capitulo 7

INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD SEDE COLON – SEDE RENCA Profesor : José Guzmán Q.

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Apuntes de Clase Nº 7

Equipos Eléctricos Auxiliares

7.1. Conceptos generales En el estudio de las fuentes de luz artificiales, se menciono, que algunas lámparas requieren de dispositivos anexos, para su correcto funcionamiento, en especial la familia de las lámparas de descarga en gas. Este Este capitulo nos mostrara mostrara información infor mación sobre los los aspectos aspectos mas importantes y el entendimiento del funcionamiento del conjunto lámpara y dispositivo auxiliar. El nombre de Equipos Eléctricos Eléctricos Auxil Auxilia iares res, es dado a todo los elementos necesarios para el correcto funcionamiento de las fuentes de luz que no puedan ser conectadas directamente a la red o suministro eléctrico.

7.2. 7.2. Característ Características icas de Tensión v/s v/s Corriente orriente en las lámparas de Descarga Las lámparas de descarga en gas, poseen características de resistencia negativa. (Ver Fig. 7.2). Sin un dispositivo que limite la corriente, el aumento más leve de la corriente de lámpara causará una baja en el voltaje de la lámpara. Pero la tensión todavía se aplica a la lámpara, de modo que la corriente ahora aumentara aun más. Este proceso de disminución del voltaje de lámpara y de la corriente aumentando sin limites, pronto hará que la lámpara falle o que las protecciones actúen. v

I

Fig.7.2 Fig.7. 2 : C aracterístic aracterísticas as de Tensión/ Tensión/ Corriente Co rriente de una lámpara de Descarga. Descarga. Por lo tanto se debe operar en forma conjunta con un dispositivo de corriente limitada para evitar que la corriente se escape y se mantenga en valores pre-establecidos por el fabricante de la lámpara. Los limitadores de corriente se conectan en serie con la fuente de luz.

7.3. Limitadores de Corriente Los dispositivos que poseen una característica de resistencia positiva que puedan así limitar corriente, pueden ser : ? ? ?

Una Resistenc esistencia ia O hmica. Una Reactancia o Inductor Un circuito electrónico. INACAP

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7.3.1. Limitador Resistivo Esta es una forma poco económica de limitación de corriente, por que la energía eléctrica se pierde ( disipa) en forma de calor, esto trae consigo elevadas perdidas de potencia. Por lo cual su aplicación esta orientada en aquellos casos en que por tamaño y peso, no es posible utilizar otro elemento limitador. El limitador resistivo se aplica hoy en día en la construcción de las lámparas de Luz mixta.

7.3.1. Limitador Inductivo Un induct i nductor or o un reactor es el dispositiv dispositivo o de mayor mayor uso para aplicac apli caciones iones normales de c corriente orriente alterna. El reactor trabaja sobre el principio de la inductancia ( de ahí su nombre ). En forma muy simple un reactor es una bobina ( núcleo y espiras ). A este limitador inductivo también se le conoce con el nombre de : BALLAST. Las principales funciones de un Ballast son : ? ? ?

Limitar y estabilizar la corriente de lámpara Asegurar que la lámpara continúe operando a pesar de cambiar de polaridad en cada ciclo. Ayudar en algunos casos a proveer el voltaje de ignición para la partida inicial de la lámpara.

Además una buena reactancia debe garantizar lo siguiente : ? ? ? ? ?

Buena regulación frente a las variaciones de la tensión de alimentación Bajo calentamiento Funcionamiento sin ruido Limitación de componentes de armonicos Perdidas moderadas

7.4. Reactancias para Lámparas HID Dependiendo de la tensión de red disponible, su forma constructiva y características de funcionamiento, los tipos más utilizados son los siguientes : ? ? ? ?

Reactancia Serie o simple Impedancia Reactancias autotransformadoras Reactancias eactancias Autorregulador A utorreguladoras as Reactancias de doble nivel de potencia

7.4.1 7.4.1 Reactancias Serie Se usa cuando la tensión de red es suficiente para arrancar y mantener estable el arco de la lámpara. Es la mas sencilla de fabricar, económica, de menor tamaño y de perdidas más reducidas, por lo que es el sistema más usado. Consiste en una inductancia en serie con la lámpara ( fig.7.3 ), que limita y regula la corriente de la misma.

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B

+ C

I

_

Fig.7.3 : Conexión Reactancia Serie. Las desventajas del ballast serie son : ? ? ?

Alta corriente de partida : en circuitos inductivos la corriente de partida esta sobre 1.5 veces veces la corriente nominal de funcionamiento. Mal factor de Potencia : La corriente de lámpara exhibe un desfase con respecto a la tensión de suministro. Sensible a las fluctuaciones de red : La regulación de potencia frente a las variaciones de la tensión de la red no es muy buena, de tal forma que una variación del 10% ocasiona variaciones de potencia en lámpara del 20 al 25%. Por ello, sólo debe utilizarse en circuitos donde las fluctuaciones de tensión de red no superen el ? 5%. 5%.

7.4.2 7.4.2 Reactancias Autotransformadora Autotransformadora Cuando la tensión de red es insuficiente para lograr el arranque de la lámpara, se hace necesario la utilización de reactancias autotransformadoras ( o autotransformador de dispersión), las cuales elevan la tensión al valor preciso para arrancar y mantener el arco en la lámpara (fig.7.4). Este tipo de reactancia, al igual que las de serie, tienen baja regulación de potencia en lámpara. La corrección del factor de potencia será siempre en paralelo y habremos de utilizar para ello condensadores de gran capacidad. El funcionamiento de este reactor es una combinación, ya que parte de su bobina secundaria , actúa como ballast en serie con la lámpara. Comparado con la reactancia serie, el autotransformador tiene la ventaja de su alto voltaje en circuito abierto, que en algunos casos es suficiente para el encendido de la lámpara. Las desventajas son sus altas perdidas , mayor peso y más caro.

Fig.7.3 : Conexión Reactancia Autotransformador

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7.4.3 7.4.3 Reactancias Reactancias Autorreguladoras Autorreguladoras Potencia Const Constante ( CWA ) Su construcción combina un autotransformador con un circuito regulador y un condensador en serie. (fig.7.4) . Su gran ventaja es la buena regulación de la potencia en la lámpara frente a las variaciones de la tensión de red. A variaciones en tensión de red ? 10% mantiene mantiene la potencia potencia de la lámpara ? 5 al ? 10%. O tra de sus ventajas ventajas con respect respecto o al reactor reactor serie es su corriente de partida inferior a la l a nominal, nominal , buen factor de potencia. Sus desventajas desventajas son son más vol volumino uminosas, sas, mayores mayores pérdidas, mas pesada.

Fig.7.4 : Conexión Reactancia Autorreguladora

7.4.4 7.4.4 Reactancias Doble Doble nivel nivel de Potencia Son reactancias destinadas a instalaciones, normalmente de alumbrado publico, donde en horas determinadas se puede reducir el nivel de iluminación sin una disminución apreciable de la visibilidad, pero con un ahorro energético importante.(fig.7.5) . Su funcionamiento se basa en reactancias que presentan una impedancia para obtener el nivel máximo de la lámpara y posteriormente mediante un rele conmutador con comando por línea o temporiza –

Fig.7.5 : Conexión Reactancia Doble nivel de Potencia do, conecta una impedancia adicional que disminuye la corriente y la potencia en la lámpara a un valor de alrededor del 60% del nominal, suponiendo un ahorro aproximado del 40% durante todo el tiempo que se mantenga este régimen de funcionamiento. Es importante señalar que estos ballast deben ser fabricados con una compensación adicional (fig.7.5 condensador C co), para que al entrar en nivel reducido no desmejore el factor de potencia. Uno de los relés al entrar en nivel reducido, corta la compensación Cco que le sobra respect respecto o a la que tenía para el nivel máximo. Así en horas de nivel reducido, la compensación está ajustada para obtener un buen factor de Potencia. INACAP

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7.4.5 Perdidas en los Ballast Un ballast, como muchos componentes eléctricos, genera calor debido a las perdidas resistivas ( O hmica ) y perdidas perdida s magnéticas. magnéticas. Así A sí entonces para cada reactor se tiene una máxima temperatura de funcionamiento, la cual se debe cumplir, para no afectar la vida útil de él. Los parámetros que definen estas características son los siguientes : Temperatura de Operación O peración Tw : Temperatura Es la máxima temperatura a la cual pueden funcionar constantemente los bobinas de una reactancia en condiciones normales, a su tensión y frecuencia nominales, para asegurar una vida media de 10 años. Los aumentos o disminuciones de la temperatura de las bobinas tienen una influencia en la vida de los mismos como muestra la figura 7.6.

Fig.7.6 Fig.7. 6 : Relación de vida vida de un ballast v/ v/ s T° T° en arrollamientos arrol lamientos

?t:

Variación de temperatura debido a las perdidas

Calentamiento de las bobinas de una reactancias sobre la temperatura ambiente en la que esta instalada, funcionando en condiciones normales y a tensión y frecuencia frecuencia nominales.

Ta : Temperatura ambiente Tem Tempe perat ratura ura ambie ambient nte e máx máxima ima a la que pue puede de func funciona ionarr una reac reactancia ancia en condiciones normales. La cual viene determinada por :

Ta = Tw - ? t Los datos que trae trae impreso la reactancia son el Tw y temperatura temperatura ambiente máxima máxima de funcionamien funcionamiento. to. Ejemplo Ejemplo :

Tw = 130°C

? t=

60°C

entonces

? t,

por lo tanto, se puede obtener la

Ta = 70 °C

“ El Aumento de temperatura ambiente ambiente sobre los valores especificados, afecta la vida útil del balasto, aumentos sobre 10 ° C acortan la vida a la mitad. Las expectativas de vida de un balasto trabajando en condiciones normales esta por sobre los 10 años ”

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7.5 Arrancadores Arrancadores para lámparas de descarga descarga ( IGN IG NITOR ITORES ) Las lámparas de vapor de mercurio tienen electrodos que le permiten el arranque con tensiones bajas, del orden de los 200 volts, por lo que no necesitan ningún dispositivo adicional para el arranque. Sin embargo, las lámparas de Sodio A.P., Baja presión y las de Haluros Metálicos, necesitan de tensiones de encendido elevadas que no puede suministrarlas la rectancia por sí sola. El proporcionar esta tensión de encendido es la misión de los arrancadores ó ignitores.

7.5.1 7.5.1 Principio rincipio de Funcionamiento Esta basados en aprovechar la energía almacenada en un condensador que se descarga, mediante un sistema de disparo adecuado, sobre el bobinado primario de un transformador. Debido a la brusca variación de flujo en el núcleo del mismo, aparece un impulso de tensión inducido en el secundario, de un valor de pico muy elevado y de cierta duración que superpuesto a la tensión de red hace saltar el arco en el interior del tubo de descarga. Según su principio de funcionamiento podemos distinguir tres tipos diferentes de Ignitores : ? ? ?

Ignitor Independiente Independiente Ignitor de transformador de impulsos Ignitor independiente de dos Hilos

Además de esta clasificación por su forma de funcionamiento, los arrancadores pueden tener en su interior un sistema de desactivación que corte su funcionamiento si la lámpara no arranca en un plazo de tiempo, y que denominaremos como: ?

Ignitor Temporizados Temporizados

Esta temporización evita que en caso de fallo de la lámpara, el arrancador someta a todo el circuito a los lo s efect efectos os de los pulsos de alta alta tensión tensión del arrancador durante largo tiempo. tiempo.

7.5. 7.5.2 2 Ignitor Independiente o Superposición Superposición de impulsos ( Arrancador Serie ) Funciona según el esquema de la fig.7.7. El condensador C se descarga mediante el circuito de disparo D sobre las espiras espiras del del primario del transformador transformador T, el cual amplifica el impuls i mpulso o al valor adecuado. La tensión del impulso depende exclusivamente del propio arrancador. Es compatible con cualquier reactancia de choque y esta esta no soporta los impulsos impul sos de de encendido, cuyo cuyo valor en muchos casos es elevado. elevado.

Fig.7.7 : Esquema de conexión y componentes Ignitor Independiente.

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7.5. 7.5.3 3 Ignitor de Transformador de Impulso ( Arrancador Semiparalel iparalelo) o) Utiliza la reactancia como amplificador de los impulsos de tensión producidos por el arrancador y funciona según el esquema de la figura 7.8. El condensador C se descarga mediante el dispositivo de disparo D entre los puntos 2 y 3 de la reactancia, que con una adecuada proporción de espiras respecto al total de la bobina amplifica el impulso al valor necesario.

Fig.7.8 : Esquema de conexión y componentes Ignitor de Transformador de Impulso

El valor de los impulsos depende tanto del propio arrancador como de la reactancia utilizada y, por esto, no siempre es compatible cualquier combinación de ambos. La reactancia debe llevar toma intermedia y estará sometida a las elevadas tensiones de pico producidas para el encendido.

7.5.4 7.5.4 Ignitor Independ Independiente iente de dos dos Hilos Hilos ( Arrancador Arrancador Paralelo) aralelo) Funciona según el esquema de la figura 7.9. La energía almacenada en el condensador C es devuelta hacia la lámpara por la intervención del circuito de disparo D , en el preciso instante en el que la tensión de red pasa por su valor máximo, obteniendo un impulso de un valor de pico entre 2 a 4 veces el del instantáneo de la red, alcanzando entre 600 a 1200 volts, pero de mayor duración y , por lo tanto, de más energía que los obtenidos con los otros sistemas de arrancadores.

Fig.7.9 : Esquema de conexión y componentes Ignitor de Transformador de Impulso Estos son utilizados sólo para algunas lámparas de halogenuros metálicos y para las de sodio en baja presión, que requieren requi eren impulsos de tensión relativame relati vamente nte bajos bajo s pero de un ancho determinado.

7.5.5 7.5.5 Particularidades articularidades de los los distintos distintos tipos de Ignitores Ignitores 7.5.5.1 Ignitor Independiente 1. Su funcionamiento funcionamiento es independiente independiente de de la reactancia reactancia instalada, ya que que no necesita toma intermedia. INACAP

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2. Tien Tiene e la vent entaja de que que no somet omete e al ballas ballastt a los impu impuls lsos os de alta alta tensión, por lo que no necesita aislamientos especiales. 3. El arrancador está recorrido por la corriente de lámpara y ha de estar previsto para soportarla, quedando limitada su utilización a las lámparas cuya corriente sea igual o inferior a la permitida por aquél. 4. Al estar recorridos por la corriente de lámpara, presentan pérdidas propias de un valor considerable. 5. Debe colocarse próximo a la lámpara para evitar que el impulso se debilite en el recorrido entre ambos. Sin embargo, la reactancia puede estar alejada de ellos. 6. Son ignitores que incorporan en su interior el transformador de impulsos, por lo cual, tienen un costo elevado.

7.5.5. 7.5.5.2 2 Ignitor Ignitor de transformador de impulsos 1. Utiliza la reactancia como transformador de impulso. Esto permite utilizarlos para cualquier potencia de lámpara, pero la reactancia ha de tener una relación de espiras, entre la toma intermedia y la final, adecuada al arrancador, por lo que no sirve cualquier combinación de ambos. 2. Es un ignitor económico, ya que utiliza la reactancia como transformador de impulsos. 3. La reactancia debe estar construida de modo que soporte los impulsos de alta tensión generados en su bobinado, teniendo en cuenta que si la lámpara no llega a encender por agotamiento o rotura, deberá soportarlos durante períodos de tiempo prolongados, hasta que se efectúe la reposición de la lámpara. 4. La reactancia e ignitor han de estar juntos y ambos lo menos alejado posible de la lámpara. No obstante, admiten hasta 10mts. de separación de ésta y hasta 20mts con condiciones de cableado especiales.

7.5.5.3 7.5.5.3 Ignitor Independiente Independiente de dos dos hilos 1. Son utilizables únicamente con determinadas lámparas de Haluros metálicos y de sodio a baja presión que requieren impulsos del orden de 600 a 1000 V. De tensión de pico. 2. La tensión de impulso, de un valor máximo de 1200 V., hace que en el caso de que la lámpara no llegue a encender no suponga un riesgo grave de perforación de los aislamientos del equipo. 5. Aportan mayor energía en los impulsos y por eso les afecta muy poco la distancia de lámpara a la que la coloquen ni la capacidad que presenten los cables.

7.5.6 7.5.6 Ignitor Temporizador emporizador Son ignitores con un dispositivo interno que tras un tiempo prefijado de producción de impulsos, desactiva el funcionamiento del mismo. Si la lámpara no enciende por agotamiento a avería, deja de someter a los impulsos de alta tensión a todo el circuito. El ignitor vuelve ha estar activo tras la interrupción de la tensión de alimentación del circuito aunque sólo sea por un corto espacio de tiempo ( milisegundos ). INACAP

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7.6. Reactancias para Lámparas Fluorescentes Existen dos grupos bien diferenciados de balastos para las lámparas fluorescentes : ? ?

Balastos electrom electromagnéticos agnéticos : en los cuales la lámpara trabaja a la frecuencia nominal de la línea lí nea 50Hz. Balastos electróni electrónicos cos : Con los que la lámpara funciona a frecuencias entre 40 a 100KHz.

7.6.1 7.6.1 Reactancias Electromagnéticas Electromagnéticas De acuerdo a la forma de calentamiento de cátodos, se pueden clasificar los ballast magnéticos de la siguiente forma: ? ?

Ballast con encendido por cebador ( partidor ) Ballast de encendido rápido ( Rapid Start )

7.6.1.1 Ballast con encendido por cebador ( partidor ) Este tipo de lámpara fluorescente necesita un precalentamiento inicial de cátodos proporcionado por la corriente de arranque que se establece al cerrar el circuito del partidor, como se aprecia en la fig.7.10.

B

+

_

T U B O

C

P

Fig.7.10 : Esquema de conexión Ballast con partidor Cuando éste se abre, salta el arco en la lámpara y la corriente queda limitada por el ballast. El condensador no tiene más finalidad que corregir el factor de potencia del conjunto. Este sistema es él más sencillo y económico para el funcionamiento de las lámparas fluorescentes. Dentro del concepto de ballast con partidor, existen dos tipos adicionales de ballast, que en realidad, deben su nombre a la forma de conexionado de los ballast con respecto al condensador. Estos son :

? ? ?

Ballast Doble Compensado Ballast Tandem

Ballast Doble compensado Como muestra la fig. 7.11, este ballast en una combinación de dos ballast con partidor, en el cual uno de los ballast tiene conectado en INACAP

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serie un condensador. Por lo cual, al conectarse a la red de suministro eléctrico, el sistema presenta las siguientes características: P

L

P

L

B

B

C

F

N

Fig.7.11 : Esquema Ballast Doble Compensado

-

-

?

Factor de Potencia muy próximo a 1; esto debido a que un ballast esta adelantado ( capacitivo ) y el otro esta atrasado ( inductivo ), por lo tanto los efectos se anulan y la red ve una carga con factor de potencia igual a 1. Efecto estroboscopico roboscopico se atenúa; no se elimina, esto por que la corriente de un ballast esta adelantado en 90° con respecto al otro ballast, por lo cual cuando un tubo este pasando por cero ( apagado ) el otro esta en su máximo ( encendido ).

Ballast Ballast Tandem Tandem Como muestra la fig. 7.12, este ballast alimenta dos lámparas fluorescente conectadas en serie. Esto permite un ahorro en la cantidad de ballast a utilizar. Su desventaja esta en que si se apaga una lámpara la otra también se apaga. Este conexionado normalmente se utiliza con lámparas fluorescente de 18w. La única consideración a tener es que los partidores a utilizar deben ser especiales y no se pueden utilizar partidores universales, ya que con estos las lámparas no encienden. ( Partidor Philips S-2 )

Fig.7.12 : Esquema de Ballast Tandem

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7.6.1.2 Ballast Rapid Start Este sistema no necesita partidor y las lámparas encienden casi tan rápidamente como las de arranque instantáneo. instantáneo. El esquema esquema de este este ballast es es most mostrado rado en la fig. 7.13. 7. 13. La denominación de arranque rápido viene de las siglas RS , utilizadas por los americanos para los sistemas de encendido sin partidor.

R

+

_

B 1

C

T 2 T

Fig.7.1 Fig. 7.13 3 : Esquema Esquema de Ball Ballast ast Rapid Start

El fundamento básico de los sistemas de encendido rápido no es otro que el de proporcionar a la lámpara el precalentamiento de cátodos (imprescindible para un correcto funcionamiento y duración adecuada ), por otros sistemas diferentes al del partidor, teniendo a eliminarlo como elemento perecedero que es , a fin de evitar costos de reposición y averías en las instalaciones. El calentamiento de los cátodos se produce por medio de las bajas tensiones proporcionadas por los secundarios 1 y 2 del transformador TR. En el sistema ballast rapid start, es necesario, favorecer el encendido mediante la puesta a tierra de las pantallas o soportes metálicos sobre los que se instalan las lámparas y de los que no deben distar más de 12mm., esto debido a que los ballast rapid start necesitan de un electrodo auxiliar (externo) de encendido, que recorra todo el tubo fluorescente a lo largo de él. Además se debe cuidar la correcta polaridad de fase y neutro, según se indique en los esquemas de conexionado. Esto se debe a la conveniencia de lograr que entre uno de los extremos de la lámpara y tierra, se tenga la mayor diferencia de potencial posible para que el encendido se vea favorecido por el campo eléctrico así formado. Antes de terminar con este tipo de ballast, nos referiremos al uso de las lámparas de 26mm de diámetro ( T8) con este tipo de ballast. Las lámparas T8, por sus características constructivas, están previstas para funcionar en sistemas de ballast con partidor y no son adecuadas para el funcionamiento en sistemas de partida rápida ( RS ), ya que necesitan mayores tensiones de encendido que las establecidas en normas. Por tal motivo, es necesario advertir este inconveniente para no encontrarse, que tras la realización de la instalación, las lámparas no encienden.

7.6.2 Ballast Electrónico Esta denominación es dada al conjunto de componentes electrónicos, compuesto por materiales de estado sólido. Haciendo funcionar a las lámparas a alta frecuencia ( 40-100 KHz ). Hay que señalar que algunos fabricantes de ballast llaman a un ballast electrónico, solo por el hecho de tener como componente algún dispositivo electrónico, pero su funcionamiento se basa en una reactancia normal (de bajas perdidas) INACAP -

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funcionado a 50Hz, por esta razón es mejor hablar de ballast electrónico de alta frecuencia, es decir, funcionamiento en kilo Hertz.

7.6.2.1 Características de los ballast electrónicos ¿ Como ahorra energía ? Se ha comprobado que ha medida que aumenta la frecuencia con que opera la lámpara, crece el flujo luminoso, hasta llegar a un 10%de aumento. Esto permite disminuir la potencia de la lámpara en un 10% obteniéndose el mismo flujo luminoso nominal.

110 108 106

%

104 102 50

100

2

3

5

1000

2

3

5

10000

Hz

Fig.7.14 : Aumento del flujo luminoso por incremento de la frecuencia. ¿ Por que disminuyen las pérdidas ? Al elevar la frecuencia de trabajo y usar núcleos de cerámicos de reducidas dimensiones se logran bajas pérdidas de calor. Los balastos convencionales magnéticos, construidos en chapas de hierro generan gran pérdida calórica por unidad de volumen. Los ballast electrónicos tienen reducidas perdidas de potencia ( =10% de la potencia de lámpara ) Fig.7.15 : Calor generado ballast convencional V/S electrónico.

T E M P E R A T U R A

80 CONVECIONAL

60 40

ELECTRÓNICO

20

T° ambiente

°C

0

0.5

1

1.5 2.0 2.5 TIEMPO ( HORAS HORAS )

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3.0

3.5

4.0

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¿ Menor depreciación luminica ? El ballast electrónico envía a la lámpara menos potencia dando igual intensidad luminosa. Por lo tanto la lámpara opera en condiciones más favorables, aumentando su vida útil. Además el encendido en caliente ( warm ) , incrementa la vida de la lámpara considerablemente. F L U J O L U M I N O S O

100 ELECTRÓNICO ELECTRÓNICO

90 80

CONVECIONAL

70

%

0

1250

2500

3750

5000 6250 7500 8750 HORAS Funcionamiento Funcionamiento : 2 hs. 40 min. encendido, 20 min. apagado Fig.7.16 : Flujo luminoso relativo.

10000

12500

¿ Los Armónicos en el Ballast ? El ballast electrónico electróni co por ser un dispositivo construido con elementos elementos de estado sólido, obviamente genera armónicos. ( Igual que los computadoras ) En forma muy simple los armónicos son basura que se inyecta a la red de suministro eléctrico, esta basura tiene la propiedad de distorsionar la onda sinusoidal de tensión , lo cual trae consigo muchos y graves problemas : ? ? ?

Perdidas de potencia en las redes de distribución eléctrica. Aumentos de Corriente por el neutro ( no considerados en el diseño de este ) Problemas en el funcionamiento de otros elementos electrónicos.

Por esta razón los ballast electrónicos deben cumplir normas , con respecto a la generación de armónicos. La tabla siguiente muestra la norma IEC 82 ( Europea ) con los valores mínimos a generar :

ARM NICA PRIMERA TERCERA QUINTA SÉPTIMA NOVENA

IEC 82 / VDE 0712 ---26.7 7.0 4.0 3.0

% % % %

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BALLAS BALLAST T PHILIPS PHILIPS 100 % 21.6 % 6.6 % 2.45 % 1.10 %

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Ventaja de los ballast electrónicos : ? ? ? ? ? ? ? ? ?

Factor de potencia superior a 0.95 Aumenta la vida útil de los tubos Menores perdidas Menor potencia potencia de consumo consumo Elimina Efecto estroboscopico Supresión de armónicos cumpliendo la norma Regulación del flujo luminoso Anulación por tubos agotados Peso mínimo

7.6.2.1 Tipos de ballast electrónicos No existe una norma que clasifique directamente a los ballast electrónicos, cada fabricante tiene sus propios ballast y clasificados según su criterio. Pero para tener una idea mas clara, definiremos de la siguiente manera a los ballast : ? ? ?

Ballast electrónico Estándar o Básico Ballast electrónico Regulables Ballast electrónico electrónico Digital

Ballast Ballast Electrónico Estándar Estándar ó Básico Marca Philips : Estos son los primeros ballast desarrollados con tecnología electrónica. Aquí lo que se persigue es obtener ventajas comparativas con respecto al ballast magnético. Estas ventajas son ahorro de energía, duración de lámparas, cero efecto estroboscopico, etc. Un ejemplo de este tipo de ballast, es el mostrado en la fig.7.17, este es el modelo EB 2x36w de Philips. Este ballast como muestra la fig.7.18 tiene perdidas de 9 watts y los los tubos tubos funcionan funcio nan a 32 watts. Por lo tanto la l a potencia del sistema es de 73 watts. watts.

• Tcase +70°C max

• Factor de potencia > 0.95

Regleta de conexión a tubos

Tamb para +0°C a +50°C • • 220V, 50/60Hz, encendido RS • Operación entre 160 y 250 V. • Encendido a -10 -10 °C a 220 volts.

Fig.7.17 Fig.7.17 : Ballast Ballast electrónico EB 2x36w Philips hilips INACAP -

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Este ballast es de procedencia Asiática, fabricado en Philips Indonesia. Su costo es bastante competitivo en el mercado. Su desempeño ha sido bastante bueno, por lo tanto es una buena alternativa para proyectarse en diferentes instalaciones de alumbrado. El rango de productos hoy en día cubre, todas las alternativas de potencia 18, 36 y 58w.

12 0W Potencia en

?

Potencia de lámpara 8

10 0

Pérdidas del sistema

100

80 9 60

64 50

4.5

40

32 20

0 13 6

236

Fig.7.18 : Perdidas Ballast electrónico EB 2x36w Philips

Ballast Electrónico Regulable En todo los ámbitos de la iluminación, la regulación luminosa es cada vez más importante. Bien en área comercial, pública o privada, y las instalaciones regulables son imprescindibles. En cada caso se puede destacar: ? ? ?

La reducción del gasto de iluminación Aumento en el confort luminoso Mayor individualidad

Gracias a los continuos desarrollos técnicos en los últimos años, se ha hecho posible la regulación en las lámparas fluorescentes. En el desarrollo de estos ballast, cada fabricante, diseño su forma de controlar esta regulación diseñando en forma paralela sistemas de control manuales y automáticos en función de sus propias necesidades. Existiendo sistemas adicionales ( llamados interfaces ) que pueden hacer compatibles diferentes sistemas de control, con diferentes fabricantes de ballast. En Chile Chi le normalment no rmalmente e se comercializan comercializan ballast bal last regulables de Philips y Osram O sram,, por su prestigio prestigio y buen resultado de operación, por esta razón si analizarán estos ballast, para mostrar las bondades de los ballast elect el ectrónicos rónicos regulables.

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Ballast Electrónico Electrónico Regulable Regulable Análogos Análo gos En este ballast la regulación del flujo luminoso, se hace a través de una señal de tensión que varia entre 0-10 Vdc: 1 Vdc resulta entonces el mínimo nivel de regulación y 10Vdc resulta el 100% máximo nivel de flujo luminoso. La tecnología a desarrollado ballast que pueden ser fuente y captadora captadora de corriente ( es decir decir puede recibir recibir la señal de 10Vdc o generarla el propio ballast ball ast). ). Hoy en en día casi todos los ballast regulables regulan el flujo luminoso entre el 1 y 100 %, lo cual permite un gran ahorro de energía, ya que, cuando se regula el flujo luminoso también se regula la potencia de consumo del ballast. Intrínsecamente a los ballast están los dispositivos de control necesarios para variar la señal de 010Vdc y su aplicación dependerá de cuan complejo se desee el sistema de control (manual, automático, inteligente). En él titulo dado a esta sección aparece la palabra ANALOGO, para los que no están familiarizados con la electrónica, esto se refiere a la señal de control que regula el ballast, que en este caso es de tipo análogo, es decir, una señal de tipo onda continua (una señal análoga puede ser también sinusoidal). Se hace esta mención ya que hoy en día se han desarrollados nuevos ballast electrónicos con tecnología digital. Ballast Philips Regulator : La lámpara puede ser regulada hasta el 3%. Señal de control 0-10Vdc, vida de la lámpara un 50% mas larga que con ballast convencional. Todo los ballast HF-Regulator son equipados con control ?. Este es un circuito integrado dedicado, que asegura un control independiente de cada electrodo. La fig.7.20 muestra el ballast Philips regulable, es importante señalar que este tipo de ballast, ahorra ener• 1-10VDC • Factor de potencia 0.96 • Nivel mínimo de regulación 3% potencia de lámpara

Tamb +5 to +50°C • • 220-240V, 50/60Hz, warm start

Regleta de conexión a tubos

• Protección de sobre voltaje voltaje 2 horas 350VAC • Respaldo emergencia 176-254VDC

Fig.7.20 Fig.7. 20 : Ball Ballast ast electrónico electrónico Regulable Philips gía ,al regular el flujo luminoso , ya que si se compara las perdidas de potencia al máximo flujo luminoso entregado, con respecto a una ballast básico, estas son mayores. La fig.7.21 muestra las perdidas por potencia.

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Ballast O sram Q uicktronick de de Lux Luxe e Dim : Este ballast puede regular el flujo luminoso entre un 1% y el 100%. La señal de control al igual que el ballast Philips se regula con una tensión continua que varía de 0 a 10 Volts.Encendido de la lámpara: con precaldeo antes de 0.5 segundos en cualquier nivel de regulación. Supresión Supresión de armónicos según según norma. La fig.7.22 fi g.7.22 muestra muestra el ballast bal last Osram O sram Quickt Qui cktronick ronick de Luxe Luxe Dim.

120 Potencia en W Potencia de lámpara a 100%

? ?

100

13

Pérdidas Potencia de lámpara a 3%

8 0

Pérdidas

1 0

6 0

6

4 0

6

2 0

4

32

16 0

6

5 HF-R 118 TLD

HF-R 218 TLD

64 5 0

32 8

8 HF-R 136 TLD

100

HF-R 236 TLD

15 HF-R 158 TLD

8.5

1 8

HF-R 258 TLD

Fig.7.21 : Perdidas ballast regulables Philips

Fig.7.22 Fig.7. 22 : Ball Ballast ast electrónico electrónico Regulable Osram O sram

Ballast Electrónico Digital La era digital revolucionará el concepto del control y regulación de la luz fluorescente. La innovación más importante con los ballast digitales es la comunicación entre el control maestro y cada unidad de ballast, es decir, independiente de la regulación se podrá conocer el estado del tubo fluorescente, controlar ballast en forma individual o grupal ( los análogos son todos grupales ), encendido vía el control. En el desarrollo de estos nuevos ballast, los fabricantes crearon un gremio de definición de funciones de un ballast electrónico electrónico digital, este este nuevo nuevo concept concepto o lo han definido como como DALI INACAP -

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( Digital Addressable Lighting Interface ). DALI no es un sistema sino es una definición de interconexión y será incluido como nuevo anexo en la norma de ECE IEC 929. La era DALI permitirá llenar el vacío que existía entre los ballast regulables análogos y los sistemas sistemas de control control de edificios como IEB o LON .

Comparación omparación entre sistema Análogo Análogo y DALI ?

1-10 V Entrada de control sin potencial

?

DALI Entrada de control sin potencial

?

Línea de dos hilos

?

Línea de dos hilos

?

Gama de regulación del 1..100%,caracterís 1..100%,característica tica lineal lin eal

?

?

Sin canal de retorno

?

?

Sin direcc dir ecciones iones

?

Gama de regulación del 1..100%,característica cuadrada Canal de retorno individual Periodos de regulación programables

?

Interruptor Interruptor de red integ i ntegrado rado

?

Dirección de grupos, individual y de transmisión.

Fabricantes como Philips y Osram, junto con los ballast Dali han desarrollado sistemas de control para operar DALI, esto significa, entonces que los sistemas son compatibles con ambos tipos de ballast.

Ballast Philips DALI

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Ballast Electrónico Digital Multilámpara Estos nuevos ballast son la combinación de los ballast digitales con la tecnología de microprocesadores más moderna. Estos ballast hacen posible el funcionamiento de las lámparas fluorescentes diferentes con la misma reactancia con datos nominales. La inteligencia interna de las reactancias es capaz de reconocer automáticamente estás lámparas, de encenderlas y hacerlas funcionar de forma óptima. El funcionamiento del ballast es el siguiente, el aparato es capaz tanto tanto de diferenciar las diferentes potencias de las lámparas como también los tipos de lámpara así como de controlarlas de forma óptima. Durante la fase de arranque de las lámparas fluorescentes, el sistema controlado por microprocesador realiza una serie de múltiples mediciones de los parámetros de funcionamiento de la lámpara y los compara con los datos normativos internacionales que se encuentran grabados dentro del microprocesador. De esta manera se miden las corrientes de precalentamiento, la tensión de electrodos, la impedancia de electrodos así como la corriente de servicio y la tensión de la lámpara. Una vez reconocida en la primera identificación, se graban el tipo y la potencia de forma durable. En los próximos procesos de arranque sólo se efectúa una medición de identificación. En nuestro nuestro mercado este este tipo de ballast balla st es muy muy incipiente, incipien te, Osrám O srám Chile Chi le tiene unos uno s ballast ball ast multiwatt solo para lámparas fluorescentes T5. Por supuesto que en el mercado Europeo hay disponibles otras marcas de ballast multilámpara

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capitulo 7

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