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Instalaciones eléctricas
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tric
as
Instalaciones eléctricas
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III Identificación de los elementos de las instalaciones eléctricas
1. Circuit eléctrico
1.1. Corriente eléctrica
1.2. Componentes de un circuito eléctrico
1.3. Funcionamiento de un circuito elécrtico
2. Magnitudes eléctricas fundamentales
2.1. Tensión o voltaje
2.2. Intensidad de la corriente eléctrica
2.3. Resistencia eléctrica
2.4. Potencia eléctrica
2.5. Energía eléctrica
3. Tipos de corriente eléctrica
3.1. Corriente continua i corriente alterna
3.2. Sistemas monofásicos
3.3. Sistemas polifásicos
4. Relaciones fundamentales. Cálculo de las magnitudes fundamentales
4.1. Ley de Ohm
4.2. Cálculo de circuitos
4.3. Resistencia de un conductor
4.4. Caída de tensión
4.5. Cálculo de la sección de un conductor
5. Elementos de control y maniobra de los circuitos eléctricos
5.1. Interruptores
5.2. Conmutadores
5.3. Pulsadores
6. Elementos de protección de los circuitos eléctricos
6.1. Fusibles
6.2. Interruptores magnetotérmicos
6.3. Interruptores diferenciales
7. Normativa sobre instalaciones eléctricas (Reglamento Electrotécnico de
Baja Tensión)
8. Prevención de riesgos laborales
8.1. Riesgos eléctricos
8.2. Protección contra contactos directos
8.3. Protección contra contactos indirectos
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Circuito eléctrico
Podríamos decir que la electricidad és la sangre que hace funcionar la mayoría de
las instalaciones industriales modernas. Para que esta energía pueda llegar a todos
los sitios donde se utiliza es necesario disponer de unos circuitos específicos por los
cuales pueda circular la electricidad. A estos circuitos los llamaremos circuitos
eléctricos.
1.1. Corriente eléctrica
La materia está
compuesta per átomos.
Así mismo los átomos
están compuestos por
otras partículas. Entre
las muchas que forman
los átomos, las que nos
interesan para explicar
los fenómenos
eléctricos son los
protones, los neutrones
y los electrones. Estas
partículas se
organizan para formar los átomos de la forma seguiente: los protones y los
neutrones están juntos y forman el núcleo y los electrones giran alrededor del
núcleo formando los orbitales.
Una característica fundamental de estas partículas es que tienen carga
eléctrica , así los protones tienen carga eléctrica positiva (+), los neutrones no
tienen carga eléctrica y los electrones tienen carga eléctrica negativa (-).
Aunque nuestro objetivo es conocer de que forma podemos utilizar la
electricidad, las máquinas que la transforman en otras formas de energía y las
máquines que la generan, si que es conveniente dar una ojeada a la teoría que
explica la existencia y la transmisión de la electricidad.
La teoría aceptada es la de los “electrones libres”, y se basa en que los
electrones de las capas más externas de los átomos son atraídos con menos fuerza
por los protones del núcleo (esta fuerza varía de forma inversamente proporcional
con el cuadrado de la distancia entre las cargas eléctricas). Si de alguna forma
podemos “arrancar” suficientes electrones de un gran número de átomos y
“conducirlos” de forma ordenada, tendremos una corriente eléctrica. Lo más
importante es el hecho que los electrones libres son portadores de una energía que
es la que transformaremos en calor, movimiento, magnetismo, etc. Pero la
pregunta es: ¿como podemos conseguir arrancarle a un átomo un electrón?.
Un electrón abandonará su átomo cuando la fuerza centrífuga, debida a la
rotación del electrón, sea superior a la fuerza de atracción electrostática entre el
protón y el electrón. Por tanto lo que tenemos que hacer es aumentar la velocidad
de rotación del electrón, y esto se puede hacer proporcionándole energía al átomo y
por tanto al electrón. Segun el procedimiento utilizado para proporcionar energía al
átomo tendremos las diferentes máquinas que producen electricidad llamadas
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Modelo atómico
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Circuito cerrado, la bombilla se enciende
Circuito abierto, la bombilla no se enciende
generadores.
Como ejemplo tenemos los generadores fotovoltaicos, en estos la energía de la
luz, en forma de fotones, hace aumentar la energía de los electrones del silicio
monocristalino (material utilizado para fabricar las células solares) y así generar
electrones libres para convertirlos en corriente eléctrica.
Podemos definir un circuito eléctrico como un “camino cerrado” por el cual
pueden circular los electrones. Hemos de entender “camino cerrado” aquel que
permite que los electrones “salgan” del generador y puedan “volver” al generador.
Segun esta definición, tenemos que los circuitos eléctricos pueden estar en dos
estados: circuito cerrado es el que permite a los electrones completar el circuito,
saliendo del generador y volviendo al generador. Y circuito abierto que es aquel
que en algun punto está desconectado y por tanto no permite que los electrones
completen su camino.
En el primer caso los electrones pueden recorrer todo el circuito saliendo y
volviendo al generador. En el segundo caso, dado que el circuito está “abierto” los
electrones no “salen” del generador.
1.2. Componentes de un circuito eléctrico
Para que un circuito eléctrico sea funcional necesitamos disponer de una serie
de componentes que nos permitan convertir la energía eléctrica en otras formas de
energía.
Generador. Es el dispositivo que proporciona energía al circuito en forma de
cargas eléctricas. Los generadores pueden ser:
Piles y acumuladores
Células solares
Dinamos y alternadores
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Receptores. Son los dispositivos que transforman la energía eléctrica en otras
formas de energía, como calor, movimiento, luz etc.
Los receptores pueden servir para:
Dispositivos de regulación y control. Son los aparatos que permiten
controlar el funcionamiento de los circuitos. Pueden servir:
Cables. Establecen el “camino” para los electrones. Están fabricados con cobre
o aluminio y pueden llevar o no recubrimento aislante. Pueden ser:
Producción de calor: estufa
Producción de moviment: motores eléctricos
Producción de luz: bombillas
Para abrir y cerrar circuitos: interruptores, conmutadores y pulsadores
Para protección de circuitos y personas: interruptores magnetotérmicos
Para protección de circuitos: fusibles
Cables de alta tensión
Cables multipolares
Cables de baja tensión
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1.3. Símbolos, circuitos y esquemas
Para entender como funcionan y poder montar los circuitos eléctricos es
imprescindible hacer una representación gráfica del mismo. Ahora bién, si cada vez
que dibujamos un circuito tenemos que hacer una representación realista de los
componentes, la tarea de dibujo sería laboriosa y tediosa. Para solucionarlo se
adoptó la representación simbólica de los circuitos, en la cual cada componente
queda identificado por un símbolo fácil de recordar y rápido de dibujar, así la
representación de circuitos, ahora llamados esquemas, es muy fácil de hacer. Hay
símbolos para todos los componentes eléctricos pero nosotros solo estudiaremos los
más utilizados.
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1.4. Funcionamiento de un circuito eléctrico
Para que funcione un circuito eléctrico necesitamos conectar los diversos componentes para que formen un circuito cerrado. De esta forma los electrones que salen del generadors “cargados” de energía pasan por el receptor, al cual
ceden su energía, y pueden volver al generador.
Hay dos formas básicas de representar los circuitos, que son el circuito de
conexiones y el esquema.
En el circuito de conexiones se dibujan los componentes en un posición relativa
a la real y los cables se dibujan con líneas curvas que van de terminal a terminal de
los componentes.
No se pueden hacer conexiones en mitad de un cable.
En el esquema los componentes se representan mediente símbolos y los cables
son líneas rectas, bien verticales bien horizontales.
En los esquemas si que se pueden hacer conexiones en medio de un cable.
Circuito bién trazado
Esquema con un conmutador y
dos bombillas funcionando
alternativamente
Circuito con un
interruptor y dos
bombillas en paralelo
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Magnitudes eléctricas fundamentales
En el funcionamiento de los circuitos eléctricos intervienen cuatro magnitudes
fundamentales, la tensión, la intensidad de la corriente eléctrica, la resistencia
eléctrica y la poténcia. La relació entre las tres primeras fue descubierta por George
Simon Ohm en 1821 y se conoce como ley de Ohm y se utiliza para realizar
cálculos sobre los circuitos eléctricos.
2.1. Tensión o voltaje
Esta magnitud la podríamos definir como la “fuerza” que impulsa a los
electrones a circular por un circuito eléctrico.
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Esquema para un motor trifásico con inversión del sentido de giro
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La tensión siempre se mide entre dos puntos del circuito e indica la diferencia de
cargas eléctricas (diferencia de potencial) entre esos dos puntos, por eso siempre
diremos “si hay” o “no hay tensión” entre dos puntos de un circuito.
MAGNITUD SÍMBOLO UNIDAD SÍMBOLO UNIDAD
El voltaje o tensión se representa por U, se mide en volt (V) y el aparato para
medirla se llama voltímetro.
El valor de la tensión de un generador indica la cantidad de carga eléctrica (de
electrones) que podrán circular por el circuito y como valores de referencia
podemos indicar:
2.2. Intensidad de la corriente eléctrica
Esta magnitud eléctrica viene definida como la carga eléctrica (cantidad de
electrones) que circula por la sección transversal de un conductor en un tiempo
determinado.
La carga eléctrica se mide en coulomb y para tener una carga de 1 coulomb (1 C)
necesitemos “juntar” 1,602·1019 electrones, si todos estos pasan por un conductor en 1
segundo tendremos una intesidad de 1 ampere (1 A).
Si acudimos a las matemátiques tenemos:
Pila de 1,5 V Pila de 4,5 V Pila de 9 V Fente de alimentación 5-12 V
Tensión doméstica 230 V Tensión industrial 400 V Transporte de energía eléctrica 20 kV a 400 kV
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MAGNITUD SÍMBOLO UNIDAD SÍMBOL UNIDAD
La corriente que circula por un
circuito depende de forma
directamente proporcional de la
tensión a la cual está conectada, a
mayor tensión más intensidad.
También depende de les
características del receptor (de la
potencia) y también de las
características físicas del conductor, conocidas como resistencia electrica.
Algunos ejemplos de intensidades son:
2.3. Resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica es la oposición que presentan los materiales al paso de
la corriente eléctrica. Esta oposición está provocada por los choques de los
electrones que forman la corriente eléctrica, tienen con los átomos que forman la
estructura de los diferentes materiales, por tanto la resisténcia eléctrica es una
propiedad intrínseca de cada material, y se llama resistividad eléctrica. En
función de esta, los materiales se pueden clasificar en:
Materiales aislantes de la corriente eléctrica: Son aquellos que no dejan
pasar la corriente eléctrica. Son aislantes todos los materiales no metálicos,
madera, vidrio, cartón, plástico, cerámicos, etc.
Bombilla incandescente 0,26 A
Ordenador 1 A Estufa 5 – 10 A
Locomotora eléctrica 250 A
Sección transversal
Conductor
Placa de cocción, hasta 30 A
Electrolísis del aluminio 10 000 A
Electrones en circulación
Sección transversal
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Materiales conductores de la corriente
eléctrica: Son aquellos que dejan pasar la corriente
eléctrica. Son conductores todos los materiales
metálicos: oro, cobre, alumnio, plomo, latón, plata, etc.
Materiales semiconductores: Son aquellos que
en principio son aislantes pero que bajo determinadas
condiciones de luz, calor, magnetismo, etc. se vuelven
conductores. Todo el desarrollo de la electrónica
moderna como células solares, transistores, circuitos
integrados, microprocesadores, etc, ha sido posible
gracias a los materiales semiconductores. Un ejemplo
es el silicio.
Un efecto de la resistencia de un conductor cuando
circula por él una corriente eléctrica, es su
calentamiento. Por tanto es muy importante calcular la
sección de los conductores para que no se calienten en
exceso, ya que esto podría provocar averías graves.
MAGNITUD SÍMBOLO UNIDAD SÍMBOL UNIDAD
2.4. Potencia eléctrica
La poténcia eléctrica de un receptor se define como el producto de la tensión a la
qual está conectado el receptor por la intensidad que circula por él.
si la tensión la expresamos en volt y la intensidad en ampere, la potencia estará
en watt.
MAGNITUD SÍMBOLO UNIDAD SÍMBOL UNIDAD
Algunos valores de referencia de potencias pueden ser:
Tostadora 1 500 W
Frigorífico 250 W
Batidora 650 W
Bombilla
fluorescente 9 W
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2.5. Energía eléctrica
Cuando un receptor desarrolla una potencia durante un tiempo decimos que ha
consumido una determinada energía eléctrica.
si la potencia la expresamos en kW y el tiempo en horas, la energía la
obtendremos en kilowatt-hora (kWh),
MAGNITUD SÍMBOLO UNIDAD SÍMBOL UNIDAD
La energía es el concepto por el cual se paga una parte de la factura eléctrica. Por
este motivo todos los puntos de consumo eléctrico disponen de un contador de
energía eléctrica. Actualmente hay en el mercado medidores de consumo elécrico
que se pueden conectar a un enchufe y así controlar el consumo de cada aparato
eléctrico de forma individual.
Locomotora eléctrica 5 600 kW
Placa de cocción 2 a 7 kW
Lavavajillas 2 500 W
Exprimidor 30 W
Contador de energia digital (izquierda) y analógico (derecha) Contador de energia portátil
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Actividad 1:
Calcula cuanto costará el funcionamento al cabo de dos meses de un televisor que tiene una potencia de 250 W, y que funciona cinco horas al día, si el precio de la energía es de 12 c€/kWh.
Antes de comenzar a operar con los datos es necesario que todas las unidades sean coherentes.
Datos:
potencia=250 W=0,25 kW
tiempo=5 horas (dos mesos),
precio energía=12 c€=0,12 €/kWh
300 h=75 kWh
Tipos de corriente eléctrica
3.1. Corriente continua y corriente alterna
Actualmente existen dos tipos básicos de corriente eléctrica, la corriente
continua (en inglés DC) y la corriente alterna (en inglés AC). Sus aplicaciones están
perfectamente definidas pero no siempre ha sido así. Desde el primer momento que
se pudo generar electricidad de forma permanente (la pila de Volta generaba
corriente continua) comenzaron a buscarse aplicaciones y a inventar aparatos para
hacer posible su transformación en un trabajo útil. Una aplicación de las más
conocidas es la bombila de incandescencia atribuída a Edison. Esta bombilla
convertía energía eléctrica en luz y producía mucho calor, el consumo era elevado y
por tanto no podían funcionar mucho tiempo con la energía que proporcionaban las
pilas de aquellos tiempos. La primera aplicación de la bombilla de Edison fue el
alumbrado público, substituyendo a los faroles de gas o de arco eléctrico. Como
Edison utilizaba la corriente continua a baja tensión, si aumentaba la extensión de
la red del alumbrado las caídas de tensión eran tan elevadas que el sistema no
funcionaba correctamente. Por tanto Edison tenía que alimentar la red con diversas
centrales eléctricas distribuídas por toda la red.
Coetaneo de Edison fue Nicola Tesla, croata emigrado a EE UU, que apostó por
la corriente alterna como sistema más eficaz para la distribución de la energía
eléctrica. Él desarrolló el sistema de corrientes polifásicas que actualment se utilitza
de forma exclusiva en la distribución y utilización industrial de la energía eléctrica
(concretamente el sistema de corriente alterna trifásica). Tesla, con el desarrollo
del transformador hizo posible que la corriente alterna pudiera modificar sus
características de tensión y intensidad, adaptandolas a las necesidades de la
distribución o del consumo. Uno de sus primeros proyectos industriales de Tesla fue
la construcción de una central eléctrica sobre las cataratas del Niágara para
proporcionar energía eléctrica a la ciudad de Buffalo situada a unos 40 km
La polémica y la controversia entre la empresa General Electric de Edison y
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Esquema del funcionamiento de una dinamo que genera
corriente continua
entre Tesla que era socio en Whestinhouse se prolongó durante mucho tiempo,
incluso en los juzgados y con descalificaciones en la prensa del momento.
Finalmente se impuso el sistema propugnado por Tesla que es el que actualmente
utilizamos.
A continuación veremos las diferencias entre la corriente continua y la corriente
alterna.
Corriente continua. a) La corriente eléctrica circula siempre en el mismo sentido
(convencionalmente del polo positivo al polo negativo de los
generadores).
b) No puede modificarse su tensión.
c) Se puede almacenar (en forma de energía química) en pilas y
acumuladores.
d) Su aplicación fundamental es para alimentar en baja tensión (entre 3
volts y 24 volts) los circuitos
electrónicos de todo tipo de
aparatos eléctricos.
e) La corriente continua puede
representarse con una gráfica
tensión-tiempo y sería una linea
recta a una altura según el valor
de la tensión.
Como dispositvos que generan corriente continua tenemos las pilas y baterías y las
dinamos.
Pilas y baterías
Corriente alterna. a) La corriente eléctrica cambia el sentido de circulación cada cierto
tiempo. Al número de veces que cambia el sentido de la corriente en un
segundo se llama frecuencia y se mide en hertz (Hz)
b) Se puede modificar el valor de su tensión con dispositivos muy simples
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como son los transformadores.
c) No se puede almacenar ni en forma de energía eléctrica ni en forma de
energía química.
d) Se utiliza en exclusiva en la generación de energía eléctrica en las
centrales eléctricas y en la distribución de la misma.
e) Se utiliza en iluminación y para hacer funcionar motores eléctricos,
desde los utilizados en aparatos electrodomésticos hasta motores de
grandes potencias.
f) Si representamos la corriente alterna tendremos una linea curva que
indica la evolución de la
tensión, desde un valor cero
hasta un máximo positivo,
bajada a cero y llega a un
valor máximo negativo para
volver al valor cero. Esta
linea se llama ciclo y se
repite de forma continua en
el tiempo. A esta corriente se
la conoce como corriente alterna senoidal.
En la figura podemos observar el
esquema de funcionamiento de
un alternador, en este caso
monofásico. Como se observa
está constituido por una bobina
de hilo conductor que gira dentro
de un campo magnético.
Aspecto de los alternadores
trifásicos de una central eléctrica
antigua. En estos alternadores las
bobinas de hilo estan fijas y el
elemento que gira son los imanes.
Alternador: proporciona corriente alterna
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3.2. Sistemas trifásicos
Es el sistema actualmente utilizado para la generación de electricidad en las
centrales eléctricas, en la distribución de la energía eléctrica tanto en alta como en
baja tensión y en los grandes centros de consumo.
El sistema está constituído por una
alternador trifásico (central eléctrica) que genera no una onda sinó tres desfasadas
120º. Así la distribución se realiza con lineas trifásicas compuestas por cuatro
conductores, tres fases y un neutro.
Si tenemos un
alternador trifásico en
estrella, de él salen
cuatro conductores
que son las tres fases
(llamadas R, S, T),
más un conductor
llamado neutro. En
baja tensión el
voltaje existente
entre los conductores
de cada una de las
fases (Ul) se llama
tensión de línea y
tiene un valor de 400
V.
La tensión existente entre una de las fases (R, S, T) y el conductor neutro (N) es de
230 V
La coriente trifásica se utiliza en las industrias para accionar motores de medianas
y grandes potencias.
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Se puede determinar si un conductor es una fase
o el neutro utilizando unos instrumentos
conocidos como buscapolos, tienen forma de
destornillador y si se toca una fase se enciende
una luz de neón interior y si se toca el neutro no
se enciende.
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3.3. Sistemas monofásicos
A partir del sistema trifásico obtenemos los sistemas monofásicos de corriente
alterna, y se llama monofásico porque consta de una fase más el neutro. En la
figura puede observarse
como a partir de la
linea de distribución
trifásica se conectan las
derivaciones a las
viviendas compuestas
por un cable que deriva
de una de las tres fases
y otro cable conectado
al neutro, así dentro de
la vivienda solo entran
dos cables, una fase o
cable activo (con
corriente) y el neutro o
cable no activo (sin corriente)
En las instalaciones industriales la acometida eléctrica se realiza con las tres fases
más el neutro, de forma que dentro del recinto los motores se alimentan con
corriente alterna trifásica a 400 V, pero el alumbrado se alimenta desde una fase y
el neutro a 230 V. Se puede observar que los diferentes grupos del alumbrado se
conectan repartidos entre las tres fases de forma que por cada una de ellas circule
la misma corriente y el sistema esté equilibrado.
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Relaciones fundamentales. Cálculo de las magnitudes
fundamentales
4.1. Ley de Ohm
George Simon Ohm en 1821 en el transcurso de sus
trabajos sobre la electricidad encontró que entre los
valores de la tensión y la intensidad en un circuito
había una relació constante que él denominó
resistencia eléctrica. Por eso a esta relación se la
conoce como ley de Ohm.
La ley de Ohm viene representada
matemáticamente por la ecuación:
tambien se puede presentar en otras dos formas según la magnitud a calcular:
; o también:
Actividad 2:
En los circuitos siguientes, calcula la corriente que circula en cada caso.
Para resolver los problemas sobre circuitos hay que seguir un procedimiento muy concreto y definido que incluye los pasos siguientes:
1. Dibujar el esquema del circuito que describe el enunciado colocando todos los datos incluidas las intensidades.
2. Poner todos los datos, tanto los conocidos como los que hay que calcular. 3. Escribir la ecuación que vamos a utilizar y despejar la incógnita. 4. Sustituir las variables por los valores correspondientes, hay que colocar el valor y la unidad. 5. Efectuar el cálculo y dar la solución.
a)
4
Datos:
Representación gráfica de las tres
magnitudes de la Ley de Ohm
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b)
c)
4.2. Cálculo de circuitos
Hay diversas formas de conectar los receptores eléctricos, según sea su montaje
funcionará el circuito eléctrico pués variarán las magnitudes de la tensión, la
intensidad y la potencia.
Vamos a estudiar las tres formas básicas de conexión de receptores.
4.2.1. Conexión en serie. Este circuito presenta dos características
básicas de funcionamiento:
a) La corriente solo tiene un camino para
circular, por tanto solo hay una intensidad y
es la misma para todos los receptores.
b) La tensión del generador se reparte
entre todos los receptores del circuito, esta
tensión puede ser igual para todos los receptores
o diferente para cada uno de ellos.
Datos:
Datos:
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Si aplicamos la ley de Ohm al circuito obtenemos la ecuación de la
resistencia total que presenta en circuito:
Actividad 3: Tenemos tres resistores de 10 ohm, 20 ohm y 30 ohm que están conectados en serie a un
generador de 24 volt. Calcula:
a) La resistencia total o equivalente del circuito. b) La intensidad que recorre el circuito. c) La caída de tensión de cada resistor. d) La potencia que disipa cada resistor.
datos:
U=24 V
R1=10 W
R2=20 W
R3=30 W
a) RT=?
b) I=?
c) UR1=?; UR2=?; UR3=?
d) PR1=?; PR2=?; PR3=?
4.2.2. Conexión en paralelo. Este circuito presenta las
características siguientes:
a) Todos los receptores
trabajan a la misma tensión.
b) La suma de les intensidades
que circulan por cada receptor es
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igual a la intensidad que proporciona el generador
Aplicando la ley de Ohm
obtenemos la siguiente ecuación:
Otra forma de presentarla es:
Actividad 4:
Tenemos tres resistores de 10 ohm, 20 ohm y 30 ohm que están conectados en paralelo a un generador de 24 volts. Calcula:
a) La resistencia total o equivalenet del circuito. b) La intensidad que proporciona el generador y la que recorre cada resistor. c) La potencia que disipa cada resistor.
dades:
U=24 V
R1=10 W
R2=20 W
R3=30 W
a) RT=?
b) I=?
+
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c) PR1=?; PR2=?; PR3=?
4.2.3. Conexión mixta. Este circuito tiene un funcionamiento mezcla de los dos anteriores y por tanto
utilizaremos un ejemplo para estudiar
su cálculo.
Actividad 5:
Datos:
U=24 V
R1=10 W
R2=20 W
R3=30 W
El procedimiento de cálculo es muy
similar e incluye los pasos siguientes:
a)Cálculo de la resistencia equivalente. Tenemos que R2 y R3 están en paralelo entre ellos
y en serie con R1, por tanto,
b) Se calcula la intensidad total que suministra el generador,
c) Se calculan las tensiones de trabajo de cada resistor,
es muy importante determinar cuales son las tensiones parciales que hay en el circuito, así tenemos que la tensión del generador se reparte entre R1 y el conjunto de R2 y R3.
podemos comprobar que: +
d) Ahora se pueden calcular las intensidades que recorren los resistores R2 i R3,
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Podemos comprobar que:
e) Finalmente se pueden calcular las potencias de cada resistor,
Podemos hacer una comprobación final sumando las potencies y comprobando si es igual
a la potencia total,
4.3. Resistencia de un conductor
La resistencia que presenta un conductor es un dato muy importante que hay que
conocer, una resistencia elevada en un conductor puede provocar calentamientos
excesivos del mismo conductor o provocar caídas de tensión en el mismo de forma
que los receptores a los cuales alimenta el conductor tengan un funcionamiento
deficiente.
La resistencia que presenta un conductor depende del material del cual está hecho,
de la longitud y de la sección transversal.
Así tenemos,
R: resistència en
: resistivitat en ·mm2/m
l: longitud del conductor en m
S: sección transversal del conductor en mm2
Activitat 6:
Calcula la resistencia que presenta un cable de cobre de 3 000 metros de largo, y que tiene un diámetro de 1,78 mm
Datos:
l= 3 000 m
=0,0172 mm2/m
d=1,78 mm
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4.4. Caída de tensión
A medida que la corriente eléctrica recorre un conductor va perdiendo energía (esta
se pierde en forma de calor por el efecto Joule); esta pérdida depende de la
resistencia que presenta el conductor al paso de la corriente y del valor de la
misma corriente. Esta pérdida de energía se traduce en que la tensión disponible en
un conductor no es la misma en toda su longitud, y este fenómeno se conoce con el
término de caída de tensión.
La caída de tensión admisible depende del tipo de instalación que se trate y sus
valores vienen fijados por el Minsiterio de Ciencia y Tecnología a través del
Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT), y en concreto la instrucción ITC
Bt 19 fija los valores para instalaciones industriales interiores, así tenemos que
para el alumbrado la caída de tensión admisible es del 4,5 % y para los demás usos
del 6,5 %.
El concepto de caída de tensión sirve para calcular la diferencia de tensión entre el
principio y el final de un conductor, pero también sirve para comprobar si la sección
de un conductor es la adecuada o no.
4.5. Cálculo de la sección de un conductor
La elección de la sección de un conductor debe hacerse de acuerdo con las
características de utilización y sobre todo en base a la intensidad que ha de recorrer
el conductor.
En el cuadro adjunto se pueden ver los tipos de cables para baja tensión.
Principales tipos de conductores
Tipo Utilización
V-750
V-1000
Rígido
En interiores, en ambientes normales o húmedos, para instalación fija dentro de
tubo o con soporte.
También se admite en el exterior.
V-750F
V-1000F
Flexible
Igual al anterior.
VDV-750 En interiores, en ambientes normales o húmedos, para instalación fijada a la
pared o a estructuras metálicas.
VX-1000 Igual al anterior.
VV-750 Para la alimentación de electrodomésticos
y para aparatos móviles.
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En la tabla adjunta se pueden ver las secciones comerciales de cables.
Los cables vienen con los
colores del aislamiento
normalizados, así en la
realización de las
instlaciones o en sus
reparaciones se ha de
respetar la utilización de
los colores, pués esto
permite identificar de
forma clara los diferentes
circuitos.
La intensidad admisible en un conductor depende del número de conductores que
ocupen el tubo de protección y del tipo de aislamiento que tenga el conductor. Así
la ITC-BT-19 del REBT fija los valores de las intensidades admisibles en
conductores. En la tabla adjunta se muestran los valores correspondientes a
conductores en tubo empotrado, al aire o bajo moldura.
Valor máximo, en milímetros, del diámetro externo de los conductores unipolares (aislamiento incluido)
Tipos Sección del cable desnudo en mm2
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35
V-750 V-1000
V-750 F V-1000 F
3,5 4,2 5,0 3,5 3,9 4,6 5,1 7,0 8,2 10,0 11,5
3,3 4,0 4,7 4,0 4,4 5,3 6,0 8,1 9,2 11,1 13,4
Ejemplo de distribución
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En la tabla se muestran las intensidades admisibles según el sistema de colocación
del cable, número de cables y tipos de aislamiento.
Podemos ver como se utiliza la tabla anterior mediante un ejemplo.
Activitat 7:
Tenemos una línea eléctrica monofásica a 230 V y 50 Hz que tiene que alimentar a una serie de
máquinas con una potencia global de 10 kw. Si la línea tiene una longitud de 50 m, los conductores son
de cobre, tienen aislamiento de PVC están bajo tubo en montaje superficial, determina la sección
necesaria del conductor.
Calculamos la intensidad que ha de recorrer la línia:
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Utilizamos la tabla
anterior, paso 1
elegimos el método
B, paso 2 pasamos
al número de
conductores y su
aislamiento y paso 3
obtenemos en la
columna 5 la
intensidad máxima
admisible. Como la
intensidad que
recorre la línia són
43,47 A, hemos de
elegir la intensidad
inmediata superior
que serían 50 A.
Para esta intensidad
le corresponde una
sección de
conductor de 10
mm2 , paso 4.
A continuación se debe comprobar si la sección determinada permite su utilización
teniendo en cuenta la caída de tensión admisible en la línia.
Activitat 8:
Comprueba en la sección anterior si la caída de tensión admisible es del 5 %.
Caída de tensión máxima en la línia:
Cálculo de la sección:
Como la sección calculada (6,5 mm2) es de menor que la determinada por la tabla
(10 mm2) utilizaremos la sección de 10 mm2
1
2
3 4
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Elementos de control y maniobra de los circuitos eléctricos
Són los dispositivos que permiten controlar el funcionamiento de los circuitos
eléctricos.
5.1. Interruptores
Sirven para conectar o desconectar un receptor. Los hay de muchos tipos y se
clasifican en función de la tensión de trabajo y de la potencia que pueden manejar.
Pueden ser unipolares o multipolares según corten un cable o más de uno.
Simbología
Interruptores para baja potencia.
Interruptores industriales.
5
Interruptor basculante para
encastrar
Interruptor para encastrar
con luz interior Interruptor de palanca Interruptor deslizante
Interruptor industrial Interruptor de llave Interruptor antiguo de cuchillas
Esquema de un circuito con dos receptores
L1 y L2 controlados por un interruptor.
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5.2. Conmutadores
Los conmutadores sirven para proporcionar corriente a dos o más circuitos de
forma alternativa.
Simbología
Conmutadores industriales.
5.3. Pulsadores
Tanto los interruptores como los conmutadores son biestables, es decir tienen dos
posiciones estables de funcionamiento. Los pulsadores no son biestables pues solo
cierran el circuito mientras estamos ejerciendo presión sobre ellos, abriendo el
circuito en el momento que retiramos la presión sobre el pulsador.
Simbología
Esquema de un circuito con dos receptores
L1 y L2 controlados alternativamente con un
conmutador.
Conmutador de tres posiciones
Conmutador rotativo
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Pulsadores para baja potencia.
Pulsadores industriales.
Elementos de protección de los circuitos eléctricos
Las instalaciones modernas ejecutadas según las indicaciones de la normativa
aplicable (Reglamento de Baja Tensión) están preparadas para ofrecer una
protección eficaz tanto de la propia instalación, de los equipos y de las personas
que han de interactuar con ella.
Según la protección a ofrecer tenemos que utilizar diversos dispositivos como son
los fusibles, los interruptores magnetotérmicos y los interruptores diferenciales.
6.1. Fusibles
Protegen a la instalación eléctrica de sobreintensidades debidas a cortocircuitos.
Como hemos visto anteriormente un cortocircuito significa el paso de una
intensidad muy elevada y por efecto Joule puede provocar un calentamiento muy
peligroso de los conductores susceptible de provocar incendios.
Así los fusibles disponen de un filamento que al pasar una intensidad muy elevada
se funde debido al calor generado, y de esta manera abre el circuito.
Los fusibles se clasifican en función de la tensión de trabajo y de la intensidad que
pueden soportar antes de fundirse. Según la utilización a la que vayan destinados,
de baja tensión, industriales, de media tensión, etc.
6
Pulsador micro para montaje sobre circuito
impreso Pulsadores para montaje sobre panel
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6.2. Interruptores magnetotérmicos
Cuando utilizamos fusibles como cortacircuitos, al fundirse uno hay que substituirlo,
por eso muchas veces se utilizan otros dispositivos como protección de las
instalaciones. Estos dispositivos son los interruptores magnetotérmicos, y pueden
funcionar de dos formas diferentes. Cuando se produce un cortocircuito entra en
funcionamiento la parte magnética así al aumentar la intensidad rápidamente entra
en acción una bobina de hilo de cobre que crea un campo magnético que atrae un
contacto móbil y abre el circuito. El dispositivo también funciona cuando hay un
aumento de la intensidad debido a una sobrecarga (por ejemplo cuando se
conectan demasiados consumidores a un circuito), en este caso la intensidad pasa
por un elemento bimetálico que actua sobre el contacto móbil abriendo el circuito.
Los interruptores magnetotérmicos se classifican en función de los circuitos que
controlan (monofásicos, multipolares, trifásicos, etc) y en función de la intensidad
que pueden manejar antes de abrir el circuito.
Fusible doméstico
Fusible industrial Fusible de alta tensión
Estos dispositivos son de rearme manual, es decir cuando cortan un circuito hay
que restablecer la corriente de forma manual.
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6.3. Interruptores diferenciales
Estos dispositivos se instalan para proteger a las personas contra contactos
indirectos. Éstos ocurren cuando una parte metálica de una máquina, por avería, se
pone bajo tensión (un cable pelado toca la parte metálica) se
produce una derivación de corriente, con lo cual la corriente que
“entra” en la instalación no es la misma que “sale”. Por decirlo de
forma sencilla el aparato “mide” la corriente que entra en la
instalación y la compara con la corriente que “sale”, si se produce
una diferencia entre ambas (siempre la corriente saliente será
menor que la entrante) superior a un determinado umbral el
dispositivo se dispara y abre el circuito. Como el diferencial se
coloca al principio de la instalación, en caso de disparo deja sin
corriente a toda la instalación. Este dispositivo dispone de un
botón de prueba (T) pulsando el cual se provoca el disparo del dispositivo, de esta
manera se comprueba que el dispositivo funciona correctamente.
El umbral de disparo se fija en 30 mA en instalaciones domésticas y en 300 mA en
instalaciones industriales.
Interruptores unipolares, bipolares, tripolares y tetrapolar (tres fases más neutro)
Las intensidades de corte son de 6 A, 10 A,
40 A y 60 A respectivamente.
En los interruptores automáticos es oportuno examinar la curva de calibrado
proporcionada por el fabricante para definir con exactitud los tiempos de
intervención de los mismos. Por ejemplo: los relés térmicos intervienen al
cabo de una hora cuando la corriente de sobrecarga está comprendida entre
1,3 y 1,4 veces la corriente nominal; aumentando la corriente de sobrecarga
disminuye el tiempo necesario para provocar el disparo del interruptor. Los
relés magnéticos (o de disparo instantáneo) intervienen cuando la corriente de
cortocircuito está comprendida entre 6 y 10 veces la corriente nominal, en un
tiempo que puede evaluarse en milisegundos. Símbolo de un interruptor
magnetotérmico
Símbolo de un interruptor diferencial
Interruptor diferencial bipolar (fase más neutro)
Interruptor diferencial trifásico
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Cuando la corriente entrante y la corriente saliente son iguales, cada una crea un un
campo magnético sobre el toroide, el sentido del
arrollamiento de las bobinas es tal que los campos magnéticos de cada una son
iguales pero de sentido contrario, así se anulan los campos y sobre la bobina de la
corriente residual no se induce ninguna corriente y el
soleniode se mantiene en estado de reposo. Cuando
entre la corriente entrante y la saliente se produce una diferencia superior al
umbral de disparo, ocurre que los campos magnéticos generados por las respectivas bobinas no se anulan, esto provoca que sobre la bobina de la corriente
residual se induzca una corriente que aplicada a la bobina del solenoide provoca la atracción de los contactos móviles cortando la corriente del circuito.
Normativa sobre instalaciones eléctricas
Todas la cuestiones relativas al montaje, mantenimiento y reparación de las
instalaciones eléctricas están fijadas en un documento que se conoce como el
Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión.
El actual reglamento está en vigor desde el año 2002 y se estructura en tres
partes:
Real decreto.
Articulado del Reglamento de Baja Tensión.
Instrucciones técnicas complentarias.
De los tres puntos anteriores las Instrucciones Técnicas son las que establecen las
condiciones y los criterios para la realización de las instalaciones.
El listado de las instrucciones técnicas es el siguiente:
01 Terminología.
02 Normas de referencia.
03 Instaladores y empresas instaladoras.
04 Documentación y puesta en servicio de las instalaciones.
05 Verificaciones e inspecciones.
06 Redes aéreas.
07 Redes subterráneas.
08 Sistemas de conexión del neutro y de las masas.
09 Instalaciones de alumbrado exterior.
10 Previsión de cargas para suministros de baja tensión.
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11 Redes de distribución de energía eléctrica.
12 a 17 Instalaciones de enlace.
18 Instalaciones de puesta a tierra.
19 a 24 Instalaciones interiores o receptoras.
25 a 27 Instalaciones interiores de viviendas.
28 a 35 Instalaciones en locales especiales.
36 Instalaciones de muy baja tensión.
37 Instalaciones a tensiones especiales.
38 a 39 Instalaciones con fines especiales.
40 Instalaciones generadoras de baja tensión.
41 Instalaciones eléctricas en caravanas y parques de caravanas.
42 Instalaciones eléctricas en puertos y marinas para barcos de recreo.
43 a 48 Instalación de receptores.
49 Instalaciones eléctricas de muebles.
50 Instalaciones eléctricas en locales que contienen radiadores para saunas.
51 Instalaciones de sistemas de automatización, gestión técnica de la energía y seguridad para viviendas y edificios.
Normativa sobre prevención de riesgos laborales
Dentro de la problemática general de la seguridad en las industrias, es
posiblemente el riesgo de electrocución uno de los que más raramente dan
accidentes, pero cuando ocurren son los que dan las lesiones más graves. Estos
accidentes de origen eléctrico representan el 0,30 % del total de los accidentes de
trabajo mortales.
La regulación básica viene recogida en el Real Decreto 614/2001 de 8 de Junio
sobre disposiciones mínimas para la protección y seguridad de los trabajadores
frente al riesgo eléctrico.
Este decreto consta de las siguientes partes:
Articulado
Anexo I: Difiniciones.
Anexo II: Trabajos sin tensión.
Anexo III: Trabajos en tensión.
Anexo IV: Maniobras, mediciones, ensayos y verificaciones.
Anexo V: Trabajos de proximidad.
Anexo VI: Trabajos en emplazamientos con riesgo de incendio o explosión.
Electricidad estática.
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8.1. Riesgos eléctricos
Nuestro contacto diario con apartos y instalaciones
eléctricas es continuo, y puede representar un peligro
potencial para las personas. Por eso el REBT establece
unas estrictas normas de seguridad en el montaje de
las instalaciones, pero es competencia nuestra adoptar
todas las precauciones posibles cuando manejamos
aparatos eléctricos.
Los accidentes eléctricos se pueden producir de dos
formas diferentes.
________________________________________. Se producen
por contacto directo con un conductor activo (una
fase), de forma que el circuito eléctrico se cierra a
tierra a través del cuerpo del accidentado.
Este tipo de accidente ocurre cuando el usuario, de
forma accidental o por imprudencia, hace de conductor
entre las instalaciones eléctricas habituales y tierra.
_______________________________________________________
_________________________ Se producen cuando el
usuario entra en contacto con carcasas metálicas de
aparatos o instalaciones que normalmente se
encuentran aisladas, pero que por algún defecto se
han puesto bajo tensión.
Los efectos de la corriente eléctrica sobre el cuerpo humano
pueden ser muy diversos, desde unas lijeras cosquillas hasta producir la muerte.
Los parámetros que determinan la gravedad de un accidente eléctrico son los
siguientes:
La intensidad de la corriente.
La duración del contacto.
El recorrido de la corriente eléctrica por el cuerpo.
En la imagen se pueden ver los efectos de la corriente eléctrica relacionando la
intensidad de la corriente y del tiempo de exposición a la misma. Se pueden ver
tres zonas diferentes.
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1. Zona de
seguridad. Esta zona
generalmente no
presenta ningún riesgo
fisiológico.
2. Zona de
contracción
tetánica. Si
aumentamos la
intensidad o el tiempo
de exposición se entra
en la zona de
tetanización muscular;
los músculos de
brazos y manos se
agarrotan, de forma
que el accidentado
ofrece una resisténcia
involuntaria a soltarse de los objetos eléctricos que le provocan la descarga.
3. Zona de fibrilación ventricular. En esta zona se producen alteraciones en
el ritmo cardíaco.Las fibras musculares del corazón comienzan a contraerse
sin control, así la sangre deja de circular y no llega oxígeno al cerebro. El
accidentado entra en estado de coma, que en la mayoría de los casos es
mortal.
A continuación podemos ver una tabla resumen de los efectos eléctricos.
EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA Intensidad Efecto Causa Esquema
Con intensidades bajas no se percibe el paso de la corriente y a medida que aumenta, se producen lijeras cosquillas.
El contacto produce reacciones bruscas e involuntarias de rechazo.
El accidentado se agarra al elemento conductor y no se puede soltar.
Se produce cuando la corriente pasa por el centro nervioso que controla la respiración.
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Cuando la corriente pasa a través del torax y los músculos sufren una contracción que impide la respiración.
Cuando la corriente atraviesa el corazón.
8.2. Protección contra contactos directos
Esta protección se consigue mediante la aplicación de alguno de los siguientes
sistemas.
8.2.1. Separación por distancia Alejando las partes activas de la instalación,
a distancia tal que no sean accesibles por
las personas que circulan o trabajan en el
local.
Se considera que cumplen esta condición,
cuando las partes activas quedan fuera de
los límites indicados en la figura.
8.2.2. Dispositivos diferenciales de alta sensibilidad Los sistemas diferenciales basan su actuación en la diferencia residual de las
corrientes que convergen en un aparato con defecto a tierra.
La suma vectorial de las corrientes que actúan sobre un consumo, es siempre cero
por desequilibrado que esté el sistema.
Si existe un fallo a tierra (a través de la persona o a través de la propia puesta a
tierra del aparato) no se cierra por el resto del circuito y crea una diferencia entre
las corrientes que llegan al consumo y las que retornan. Los sistemas diferenciales
son sensibles a esta diferencia, disparando (es decir cortando el flujo eléctrico) en
caso de derivación a tierra.
Según la sensibilidad de los diferenciales los podemos clasificar en:
Alta: 30 mA (uso doméstico o instalaciones de pequeño consumo)
Media: 300 mA, 500 mA, 650 mA
Baja: 1 A, 3 A
8.2.3. Interposición de obstáculos Colocando obstáculos que impidan el contacto
accidental de las partes activas (tabiques, rejas,
vallas, etc).
Estos obstáculos deberán estar permanentemente
fijados con suficiente seguridad y resistencia para
que soporten los esfuerzos habituales a que
puedan estar sometidos.
Barrera protectora en una sala de transformadores
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8.2.4. Recubrimiento de las partes activas Se consigue mediante aislamientos que deberan ser de una calidad tal que
mantenga sus propiedades en el tiempo, y limite la corriente de fuga por contacto,
como máximo, a 1 mA, considerando el valor de la resistencia del cuerpo humano
de 2 500
8.3. Protección contra contactos indirectos
El REBT, en las prescripciones sobre contactos indirectos, divide las protecciones
posibles en dos clases:
Clase A: consisten en tomar las medidas necesarias destinadas a
suprimir el riesgo en sí mismo, haciendo que los posibles contactos no
sean peligrosos, o imposibilitando el contacto simultáneo entre masa y
elementos conductores.
Clase B: consisten en la puesta a tierra directa o la puesta a neutro de
las masas, asociándola a un dispostivo de corte automático que origine
la desconexión de la instalación peligrosa.
8.3.1. Separación de circuitos Este sistema consiste en la separación de los dos circuitos, el de utilización del de la
fuente de energía o alimentación, por medio de transformadores o grupos
convertidores manteniendo aislados de tierra todos los conductores del circuito de
utilización, incluso el neutro.
8.3.2. Empleo de pequeñas tensiones Consiste este sistema en la utilización de pequeñas tensiones llamadas de
seguridad.
Estas tensiones serán de 24 V, valor eficaz, para locales
o emplazamientos húmedos o mojados, y de 50 V en
locales o emplazamientos secos.
Este sistema exige que se cumplan las siguientes
condiciones:
- La tensión de seguridad se suministrará
mediante transformadores generadores o fuentes de
energía autónomas.
- El circuito de utilización no estará unido ni a
tierra ni a otro circuito de mayor tensión, ni directa ni
indirectamente.
- No podrá hacerse la transformación directa de la
alta tensión a la tensión de seguridad.
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Es recomendable su uso en: instalaciones agrícolas (vallas eléctricas), usos
médicos, lámparas portátiles de talleres mecánicos, herramientas portátiles,
iluminación subacuática en piscinas, etc.
8.3.3. Doble aislamiento Llamado también separación entre partes activas y las masas accesibles por medio
de aislamientos de protección.
Recordemos previamente dos conceptos
que deben quedar bien claros por
definición:
- Masa: conjunto de partes
metálicas de un aparato (generalmente
en su parte exterior) que en condiciones
mormales están aisladas de las partes
activas.
- Partes activas: conductores y
piezas conductoras bajo tensión en servicio normal.
Así pues, este sistema de protección consiste en el empleo de equipos que
dispongan de aislamiento de protección entre las partes activas y sus masas
accesibles.
Los aparatos protegidos por doble aislamiento deben llevar el símbolo: