explicacion de los equipos auxiliares de regulacion control sodio mercurio halogenuros

Captulo 9.

EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACIN Y CONTROL

9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.5. 9.6.

Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Balastos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Arrancadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Equipos de ahorro de energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Equipos elctricos de las diferentes lmparas de descarga. Circuitos. 134

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Captulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACIN Y CONTROL

9.1. GeneralidadesEn este captulo vamos a tratar sobre los equipos auxiliares que necesitan las lmparas para su correcto funcionamiento. El equipo a montar depende del tipo de lmpara. Las lmparas de incandescencia, halgenas y de luz mezcla se pueden conectar directamente a la red sin necesidad de ningn equipo auxiliar o mediante un transformador, debido a que, por sus caractersticas, tienen la propiedad de que la intensidad que pasa por ellas y la tensin aplicada son proporcionales. Las lmparas de descarga tienen la particularidad de que la relacin entre la intensidad que pasa por ellas y la tensin aplicada no son proporcionales, es decir, que la relacin tensin-corriente no es lineal sino negativa; dicho de otra forma, la tensin del arco depende poco de la corriente que la atraviesa. Dependiendo de la tensin aplicada, si se produce el arranque, puede ocurrir que la intensidad de la corriente se eleve enormemente hasta provocar la destruccin de la lmpara o que la corriente flucte desproporcionalmente con pequeas variaciones de tensin. Por estas razones, es indispensable utilizar algn dispositivo estabilizador de la corriente si se pretende conseguir un funcionamiento correcto.

Estabilizacin de la descargaEl elemento ms sencillo que pudiera aplicarse es una resistencia. Esta solucin no es recomendable en corriente alterna, porque la lmpara no luce prcticamente ms que cuando la tensin aplicada al conjunto alcanza valores instantneos superiores a la tensin de arco, lo que se traduce en parpadeo de la lmpara. Por ello, este tipo de estabilizacin se utiliza casi exclusivamente alimentando con corriente continua. Otro elemento que tambin pudiera aplicarse para la estabilizacin de la descarga es un condensador. Esta solucin es inadmisible en la frecuencia normal de 50 Hz. (y por descontado en corriente continua) porque la corriente de la lmpara se distorsiona con exceso al producirse fuertes picos de corta duracin; con ello la lmpara emitira luz a golpes y se agotara prematuramente. Sin embargo, este sistema puede emplearse con alimentacin con frecuencias ms altas (por encima de 300 Hz.) y tiene la ventaja de mayor rendimiento luminoso de la lmpara. El elemento ms conocido en la prctica normal para estabilizar las lmparas de descarga, lo constituye una reactancia inductiva que limita con bastante eficacia, sencillez y economa la intensidad de la corriente de descarga. La distorsin de la corriente en la lmpara que produce es tolerable y generalmente sin parpadeos y aunque desplaza la fase entre la tensin de la lmpara y la de la red de alimentacin, esto puede corregirse fcilmente mediante condensadores en paralelo con la lnea. Cuando la tensin de la que se dispone en la lnea no es suficiente para permitir el encendido de la lmpara, se puede acudir para elevarla a transformadores o autotransformadores previos. A fin de simplificar el conjunto, se hace uso de los llamados autotransformadores a fugas (tambin llamados de dispersin) que incorporan en su secundario la reactancia inductiva precisa. Una vez que se dispone de un transformador a fugas adecuado, si lo que pretendemos es hacer funcionar una lmpara fluorescente que precisa el caldeo de sus ctodos para el arranque, se introduce un cebador o se puede prescindir de l incorporando al autotransformador dos nuevos arrollamientos para el correcto caldeo. Paralelamente a la evolucin anterior, fue utilizar el condensador necesario para corregir el factor de potencia. Una reactancia inductiva en serie con un condensador constituye un regulador de intensidad. Utilizando correctamente los elementos con ligeras alteraciones en los mismos, se construyen equipos complejos en los que el condensador en serie con el secundario del transformador y a veces con el primario o parte de l mejora la estabilidad de la lmpara frente a fuertes variaciones de tensin en la lnea, adems de corregir simultneamente el factor de potencia y cos del conjunto a mejor valor que si se utiliza simplemente un condensador en paralelo con la lnea.

Equipos auxiliares de las lmparas de descargaAnalicemos, de forma general, los equipos que suelen llevar las lmparas de descarga para su correcto funcionamiento. Al final de este captulo se expondrn algunos circuitos representativos de las diferentes lmparas de descarga. Lmparas fluorescentes La lmpara fluorescente posee caractersticas de resistencia negativa y por lo tanto se debe operar en forma conjunta con un dispositivo de corriente limitada (balasto) para evitar que la corriente se escape. El balasto, que posee caractersticas de resistencia positiva, puede ser:



- Balasto resistivo: Para corriente continua. - Balasto inductivo: Es el balasto de mayor uso para aplicaciones normales de corriente alterna. - Balasto electrnico: Es el ms caro, pero ofrece ventajas importantes respecto a los anteriores. La correccin del factor de potencia se logra colocando un condensador en paralelo con el circuito de la lmpara o utilizando, en circuitos que contienen varias lmparas, balastos capacitivos para la mitad de las lmparas y balastos inductivos sin compensacin para la otra mitad. Para el encendido de la lmpara se necesita algn tipo de ayuda, debido a que la resistencia interna de la lmpara fluorescente apagada se encuentra demasiado fra para encenderse automticamente cuando se le aplica el voltaje de la red. En lo que respecta al encendido, los circuitos de las lmparas fluorescentes se pueden dividir en tres grupos: - Circuitos con arrancador precalentado: El encendido lo controla un arrancador (cebador) convencional o electrnico. - Circuitos sin arrancador precalentado: Estas lmparas pueden operar con dos tipos diferentes de circuito, el de encendido instantneo (circuito semi-resonante) y el de encendido rpido (circuito no-resonante). - Circuitos de encendido fro: Son para lmparas que estn dotadas de una banda interna para facilitar el encendido inmediato sin precalentamiento y sin cebador. Lmparas de vapor de mercurio a alta presin En la lmpara de mercurio, aparte de la reactancia no es necesario equipo de arranque. Se usan balastos inductivos compensados que pueden ser utilizados tanto en circuitos de compensacin paralela como en circuitos de compensacin en serie. Ambos circuitos llevan un condensador para compensar el factor de potencia. Lmparas de halogenuros metlicos Las condiciones de funcionamiento de las lmparas de halogenuros metlicos son muy parecidas a las de vapor de mercurio convencionales, estando dispuestas para ser conectadas en serie con un balasto limitador de la corriente. Pero debido a los halogenuros, la tensin de encendido de estas lmparas es elevada y necesitan el empleo de un cebador o ignitor. El balasto a conectar a la lmpara de halogenuros depende de las propiedades de sta. Por ejemplo, las lmparas denominadas de tres bandas emplean balastos destinados a lmparas de mercurio a alta presin, pero las lmparas de tierras raras funcionan mejor con balastos de lmparas de sodio de alta presin. Lmparas de vapor de sodio a baja presin Estas lmparas precisan de un equipo auxiliar que puede ser: - Balasto, con o sin ignitor separado: Debido al bajo voltaje de la lmpara, stas pueden operar en circuitos comparativamente simples. Estos consisten, bsicamente, en un balasto en serie con la lmpara y un arrancador en paralelo. Para la correccin del factor de potencia se utiliza un condensador en paralelo. - Transformador con ignitor separado: En este circuito se mantiene la potencia casi constante de la lmpara durante toda su vida. Consiste en un balasto, un condensador en serie para la correccin del factor de potencia y un ignitor electrnico. Lmparas de vapor de sodio a alta presin Al igual que en las lmparas de halogenuros metlicos, y debido a la alta presin a la que se encuentra el gas, para el encendido es necesario aplicar altas tensiones de choque. Por ello, las lmparas de sodio alta presin operan normalmente con un balasto y un arrancador. Algunas lmparas poseen un arrancador incorporado, pero la mayora utilizan un dispositivo de arranque externo. Principalmente existen dos tipos de circuitos, ya sea con el arrancador conectado en serie o en paralelo con la lmpara: - Circuito con arrancador en serie: El arrancador est conectado entre el balasto y la lmpara. - Circuito con arrancador en semiparalelo: El arrancador est conectado a la lmpara a travs de la reactancia. La correccin del factor de potencia en ambos circuitos, puede lograrse con un condensador en forma de compensacin en paralelo.

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Lmparas de induccin La lmpara de induccin se encuentra conectada a la red a travs de un generador de alta frecuencia, que est compuesto por un sistema de circuitos electrnicos. La conexin entre la lmpara y el generador se hace por medio de un cable coaxial que forma parte de un circuito oscilador, por lo tanto su longitud no puede ser modificada.

9.2. Balastos9.2.1. IntroduccinLas reactancias o balastos son accesorios para utilizar en combinacin con las lmparas de descarga, que en forma de impedancias inductivas, capacitivas o resistivas, solas o en combinacin, limitan la corriente que circula por aquellas a los valores exigidos para un funcionamiento adecuado. Adems, cuando es necesario, suministran la tensin y corriente de arranque requeridas y en el caso de reactancias de arranque rpido, las bajas tensiones necesarias para el caldeo de los ctodos de las lmparas. Dadas las caractersticas que ofrecen de rendimiento y funcionamiento correcto de la lmpara, las ms utilizadas son las de tipo inductivo. Tambin se utiliza la combinacin de reactancia inductiva-capacitiva. Las de resistencia y las capacitivas por s solas no se utilizan ya que las primeras ocasionan muchas prdidas dando por tanto un bajo rendimiento y las segundas dan una potencia bajsima en la lmpara por la gran deformacin de la onda de la corriente de la misma que originan. Por su forma de instalacin se clasifican en: - Reactancia independiente, que est cubierta con una proteccin especial para funcionar al exterior. - Reactancia para incorporar, que requiere una proteccin secundaria como puede ser, una caja, una luminaria, etc.

9.2.2. Funcin que cumple la reactanciaLa reactancia es elemento fundamental en cualquier instalacin de alumbrado con lmparas de descarga, ya que sin ellas, las lmparas no podran funcionar. Dada la gran variedad de lmparas existentes muy diferentes en tipo, tamao, color, etc., se requieren reactancias adecuadas a cada una, que les suministre los parmetros precisos en cada caso y en cada momento, es decir, satisfaga las necesidades de arranque y posteriormente las de operacin normal. De forma general las funciones que cumple la reactancia son: - Proporcionar la corriente de arranque o de precalentamiento de ctodos para conseguir en stos la emisin inicial de electrones. - Suministrar la tensin de salida en vaco suficiente para hacer saltar al arco en el interior de la lmpara. - Limitar la corriente en la lmpara a los valores adecuados para un correcto funcionamiento. - Controlar las variaciones de la corriente en la lmpara, frente a variaciones de la tensin de alimentacin. Lo que se conoce como tener buena regulacin.

9.2.3. Normativa que deben cumplir las reactanciasHomologacin de las reactancias Las reactancias deben ser fabricadas segn las normas nacionales e internacionales correspondientes. Como consecuencia, las que han sido ensayadas y homologadas por los diferentes organismos, llevaran impreso en smbolo del organismo (Fig. 1.).

AENOR ESPAA

ALEMANIA

IMQ-ITALIA

IRAM-ARGENTINA

SLOVAQUIA

CENELEC-AENOR

Figura 1. Ejemplo de marcas de homologacin de los diferentes organismos.



La posesin de dichas homologaciones permite circular a estos productos por los pases que engloben dichas marcas. Normas de referencia Las normas que regulan la seguridad y el funcionamiento de las reactancias para lmparas de alta intensidad de descarga, son: UNE-EN 60922: UNE-EN 60923: ANSI C82.4: UNE-EN 60662: UNE-EN 61167: UNE-EN 60188: UNE-EN 60192: UNE-EN 60598: Reactancias para lmparas de descarga (excepto lmparas tubulares fluorescentes). Prescripciones generales y de seguridad. Reactancias para lmparas de descarga (excepto lmparas tubulares fluorescentes). Prescripciones de funcionamiento. Reactancias para lmparas de alta intensidad de descarga y sodio baja presin. Lmparas de vapor de sodio a alta presin. Lmparas de halogenuros metlicos Lmparas de vapor de mercurio a alta presin. Lmparas de vapor de sodio a baja presin. Luminarias.

Directivas comunitarias Para poder utilizar los aparatos elctricos y electrnicos en la Comunidad Europea, es obligatorio que sean portadores de la marca CE, la cual significa Conformidad Europea, y representa el cumplimiento de las siguientes Directivas Comunitarias a las que estn sujetos los productos de iluminacin: - Directiva de Baja Tensin (LV) 73/23/EEC, obligatoria desde 1-1-97 y aplicable a todos los aparatos elctricos de tensin nominal de 50 a 1.000 V. en corriente alterna y 75 a 1.500 V. en corriente continua. - Directiva de Compatibilidad Electromagntica (EMC) 89/366/EEC, obligatoria desde 1-1-96 y aplicable a todos los aparatos elctricos y electrnicos que pueden generar radio-interferencias o verse afectados por perturbaciones generadas por otros aparatos de su entorno. Normas de referencia Para la Directiva de Baja Tensin (LV) son obligatorias las normas de seguridad sobre el producto. Para las correspondientes a Compatibilidad Electromagntica (EMC), son aplicables las siguientes normas: UNE-EN 50081-1: UNE-EN 55015: EN 61000-3-2: EN 61547: Compatibilidad Electromagntica. Norma genrica de emisin. Perturbaciones radioelctricas de las lmparas fluorescentes y luminarias. Perturbaciones de los sistemas de alimentacin. Armnicos. Luminarias para aplicaciones generales. Prescripciones de inmunidad.

Los requerimientos de emisin de radio-interferencias, armnicos e inmunidad aplicables, deben ser comprobados con la luminaria o en la instalacin donde se van a utilizar las reactancias. Armnicos Un armnico es una perturbacin introducida en la red por equipos elctricos. En los sistemas de iluminacin se supone que la energa se recibe a una sola frecuencia y que sta es constante. La constancia de la frecuencia en las distribuciones de energa est generalmente conseguida. Sin embargo, por diversas circunstancias, la onda fundamental puede estar contaminada con armnicos indeseables (por ejemplo, producidos por conversores de frecuencia asociados, etc.). El estudio de dicha contaminacin por armnicos es muy complejo porque sus consecuencias dependen de la amplitud y el orden de la frecuencia armnica as como de la situacin sobre la fundamental.

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Conviene sealar que, si la situacin de los armnicos sobre la onda fundamental hace que la onda compuesta tienda a ser cuadrada, las bobinas de impedancia no limitan suficientemente la intensidad que recibe la lmpara puesto que en estas condiciones, la tensin alterna se asemeja a una tensin continua pulsatoria frente a la cual los choques inductivos no responden eficazmente. Se puede establecer un modelo matemtico para el estudio de la tensin en los distintos dispositivos del circuito elctrico (lmpara, balasto, etc.), y descomponerlo en una serie de Fourier, quedndonos con los dos primeros trminos como aproximacin aceptable. Los armnicos terceros y sucesivos que se producen en la utilizacin de ncleos magnticos (balastos magnticos) en los alumbrados con lmparas de descarga y la generacin de armnicos impares por parte de las propias lmparas, tiene dos consecuencias inmediatas: 1- Los condensadores de correccin del factor de potencia, no son capaces de corregir el factor de potencia hasta la unidad, sino que al aadirse ms capacidad a dichos condensadores, se pasa a un circuito capacitivo. 2- En los sistemas trifsicos con neutro, la corriente en el neutro se llega a hacer similar a la de las fases, porque an cancelndose la frecuencia fundamental a igualdad de cargas, es decir con fases equilibradas, los terceros armnicos estn en fase y por lo tanto se suman. Si los aparatos que se alimentan de la lnea trifsica con neutro slo tomaran la frecuencia fundamental, el neutro no llevara corriente en el caso de equilibrio de cargas sobre las fases. Si en cambio, los aparatos toman una corriente que contenga el 333% del tercer armnico, el hilo neutro se carga con la misma corriente que las fases, aunque su frecuencia sea el triple de la fundamental. En la prctica, para que esto no ocurra en las lneas de alumbrado, se han establecido lmites en las distorsiones de corriente admisibles de caso armnico impar, ya que los pares se anulan (ver las Normas IEC 1000-3-2, IEC 1000-3-3 o EN 61000-3-2 y EN 61000-3-3). No obstante, el neutro debe dimensionarse al mismo tamao que los de las fases, segn exige el Reglamento de Baja Tensin, para evitar sorpresas con materiales de baja calidad. Otro problema tpico de la alimentacin contaminada de frecuencias armnicas es el fenmeno de resonancia, que puede producirse en aquellos equipos que estn compuestos de reactancia inductiva y condensador en serie. Estos equipos son especiales y conocidos como reguladores, autorreguladores o balastos de potencia constante.

9.2.4. Balastos electromagnticosLos balastos electromagnticos estn compuestos, principalmente, por un gran nmero de bobinas de cobre sobre un ncleo de hierro laminado. En ellas se produce una prdida de calor que ocurre a travs de la resistencia hmica de las bobinas y la histresis en el ncleo, y que depende mucho de la construccin mecnica de los balastos y del dimetro del alambre de cobre.

Tipos de reactanciasReactancia de choque Este tipo de reactancia inductiva, formado por una simple bobina con su ncleo magntico correspondiente, conectada elctricamente en serie con la lmpara, es el ms comnmente utilizado; constituye un conjunto de bajo factor de potencia que puede ser corregido colocando un condensador en paralelo con la red (Fig. 2).Balasto F Red N Lmpara Condensador

Figura 2



Este tipo de reactancia, es econmica, ligera y de dimensiones reducidas, proporciona una pobre regulacin de potencia, frente a las variaciones de la tensin de alimentacin (alrededor del 20% de oscilacin de la potencia, para variaciones de tensin del 10%) y la corriente de arranque es elevada respecto a la de funcionamiento, debiendo dimensionarse los circuitos para ese valor. Esto hace que la vida de la lmpara se vea reducida considerablemente si la tensin de la red flucta ms del 5%. Por lo tanto, este tipo de reactancias es adecuado siempre que se utilice en las debidas condiciones de estabilidad de la tensin. Reactancia autotransformadora Cuando las redes de alimentacin tienen una tensin inferior a 220 V, se hace necesario prever un sistema de elevacin de esa tensin que nos proporcione la necesaria para el encendido de la lmpara. Este sistema puede ser simplemente un autotransformador y una reactancia de choque normal, lo cual elctricamente es correcto, pero muy costoso y voluminoso.

F

Red Lmpara N

Figura 3 De ordinario se han construido, para esa funcin, reactancias autotransformadoras, cuyo esquema bsico se muestra en la Fig. 3, formadas por dos devanados desacoplados magnticamente, incluso con shunts magnticos entre ellos, para que, adems de elevar la tensin para que la lmpara pueda encender, realicen la funcin de controlar la intensidad de la misma. Este tipo de reactancias tienen una regulacin de potencia muy pequea, de modo que una variacin de tensin del 5% ocasiona oscilaciones de potencia de la lmpara del 12%. Adems, son reactancias de bajo factor de potencia y para corregir ste, teniendo en cuenta la tensin de alimentacin (normalmente 110 o 125 V), nos veremos obligados a colocar condensadores de gran capacidad y por lo tanto costosos. Reactancia autorreguladora Esta reactancia combina un autotransformador con un circuito regulador. Debido a que una parte del bobinado primario es comn con el secundario, su tamao es reducido. Puesto que slo el bobinado secundario contribuye a una buena regulacin, el grado de sta depende de la porcin de tensin primaria acoplada al secundario (Fig. 4).Condensador

F

Red Lmpara N

Figura 4

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Balasto

Balasto


Con este tipo de reactancia logramos las siguientes ventajas: - Una buena regulacin de corriente y potencia de la lmpara, frente a las variaciones de tensin de la alimentacin (del orden del 5% en potencia, frente a variaciones de tensin del 10%). - Como consecuencia de lo anterior, un aumento notable en la vida de la lmpara, lo que reduce los costos de mantenimiento de la instalacin. - La corriente de arranque en la red, no es superior a la de funcionamiento normal, por lo que los sistemas de proteccin y los cables de alimentacin se pueden dimensionar para una corriente menor que en las instalaciones con reactancias de choque, y por esto mismo la seguridad de las protecciones aumenta al corresponder sus valores con los de funcionamiento. - La compensacin del factor de potencia se mantiene por encima del 09 independientemente de la tensin de la red. - Debido a la gran estabilizacin que proporcionan estas reactancias, la tensin de red, a la cual la lmpara se extingue, es baja, lo que permite variaciones de la tensin de alimentacin muy superiores a lo habitual sin que se produzcan apagados de la lmpara.

Marcas e indicacionesLas reactancias, adems de las caractersticas elctricas, llevan impresas una serie de indicaciones que conviene conocer para hacer el uso adecuado de las mismas, obtenindose as las mximas prestaciones elctricas, de seguridad y duracin. tW Es la temperatura mxima a la cual pueden funcionar constantemente los bobinados de una reactancia en condiciones normales, a su tensin y frecuencia nominales, para asegurar una vida media de 10 aos. Los aumentos o diminuciones de la temperatura de los bobinados tienen influencia en la vida de los mismos. t ta Prdidas Calentamiento de los bobinados de una reactancia sobre la temperatura ambiente en la que est instalada, funcionando en condiciones normales y a tensin y frecuencia nominales. Temperatura de ambiente mxima a la que puede funcionar una reactancia en condiciones normales. Viene dada por: t a = tW - t Es la potencia autoconsumida. Si no se indica de otra forma, este valor est medido con voltaje y frecuencia nominales y con los bobinados a una temperatura de 25 C. Es el factor de potencia. Adems de stas, pueden llevar impresas las marcas de conformidad de los diferentes organismos como ya indicamos anteriormente.

9.2.5. Balastos electrnicosLos balastos electrnicos ofrecen ventajas importantes con respecto a los balastos inductivos convencionales, tales como: - Mejoran la eficiencia de la lmpara y del sistema. - No producen efectos de parpadeo o estroboscpicos. - Brindan un arranque instantneo sin necesidad de un arrancador separado. - Incrementan la vida de la lmpara. - Ofrecen excelentes posibilidades de regulacin del flujo luminoso de la lmpara. - Factor de potencia prximo a la unidad, aunque hay que vigilar que los armnicos en lnea no excedan los valores mximos admitidos. - La conexin es ms simple. - Poseen menor aumento de la temperatura. - No producen zumbido ni otros ruidos. - Poseen menos peso. - Pueden ser utilizados en corriente continua. Naturalmente estas ventajas corresponden a balastos electrnicos correctamente diseados y correctamente elaborados y verificados.



Los balastos electrnicos se usan generalmente para lmparas fluorescentes y halogenuros metlicos y sodio alta presin de hasta 150 W. El principio de funcionamiento ms comnmente empleado en los balastos electrnicos para tubos fluorescentes en acometidas de corriente alterna normal (220 V y 50 Hz) es como el que se muestra en la Fig. 5.

F Red N Condensador amortiguador Control electrnico

Lmpara

Lmpara

Filtro pasa-bajos

Rectificador

Oscilador de alta frecuencia

Estabilizador de la lmpara

Figura 5 Como puede verse, con un filtro previo de paso bajo para reducir distorsin de la corriente de alimentacin e impedir que las seales de alta frecuencia se reflejen en la red. Adems, hay que proteger al circuito electrnico de los impulsos fortuitos que aparecen en la corriente alterna de 50 Hz. Una vez rectificada la corriente alterna, y con ayuda del condensador de acoplo, se procede a la generacin de alta frecuencia en onda cuadrada, mediante dos transistores generalmente. Esta frecuencia ha de ser mayor de 20 KHz. para superar los lmites audibles y conseguir el mayor rendimiento. Antes de aplicar la alta frecuencia a los tubos hay que establecer los medios para limitar la corriente y facilitar el encendido. Adems de lo anterior, es preciso proveer medios para impedir que el balasto se deteriore al final de la vida de los tubos, etc.

Conceptos asociados a los balastos electrnicosFactor de potencia: En los balastos electrnicos el factor de potencia est corregido y tiene un valor constante y muy prximo a la unidad, controlado en todo momento de su funcionamiento por el circuito de correccin de factor de potencia. Proteccin contra sobretensiones: En las instalaciones trifsicas con neutro incorrectamente conectado o interrumpido, ante un reparto desequilibrado de cargas, se produce un desequilibrio de tensiones, que origina sobretensiones en algunas de las fases, que pueden crear problemas de funcionamiento y deterioro de lmparas y equipos auxiliares. Los balastos electrnicos estn provistos de un sistema de proteccin contra sobretensiones, que evita daos que pudieran causarse en los circuitos por este motivo. Armnicos de corriente: Una onda no sinusoidal pura est formada por una onda fundamental a la que se superponen ondas de frecuencia mltiplos de la onda fundamental. Estas ondas superpuestas reciben el nombre de armnicos de orden superior, como ya vimos anteriormente. Estos armnicos son producidos por elementos de comportamiento no lineal, y sobrecargan las redes de alimentacin, siendo indeseables por constituir una fuente de perturbaciones para otros aparatos en la misma red, y por reducir el factor de potencia del aparato afecto de stos. Los balastos electrnicos deben incluir en sus circuitos filtros de entrada que limiten y mantengan el nivel de armnicos igual o por debajo de lo exigido por la norma EN 61000-3-2. Corrientes de dispersin o de fuga: Para reducir las interferencias radioelctricas se utilizan filtros que originan corrientes dispersas no aceptables para el buen funcionamiento elctrico de los equipos. Los balastos electrnicos incorporan condensadores de supresin de interferencias que conducen a tierra las corrientes de fuga, con valores siempre inferiores a 05 mA., no comportando problema alguno para los equipos de proteccin y diferenciales del circuito.

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Para una correcta instalacin siempre es necesario utilizar el borne de tierra del balasto y conectarlo debidamente. Interferencias radioelctricas: Los equipos electrnicos de funcionamiento en altas frecuencias emiten o generan interferencias radioelctricas perjudiciales para el entorno elctrico y aparatos afines a l. Estos niveles de emisin deben situarse por debajo de los lmites tolerables por la norma EN 55015. Los balastos electrnicos disponen de etapas y filtros supresores de interferencias radioelctricas, de modo que su emisin sea siempre inferior a los lmites mximos normalizados. Para mantener este bajo nivel de emisin de radiointerferencias, hay que prestar especial atencin a la disposicin del cableado de la instalacin, siguiendo en todo momento las recomendaciones a tal fin.

Normativa bajo la que se deben construir los balastos de alta frecuenciaCon el fin de ofrecer las mximas garantas de funcionamiento y seguridad, los balastos electrnicos deben ser diseados segn las ltimas normas europeas para se permitan lograr las siguientes caractersticas: - Al ser electrnicos, estar totalmente libres de ruidos. - No producir parpadeos en el encendido. - Efecto estroboscpico corregico. - Utilizables como aparatos de emergencia, admitiendo la alimentacin en corriente continua. - Permitir un amplio margen de tensin de alimentacin. - Poseer un circuito de desconexin automtica frente a lmparas defectuosas o agotadas. - Incorporar filtros armnicos para evitar que stos se introduzcan en la red. Por lo tanto, deben cumplir o estar conformes con las siguientes normas: UNE-EN 50081-1: UNE-EN 55015: EN 61000-3-2: EN 60928: EN 60929: UNE-EN 50082-1: Compatibilidad Electromagntica. Norma genrica de emisin. Perturbaciones radioelctricas de las lmparas fluorescentes y luminarias. Perturbaciones de los sistemas de alimentacin. Armnicos. Prescripciones generales y de seguridad. Prescripciones de funcionamiento. Compatibilidad Electromagntica. Norma genrica de inmunidad.

Encendido con equipos electrnicos de alta frecuenciaSe considera tiempo de encendido para un balasto electrnico, al tiempo necesario para iniciar el encendido de la lmpara. En funcin de este periodo de tiempo distinguiremos los equipos de encendido instantneo (o en fro) y los equipos de encendidos con precalentamiento de ctodos (o en caliente). Balastos electrnicos de encendido instantneo: Producen el encendido de la lmpara en un tiempo prcticamente instantneo. Este encendido se produce con los ctodos de la lmpara fros, sin un precalientamiento previo. Se recomienda el uso de estos balastos en instalaciones donde se requieran un limitado nmero de encendidos diarios, como oficinas, locales comerciales, bancos, etc. Balastos electrnicos de encendido rpido: Estos balastos, a diferencia de los de encendido instantneo, tienen un corto precalentamiento, de aproximadamente 04 segundos. Balastos electrnicos de encendido con precalentamiento: Estos balastos producen el encendido de la lmpara en un tiempo aproximado de dos segundos. Previamente al encendido, los ctodos de la lmpara son precalentados por el paso de una corriente inicial por ellos, lo que origina un encendido ms suave, pero no instantneo. An con ello, en este tipo de instalaciones, la vida de la lmpara sometida a frecuentes encendidos es mucho menor que la de la lmpara que soporte pocos encendidos y largos periodos de funcionamiento continuado. Generador HF para lmparas de induccin: El generador HF proporciona la seal de alta frecuencia (265 Mhz) a la antena de la lmpara para iniciar y mantener la descarga del gas. El sistema de circuitos electrnicos del generador se encuentra encerrado en una caja de metal pequea, la cual adems de dar proteccin contra la interferencia de radio frecuencia, tambin sirve para conducir el calor generado en el circuito.



9.3. ArrancadoresLas lmparas de vapor de mercurio, tienen electrodos que les permiten el arranque con tensiones bajas, del orden de los 220 V., por lo que no necesitan ningn dispositivo adicional para el arranque. Sin embargo, las de halogenuros metlicos y las de sodio de alta presin, necesitan tensiones de encendido muy elevadas que no puede suministrarlas la reactancia por s sola. El proporcionar esta tensin de encendido es la misin de los arrancadores, que tambin se utilizan para el encendido de algunas lmparas de vapor de sodio a baja presin.

Principios de funcionamientoEstn basados en aprovechar la energa almacenada en un condensador, y que se descarga mediante un sistema de disparo adecuado en el bobinado primario de un transformador. Debido a la brusca variacin de flujo en el ncleo del mismo, aparece un impulso de tensin inducido en el secundario, de un valor de pico muy elevado y de poca duracin que superpuesto a la tensin de la red, hace saltar el arco en el interior del tubo de descarga. Segn su principio de funcionamiento podemos distinguir tres tipos diferentes de arrancadores: arrancador independiente, arrancador de transformador de impulsos y arrancador independiente de dos hilos. Adems de esta clasificacin por su forma de funcionamiento, los arrancadores pueden tener en su interior un sistema de desactivacin que corte su funcionamiento si la lmpara no arranca en un plazo de tiempo. Estos ltimos son los llamados arrancadores temporizados. Arrancador independiente o superposicin de impulsos (Arrancador serie) Funciona segn el esquema de la Fig. 6. El condensador del arrancador se descarga mediante el circuito de disparo sobre las espiras del primario del transformador, el cual amplifica el impulso al valor adecuado. La tensin del impulso depende exclusivamente del propio arrancador. Es compatible con cualquier reactancia de choque y sta no soporta los impulsos de encendido, cuyo valor en muchos casos es elevado.Balasto F Circuito de disparo Lmpara Red Condensador Resistencia Arrancador N Transformador

Condensador

Figura 6 Arrancador de transformador de impulsos (Arrancador semiparalelo) Utiliza la reactancia como amplificador de los productos por el arrancador y funciona segn el esquema de la Fig. 7. El condensador del arrancador se descarga mediante el dispositivo de disparo entre los puntos 2 y 3 de la reactancia, que con una adecuada proporcin de espiras respecto al total de la bobina, amplifica el impulso al valor necesario. El valor de los impulsos depende tanto del propio arrancador como de la reactancia utilizada y, por esto, no siempre es compatible cualquier combinacin de ambos. La reactancia debe llevar toma intermedia y estar sometida a las elevadas tensiones de pico producidas para el encendido.

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Balasto

1F

3 2Condensador Lmpara

Red Condensador Circuito de disparo

Arrancador Resistencia

N

Figura 7 Arrancador independiente de dos hilos (Arrancador paralelo) Funciona segn el esquema de la Fig. 8. La energa almacenada en el condensador C es devuelta hacia la lmpara por la intervencin del circuito de disparo D, en el preciso instante en el que la tensin de aqulla pasa por su valor mximo, obtenindose un impulso de un valor pico entre 2 y 4 veces el del instantneo de la red, alcanzando entre 600 V y 1.200 V, pero de mayor duracin y por lo tanto de ms energa que los obtenidos con los otros sistemas de arrancadores.Balasto F

Resistencia Lmpara Red Condensador Circuito de disparo Arrancador Condensador

N

Figura 8 stos son utilizables slo para algunas lmparas de halogenuros metlicos y para las de sodio a baja presin de 35 W., que requieren impulsos de tensin relativamente bajos pero de cierta duracin. Arrancadores temporizadores Son arrancadores con un dispositivo interno que tras un tiempo prefijado de produccin de impulsos, desactiva el funcionamiento del mismo. Si la lmpara no enciende por agotamiento o avera, deja de someter a los impulsos de alta tensin a todo el circuito. El arrancador vuelve a estar activo tras la interrupcin de la tensin de alimentacin del circuito aunque slo sea por un corto espacio de tiempo (milisegundos).



Normas de referenciaLas normas aplicables a los arrancadores son las siguientes: EN 60926: EN 60927: EN 60662: EN 61167: Aparatos arrancadores y cebadores (excepto los de efluvios). Prescripciones generales y de seguridad. Aparatos arrancadores y cebadores (excepto los de efluvios). Prescripciones de funcionamieto. Lmparas de vapor de sodio a alta presin. Lmparas de halogenuros metlicos.

Recomendaciones para el uso de arrancadoresEn primer lugar debemos elegir el arrancador adecuado para lmparas que deseamos instalar, de forma que nos proporcione el voltaje de pico necesario, el nmero de impulsos exigidos para encender la lmpara y admita la capacidad de carga que suponen los cables hasta la lmpara. Debe cuidarse la ubicacin de manera que haya siempre la mnima distancia desde el arrancador a la lmpara, para que la capacidad de los cables sea mnima y as asegurar el encendido. Dicha capacidad depende de la separacin entre s de los cables y de su longitud. En conductor portador del impulso de la alta tensin, el cual se indica en todos los arrancadores, debe de ser de un aislamiento para tensin de servicio no menor de 1 KV., y estar conectado al contacto central del portalmparas para favorecer el encendido de la misma. Hay que respetar siempre la forma de conexionado que se indica en el esquema del arrancador. Evitar que en alojamiento del arrancador pueda haber humedad, entrada de agua o condensaciones, ya que ello puede provocar derivaciones entre terminales o a tierra que nos anularan el impulso de alta tensin, no producindose el encendido. Tambin hay que evitar una excesiva temperatura ambiente que pueda provocar un sobrecalentamiento en el arrancador y ponga en peligro su duracin. La temperatura en el punto que se indica en la superficie del arrancador, no debe sobrepasar el valor indicado para tCC, cuando la lmpara est funcionando y estabilizada trmicamente. El arrancador produce tensiones de hasta 5 KV., por ello deben cuidarse especialmente los aislamientos de los cables que los soportan y no trabajar nunca en la luminaria sin estar seguros de que la tensin de alimentacin est cortada. Tener conectado el condensador de correccin del factor de potencia para evitar prdidas de impulso hacia la red.

CebadoresReciben este nombre los arrancadores destinados al encendido de las lmparas fluorescentes. El tipo de cebador ms normal es el llamado de destellos, compuesto por una ampolla de vidrio llena de gas nen a baja presin, en cuyo interior se encuentran dos electrodos, uno de los cuales o ambos son laminillas bimetlicas que se doblan ligeramente por la accin del calor. Paralelamente con los electrodos se halla conectado un condensador para eliminar interferencias. Todo el conjunto se aloja en un recipiente cilndrico de aluminio o material aislante, en el que se incluye una placa con dos patillas para su contacto y fijacin. El cebador se intercala en serie con los electrodos de la lmpara y el balasto, funcionando automticamente de la forma siguiente: Al establecerse la conexin se produce una pequea descarga elctrica entre las laminillas a travs del gas, calentndolas lo suficiente para que se doblen hasta unirse. Esta unin cierra el circuito y facilita durante un breve periodo de tiempo el paso de corriente por los electrodos de la lmpara que, al ponerse incandescentes, emiten electrones a su alrededor en forma de nube. Instantes despus, al enfriarse las laminillas, se separan abriendo el circuito y dando lugar con ello a que el balasto lance un impulso de tensin con el que se consigue la descarga del arco y el funcionamiento de la lmpara. Una vez encendida la lmpara, el cebador queda fuera de servicio al llegarle una tensin insuficiente. Si falla el encendido, el cebador vuelve a actuar de la misma forma. Sin embargo, los cebadores electrnicos realizan un slo intento de arranque (muy determinado) para que cualquier parpadeo durante la fase de encendido sea eliminada. Las ventajas adicionales del arrancador electrnico son la alta fiabilidad de arranque a bajas temperaturas ambientales y la prolongacin de la vida de la lmpara.

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9.4. Condensadores9.4.1. IntroduccinEl condensador elctrico es un sistema formado por dos conductores separados por un aislante. Si no se coloca ningn elemento entre los dos conductores, es el aire el que hace de aislante; ahora bien, generalmente, el aire se sustituye por otro aislante de mayor poder dielctrico, lo que permite aproximar mucho los conductores (armaduras) sin que las cargas elctricas salten de uno a otro. Si las armaduras de un condensador se conectan a los polos de un generador elctrico, adquieren cargas iguales y de distinto signo, por lo que, una vez desconectado, el condensador hace de almacn de cargas elctricas. La cantidad de carga almacenada por un condensador es directamente proporcional a la diferencia de potencial que se haya establecido entre sus placas, pero puede ocurrir que dos condensadores de distinta forma o tamao adquieran distinta carga cuando se someten a una misma diferencia de potencial. Capacidad de un condensador es el cociente entre la carga de una de sus placas y la diferencia de potencial entre ambas. C= donde: C = capacidad del condensador. q = carga del condensador (coulomb). U = diferencia de potencial entre las placas o las patillas del condensador (V). q U

Circuito capacitivo puroLa capacidad (capacitancia) de un circuito elctrico o de un elemento de circuito sirve para retardar una variacin en la tensin que se aplica entre sus bornes. Ese retardo es causado por la absorcin o cesin de energa y est asociado con la variacin en la carga de electricidad. Un circuito capacitivo puro es aquel cuya resistencia hmica es cero (capacitancia pura). Por las leyes del campo elctrico sabemos que la tensin entre las placas de un condensador es proporcional a la carga almacenada y que la relacin q/U es la capacidad. Si en vez de una tensin continua, se le aplica al condensador una tensin alterna senoidal, ser preciso una variacin de la misma du para producir una variacin de la carga dq = i dt en un tiempo infinitesimal dt. Es decir: dq = i dt = C du Si al circuito le aplicamos una tensin alterna senoidal u = Umax sen ( t), y la sustituimos en la ecuacin anterior, derivamos y operamos: i = Umax C sen( t + )

2

Esta ecuacin nos indica el adelanto que sufre la intensidad con respecto a la tensin debido al efecto del condensador.

Efecto de la frecuenciaReactancia de capacidad La capacidad de un circuito sirve para retardar el aumento o disminucin de la tensin, pero en ningn caso previene ni limita el cambio. Ahora bien, la frecuencia limita la amplitud de la corriente en un valor igual a 1 = . 1. . ohmios. A este .C 2 f C valor le llamamos reactancia capacitiva XC, que crece al disminuir la frecuencia y disminuye si aumenta la frecuencia. De ah que en corriente continua como f = 0 Hz, el valor de la reactancia capacitiva sea infinito y el de la corriente cero amperios.



Reactancia inductiva La inductancia de un circuito sirve para retardar el aumento o disminucin de la corriente, pero en ningn caso previene o limita el cambio. Ahora bien, la frecuencia limita la amplitud de la corriente en un valor igual a . L = 2 . . f . L ohmios. A este valor le llamamos reactancia inductiva XL, que crece al aumentar la frecuencia y disminuye si tambin lo hace la frecuencia. De ah que en corriente continua, como f = 0 Hz., el valor de la reactancia inductiva sea cero. Resistencia La resistencia que ofrece un conductor en corriente alterna se puede decir que es la misma que la que ofrece en corriente continua (resistencia hmica), siempre y cuando sean despreciables los efectos Kelvin y corona, y la resistencia debida a corrientes parsitas, histresis, etc.

Ley de Ohm generalizadaEn los circuitos, la corriente elctrica queda limitada por el valor de la resistencia (R), la reactancia inductiva (XL) y la reactancia capacitiva (XC) de los elementos que forman el circuito. A todos estos elementos se les puede someter a una tensin alterna senoidal que, en rgimen permanente, les hace circular una intensidad de corriente alterna de la misma forma y frecuencia de onda. Igualmente, en ellos se verifica la ley de Ohm generalizada para corriente alterna, cuya expresin es:

r r U Z = r I

( )

r Z = Z . (cos + j . sen ) = R + j . X

( )

La parte real del nmero complejo es la magnitud que conocemos con el nombre de resistencia, R, se representa en el eje real. Su mdulo vale:

R = Z . cos = ZZ2 - R2

( )

r La parte imaginaria del nmero complejo, Z , es la reactancia X, que se representa en el eje imaginario de tal forma que si es de naturaleza inductiva es positiva, +j . XL, y si es de naturaleza capacitiva resulta negativa, -j . XC. Su mdulo vale:

X = Z . sen = ZZ2 - R2El ngulo

( )

es el ngulo de desfase entre la tensin y la intensidad, de tal forma que si es positivo, corresponde a un circuito

inductivo. Si es negativo, corresponde a un circuito capacitivo. Como sabemos, este ngulo es de gran importancia en corriente alterna, pues le llamamos factor de potencia y nos da informacin acerca de la energa reactiva y nos la cuantifica.

XL -Xc Z X (inductiva)

0 R

Figura 9 Si el tringulo de impedancias de la Fig. 9 se multiplica por I2, lo que obtenemos es su correspondiente tringulo de potencias, en el que:

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Potencia activa Potencia reactiva Potencia aparente

P = R . I2 = U . I . cos Q = X . I2 = U . I . sen S = Z . I2 = U . I

(W) (V Ar) (V A)

S Q

0 P

Figura 10

9.4.2. Factor de potenciaEl factor de potencia (cos ) puede definirse como la eficiencia relativa en el uso de la energa elctrica. Tcnicamente es la relacin entre la potencia activa P (en W.) entregada a un receptor y la potencia aparente S (en V.A.) suministrada por la lnea de alimentacin.

2

S=

UI

=

P

2

+Q

L

QL=UI sen

0

P=UI cos

Figura 11 Siempre ser menor que la unidad, pero cuanto ms prximo sea a ella, mayor aprovechamiento estamos haciendo de la energa tomada de la red. En las normas para reactancias se especifica que un equipo (conjunto reactancialmpara) es de alto factor de potencia cuando su valor es igual o mayor que 085. El uso de reactancias de alto factor de potencia presenta las siguientes ventajas: 1- Cumplir con los requisitos de las compaas suministradoras de energa elctrica de tener compensado el factor de potencia como mnimo a 085. 2- Evitar recargos en los recibos por concepto de energa reactiva. 3- Reducir seccin en los conductores de las lneas de alimentacin en las instalaciones. 4- Utilizando equipos de alto factor de potencia se pueden instalar mayor nmero de luminarias por circuito con lo que se reducen y simplifican los equipos de proteccin (magnetotrmicos, diferenciales, etc.). Compensacin del factor de potencia Como normalmente, las reactancias de uso industrial son de tipo inductivo y su factor de potencia est en torno a 05, se han de asociar a ellas, reactancias de tipo capacitivo para que el factor de potencia del conjunto se aproxime a la unidad. Esta reactancia capacitiva consiste en uno o varios condensadores, cuya instalacin es conveniente hacerla prxima a la reactancia inductiva con el fin de poder dimensionar los conductores para una intensidad lo ms pequea posible, lo que no lograramos si colocramos los condensadores al principio de la instalacin, junto al cuadro de distribucin, por ejemplo.



Al seleccionar el mtodo de compensacin necesario se debera considerar la ubicacin de los condensadores y los aspectos econmicos (tarifas, parmetros de la red, coste inicial de la adquisicin y los gastos de mantenimiento del equipo). Aparte de esto, existen factores tales como armnicos del sistema y las condiciones del ambiente que puede limitar la utilizacin efectiva de los condensadores. No existe un mtodo de compensacin que pueda recomendarse universalmente; no obstante, pueden aplicarse varios mtodos en cada caso. Compensacin en paralelo La compensacin en paralelo se hace segn el esquema de la Fig. 12 en la que se ha representado una lmpara fluorescente de arranque por cebador, como ejemplo tpico, pero que es aplicable a cualquier otro tipo de lmpara.

IF

IL

Balasto

IcLmpara Red Condensador Cebador

ILN

Figura 12 El condensador conectado en paralelo a la red, ha de ser del valor adecuado para que la intensidad reactiva en adelanto de fase absorvida por l, IC, compuesta con la que circule por la lmpara, IL, d una intensidad absorbida de red, IT, cuyo factor de potencia sea prximo a la unidad (Fig. 13).Ic

Vred It IL

Figura 13 La tensin a soportar por el condensador es la de la red, y la tolerancia admitida en capacidad suele ser de 10% de su valor nominal. Siendo: VRED = IL = IC = It = y = Tensin de alimentacin. Corriente absorbida por el equipo sin compensar. Corriente absorbida por el condensador. Corriente en red tras la compensacin. ngulos de desfase antes y despus de la compensacin.

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Clculo del condensador necesario El clculo de la capacidad (C) del condensador necesario en un equipo, se puede resolver con ayuda de la siguiente expresin:

C=donde: cos = cos = V= =

P . (tag - tag ) (F) . V2

factor de potencia inicial ( = arc cos ). factor de potencia que queremos alcanzar ( = arc cos ). tensin de la lnea. frecuencia en radianes ( = 2. . F ; F es la frecuencia en Hz.).

Compensacin en serieComo anteriormente se ha establecido, la compensacin en paralelo reduce la componente de potencia reactiva de la corriente de la red, y por consiguiente, las prdidas de tensin. Con la compensacin en serie la potencia reactiva se transmite en algn grado y la recatara de la lnea queda influenciada al conectar los condensadores en serie con la red. La expresin para la prdida de tensin de la lnea viene dada por:

U = Ia . R + Ir . (XL - XC)Esta frmula muestra que, cuando XC = XL, la reactancia de la red es cero y la prdida de tensin originada por la transmisin de potencia reactiva es tambin, por consecuencia, cero. Al incluir un condensador adecuado en serie, XC puede ser mayor que XL, en cuyo caso, la reactancia de la red llega a hacerse negativa. As pues, la compensacin en serie tambin puede reducir la cada de tensin causada por la transmisin de la potencia activa.

9.5. Equipos de ahorro de energaEn los alumbrados pblicos con lmparas de descarga puede reducirse el consumo energtico en las horas de madrugada o en circunstancias de menor exigencia visual mediante la reduccin de la iluminancia en cada punto o en la mayora de los puntos luminosos correspondientes. En las antiguas instalaciones, se solan montar dos lmparas sobre cada luminaria destinada a alumbrado viario, con objeto entre otros de disponer de dos niveles de iluminacin segn las conveniencias. Actualmente se utiliza una luminaria con una sola lmpara de descarga incorporada y con equipo de doble nivel. Este balasto, permite la reduccin de la potencia gastada mediante la introduccin en el circuito de la lmpara de una inductancia adicional incorporada en el mismo ncleo de hierro de la inductancia principal en el ncleo separado. En las Fig. 14, 15 y 16 se esquematizan tres formas conocidas del sistema de doble nivel referido a una lmpara de vapor de mercurio.Rel

Balasto de doble nivel

Lmpara

F

N

Figura 14. El rel conmuta la toma del devanado en ncleo nico.



Rel

Balasto principal F

Balasto auxiliar

Lmpara

N

Figura 15. El rel inserta en serie con el circuito en choque auxiliar. Rel

Balasto auxiliar Lmpara F Balasto principal

N Figura 16. El rel abre el circuito de un choque en derivacin con el principal. En cualquier caso, se reduce el consumo de la lmpara al actuar el rel, conectado con una lnea de mando existente en la instalacin. Tambin puede disponerse de un temporizador en equipo de cada luminaria, que programado segn se precise haga el paso del nivel normal al reducido. El sistema de doble nivel que estamos describiendo puede aplicarse en lmparas de mercurio a alta presin y en lmparas de vapor de sodio de alta presin (teniendo especial cuidado en el circuito de arranque). Este sistema no es adecuado con las lmparas de halogenuros metlicos porque el color de la luz resulta muy afectado por la potencia emitida. En los sistemas de ahorro energtico con varios niveles de iluminacin, hay que vigilar el factor de potencia de la instalacin, siendo a veces necesario en el nivel mnimo reducir la capacidad instalada necesaria para el nivel mximo. Una ventaja aadida en los equipos de doble nivel, es la mayor duracin de equipos y lmparas, ya que generalmente, las sobretensiones perjudiciales se producen en las lneas en las horas en que se ha conectado el alumbrado a nivel reducido.

9.6. Equipos elctricos de las diferentes lmparas de descarga. CircuitosTubos fluorescentesLos tubos fluorescentes se clasifican en dos grandes grupos, en funcin de que los ctodos estn o no caldeados para su arranque. Los ms normales son los de ctodo caliente que pueden arrancarse mediante cebador trmico (Fig. 17), caldeo de filamentos en los sistemas de arranque rpido rapid start (Fig. 18), arranque trigger (se reduce la tensin del filamento una vez que el tubo ha arrancado), arranque semi-resonante (Fig. 19) y arranque por medios electrnicos.

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Otro tipo de tubos es el de ctodo fro, que arrancan casi exclusivamente por la tensin aplicada entre sus extremos.Balasto F

Red

Condensador

N

Figura 17. Arranque por cebador. Balasto inductivo. Compensacin del factor de potencia en paralelo con la lnea.

F RedCondensador

N

Figura 18. Arranque rpido. Circuito con autotransformador a dispersin (con calentamiento de electrodos en paralelo).

Balasto F

Lmpara

Red

Condensador

N

Figura 19. Encendido rpido. Circuito semirresonante con calentamiento de electrodos en serie.

Lmparas de vapor de mercurio a alta presinLos equipos elctricos ms usados son los de una inductancia en serie con la lmpara que limita las intensidades de arranque y de rgimen normal. El bajo factor de potencia que el uso de la inductancia produce, se corrige mediante el empleo de condensadores en paralelo con la lnea (Fig. 20). Cuando la tensin de la lnea es insuficiente o excesivamente grande para la que precisa las lmparas, se acopla un transformador entre la lnea y la inductancia de estabilizacin (la inductancia puede incorporarse al secundario del transformador y es lo que se denomina transformador a fugas o de dispersin).


Lmpara

Lmpara

Cebador


Balasto F Red N Lmpara Condensador

Figura 20. Esquema de conexin para lmparas de mercurio a alta presin.

Lmparas de vapor de sodio a baja presinLos equipos utilizados para este tipo de lmpara en el pasado reciente han sido casi exclusivamente los constituidos por un autotransformador de alta impedancia en el secundario y condensador en paralelo con la lnea para mejorar el factor de potencia (Fig. 21). Recientemente se utilizan con nuevas lmparas, inductancias en serie o circuitos semirresonantes (pequeas potencias, Fig. 22) y circuitos hbridos constituidos por autotransformadores de mayor complejidad asociados a arrancadores electrnicos (Fig. 23), al objeto de mejorar el comportamiento de las lmparas y reducir fuertemente el consumo de potencia.

Balasto

F

Red Condensador

N

Figura 21. Autotransformador de dispersin.

Reactancia F

Red N

Condensador

Figura 22. Arranque semirresonante.

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Lmpara


Balasto

F

Red N

Condensador

Arrancador

Figura 23. Circuito hbrido. Impedancia y arrancador electrnico.

Lmparas de vapor de sodio a alta presinPara el arranque de este tipo de lmparas se han desarrollado arrancadores electrnicos que en combinacin con el balasto o de forma independiente, generan impulsos que las lmparas necesitan para inicio del arco. Estos arrancadores deben cesar en la emisin de impulsos, una vez que la lmpara ha encendido, para no perjudicarla. Hay dos tipos de arrancadores desde el punto de vista de su asociacin con el balasto: los que incorporan un transformador para la generacin de los impulsos de alta tensin (Fig. 24) y los que utilizan la inductancia como transformador (Fig. 25). Los primeros deben montarse muy prximos a la lmpara asociada, pudiendo colocarse el balasto alejado de la lmpara. Los que utilizan la impedancia como transformador son ms econmicos y debe armonizarse la pareja reactancia-arrancador, pudiendo alejarse la lmpara del equipo de acuerdo con la capacidad de los cables que permita el arrancador. Por lo dems, la estabilizacin en estas lmparas est fuertemente determinada por la caracterstica del arco de vapor de sodio, cuya tensin no permanece constante a lo largo de su vida. El mejor sistema de estabilizacin de este tipo de lmpara es el de una inductancia en serie con tensin de alimentacin constante.Balasto F

Lmpara

Red

Condensador Arrancador

N

Figura 24. Esquema con arrancador independiente.

Balasto F

Red

Condensador

N


Lmpara

Arrancador


Figura 25. Esquema con arrancador semiparalelo.

Lmparas de halogenuros metlicosEn general, no ha sido necesario desarrollar balastos especiales para estas lmparas. Las lmparas de halogenuros de tres bandas emplean balastos destinados a lmparas de mercurio a alta presin, mientras que las lmparas de tierras raras y lmparas de estao funcionan bien con balastos para lmparas de sodio a alta presin. Como la tensin del balasto no es suficiente para arrancar esta lmpara, necesita de arrancador externo (Fig. 26., 27. y 28.).Balasto F Lmpara

Red

Condensador Arrancador

N

Figura 26. Esquema con arrancador independiente.

Balasto F

Red

Condensador

Arrancador Lmpara

N

Figura 27. Esquema con arrancador semiparalelo.

Balasto

F

Red

Condensador

Arrancador

N

Figura 28. Esquema con arrancador paralelo.

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Lmpara

explicacion de los equipos auxiliares de regulacion control sodio mercurio halogenuros

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