Fundamentos de Sistemas Eléctricos: Tensión, Alimentación, Protección y Componentes

Niveles de Tensión en Sistemas Eléctricos

• Baja Tensión (BT): Tensiones inferiores a 1000V (o 1kV). (Nota: El original mencionaba <110V, lo cual es inusual como límite general de BT, se ajusta al estándar más común <1000V)
• Media Tensión (MT): Tensiones entre 1kV y 36kV (o según normativa específica). (Nota: El original mencionaba 110V < V < 1000V, lo cual solapa con BT y es incorrecto para MT)
• Alta Tensión (AT): Tensiones superiores a 36kV (o según normativa específica). (Nota: El original mencionaba >1000V, se ajusta a la definición estándar)

Tipos de Alimentación Eléctrica

• Corriente Continua (CC/DC): Tensiones típicas como 12V, 24V, 48V, hasta 110V o más en aplicaciones específicas.
• Corriente Alterna (CA/AC):
  • Monofásica: Tensiones comunes entre 100V y 240V.
  • Trifásica: Tensiones comunes entre 380V y 500V (y superiores).

Convertidores Auxiliares y Elementos Internos

Su función principal es la generación y adaptación de la energía eléctrica para los servicios auxiliares. Esto se realiza por medio de componentes como:

• Unidad de control
• Grupo de transformación
• Cargador de baterías

Tipos de Baterías y Acumuladores

• Plomo-Ácido (Pb-Ácido)
• Níquel (Ni): Níquel-Cadmio (Ni-Cd), Níquel-Metal Hidruro (Ni-MH)
• Litio (Li-ion, LiPo, etc.)
• Supercondensadores (Ultracapacitores)

Componentes de Maniobra y Conmutación

Relé General de Mínima Tensión

Se encarga de desexcitar el contactor principal (por ejemplo, el de la batería o del convertidor) y cortar el suministro a la línea de servicios generales cuando la tensión cae por debajo de un umbral predefinido.

Diferencia entre Telerruptor y Contactor

En el telerruptor, cada vez que se aplica un pulso de tensión a su bobina, los contactos principales cambian y mantienen su estado (abierto o cerrado). El contactor, en cambio, mantiene sus contactos en una posición solo mientras su bobina está energizada.

Diferencia entre Relé y Contactor

Ambos funcionan bajo el mismo principio electromagnético, pero se diferencian principalmente en la potencia que manejan:

• El relé se utiliza generalmente para conmutar señales de baja potencia, típicamente en el circuito de mando.
• El contactor está diseñado para conmutar corrientes elevadas, propias del circuito de fuerza o potencia.

Temporización

Se refiere a la capacidad de introducir retardos en la conmutación:

• Retardo a la conexión (ON-delay): El contacto cambia de estado (ej: de abierto a cerrado) un tiempo después de energizar la bobina.
• Retardo a la desconexión (OFF-delay): El contacto vuelve a su estado de reposo (ej: de cerrado a abierto) un tiempo después de desenergizar la bobina.

Elementos de Protección

Seccionadores

Son dispositivos de corte visible, diseñados para operar sin carga (en vacío). Se utilizan principalmente en alta tensión para aislar eléctricamente partes de una instalación y proteger al personal y a la instalación durante tareas de mantenimiento, asegurando que no hay tensión.

Interruptores de Seguridad (Interruptor en carga)

Están preparados para abrir y cerrar circuitos bajo carga (corriente nominal). Sin embargo, generalmente no cumplen funciones de protección automática contra sobrecargas o cortocircuitos.

Interruptores Automáticos

Son dispositivos capaces de establecer, soportar e interrumpir la corriente en condiciones normales de servicio, y también de interrumpir automáticamente la corriente en condiciones anormales como sobrecargas y cortocircuitos. Tipos comunes:

• Electromagnéticos (Protección contra cortocircuito)
• Magnetotérmicos (Protección contra sobrecarga y cortocircuito)

Disyuntor

Término general (a menudo usado como sinónimo de interruptor automático) para un dispositivo capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes tanto en condiciones normales como anormales (fallos) del circuito.

Protecciones que realiza un Interruptor Automático (Magnetotérmico)

• Protección contra sobrecarga: Mediante un disparador térmico (a menudo una lámina bimetálica).
• Protección contra cortocircuitos: Mediante un disparador magnético (electroimán).

Funcionamiento del Relé Térmico

Si se produce una sobrecarga prolongada en el circuito de fuerza, la corriente excesiva que circula a través de las resistencias calefactoras del relé genera calor. Este calor deforma las láminas bimetálicas asociadas a cada fase. La deformación acumulada provoca el movimiento de un mecanismo que actúa sobre los contactos auxiliares del relé (uno NC que corta el circuito de mando del contactor y uno NA para señalización).

Funcionamiento del Limitador de Sobretensión (Descargador)

Su función es proteger la instalación contra sobretensiones transitorias (ej. atmosféricas o de maniobra). Se conecta en paralelo con la instalación que se desea proteger. En condiciones normales, presenta una impedancia muy alta. Ante una sobretensión, su impedancia baja drásticamente, evacuando la corriente asociada a la sobretensión hacia tierra. A menudo se instala junto con un dispositivo de corte (fusible o interruptor automático) para desconectarlo en caso de fallo interno.

Tipos de Planos y Esquemas Eléctricos

• Diagrama de bloques: Ofrece un entendimiento inicial y general del sistema y sus partes principales.
• Esquemas eléctricos: Representación detallada de los circuitos. Pueden ser:
  • Simplificados o de principio: Muestran la lógica de funcionamiento.
  • De cableado o de conexionado: Indican cómo se conectan físicamente los componentes.
• Planos funcionales: Se centran en la función específica de una parte del sistema.
• Documentación complementaria: Manuales, especificaciones, etc.

Componentes Típicos del Circuito de Mando

• Protecciones (fusibles, interruptores automáticos pequeños)
• Relés térmicos (contactos auxiliares)
• Pulsadores (Marcha, Paro, Rearme)
• Selectores
• Contactos auxiliares (de contactores, relés, temporizadores)
• Contactos de final de carrera
• Presostatos (detectores de presión)
• Termostatos (detectores de temperatura)
• Relés de control
• Bobinas (de contactores, relés, electroválvulas)
• Temporizadores
• Lámparas de señalización

Partes de un Grupo Funcional (en documentación técnica)

• Carátula: Portada o identificación principal.
• Índice: Tabla de contenidos.
• Código de puntos: Referencias o identificadores normalizados.
• Descripción: Explicación del funcionamiento o componentes.
• Historial de modificaciones: Registro de cambios realizados en el documento.