Elektrizitatearen oinarrizko kontzeptuak

1. Elektrizitatearen produkzioa

Atomoak protoi, elektroi eta neutroiak ditu; protoi eta elektroi kopuru bera duenean, neutroa dela diogu.

Nukleotik urrunen dauden elektroiak erraz askatu daitezke atomotik; atomo batek elektroiak galtzen dituenean, karga positiboa duela esaten dugu, eta elektroiak harrapatzen dituenean, aldiz, negatiboa.

Nola sortzen da korronte elektrikoa? Karga elektriko desberdineko bi gorputz elkartzen direnean, korronte elektrikoa sortzen da: elektroiak karga negatiboa duen gorputzetik karga positiboa duen gorputzera mugituko dira. Korronte elektrikoa sortzeko, bi punturen arteko potentzial diferentzia (tentsioa) sortu behar da; hori hainbat bideetatik egin daiteke:

• Transformazio kimikoa
• Indukzioa
• Berotzea
• Argiaren eragina
• Marruskadura
• Presioa

Transformazio kimikoa

Bi metal edo metal bat eta ikatza egoki disoluzioan sartzean, potentzial-diferentzia sortzen da bien artean; hori da pilen oinarria.

Indukzioa

Eroale elektriko bat eremu magnetiko baten barrutik mugitzen bada, potentzial desberdintasuna sortzen da eroale horren muturretan; horretan oinarritzen dira sorgailu elektrikoak.

Berotzea

Berdinak ez diren bi metalen soldadura edo juntura berotzen denean, tentsio elektriko txikia sortzen da.

Argiaren eragina

Argiaren fotoiek material erdieroale batzuetan jotzen dutenean, korronte-jarioa sortzen da; zelula fotovoltaikoek energia hori aprobetxatzen dute.

Marruskadura

Bi objektu bata bestearen aurka urratzen direnean, potentzial-desberdintasuna sor daiteke euren artean. Adibidez, automobil baten elektrizitate estatikoa karrozeria urratzearen ondorioz sortzen da, baita gurpilen urratzearen ondorioz ere. Plastikozko boligrafoa artilearekin marruskatzen badugu, seinale desberdineko kargak pilatuko dira bi material horietan.

Irudian: Alessandro Voltak 1775ean eraikitako elektroforoa, elektrizitate estatikoaren sortzailea.

Presioa

Material batzuek piezoelektrizitate ezaugarri bat dute: konpresio edo trazio indarra aplikatzen zaienean, tentsio elektrikoa sortzen da haien azaletan. Fenomeno piezoelektriko hori kristal batzuek izaten dute, adibidez kuartzoak; kuartzozko erlojuak eta pizgailuak egiteko erabiltzen dira.

2. Zentral elektrikoak

Energia mekanikoa korronte elektriko bihurtzeko prozedura ugarien artean, indukzioa da egokiena. Zentral hidroelektrikoetan uraren energia zinetikoa, aire-sorgailuetan haizearen mugimendua edo zentral termikoetan lurrunak egindako presioa erraz bihur daitezke elektrizitatean.

Horretarako, elektrizitate-sorgailua (alternadorea) tartekatzea besterik ez da egin behar; sorgailu hori, funtsean, eremu magnetiko baten barruan biraka ematen duen eroale-multzoa baino ez da.

Sorgailuak, turbina eta kondentsadoreak

Ur-lurruna edo uraren energia zinetikoa alternadoreak behar duen energia mekanikoa lortzeko turbinak erabiltzen dira. Turbina era solidarioan lotzen da alternadorearekin; ur-lurrunak edo ura turbina biraraziko dute, eta horrek alternadorea birarazten du.

Ur-lurruna erabiltzen den kasuetan, kondentsadoreak beharko dira ur-lurruna likidotzeko eta ura berriro erabili ahal izateko, hala nola zentral termiko eta nuklearretan gertatzen den moduan.

3. Energia elektrikoaren garraioa eta hornidura

Energia elektrikoa zentraletatik kontsumo-lekuetara eramateko, garraio- eta banaketa-sistema egokiak erabili behar dira. Edozein arazoen aurrean hornidura elektrikoa bermatzeko, sareetan banaketa-sistema antolatzen da; sare horietan kontsumitzaileak eta zentral elektrikoak konektatzen dira.

Sare elektrikoak elkar-konektatzen dira inguruko eskualdeko eta herrialdeko sareekin (adibidez Espainia, Frantzia, Portugal, etab.). Sare nagusietatik tentsio oso handietan egiten da garraioa; bertatik tentsio txikiagoko adarrak irteten dira eta eskualdeetan banatzen dute energia.

Eroaleen diametroa korrontearen intentsitatearen araberakoa da: intentsitate txikiekin diametro txikiagoa erabil daiteke. Galerak murrizteko intentsitatea txikitu behar da; potentzia aldatuko ez bada, tentsioa igoko da. Hori dela eta, zentral elektrikoen irteretan transformadore elektrikoak erabiltzen dira tentsioa igotzeko (adibidez 66, 110, 132, 220 edo 380 kV), potentzia eta distantziaren arabera.

Garraio sareak beste zentral batzuetako sareari lotuta, kontsumoko guneetara eramaten du korronte elektrikoa. Gune horietatik hurbil tentsioa baliagarriagoetara eramaten da (adibidez 3 kV, 6 kV, 10 kV...). Energia elektrikoa kontsumo-lekuetatik hurbil dagoenean, tentsioa murriztu behar da erabiltzaileek behar dituzten balioetara: 230 V edo 400 V.

Banaketa-sarea eroalez osatuta dago; eroaleak aireko sareetan agertzen dira edo hodien barruan dauden kable isolatuak izan daitezke (lurpeko, txertaturiko edo gainazaletan finkatutako hodiak).

Sare mota aukeratzerakoan hainbat alderdi aztertzen dira, besteak beste:

• Tentsioa eta horrek dakartzan ondorioak
• Ekonomia: lurpeko sareen kostua airekoena baino 5 edo 10 aldiz handiagoa izan daiteke; baina hirietan eta herri batzuetan aireko instalazioak debekatuta egon daitezke

3.1. Sistemaren osaera

Sorgailuek sortzen duten energia elektrikoa normalean 3 kV eta 36 kV bitartekoa izan daiteke. Sare elektriko nagusietatik oso tentsio altuan egiten da garraioa, beti galerak gutxitzeko.

Honako hau da eroaleen erresistentziaren ondorioz galdutako energia:

E = P·t = I·V·t = I²·R·t

Intentsitate txikiekin eroale meheagoak erabiliko dira, eta horrek kostua murriztuko du. Galerak murrizteko intentsitatea txikitu behar denez, potentzia aldatzen ez bada, tentsioa igotzen da (P = I·V).

Ondorioz, zentral elektrikoen irteei igotzeko estazioak —transformadore elektrikoak— ipiniko zaizkie tentsioa igotzeko (adibidez 66, 110, 132, 220 edo 380 kV). Ondoren, garraio sareak beste zentral batzuetako sareari lotuta, kontsumo-guneetara eramaten du energia; gune horietatik hurbil tentsioa murrizten da 3 kV, 6 kV, 10 kV, etab. balioetara, eta azken erabiltzaileentzat 230 V edo 400 V balioetara.

3.2. Lurpeko kanalizazioak

Gero eta lurpeko sare gehiago jartzen dira, eta kanalizazio horiek honako elementu hauek behar dituzte:

• Kanalizazioa
• Kableak
• Elementu laguntzaileak

Kanalizazioa

Lurrean lubakia ireki eta bere behekaldean kablea jartzen da, beti ertzak edo kablea kaltetu dezakeen bestelako elementurik ezabatu ondoren. Eroaleen gainetik 25 cm inguruko harea meheko geruza bat, adreilu edo teila jarriko da. Lurzorutik 20 cm-ra seinalaztapen-kablea ipiniko da. Beste batzuetan, eroaleak fibrozementuzko edo plastiko kiribil gogorrezko hodien barruan sartzen dira.

Kableak

Eroale edo fase kopuruaren arabera, kableak monopolarrak, bipolarrak, tripolarrak edo tetrapolarrak izan daitezke. Kableak indar mekanikoetatik babestuta egon behar dute. Tentsio elektrikoaren arabera, 60 kV arte eroale lehorrak erabiltzen dira; hortik gorako tentsioetarako, isolamendua presioko olio-geruza baten bidez lortzen da.

Elementu laguntzaileak

Lotura-zorroak, deribazio-zorroak, isolatzaileak, etab.

3.3. Aireko lineak

Sarritan garraioa airetik gauzatzen da. Kasu horietan, sorgailutik datorren korrontea transformadore batera eramango da, eta hainbat elementu laguntzaile igaro ondoren aireko lineako lehen dorre edo zutoinera helduko da.

Aireko lineek honako osagaiak dituzte:

• Eroaleak: normalean aluminiozkoak izaten dira; material hori ez da nahikoa indartsua bere buruan esfortzuei eusteko, beraz, normalean indartzen dira, adibidez altzairuzko arima bidez edo antzeko sistema batekin.
• Isolatzailea: zutoinen gainean doazen kableak biluzik daudenez, isolatzaileak behar dira kable horiek dorre metalikoekin kontaktuan ez egoteko. Gehienetan porzelanazkoak edo beirazkoak izaten dira; guztiek isolamendu elektrikorako gaitasun ona eta erresistentzia mekaniko egokia izan behar dute.
• Euskarriak: eroaleak eta gainerako elementuak eusten dituzten egiturak; hasieran egurrezkoak ziren, baina gaur egun hormigoizko edo altzairuzkoak izaten dira.
• Laguntzaileak: elektrizitatea kontrolatzeko elementu laguntzaile guztiak: etengailuak, fusibleak, deskargako balbulak (gaintentsioetatik eta tximistengandik babesteko), bibrazio-motelgailuak, etab.

3.4. Banaketa-sareak

Banaketa-sareek transformazio-zentroetatik (TZ) etxebizitzen, denden eta beste harguneetatik (harguneak) banatzen dute energia. Hargunea banaketa-sarearen eta babes-kaxa orokorraren (BKO) artean dagoen instalazio-zatia da.

Babes-kaxa orokorretik linea banatzailea edo banatzaileak abiatzen dira kontagailuen gelara edo geletara. Kontagailuen gelatik banakako deribazioak irteten dira etxebizitza edo lokal bakoitzera; sarreran gehienezko potentzia kontrolatzeko etengailua dago (GPKE).

4. Babes-sistemak

Elektrizitateak arriskuak dakartza; adibidez, ondo zaindu gabeko instalazio batean motorra larri berotu eta hariak edo harinkadurak erre egin daitezke, eta horrek bestelako ondorioak eragin ditzake. Era berean, pertsonen gaineko deskargak izan daitezke eroale baten eta tresna baten karkasa metalikoaren arteko kontaktuagatik.

Babes-sistemarik oinarrizkoena eroaleak isolatzea da. Hortaz gain, instalazioetan hainbat babes-elementu erabiltzen dira:

• Fusibleak
• Etengailu magnetotermikoak
• Etengailu diferentzialak

Fusibleak

Fusibleak elementu suntsigarriak dira eta zirkuitu elektrikoen hasieran ipiniko dira. Gehiegizko karga edo zirkuitu laburren aurrean erre egiten dira eta, ondorioz, zirkuitu elektrikoa babesten dute korrontea moztuz.

4.1. Magnetotermikoak

Etengailu magnetotermikoak bi arrazoi tarteko deskonektatzen dute korrontea:

• Gain-intentsitatea: barrutik izendatua baino intentsitate handiagoa zeharkatzerakoan.
• Zirkuitu laburra: zirkuitua erresistentziarik gabe gelditzen denean; ondorioz, intentsitatea oso handia bihurtzen da.

Formulak: I = V / R. Adibidez, R = 0 balitz, I = 230 / 0 → I = ∞.

Etengailuak bi elementu edo mekanismo nagusirekin egon daitezke: termikoa eta elektromagnetikoa.

• Termikoa: bimetal bat daraman gailua da; intentsitatea balore izendatuaren gainetik jartzen denean, bimetala berotzen da eta, ondorioz, egitura aldatzen da eta zirkuitua deskonektatzen da.
• Elektromagnetikoa: bat-bateko korronte altua dabilenean—zirkuitu laburren ondorioz—eremu magnetiko handia sortzen da eta kliskagailu bat aktibatzen duen xafla ferromagnetikoa erakarriz deskonektatzen da.

Kliskagailu termikoa motelagoa da bimetala berotzeko denbora behar duelako, eta, horregatik, ezin da zirkuitu laburren babes osorako bakarrik erabili; kliskagailu elektromagnetikoa azkarrago erantzuten du zirkuitu laburren kasuan.

Magnetotermikoen motak

Etengailu magnetotermiko mota desberdinak daude, kliskatzeko denboraren arabera:

• H motakoa: etxebizitzetan erabiltzen direnak.
• L motakoa: garraio-lineetan erabiltzen direnak.
• G motakoa: motorretan erabiltzen direnak.

Kliskagailu magnetikoek intentsitate izendatua baino 2,5 edo 3 bider intentsitate handiagoa jasaten dute eta normalean deskonexio aldia 0,2 s-tik beherakoa da gutxi gorabehera. Beste motako kliskagailu magnetikoek 5 bider arteko intentsitate handigunea izan dezakete.

4.2. Diferentzialak

Demagun karkasa metalikoa duen aparatu elektriko bat badugula eta eroaletik (fasea edo neutroa) karkasarekin kontaktua egiten duela; orduan karkasa elektrizitatez kargatuko litzateke. Aparatua funtzionatzen jarraitzen duen bitartean eta pertsona batek karkasa ikutuko balu, korrontea pertsunaren bidez lurrera joango litzateke; hori istripu larri bat izan daiteke, barne erredurak edo, kasu txarrenean, heriotza eragin ditzake.

Hori ekiditeko, lurreko instalazioak erabiltzen dira. Etxebizitzen inguruan ajeetan edo sarreran lurrean pika bat (borne) ipintzen da, eta etxebizitza guztietatik bertara doazen eroaleak konektatzen dira; beraz, etxebizitza guztietan lur-borna bat egongo da pizgarria konektatuta.

Borne horretatik deribazioak irtengo dira etxeko entxufe guztietara, eta bertan konektatuko dira karkasa metalikoak (adibidez, garbigailuaren entxufearen lur-konexioa). Egoera horretan, korrontea karkasara joanez gero, ihes-korrontea lurra egingo du eta ez pasatuko pertsunaren bidez.

Etxebizitzetako babes-koadroan diferentziala deritzon etengailu berezia ipiniko da; honek detektatuko ditu korronte ihesaldiak. Ihesaldiak bi eremu magnetikoen arteko desoreka eragingo du, eta kliskagailu bat deskonektatuko du sartzen den intentsitatea eta irtetzen denaren arteko aldeak aurrez ezarritako balioak gainditzen direnean.

5. Instalazio elektriko motak

Lantegietara, dendetara edo etxebizitzetara doan energia elektrikoa hainbat zirkuitu moten bidez bidera daiteke. Ikuspegi desberdinetatik sailka daitezke:

• Ikuspegi fisikoa
• Ikuspegi teknikoa

Ikuspegi fisikotik, zirkuitu elektrikoak korronte zuzena edo alternokoa izan daitezke; halaber, korronte alternokoak monofasikoak (neutroa eta fasea) edo trifasikoak (neutroa eta bi fase) izan daitezke.

Ikuspegi teknikotik, lau zirkuitu motatan bana daitezke:

• Indar-zirkuituak
• Argiztapen-zirkuituak
• Segurtasun eta larrialdi-zirkuituak
• Energia laguntzaileko zirkuituak

Indar-zirkuituak

Argiztapenekoak ez diren hartzaileak elikatzen dituzten zirkuituak dira; gehienek kontsumo handia dute. Industria-ereduan, hau energia elektrikoaren erabilera nagusia izan daiteke: makina-erremintak, indukzio labeak, igogailuak, hozkailuak, etab.

Argiztapen-zirkuituak

Argia lokaletara eta etxebizitzetara eramaten dute, eta zirkuitua beharren eta estetika baldintzen arabera diseinatzen da.

Segurtasun- eta larrialdi-zirkuituak

Irteera adierazten duten argiak, suteak detektatzeko mekanismoak, erradiazioa detektatzeko sistemak, larrialdirako sirenak, etab. Dagoen legearen arabera derrigorrezkoak izan daitezke eraikin jakin batzuetan. Zirkuitu horiek energia-iturri autonomoak izan ohi dituzte horniduraren eten orokorra egonez gero sistema funtzioz geratu ez dadin.

Energia laguntzaileko zirkuituak

Egoera batzuetan, energia elektrikorik ez dagoenean energia laguntzaileko zirkuituak erabili behar dira. Sistema hauek tentsioaren jaitsiera somatzen dutenean konektatzen dira eta energia ematen diete zirkuitu nagusiari edo haren atal batzuei. Adibidez, ospitaleek sistema horiek behar izaten dituzte.

5.1. Tentsio Baxuko Araudi Elektroteknikoa (TBAE)

Zirkuitu elektriko motak, haien ezaugarriak eta egin beharreko kalkuluak araututa daude, eta instalazioetarako txartela behar da mota horretako zirkuituak diseinatu eta eraikitzeko. Hainbat tramite egin behar dira instalazio bat sare nagusira lotu aurretik.

TBAEk normalean kontsumo tokiak sailkatzen ditu, adibidez:

• Etxebizitzak
• Dendak eta bulegoak
• Industria jakinetarako eraikinak
• Industria-pilaketarako eraikinak

Etxebizitzetarako zenbait arau

Oinarrizko elektrifikazio maila: 230 V-ko eta 5.750 W-etik beherakoa ez den potentziarako dimentsionatuko da. Helburua: oinarrizko erabilerako etxetresna elektrikoak erabili ahal izatea, egokitze-lanik egin gabe.

Instalazioen ahalmena gutxienez 25 A-ko intentsitate minimoa izango da.

Elektrifikazio maila altua: 230 V-ko eta 9.200 W-etik beherakoa ez den potentziarako dimentsionatuko da, eta honako kasuetan aplikatuko da:

• Etxebizitzaren azalera erabilgarria 160 m2-tik gorakoa izatea
• Aire egokituraren instalazioa aurreikusita egotea
• Berokuntza elektrikoa aurreikusita egotea
• Automatizazio-sistemen instalazioa aurreikusita egotea
• Lehorgailuaren instalazioa aurreikusita egotea
• Argiztapena erabiltzeko puntu kopurua 30tik gora izatea
• Beste adierazitako baldintza batzuk

Kargaren kalkulua

Karga kalkuluak beharrezkoak dira hainbat arrazoirengatik:

• Behar den potentzia kalkulatzeko
• Kableen lodiera aukeratzeko
• Babesgailuen motak zein izan behar diren jakiteko

Kargaren kalkulua honako eragiketen bitartez egiten da: lehenik hiru kontzeptu batuko ditugu: zerbitzu orokorren karga (sarrera, garajeak, igogailua, etab.), merkataritza lokalen karga eta etxebizitzen karga. Etxebizitzetako karga kalkulatzeko, etxebizitza guztietarako aurreikusitako potentziak batuko dira; ondoren, lortutako zenbakia aldiberetasun-koefizientearekin biderkatuko da. Koefiziente horien balioa normalizatuta dago eta etxebizitzen kopuruaren araberakoa da.

6. Energia elektriko industriala

Industriek, hotelek, dendek, erietxeek, bulego eraikinek eta trenek etab. erabiltzen dituzten tresnak hornitzeko zirkuitu elektriko bereziak behar izaten dituzte, eta horiek ezaugarri zehatzak izaten dituzte. Zenbait kasutan, energia falta onartezina denez, energia iturri laguntzaileak instalatzen dira.

6.1. Zirkuitu elektriko industrialak

Industrietan, produkzio lerro bakoitzak bere agindu- eta babes-kaxa izaten du. Indar-zirkuituak normalean airekoak izaten dira. Banaketa-saretik hurbil dauden lantegi txikiek konpainia elektrikoarekin kontratatzen dute energia elektrikoa; adibidez, arotz txiki batek 380 V-eko korrontea eta 50 A-ko gehieneko korrontea duen elektrizitate industriala kontrata dezake. Konpainiak 50 A-ra mugatutako GPKEa instalatuko du eta baita energia-kontagailua ere kontsumoa neurtzeko.

Energia kontsumo handia duten zenbait industrietara, konpainia elektrikoak trifasiko tentsio altuan energia eman dezake (adibidez 30 kV). Lantegi horietan transformagailuak eta babes- zein kontrol-sistemak egon ohi dira. Hainbat enpresa handitan beren energia hornidura sortzen dute (adibidez birfindegietan).

Etxeb. Kop.  Koef.
1  1        8
2  2        9
3  3       10
4  3,8     11
5  4,6     12
6  5,4     13
7  6,2     14
8  7,0     14,7
9  7,8     15,3
...
n > 21   15,3 + (n-21)·0,5

6.2. Energia-iturri laguntzaileak

Zenbait kasutan, puntu garrantzitsuetan energia ezin da falta: adibidez, ebakuntza-geletan, banku-sareetako kalkulu-sistemetako guneetan, zentral nuklearren segurtasun sistemetan edo aireportuetako hegaldi-kontrol sistemetan. Energia-iturri laguntzaileek jarraikortasuna bermatzen dute; sare nagusiko horniduraren etenak ematen direnean, aldi baterako konmutazioa gauzatu edo automatikoki konektatu daitezkeen sistemak martxan jartzen dira.

Hornidura-etena detektatu bezain laster, abian jarriko dira elektrizitatea sortuko duten talde elektrogeno autonomoak edo beste energia-iturri alternatibo automatikoak, modalitatearen arabera.