Construcción de un detector de tensión por inducción, fabricado con muy pocos componentes electrónicos. El detector de tensión por inducción sustituye al clásico destornillador buscapolos con lamparita de neón. La ventaja de este detector, es que además de poder localizar el hilo activo de la red (Fase) sin realizar un contacto eléctrico, puede utilizarse para localizar averías en cableados.
En realidad no merece la pena fabricar un detector de tensión inductivo, porque se pueden comprar por Internet a un precio muy reducido. Sin embargo, se podría montar un detector muy sencillo utilizando componentes reciclados y con fines experimentales.
Puede montarse el circuito básico, con la indicación óptica del diodo LED, o añadir la opción del aviso acústico incluyendo 3 componentes más: una resistencia, un transistor y un zumbador piezoeléctrico activo.
Funcionamiento
Este circuito capta y amplifica el campo electromagnético que emite la señal alterna de la red eléctrica (50-60Hz). La intensidad del campo electromagnético es proporcional a la tensión del elemento conductor e inversamente proporcional a su distancia. Por este motivo, la sensibilidad del circuito será mayor en una instalación de 230 VAC que en otra de 110 VAC.
El elemento captador consiste en un trozo de cable, conectado a la base de un transistor de tipo NPN. La unión base-emisor del primer transistor hace de diodo, rectificando y amplificando el semiciclo positivo de la señal alterna inducida. Como la señal es sinusoidal y la ganancia del transistor es alta, a la salida (colector) obtendremos una señal continua pulsante con la frecuencia de la red (50-60Hz) y con una amplitud y ancho de impulso variable, dependiendo de la distancia que exista entre el punto de tensión (Fase) y el elemento captador. En la siguiente imagen se puede observar la forma de onda que aparece en el colector del transistor de entrada, antes de montar el condensador de 100 nF.
El condensador de 100 nF filtra la señal alterna, convirtiendo la salida en una tensión continua de amplitud variable. Así cuando conduce el transistor de entrada se produce una corriente variable en las 2 resistencias (100K y 1M), provocando la conducción del segundo transistor (PNP). Al conducir el segundo transistor, el cuál hace la función de interruptor-regulador de tensión, se polariza el último transistor y se enciende el indicador LED. La intensidad del diodo LED varía ligeramente en función de la distancia entre el punto de tensión y el elemento captador. De esta manera es más fácil localizar el cable de Fase cuando se encuentre dentro de un mazo. Si se quisiera añadir una indicación acústica al circuito, se tendría que montar otro transistor más para que el zumbador funcionara correctamente.
Debido a la elevada ganancia del circuito, junto con su alta impedancia de entrada, este comprobador es muy sensible a posibles inducciones entre elementos. Dependiendo de la distancia entre soldaduras y tipo de circuito impreso utilizado, podría funcionar de forma errática.
Posibles causas del salto de un disyuntor diferencial cuando no estamos en casa. Detalles del funcionamiento de un disyuntor diferencial, monofásico y trifásico, comprobando su correcto funcionamiento. Sobretensión en una instalación trifásica cuando falla el neutro, y modo de proteger la instalación mediante un circuito de protección casero. Detalles de funcionamiento del módulo de control MT53RA, montado en un diferencial trifásico de 40A. Modos de funcionamiento de un diferencial rearmable, y comprobación del ciclo completo con sus tiempos de rearme.
Sistemas de protección eléctrica
En los cuadros de distribución eléctrica se instalan dos sistemas de protección:
Magnetotérmico: destinado a la protección de la propia instalación eléctrica y los equipos conectados.
Diferencial: destinado a la protección de personas frente a posibles descargas eléctricas.
Magnetotérmico
El interruptor magnetotérmico es un dispositivo diseñado para proteger tanto la instalación eléctrica como los aparatos conectados a ella. Los magnetotérmicos incluyen dos sistemas de protección:
Protección Magnética – respuesta rápida frente a cortocircuitos: Consiste en una bobina colocada en serie con la corriente que circula a través del interruptor/disyuntor. Esta protección se activa cuando circula una intensidad de corriente entre 5 y 10 veces superior a la nominal. Este margen evita que se dispare la protección durante la fase de arranque de algunos dispositivos de potencia (principalmente motores).
Protección Térmica – respuesta lenta frente a sobrecargas: Consiste en una lámina bimetálica, la cuál se curvará en mayor o menor medida en función de la cantidad de corriente que circule por ella, provocando así un disparo de respuesta lenta. El sistema de protección térmica se dispara cuando se sobrepasa la corriente nominal durante un tiempo, protegiendo así la instalación eléctrica por sobrecarga.
Diferencial
El interruptor diferencial tiene como misión evitar que una persona que toque un conductor de la instalación se pueda quedar electrocutada, al circular una intensidad de corriente peligrosa (>30 mA) a través de su cuerpo a tierra. En instalaciones de tipo industrial, cuando los equipos conectados no son manipulados por personas, la protección diferencial se instala para proteger los equipos frente a posibles averías, al circular la corriente a tierra cuando existe alguna derivación eléctrica (normalmente por humedad excesiva o inundación). En estos casos, la corriente de disparo por derivación puede superar los 30mA, y se suelen utilizar diferenciales de mayor corriente (normalmente 300 mA).
El interruptor diferencial se conecta al inicio de la instalación, con el fin de proteger a las personas cuando manipulan en el cuadro eléctrico (conectar o desconectar algún magnetotérmico). Un interruptor diferencial mide la corriente que entra y sale del circuito, para así determinar si entra y sale la misma intensidad. Esta medida se realiza con un pequeño transformador de corriente, compuesto por un anillo de ferrita, el cuál traduce en tensión la diferencia de flujo magnético que lo atraviesa, entre el hilo de Fase y Neutro (ver imagen anterior). Si existe una diferencia de corriente entre ambos hilos (Fase-Neutro) superior a la nominal (>30 mA), la tensión inducida en el bobinado secundario provoca el disparo del mecanismo que mantiene conectados los contactos entre la entrada y salida del diferencial.
El interruptor diferencial dispone de un pulsador Test, con el fin de comprobar su correcto funcionamiento. El pulsador conecta una pequeña carga entre el hilo de salida de la Fase y el de entrada del Neutro. Cuando se pulsa el botón, la corriente que circula por la resistencia (>30 mA) pasa a través del anillo toroidal en un solo sentido y se provoca el disparo del diferencial.
¿Por qué se dispara el diferencial de forma aleatoria?
La normativa actual obliga a los fabricantes de electrodomésticos a que sus equipos no inyecten ruidos radioeléctricos ni armónicos en la red. Por este motivo, todos los equipos modernos incorporan a su entrada un filtro de red. Este filtro pasivo de tipo ‘paso bajo‘ elimina cualquier interferencia o frecuencia armónica que pudiera producir el electrodoméstico. Los filtros de red eliminan estas señales mediante condensadores colocados entre ambos polos de la salida del filtro y tierra (ver imagen siguiente).
Dichos condensadores provocan al mismo tiempo una pequeña corriente de derivación a tierra, cada vez que conectamos un electrodoméstico en la instalación… y todas estas corrientes se suman creando una corriente residual y permanente en la instalación (<30 mA). El problema es cuando a la entrada del cuadro eléctrico no llega una señal pura, sinusoidal a 50/60 Hz y libre de armónicos. En estos casos, como los condensadores de los filtros de red permanecen conectados aunque los electrodomésticos estén sin funcionar, se produce un incremento en la corriente diferencial que circula a través del cuadro eléctrico… y se provoca el disparo del interruptor diferencial.
En un cuadro de distribución trifásico existe un riesgo añadido, y es el de sobretensión en caso de que falle la conexión del cable de Neutro. Si no existe una conexión del Neutro entre el centro de transformación (compañía eléctrica) y la instalación, se provoca un desequilibrio en las tensiones de las 3 fases (ver imagen siguiente).
Si las cargas entre fases no son idénticas, la tensión en cada fase cambiará en función de su carga. La fase que esté más cargada tendrá una tensión más baja de lo normal, y en la fase menos cargada subirá la tensión. Si esto sucede, lo normal es que los equipos conectados a la fase menos cargada empiecen a quemarse por sobretensión. Si los equipos averiados acaban por desconectarse de la red (rotura de fusibles o cables de conexión), la carga en dicha fase será todavía menor y como consecuencia aumentará la tensión en dicha fase… provocando una reacción en cadena hasta que se queme el último equipo conectado.
Aunque existen módulos de protección contra sobretensión para instalar en los cuadros eléctricos, como no tenía espacio libre, decidí fabricar una protección de tipo ‘casero’ para proteger los equipos frente a un posible fallo del Neutro.
Este sistema de protección consiste en provocar una corriente diferencial alta en la instalación, en caso de que la tensión en alguna de las fases supere los 270V. Se instala un circuito idéntico por fase. Cuando la tensión de entrada en alguna de las fases supera la tensión del varistor (250V) la corriente alterna rectificada por el diodo y condensador llega al relé de 24 VDC, provocando el cierre de sus contactos. La conexión entre Fase y tierra de la resistencia de 4K7 provoca una corriente diferencial >30 mA, se dispara el interruptor diferencial y se corta el suministro eléctrico.
Tipos de interruptor diferencial
Un interruptor diferencial puede ser monofásico (2 polos) o trifásico (4 polos), para una intensidad de corriente máxima determinada (25A, 40A, etc.) y para una corriente de disparo diferencial fija o variable. Los diferenciales de uso doméstico, pensados para la protección de personas, son de 30 mA. Aparte de estos parámetros básicos, existen diferentes ‘Clases’ dependiendo del tipo de respuesta y funcionamiento. Para uso doméstico, normalmente se utilizan las siguientes clases:
Clase AC: sólo detecta las fugas de corriente alterna, y son los que normalmente se instalan en las viviendas.
Clase A o inmunizado: incluyen la detección de corriente continua pulsante, y están pensados para evitar los saltos intempestivos más frecuentes.
Clase A «si» o superinmunizado: es un diferencial del tipo A mejorado. Evita las desconexiones intempestivas por corrientes de alta frecuencia y saltos intempestivos debidos a elementos externos a la instalación que protege.
El diferencial Clase A «si» o superinmunizado, aunque no está contemplado en la Reglamentación Electrotécnica de Baja Tensión (REBT) es la solución cuando se producen disparos frecuentes del diferencial sin motivo aparente. El único problema es que suelen incorporar como protección contra sobretensión varistores… y si se avería alguno, te tocará cambiar el diferencial completo. Teniendo en cuenta que existen módulos externos para proteger la línea contra sobretensión con filtros de RF, los cuáles se pueden intercalar a la entrada del diferencial, un diferencial de Clase A podría ser la mejor elección. En caso de que su protección no fuera suficiente, siempre se podrían montar protecciones y filtros externos… sin tener que comprar un diferencial nuevo.
Interruptor diferencial rearmable
Cuando se dispara la protección diferencial, en la mayoría de los casos se soluciona el problema con una simple reconexión manual, ya que no se trata de una fuga permanente. Si esto sucede cuando estamos de vacaciones, la falta de suministro eléctrico se puede convertir en un gran problema: los alimentos se estropean en el frigorífico, las plantas se secan por falta de riego, el sistema de alarma no funciona, etc. Un diferencial rearmable garantiza la continuidad del suministro eléctrico, evitando pérdidas económicas.
Módulo de reconexión MT53RA
El módulo de reconexión MT53RA es un módulo independiente del diferencial, y podría controlar un magnetotérmico o un diferencial, monofásico o trifásico, siempre que pueda acoplarse el mando del disyuntor con su leva de actuación.
El módulo MT53RA tiene que alimentarse desde la entrada del disyuntor a controlar, ya que necesita estar alimentado cuando se dispara la protección. Este módulo puede controlarse a distancia mediante 2 pulsadores, permitiendo la conexión o desconexión cuando está en modo Automático. Cuando se actúa en algún pulsador, se deshabilita el rearme automático. Para volver a modo Automático, es necesario pasar a modo Manual y volver a modo Automático (Reset).
El MT53RA puede funcionar en modo Manual o Automático, y dispone de una tercera posición de bloqueo, que permite bloquear el mando para que no se pueda accionar de forma involuntaria. En esta posición, por la parte inferior del mando aparece un orificio para bloquer el mando con un candado o brida, y evitar riesgos cuando se están efectuando trabajos eléctricos en la instalación.
En mi caso, como ya tenía montada la protección ‘casera’ contra sobretensión y no salta el diferencial con demasiada frecuencia, he optado por montar un interruptor diferencial de Clase A rearmable. De esta manera no tendré que preocuparme cuando salte el diferencial sin estar en casa, porque se rearmará solo… y en caso de avería (3 rearmes consecutivos en menos de 6 minutos) se desconectará de forma permanente protegiendo la instalación.
La electroluminiscencia es un fenómeno óptico y eléctrico, en el cual se genera luz a partir de una corriente eléctrica. Los materiales electroluminiscentes son aquellos que contienen una cierta cantidad de fósforo y emiten una luz al paso de una corriente eléctrica. Se analiza el funcionamiento de un panel gráfico, con control de sonido y también se realizan pruebas con hilos electroluminiscentes de diferentes colores.
Funcionamiento
Los iones activadores actúan como emisores o centros luminiscentes y poseen niveles energéticos que pueden ser activados por excitación directa o indirecta, por transferencia de energía a través de algún lugar de la estructura del material portador para que la emisión de luz ocurra. Un fósforo adecuado debe absorber la energía de excitación, y después emitir luz rápida y tan eficiente como sea posible. El tiempo que transcurre entre la excitación y la emisión debe ser lo suficientemente pequeño para evitar destellos. La excitación de los fósforos se consigue mediante la aplicación de campos eléctricos intensos a altas frecuencias.
Ventajas
Bajo consumo de corriente
Vida larga, hasta de 50,000 horas
Regulación propia, por lo que no se requiere un circuito de control
Emisión de luz omnidireccional
Opera en un rango de temperatura amplio, desde -60°C hasta 90°C
Pueden usarse en exteriores
Inconvenientes
Emisión de luz limitada.
No hay una gran variedad de colores.
Poca eficiencia, alrededor de 2..6 Lm/W
Se requieren altos voltajes, desde 60 V hasta 600 V
Hilo electroluminiscente (Wire EL)
La estructura del hilo EL (Wire) consiste en un núcleo conductor de cobre que funciona como electrodo, el cuál está cubierto con un material fósforo y a su vez está cubierta por un forro de plástico transparente. Unos hilo muy fino en espiral se encuentra alrededor del forro de plástico transparente. Este cable funciona como un segundo electrodo. Finalmente, ese forro de plástico transparente puede estar cubierto por otro forro de color. Cuando se aplica una diferencia de potencial, la capa fósforo emite luz entre los espacios de los cables al crearse un campo eléctrico.
Circuito inversor
El inversor que se usa en el hilo EL sirve para proporcionar la frecuencia necesaria para que brille. Cuanto más alta sea la frecuencia, mayor brillo proporcionará el hilo y su vida útil se reducirá; en cambio, si la frecuencia es menor, el brillo se reduce pero su vida útil aumenta.
Por supuesto, deberá escogerse el inversor dependiendo de la longitud del cable y de la frecuencia que quiera emplearse.
Construcción de un temporizador para la insoladora. Como este programador es programable entre 1 segundo y 100 minutos, no lo he integrado dentro de la insoladora. Así es posible utilizarlo para temporizar cualquier dispositivo que vaya conectado a la red eléctrica.
Este temporizador está construido con el micro-controlador AT89S52 y se puede programar sin desmontarlo de la placa de circuito impreso, utilizando el interface ICSP . Si no dispones de un programador, puedes hacerlo con Arduino.
Este circuito se alimenta con una tensión continua de 5V. Podría utilizarse cualquier fuente de alimentación convencional o cargador de un dispositivo móvil. Al final he decidido incorporar en este montaje una pequeña fuente de alimentación conmutada de 5V, ya que son muy baratas y se pueden integrar muy bien dentro del mismo circuito impreso del temporizador.
Para el control de salida de tensión he utilizado un relé controlado por un transistor. De esta manera no habrá problemas con el tipo de carga, resistiva o reactiva, ni la potencia a conectar. Sólo habrá que elegir el relé más adecuado a la corriente máxima que necesitemos controlar.
Circuito impreso
El circuito impreso lo puedes realizar siguiendo el proceso que más te convenga, por transferencia desde el papel con la plancha o utilizando una placa de circuito impreso fotosensible. A continuación os dejo la imagen del circuito impreso, tanto en positivo como en negativo, con el tamaño adecuado para imprimir a escala 1:1, utilizando papel o transparencia de tamaño A4.
PCB para imprimir en A4
Hay que tener cuidado al hacer el contacto y no ponerlo al revés… las letras se tienen que leer mirando la cara del cobre (cara de soldaduras)
Montaje
El montaje de los componentes en el circuito impreso es muy sencillo, son muy pocos componentes y ninguno de ellos es SMD (montaje superficial). Sólo hay que prestar atención al colocar en su posición algunos componentes: condensadores electrolíticos, diodo, transistores, circuito integrado y zumbador.
Con el fin de facilitar el montaje y no confundir las conexiones del circuito impreso con el display, os dejo el siguiente esquema de montaje:
Instrucciones de funcionamiento
Este temporizador digital es programable entre 1 segundo y 100 minutos, pero siempre arranca con un tiempo prefijado de 5 minutos. Al conectar la alimentación, lo primero que aparecerá es la versión del firmware.
A continuación aparece la pantalla EDICIÓN con el valor por defecto de 5 minutos.
Modo: EDICIÓN
El cursor parpadea en la posición en la que puede modificarse el valor , mediante la pulsación del botón rotulado con la flecha hacia arriba (ON/OFF).
El botón con la flecha hacia la derecha (SET), desplaza el cursor al siguiente dígito y almacena el valor anterior. Si no se quiere cambiar el tiempo que muestra el display, sólo hay que ir pulsando el botón SET hasta que desaparezca el cursor por la derecha y salga del modo edición.
Modo: FUNCIONAMIENTO
Cuando el temporizador está en modo FUNCIONAMIENTO, en la línea superior del display se muestra la posición del contacto del relé de forma gráfica. Pulsando el botón ON/OFF se alterna el arranque y parada del tiempo.
Si se detiene el tiempo antes de finalizar la cuenta -tiempo prefijado a la derecha de la línea inferior del display- se guarda el valor del tiempo contabilizado hasta el momento, pudiendo continuar la cuenta con la siguiente pulsación. El valor de tiempo prefijado se puede modificar en cualquier momento pulsando el botón SET, pero teniendo en cuenta que el temporizador tendrá que estar parado.
