–INSTALACIÓN ELÉCTRICA–

Conceptos previos

Antes de empezar a estudiar cómo llega hasta nuestras casas la electricidad que se genera en las centrales es encesario que recuerdes las magnitudes eléctricas fundamentales que se estudiaron en el tema Circuitos eléctricos de 2º de ESO:

• Intensidad (I).
• Voltaje (V), también llamado tensión eléctrica.
• Resistencia (R).
• Potencia (P).
• Energía (E).

---

Red de transporte y distribución

El objetivo de este apartado es entender cómo viajan las corrientes eléctricas que se generan en las centrales eléctricas (fotovoltaicas, hidroeléctricas, nucleares, térmicas, eólicas…) hasta las ciudades y pueblos donde vivimos. No se trata de un proceso tan sencillo como podrías pensar, ya que como verás a continuación, durante el transporte surgen problemas que hay que resolver.

Transformadores

Cuando una corriente circula por un cable se genera una cierta cantidad de calor, lo cual supone una pérdida de energía. En un circuito pequeño esas pérdidas energéticas no son muy importantes. Sin embargo, cuando se desea transportar una corriente eléctrica a cientos de kilómetros estas pérdidas pueden ser enormes.

Pero, ¿de qué dependen esas pérdidas? Resulta que la cantidad de energía que se pierde al transportar una corriente depende de su intensidad (no de su voltaje). Cuanto mayor es la intensidad mayores son las pérdidas de energía, como indica la ecuacion de abajo, conocida como Ley de Joule:

\huge P = I^2 \cdot R

Además, la resistencia eléctrica de un conductor se puede calcular con la siguiente fórmula

\huge R = \rho \cdot \frac{L}{S}

Donde ρ es una propiedad del material llamada resistividad, L es la longitud del cable y S es la sección. Debido a que los cables que conducen la electricidad desde las centrales eléctricas hasta los núcleos urbanos miden cientos de kilómetros, su resistencia no es despreciable. Por el contrario, en cualquier cable de un circuito de pequeñas dimensiones el valor de la resistencia es prácticamente nulo.

---

Ejemplo: calcular la resistencia de un conductor circular de aluminio de 400km y un diámetro de 9cm. A continuación calcula la potencia que pierde en forma de calor si por él circula una corriente de 600A.

Dato: ρ_Al = 2,82 · 10^-8 Ω · m

• En primer lugar se debe calcular la sección del conductor en metros cuadrados:

\large S = \pi \cdot R^2 = \pi \cdot 0,045^2 = 0,00636m^2

• A continuación se calcula la resistencia como:

\large R = 2,82 \cdot 10^{-8} \frac{400.000}{0,00636}=1,77 \Omega

• Por último, se puede calcular la potencia calorífica mediante la Ley de Joule:

\large P = 600^2 \cdot 1,77=\textbf{637.200W = 637,2kW}

---

Como las pérdidas de calor dependen del valor de la intensidad, la mejor forma de transportar una corriente eléctrica a es disminuir su intensidad y a cambio aumentar su voltaje. Esta operación es posible gracias a una máquina llamada transformador eléctrico:

Un transformador es una máquina que permite cambiar los valores de voltaje e intensidad de una corriente.

Un transformador consiste en una pieza rectangular de hierro sobre la que se enrollan dos cables, como se puede ver en el esquema de abajo. Por tanto, un transformador dispone de dos partes diferenciadas:

• El circuito primario: que es por donde entra la corriente, con una intensidad I₁ y un voltaje V₁.

• El circuito secundario: que es por donde sale la corriente una vez que ha sido transformada, con una intensidad I₂ y un voltaje V₂.

Para poder calcular cuánto varían la intensidad y el voltaje en un transformador debes conocer dos ecuaciones. La primera de ellas indica que la potencia eléctrica que entra en el transformador es igual que la que sale. Es decir:

\huge V_1 \cdot I_1 = V_2 \cdot I_2

I₁ es la intensidad del primario.

V₁ es el voltaje (o tensión) del primario.

I₂ es la intensidad del secundario.

V₂ es el voltaje (o tensión) del secundario.

La segunda permite calcular cuánto cambia la intensidad y el voltaje en función del número de vueltas del circuito primario y del circuito secundario:

\huge \dfrac{V_1}{V_2} = \dfrac{N_1}{N_2}

V₁ es el voltaje (o tensión) del primario.

V₂ es el voltaje (o tensión) del secundario.

N₁ es el número de vueltas del primario.

N₂ es el número de vueltas del secundario.

Como puedes ver, dependiendo del número de vueltas pueden ocurrir dos cosas:

• Que el transformador disminuya la intensidad (y eleve el voltaje): lo cual ocurrirá cuando el número de vueltas en el secundario sea menor que en el primario.

• Que el transformador eleve la intensidad (y disminuya el voltaje): lo cual ocurrirá cuando el número de vueltas en el secundario sea menor que en el primario.

En el siguiente apartado entenderás qué tipo de transformador conviene utilizar en cada caso para transportar la energía eléctrica de una manera eficiente y segura desde las centrales eléctricas hasta nuestras casas.

---

Esquema de la red eléctrica

Para entender el funcionamiento de la red eléctrica tienes que tener dos ideas muy presentes:

• Como se ha explicado antes, para transportar una corriente eléctrica es conveniente elevar el voltaje en un transformador para que su intensidad disminuya y así las pérdidas energéticas sean pequeñas.

• Sin embargo, las corrientes con voltajes muy elevados pueden resultar peligrosas, por lo que deben ser conducidas por zonas despobladas donde no existe riesgo de accidentes.

Por esos dos motivos, el transporte de la energía eléctrica se realiza en alta tensión (o alto voltaje) su distribución en media tensión y finalmente las viviendas reciben corriente de baja tensión. La tabla de abajo muestra los valores en voltios, que se corresponden con cada tipo de corriente:

El esquema de abajo resume todo el proceso de transporte de la energía eléctrica:

• La central generadora, del tipo que sea, genera una corriente de media tensión.

• Una estación elevadora que se encuentra a la salida de la central eleva el voltaje de la corriente y a cambio disminuye su intensidad mediante transformadores, convirtiéndola en corriente de alta tensión. De esta manera, la corriente ya está lista para viajar cientos o miles de kilómetros.

• Cuando ya se encuentra cerca de su destino una subestación de transformación se encarga de disminuir el voltaje y aumentar la intensidad un poco, aunque sigue siendo de alta tensión. De esta manera la corriente ya no es tan peligrosa y puede viajar por zonas próximas a poblaciones.

• Cuando la corriente se encuentra a las afueras de la población a la que se dirige , por motivos de seguridad es necesario disminuir aún más el voltaje y a cambio aumentar su intensidad. Esta operación se ralializa en una estación de transformación (o transformadora). De esta manera la corriente se convierte en corriente de media tensión, la cuál ya puede ser aprovechada por las fábricas de los polígonos industriales.

• Por último, las viviendas emplean corriente de baja tensión. Por eso, antes de conducir la corriente a los distintos edificios de una población, esta es conducida a un centro de transformación donde se baja disminuye aún más el voltaje (hasta los 230V en Europa).

---

Instalación eléctrica de un edificio

En este apartado vamos a analizar la parte de la instalación eléctrica que conduce la corriente desde la red hasta las diferentes viviendas de un edificio.

Línea de acometida eléctrica

La línea acometida eléctrica es la encargada de conducir la corriente desde la red eléctrica (en la vía pública) hasta la entrada de un edificio, en concreto hasta la caja general de protección (que se verá en el siguiente punto). Dependiendo de la instalación a la que se desea suministrar la energía, la acometida puede ser:

• De baja tensión (127-550V): típica de viviendas y bloques de viviendas.
• De media tensión (5.000-40.000V): típica de zonas comerciales y sectores industriales.

A parte de por el valor de la tensión suministrada, las acometidas se pueden clasificar en:

• Acometidas subterráneas: cuando la entrada de cables se da por debajo de la construcción.

• Acometidas aéreas: cuando la entrada de cables se da por lo alto de la construcción, por medio de tubos desde un poste de la red de suministro.

---

Caja general de protección (CGP)

Es una caja de material aislante que se instala en las fachadas de los edificios en lugares de libre acceso y que permite cortar el suministro de toda la instalación de un edificio. Dispone de elementos de protección para evitar que se dañen los componentes de la instalación.

---

Línea repartidora

Es la línea que conecta la caja general de protección con los contadores.

En las viviendas unifamiliares esta línea no existe, ya que la caja general de protección se enlaza directamente con el contador del abonado. En este caso, la CGP y los equipos de medida se integran en un elemento común denominado caja de protección y medida (CPM).
Por el contrario, en grandes bloques de viviendas pueden existir varias líneas repartidoras, que transmitan la energía a diferentes partes del inmueble.

---

Contadores

Un contador es un elemento encargado de medir y registrar el consumo de energía eléctrica de un usuario, por tanto, debe existir un contador por vivienda. En un edificio, todos los contadores están localizados en un espacio común (armario o habitación) denominado centralización de contadores.

---

Derivación individual

Las derivaciones individuales son las líneas que conectan los contadores de cada usuario con la instalación interior de cada usuario, en concreto con el cuadro general de mando y protección (CGMP) de cada vivienda.

---

Toma de tierra

Es una instalación de conductores eléctricos cuyo objetivo es proteger la instalación y a las personas que hacen uso de ella. En caso de que alguna mala conexión haga que la corriente eléctrica haga contacto con una persona o un aparato, la instalación de toma de tierra conducirá dicha corriente hasta la tierra que se encuentra najo el edificio, evitando así daños en el aparato o la persona. Esta instalación constituye una unión eléctrica directa de todas las instalaciones interiores de un edificio con un electrodo (barra de metal) o malla eléctrica enterrados en el suelo.

---

Instalación en el interior de la vivienda

Cuadro general de mando y protección (CGMP)

El CGMP consta de varios componentes, cada uno de ellos con una función distinta, que vamos a ver a continuación:

1. Interruptor de control de potencia (ICP)

Es el interruptor que se coloca en la primera posición dentro del CGMP. Es el encargado de cortar el suministro eléctrico cuando se demanda más potencia de la que el usuario tiene contratada, así como en casos de sobrecarga.

2. Interruptor general automático (IGA)

Su función es cortar la electricidad de todo el inmueble en caso de un cortocircuito o un exceso de potencia, ya sea porque hay muchos electrodomésticos conectados o por un cortocircuito. Es el interruptor que supervisa que no se supere la potencia máxima que soporta la instalación. Es decir, aunque se haya contratado una potencia de 10kV, si la instalación está preparada para soportar un máximo de 6kV, el IGA saltará cuando se superen los 6kV, mientras que el ICP no saltaría hasta superar los 10kV.

3. Protector contra sobretensiones (PCS)

Su función es proteger a los aparatos eléctricos de la casa de posibles sobretensiones independientemente de su naturaleza (rayos durante una tormenta, por ejemplo). El PCS actúa como un escudo desviando la corriente a la toma de tierra, evitando así daños en los aparatos eléctricos.

4. Interruptor diferencial (ID)

Su función es proteger a la instalación y alas personas contra las fugas de corriente. Corta la instalación de la vivienda si detecta que la corriente entrante es mayor que la saliente, lo que significa que parte de la corriente está siendo derivada a tierra.

5. Pequeños interruptores automáticos (PIA)

Son un conjunto de interruptores encargados de controlar la llegada de electricidad a los diferentes circuitos independientes de la casa, que suelen ser cinco. Así pues, existe un PIA que controla las tomas de corriente, otro que controla el alumbrado… Cuando un PIA detecta un exceso de potencia en una parte de la vivienda desconecta automáticamente dicho circuito, dejando sin electricidad únicamente una zona del inmueble.

Circuitos individuales

La instalación eléctrica interior de una vivienda se divide en varios circuitos independientes, que llevan la corriente a las diferentes partes de la casa. Dependiendo de las características de la vivienda serán necesarios más o menos circuitos independientes. Así pues, se distinguen dos grados de electrificación:

• Electrificación básica:
  • C1: destinado a alimentar los puntos de iluminación.
  • C2: destinado a tomas de corriente de uso general y frigorífico.
  • C3: destinado a alimentar la cocina y el horno.
  • C4: destinado a alimentar la lavadora, el lavavajillas y el termo eléctrico.
  • C5: destinado a alimentar las tomas de corriente de los cuartos de baño.

• Electrificación elevada: será necesaria en cualquiera de los siguientes supuestos:
  a. Cuando la vivienda cuente con una superficie útil mayor de 160m2.
  b. Si existe instalación de aire acondicionado.
  c. Si existe instalación de calefacción eléctrica.
  d. Si se prevé la instalación de una secadora.
  e. Si se pretenden instalar más de 30 puntos de alumbrado o más de 20 tomas de corriente.

En el caso de requerirse una electrificación elevada se deberá instalar un circuito nuevo por cada una de las aplicaciones.