralelo; asimismo, si sólo se requiere el control desde 2 lugares, puede eliminarse el apagador del centro y los puentes (en color morado) simplemente son continuos.

El diagrama 2 muestra las diferentes posiciones que pueden tener los apagadores al ser operados por los usuarios. Es importante identificar claramente las conexiones del centro de cada apagador y respetar lo que indica el diagrama, ya que los extremos no afecta si están cruzados. Este arreglo, por su sencillez y seguridad es el más utilizado.

Instalaciones eléctricas residenciales - Diagrama de posiciones de apagador de 4 vías

Si requieres contactos en cada apagador de los extremos, se procede como se muestra en el diagrama 3, siempre y cuando determines que la iluminación y los contactos pertenezcan al mismo circuito. Si deseas que los contactos estén alimentados por otro circuito, tanto la fase como el neutro y tierra de los contactos serán independientes, es decir provendrán de otro interruptor termomagnético.

Instalaciones eléctricas residenciales - Diagrama de apagadores de 3 vías y contactos eléctricos


El siguiente video nos muestra la forma de instalar un apagador de 4 vías:


7 puntos adicionales para la verificación de las instalaciones eléctricas residenciales

2013/11/12

Instalaciones eléctricas residenciales - Vivienda terminada
La verificación eléctrica es una revisión minuciosa de todos y cada uno de los elementos presentes en la instalación eléctrica, que permita proponer diferentes alternativas para la ejecución del trabajo de actualización del sistema sin comprometer la seguridad y operatividad. Esta verificación permite obtener la información necesaria para proponer y calcular el sistema que asegure la continuidad operativa de la instalación.

La verificación se limita a observar y analizar el estado de las instalaciones eléctricas residenciales sin realizar modificaciones; sólo si existe un riesgo latente que ponga en peligro a los usuarios o al inmueble mismo. No es lo mismo una verificación a una reparación; en esta última el electricista se presenta con el equipo de protección personal y herramienta necesaria para reacondicionar o reparar una falla, para lo cual requiere desmontar y desarmar varios componentes que le permita encontrar el origen del problema.

Por otro lado, la verificación se realiza para actualizar el sistema eléctrico completo en el caso de una construcción nueva, remodelación o ampliación de un inmueble.

A continuación te presentamos los puntos adicionales para la realización de la verificación de las instalaciones eléctricas residenciales:

1. Canalización


El tamaño de la canalización debe calcularse dependiendo el número de conductores portadores de corriente que protegen. Es muy común encontrar conductores descubiertos, como por ejemplo alimentadores principales (son los que suministran la energía desde la base del medidor a la protección principal, ya sea fusible o ITM).

En esta sección de la instalación, si es monofásica, se encuentran solamente dos conductores correspondientes a fase y neutro, por lo tanto la canalización debe calcularse para que no ocupen más del 31% de su área total. Otros alimentadores pueden ser los que salen de la protección principal al centro de carga o tablero de distribución.

2. Número de circuitos


La instalación de vivienda debe contar de inicio con tres circuitos: dos para cocina y uno para el área de lavado. Los adicionales corresponderán a contactos de uso general, iluminación y equipos especiales, tales como motores o bombas, aires acondicionados, entre otros.

3. Instalación de contactos


En cocinas, baños, cuartos de lavado, garajes, jardines, sótanos, es decir todas las áreas húmedas, se deben tener instalados contactos con la protección de falla a tierra, conocidos como ICFT o GFCI (por sus siglas en inglés). En otras áreas, tales como recámaras, salas o estancias, tienes que instalar protección combinada, es decir contactos tipo TR y AFCI, que brindarán la mejor protección para infantes al impedir el acceso a partes vivas y evitar un posible incendio debido a un arco eléctrico.

Haciendo una pausa en este punto, podría pensarse que la adquisición de dispositivos de protección ICFT y AFCI encarecerá mucho el proyecto de actualización del sistema, sin embargo algunos fabricantes brindan la posibilidad de proteger todo un circuito completo instalando al inicio un contacto -ya sea ICFT o AFCI- y colocar después contactos con protección TR. Esto reduce considerablemente el costo y aumenta el grado de protección.


4. Número de extensiones utilizadas


El conocer la cantidad de extensiones indicará, de forma clara, si las salidas para contactos que existen son suficientes o no; aunque la NOM-001-SEDE-2012 recomienda instalar una cierta cantidad con base a distancias entre sí, la mejor forma de cubrir la necesidad del cliente es realizar un plano arquitectónico o croquis y acordar en conjunto la reubicación o incremento en el número de salidas para eliminar por completo el uso de extensiones, concientizando al cliente que el uso de una extensión debe limitarse a tiempos cortos y no convertirlos en elementos permanentes de la instalación eléctrica.

5. Temperatura, color y contorno de las placas (contactos e interruptores)


Este es uno de los puntos más delicados, porque es posible que exista un problema de fuga de corriente o arco eléctrico. La decisión de retirar la tapa se basa en verificar si la temperatura en ella es alta, o bien si presenta una tonalidad oscura y que posiblemente se deba al calentamiento excesivo cuando está en uso. Es obligatorio desenergizar antes de realizar el desmontaje, sin embargo puede ser que por alguna situación muy especial esto no pueda hacerse y tengas que trabajar con la línea viva, pero utilizando el equipo de protección personal.

Una vez desmontado el accesorio, determina si es original y ubica los símbolos que identifiquen que está certificado y aprobado. En muchas ocasiones, el contorno de las tapas presenta carbonización que se extiende a la pared o muro, esto es señal inequívoca que ha ocurrido un cortocircuito y que el accesorio ha sido afectado.

6. Ubicación de lámparas


Aunque parezca poco práctico, es necesario invertir tiempo suficiente a este punto, ya que por desconocimiento muchos electricistas instalan focos dicroicos en clósets; esta es una de las prácticas más peligrosas, ya que el calor de la luminaria combinado con el tipo de material que existe en un clóset, puede generar un incendio en cualquier momento. Por otro lado, una falla en un luminario antiguo que opere con balastro magnético puede ocasionar que éste último derrita el encapsulado y provoque quemaduras considerables a algún usuario. Lo mismo ocurre con un candil que no esté bien soportado y pueda llegar a desprenderse, ocasionando una lesión grave adicional a las pérdidas materiales.

7. Ubicación de interruptores sencillos, 3 y 4 vías


La verificación depende de tres puntos simples: que no existe y es necesario; que existe pero la operación no resulta práctica; o bien, que es insuficiente. Lo anterior se puede ejemplificar fácilmente: cuando el usuario debe caminar a oscuras después de apagar la iluminación porque sólo hay un interruptor; porque no hay un interruptor de tres vías cerca; o porque en la instalación sólo existen dos puntos de control, pero en la ampliación del inmueble no se consideró un tercer punto de control de la iluminación, es decir un interruptor de 4 vías.

Cálculo y protección de sistemas solares fotovoltaicos

2013/11/11

Instalaciones eléctricas residenciales - Instalador fijando paneles solares
La NOM-001-SEDE-2012 señala que en las viviendas unifamiliares y bifamiliares, las partes vivas de los circuitos de fuentes fotovoltaicas y los circuitos fotovoltaicos de salida de más de 150 volts a tierra deben ser accesibles únicamente a personas calificadas.

El cálculo del circuito y las protecciones, son dos puntos importantes para un sistema solar fotovoltaico. Para una fuente fotovoltaica de corriente continua o un circuito de salida, la tensión máxima debe limitarse. El método en que se calcula es simple; se requiere de un multímetro, guantes y calculadora. Sólo debes obtener la suma de la tensión de circuito abierto de los módulos fotovoltaicos conectados en serie, corregido para la más baja temperatura ambiente esperada. Para módulos de silicio cristalino y multi-cristalino debes multiplicar la tensión nominal del circuito abierto por el factor de corrección proporcionado en la Tabla 690-7. Esta sumatoria corregida se utiliza para determinar la tensión nominal de cables, desconcertadores, dispositivos de protección contra sobre corriente y otros equipos.

Tabla de factores de corrección para temperaturas ambiente

Cuando la temperatura ambiente esperada es menor a –40 °C, o cuando se emplean módulos fotovoltaicos diferentes a los de silicio cristalino o multi-cristalino, debes realizar el ajuste de la tensión del sistema de acuerdo con las instrucciones del fabricante, para lo cual es importante adoptar la cultura de revisar y entender los manuales de los equipos que conectas. Por ejemplo, cuando los coeficientes de temperatura para la tensión de circuito abierto se suministran en las instrucciones para módulos fotovoltaicos, entonces se utilizan en vez de los indicados en la tabla 690-7.

El punto importante en todo lo anterior es que la tensión de los circuitos de utilización de corriente continua debe ser de acuerdo con las limitaciones de tensión de los circuitos derivados como lo menciona la NOM, cuando se trate de instalaciones eléctricas residenciales o diferente de ellas. Recuerda que lo importante es brindar seguridad sin descuidar la operación del sistema ni su costo. Cuando se trata de instalaciones fotovoltaicas en viviendas unifamiliares y bifamiliares, la limitación en tensión es de 127 V, sin embargo, si los circuitos de salida fotovoltaica no incluyen portalámparas, contactos o accesorios, es posible tener una tensión máxima del sistema fotovoltaico de hasta 600 V.

Para otras instalaciones con una tensión máxima del sistema fotovoltaico superior a 600 V se debe cumplir con lo indicado en el artículo 690.

Debido a que en la instalación fotovoltaica puede haber tensiones de 50 V o más, es importante asegurar la protección contra contacto accidental con partes vivas, excepto si la propia NOM requiere o autoriza otra cosa; para este caso las partes vivas de los equipos eléctricos que funcionen a 50 V o más deben estar resguardadas de forma apropiada para evitar los contactos.


Medios de protección:


  • No permitir el acceso mediante divisiones adecuadas, sólidas y permanentes, o enrejados dispuestos de modo que sólo el personal calificado tenga acceso al espacio cercano a las partes vivas.

  • Ubicar las partes vivas en un balcón, una galería o en una plataforma, elevadas y dispuestas de tal modo que excluya a personal no calificado y que se requiera el uso de algún equipo como elevador o escalera para llegar a la ubicación pero sin libre acceso.

  • Mantener una separación mínima de 2.50 metros por encima del piso u otra superficie de trabajo.

Cálculo de la corriente máxima


Otro punto en el cálculo de los circuitos y hablando específicamente de los conductores y protecciones, es el cálculo de la corriente máxima del circuito, el cual debe hacerse conforme lo siguiente para cada caso:

  • La corriente máxima del circuito de la fuente fotovoltaica debe ser la suma de la corriente de cortocircuito de los módulos en paralelo, multiplicado por el 165 por ciento.

  • Existen diferentes formas de determinar la corriente de cortocircuito, la más común es la del bus infinito, sin embargo siempre será recomendable solicitarla al fabricante.

  • Por otro lado, la corriente máxima del circuito fotovoltaico de salida debe ser la suma de las corrientes máximas de los circuitos de las fuentes en paralelo, por el 125 por ciento. Para obtener este dato basta con mirar la placa de especificaciones de los paneles y sumar las corrientes nominales que se indican en ella y multiplicar esta sumatoria por 1.25.

  • Para el circuito de salida del inversor, la corriente máxima debe ser la corriente nominal que indica la placa de datos del equipo.

Donde sean requeridos, los dispositivos de sobrecorriente deben ser seleccionados para conducir al menos el 165 por ciento de la corriente máxima calculada, tomando los límites de temperatura que indica la NOM así como la resistencia mecánica apropiada y aplicando los factores de corrección por temperatura que indica el fabricante, cuando la operación sea a más de 40 ºC.

La ampacidad, es decir la capacidad de conducción de los conductores del circuito, debe ser seleccionada para conducir cuando menos la corriente determinada para las protecciones de sobrecorriente.

La capacidad de los conductores que interconectan en serie a los módulos fotovoltaicos no debe ser menor al 125 por ciento a la suma del valor nominal de corriente de los fusibles individuales, más el 125 por ciento de la corriente de cortocircuito de los otros módulos conectados en paralelo, si un dispositivo de sobrecorriente se utiliza para proteger un conjunto de dos o más circuitos de módulos conectados en paralelo.

El siguiente video nos muestra las formas de protección de los sistemas fotovoltaicos:


Como pudiste ver son varias las consideraciones que debes tener al proyectar un sistema fotovoltaico, hasta aquí se abordará este tema; en una próxima entrada se concluirá con las protecciones requeridas por la NOM para los sistemas fotovoltaicos.

Mediciones en sistemas trifásicos desbalanceados

2013/11/08

Instalaciones eléctricas residenciales - Línea de distribución trifásica

La medición directa y el cálculo en sistemas trifásicos son dos formas de resolver o prevenir problemas en una instalación eléctrica.

En la mayoría de las ocasiones, en instalaciones trifásicas no se verifica el balance de cargas y esto repercute en el aumento de la factura por energía eléctrica, porque al alimentar una mayor cantidad de cargas con una sola fase elevamos el consumo.

El problema viene desde la distribución de cargas en las líneas de baja tensión, ya que -aunque se distribuyan de forma ordenada- algunos hogares cuentan con un mayor número de equipos alimentados; cuando se verifica el transformador es fácil detectar un desbalance de cargas, tal como se muestra en la siguiente imagen.

Instalaciones eléctricas residenciales - Distribución de cargas en sistema trifásico

Los problemas para el usuario son evidentes. ¿Pero, en qué afecta este fenómeno al sistema eléctrico? Un desbalance de cargas genera sobretensiones transitorias o picos de voltaje, armónicas y distorsiones en general, sobre la forma de onda eléctrica, adicional al daño físico que causa: calentamientos en conductores, degradación de aislamientos y envejecimiento en general de las líneas de transmisión y distribución eléctrica.

¿Cómo detectar un desbalance? La forma de poder determinar si las cargas están o no desbalanceadas es con medición directa, utilizando simplemente la función "amperímetro" de un multímetro de gancho, con el cual se mide sobre las fases existentes.

Se recomienda el uso del multímetro de gancho debido a que no es necesario abrir la línea de alimentación para realizar la medición; a diferencia del amperímetro normal con dos puntas, y el cual debe conectarse en serie con la línea.

Adicional a la medición directa, es importante determinar en términos matemáticos los parámetros eléctricos (si existen desbalances en el sistema).

En un sistema trifásico existen 3 fases más el neutro, a esta conexión se le conoce como trifásica a 4 hilos. Al compartir el neutro, a las cargas se les conoce como conexión en estrella, representada con un “Y”.

En un sistema trifásico, realizar una redistribución de cargas o balance de ellas permite reducir costos al mantener en operación similar a todas las fases.


Partiendo de esta idea, se sabe que por las leyes de electricidad -específicamente las de Kirchhoff- existen tensiones y corrientes de línea, así como una corriente adicional que tiene que ver con el neutro y por el cual no debe existir valor de corriente.

Ejemplo:

Instalaciones eléctricas residenciales - Diagrama de sistema trifásico en estrella

Aplicando la Ley de Ohm y un procedimiento matemático para números polares y no polares, se llega a los siguientes resultados:

NOTA IMPORTANTE: Al realizar este análisis se debe tener mucho cuidado, sobre todo si no sabes con exactitud la impedancia de las cargas, porque se puede llegar a resultados diferentes y equivocar el diseño. Así se obtiene una corriente resultante en el neutro después de aplicar la ley de corrientes de Kirchhoff en el neutro.

Instalaciones eléctricas residenciales - Cálculo de corriente de desbalanceo en el Neutro

En este punto es evidente que lo anterior es muy útil para el diseño, sin embargo cuando ya se tiene la instalación hecha y presenta calentamientos, caídas de tensión o picos de tensión transitoria, se utiliza medición directa.

Como parte del monitoreo que debe comprender un plan de mantenimiento, es posible incluir en el sistema eléctrico equipo que permite recabar información para analizar con detenimiento y proceder entonces a una posible reconfiguración o ampliación de la instalación. Los dispositivos más usados son los analizadores o medidores. Estos elementos funcionan de forma similar al medidor de CFE, pero la conexión no es tan similar, ya que es necesario entregar una señal de referencia e instalar transformadores de corriente o TC´s a cada fase para determinar los consumos derivados de un posible desbalance de cargas.

Instalaciones eléctricas residenciales - Analizador/Medidor de líneas trifásicas

Físicamente los medidores se instalan cerca de los tableros de distribución y en ocasiones es posible enlazarlos hacia la red por medio de cable UTP, llegando a los centros de monitoreo que permiten el análisis en tiempo real de corriente, potencia en sus tres tipos, tensión de alimentación, factor de potencia, entre otros.

Estas dos formas de determinar un posible desbalance de cargas no se contraponen debido a que el cálculo matemático aplica para diseño, y la medición directa para situaciones donde la instalación ya existe y se pagan cantidades muy altas por el consumo de energía. Es decir, uno prevé esta situación y otro permite programar acciones para minimizar el efecto; uno es una acción preventiva y otro es una acción correctiva.

Instalaciones eléctricas residenciales - Analizador/Medidor junto a centro de carga

En resumen, si la instalación esta en fase de proyecto, se recurre al cálculo; cuando la instalación ya existe se utilizan equipos de medición y análisis de parámetros eléctricos.

El siguiente video nos muestra un ejemplo del cálculo de un sistema trifásico desequilibrado con conductor neutro:


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