PRÓLOGO

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“prologo” — 2006/6/9 — 21:05 — page XI — #1
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PRÓLOGO
La energía eléctrica se considera y se percibe hoy en día como un bien básico sin el cual la
sociedad actual, tal y como la conocemos, no se puede imaginar. Desde su producción en las
centrales eléctricas hasta su consumo final en nuestras ciudades, fábricas y hogares, hay un gran
número de sistemas, de equipos y de normas de funcionamiento y de seguridad que lo permiten
y que son objeto de la denominada Tecnología Eléctrica.
La conocida afirmación de que en ocasiones “los árboles no dejan ver el bosque” se puede
aplicar con toda propiedad a la Electricidad y a la Tecnología Eléctrica: la omnipresencia de
la primera en nuestra sociedad tecnológica industrial ha dado lugar al escaso conocimiento y
poca difusión que se tiene de la segunda. Por ello, el objetivo de este libro es presentar y explicar
los principales temas relativos a la tecnología que subyace tras la generación, el transporte, la
distribución y la utilización de la energía eléctrica, incluyendo conceptos relacionados con el
diseño y la operación de las instalaciones eléctricas.
Bajo el título Tecnología Eléctrica se puede encontrar muchos libros que dan contenido
a la idea expuesta en el párrafo anterior desde puntos de vista muy distintos. Otros libros son
excelentes monografías sobre algunos de los diferentes temas que entran dentro de esa tecnología.
Frente a todos ellos, la principal virtud de este libro es la de ser uno de los pocos en ofrecer
una visión general y, a la vez, rigurosa de los fundamentos y de los aspectos más importantes
que aborda la Tecnología Eléctrica, desde la generación hasta la distribución y el consumo final.
En él se explica qué es un sistema eléctrico, se presentan las herramientas básicas de análisis y
diseño de los sistemas e instalaciones eléctricas y se describen los principales equipos y aparatos
que se encuentran en ellos, haciendo referencia constante a las normas que les son de aplicación.
En los actuales planes de estudios de la titulación de Ingeniero Industrial hay una asignatura
que, precisamente, también tiene ese nombre, Tecnología Eléctrica, y que por su carácter
troncal es común a todos los ingenieros industriales, sea cual sea su especialidad. Además, la
realidad profesional de las demás ramas de la Ingeniería hace que también, con mayor o menor
profundidad, en todas ellas se aborden contenidos relacionados con la Tecnología Eléctrica.
Igualmente, la constante actualización de las normas y aspectos técnicos relativos al Sector
Eléctrico obliga a los profesionales que trabajan en él a mantenerse al día en estos temas. Este
libro está dirigido a todos ellos, estudiantes y profesionales, interesados en el conocimiento, el
estudio y el desarrollo profesional de la Tecnología Eléctrica y en él se combinan los aspectos
prácticos de esta tecnología, basados en el uso de tablas y gráficos, con un análisis riguroso de los
circuitos eléctricos propios de la misma, más habitual del análisis de los sistemas eléctricos de
potencia. En cualquier caso, para el estudio de este libro es aconsejable tener unos conocimientos
previos de carácter básico de Teoría de Circuitos y de Máquinas Eléctricas, equivalentes a los
correspondientes a una asignatura universitaria cuatrimestral en cada una.
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“prologo” — 2006/6/9 — 21:05 — page XII — #2
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XII
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Tecnología eléctrica
El contenido del libro es unitario, aunque en él se pueden distinguir tres partes o bloques
temáticos que corresponden al sistema eléctrico, su representación y análisis, a los aparatos y
equipos que en él se encuentran, y a las instalaciones de baja tensión, analizadas desde el punto
de vista de la seguridad. Su contenido se ha dividido en doce capítulos.
En el primer capítulo se explica qué es un sistema eléctrico, particularizando esa presentación
al Sistema Eléctrico Nacional español. A continuación se describen los distintos tipos de centrales
de producción de energía eléctrica existentes: hidroeléctricas, térmicas convencionales, nucleares
y con energías renovables. Se finaliza el capítulo con la referencia a las principales leyes y
normas técnicas que constituyen la legislación básica del Sector Eléctrico español.
El Capítulo 2 es un resumen y recordatorio de los conceptos electrotécnicos básicos necesarios para el análisis de los circuitos eléctricos y, en particular, de los sistemas trifásicos. A
continuación se explica el método de cálculo en valores por unidad que constituye una poderosa
herramienta para el análisis de los sistemas eléctricos de potencia.
El Capítulo 3 aborda el estudio de las máquinas eléctricas: el generador síncrono, el motor
de inducción o asíncrono y el transformador. Partiendo del principio físico de funcionamiento
de cada una se ellas, el capítulo se refiere a su estudio y modelado eléctrico como elementos
existentes dentro del sistema eléctrico.
El Capítulo 4 desarrolla el estudio de otro de los elementos básicos de los sistemas eléctricos
como son las líneas de transporte y distribución. Se explican sus parámetros característicos y los
modelos eléctricos que se utilizan para representarlas en función de su longitud. Se finaliza el
capítulo con la presentación de los cables, utilizados en media y baja tensión, de sus principales
características y, como ejemplo de aplicación, la explicación del método de selección de cables
en los sistemas de baja tensión.
Una vez vistos los elementos que forman un sistema eléctrico, en el Capítulo 5 se desarrolla
el análisis del sistema como un conjunto que integra esos elementos vistos en los dos capítulos
anteriores. Así, se explican los modelos de red y se extiende a ellos el método de cálculo en
valores por unidad. Por último se explica el problema del flujo de cargas, que es el estudio clásico
básico de análisis del sistema eléctrico en estado normal y que permite calcular su punto de
funcionamiento en régimen permanente.
En el Capítulo 6 finaliza la primera parte del libro con la explicación del otro estudio
clásico de análisis del sistema, esta vez en estado perturbado, como son las faltas simétricas o
cortocircuitos trifásicos. Si bien este tipo de cortocircuito es el menos frecuente en el sistema
(frente a las faltas entre dos fases o entre fase y tierra), es el que da lugar a las mayores corrientes
de falta por lo que es el utilizado para el dimensionado del sistema y de sus protecciones.
La segunda parte del libro corresponde a los elementos y equipos de un sistema eléctrico
y se inicia en el mismo Capítulo 6 con la descripción de los relés que son los elementos que
deben detectar esas corrientes de falta y provocar la actuación de las protecciones del sistema. Se
describen los distintos tipos de relés, sus características y valores de definición, con indicación
de las normas que les son aplicables.
El Capítulo 7 trata de los centros de transformación a partir de su descripción física y
operativa. El centro de transformación es la parte del sistema eléctrico que da una mejor visión
de conjunto, pues en él se concentran la mayoría de los elementos más importantes que hay
en cualquier sistema eléctrico, fundamentalmente aquellos que tienen una relación directa
con la seguridad, como son los aisladores, los seccionadores y los interruptores, los fusibles
y los transformadores de distribución y medida. En este capítulo también se presentan las
características de aislamiento necesarias en el sistema y se describen los aisladores que son los
principales elementos que garantizan esas características.
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“prologo” — 2006/6/9 — 21:05 — page XIII — #3
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Prólogo
XIII
En el Capítulo 8 se describen los elementos que se encargan de las maniobras de interrupción,
seccionamiento y protección de los circuitos del sistema eléctrico y que forman lo que en la terminología del sector se conoce como aparamenta eléctrica. Se describen física y funcionalmente
cada uno de ellos, las características normativas que se les asignan y, mediante algunos ejemplos
de aplicación, el cálculo para la elección de esas características.
El Capítulo 9 aborda el estudio de los transformadores de potencia y de los transformadores
de distribución. Se describen los distintos tipos de transformadores de potencia y de distribución
que hay en el sistema, sus principales características constructivas, parámetros asignados y
condiciones de funcionamiento, conforme a la normativa que les es de aplicación, así como los
tipos de ensayos normativos establecidos.
En el Capítulo 10 se inicia la tercera parte del libro dedicada a las instalaciones de baja
tensión, con la descripción de los diferentes esquemas normalizados de distribución del neutro,
dependiendo de la conexión a tierra de las masas y del neutro, y estableciendo los requisitos
generales que dichos esquemas deben cumplir. A continuación, en este mismo capítulo, también
se describen las instalaciones de puesta a tierra en baja tensión y se explica su finalidad.
El Capítulo 11 aborda la seguridad de las instalaciones de baja tensión frente a las sobretensiones y a las sobreintensidades (tanto sobrecargas como cortocircuitos). Para ello se
describen esos tipos de perturbaciones y se establecen, en cada caso, los métodos de selección
de los dispositivos de protección relevantes atendiendo, entre otros, a los criterios térmicos y de
intensidad máxima admisible por un circuito. Con ello se determinan los principales parámetros
y características asignadas de las protecciones, así como la necesaria coordinación que debe
haber entre ellas.
El libro termina con el Capítulo 12 en el que se describen las distintas formas de protección
contra los choques eléctricos, considerando tanto las condiciones normales de uso como las
debidas al fallo del aislamiento. Se describen las principales medidas de protección contra
contactos directos mediante envolventes, por medio de obstáculos y por alejamiento. En lo
relativo a los contactos indirectos se describen las reglas generales de protección atendiendo
a los diferentes esquemas de distribución del neutro y se describe el funcionamiento y las
características principales del interruptor diferencial como elemento básico de protección contra
contactos indirectos en algunos tipos de instalación descritos. En este capítulo, al igual que en los
dos anteriores, se desarrolla un ejemplo de aplicación detallado que sirve para fijar los conceptos
explicados, y se hace referencia a la normativa aplicable en todo momento, especialmente al
Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (aunque se trata de una norma válida sólo para
España, otros países disponen de reglamentos similares).
El contenido del libro es completo y autosuficiente, y en él se incluyen numerosas referencias
a otros libros y normas con objeto de citar las fuentes de la información usada. También
se incluyen referencias no citadas con objeto de que el lector interesado pueda ampliar sus
conocimientos en los temas desarrollados. A lo largo del libro se incluyen ejemplos, de mayor o
menor extensión, que ayudan a comprender los conceptos individuales expuestos o la relación
entre ellos. Debe tenerse en cuenta que conforme se avanza en la exposición de la materia los
ejemplos de hacen más complejos, haciendo uso de ideas expuestas en otros capítulos anteriores.
Por último, indicar que este libro cuenta con una página propia en Internet en el OLC de
McGraw-Hill (www.mhe.es/guirado1). Esta página, dirigida tanto a profesores como a alumnos y
a lectores en general que utilicen este libro, se irá enriqueciendo poco a poco con más ejemplos,
notas de clase y aclaraciones de los temas tratados, informes y enlaces con otras páginas de
interés en Internet y cualquier otra información, siempre actualizada, referida a la Tecnología
Eléctrica.
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“prologo” — 2006/6/9 — 21:05 — page XIV — #4
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XIV
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Tecnología eléctrica
Notación utilizada
En la escritura del libro hemos pretendido que la notación utilizada sea lo más simple posible,
buscando facilitar la comprensión de los conceptos expuestos. Las magnitudes se expresan usando
el Sistema Internacional de Unidades (SI).
Los valores instantáneos se representan usando letras minúsculas. Se prescinde de la indicación de la dependencia de la variable tiempo (t) para simplificar la notación. Así, u e i son
equivalentes a u(t) e i(t).
Los fasores (números complejos) se representan con letras mayúsculas con una barra arriba,
mientras que sus módulos se representan con la misma letra mayúscula sin barra. Siguiendo
esta regla, U, I, Z y S representan una tensión, una intensidad, una impedancia y una potencia
compleja, mientras que U, I, Z y S representan los módulos de esas magnitudes.
Siguiendo un criterio común en Teoría de Circuitos y Análisis de Sistemas Eléctricos de
Potencia, en los circuitos de las figuras las referencias de tensión se presentan como flechas que
apuntan al extremo de menor potencial cuando la tensión es positiva.
Por último, es costumbre en Ingeniería Eléctrica que las tensiones sean de línea, salvo que
se indique lo contrario, y los módulos de las tensiones e intensidades complejas sean valores
eficaces salvo que se haga alguna indicación al respecto.
AGRADECIMIENTOS
Queremos finalizar esta presentación del libro expresando nuestro agradecimiento a todas
las personas e instituciones que de alguna forma han colaborado con nosotros en su realización.
La escritura de este libro nos ha permitido comprobar la gran cantidad de compañeros
y buenos amigos que tenemos en la Universidad y en la Industria y que con sus opiniones,
sugerencias y aportaciones, todas ellas imprescindibles, han permitido su realización. Entre
ellos queremos destacar a los responsables del Laboratorio Central Oficial de Electrotecnia
(LCOE), profesores D. Fernando Garnacho, D. Pascual Simón, D. Manuel Valcárcel y D. Antonio
Valladolid, a los profesores de la E.T.S. de Ingenieros Industriales de la UNED D. Manuel-Alonso
Castro, D. Juan Vicente Míguez, Dña. Consuelo Sánchez y D. Javier Sanz, a D. Julián Caballero
y Dña. Mercedes Vidaurrázaga de AENOR y a D. Josep Figa y D. Damien Chardonnereau del
Grupo Schneider.
Igualmente queremos agradecer también la amable colaboración que hemos recibido de
la Asociación Española de la Industria Eléctrica (UNESA), de la Asociación Española de
Normalización y Certificación (AENOR), del Foro de la Industria Nuclear Española, del Grupo
Schneider y de Red Eléctrica de España S.A., por las fotografías y esquemas que nos han
facilitado, muchos de los cuales se han incluido en el libro y que permiten ilustrar y, sin duda,
aclarar los contenidos desarrollados en él, haciendo cierta una vez más esa sentencia de que una
imagen vale más que mil palabras.
También queremos agradecer a McGraw-Hill y a nuestro editor D. Carmelo Sánchez la
publicación del libro y la idea de mantenerlo vivo y en permanente actualización a través de su
página en Internet.
Por último, queremos dedicar de alguna forma este libro a nuestros antiguos alumnos, hoy
todos ellos ya ingenieros, a los alumnos que en cada curso se enfrentan en la Universidad al
estudio de las asignaturas relacionadas con la Ingeniería Eléctrica y a todos los lectores de esta
obra, ya que su interés y su esfuerzo son los que nos animan en este empeño.
Los autores. Marzo de 2006
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