Protección Eléctrica

Situaciones de Riesgo para la Instalación

Los dispositivos como fusibles e interruptores magnetotérmicos protegen la instalación contra:

  • Sobrecargas: Exceso de intensidad de corriente durante un tiempo determinado, producido por un fallo en un receptor o una sobretensión.
  • Cortocircuitos: Sobrecorriente instantánea muy elevada producida por el contacto directo entre conductores de diferente potencial.

Situaciones de Riesgo para las Personas

La toma de tierra y el interruptor diferencial protegen a las personas contra:

  • Contacto directo: Se produce cuando una persona entra en contacto directamente con elementos activos normalmente en tensión (por ejemplo, al tocar un cable pelado).
  • Contactos indirectos: Ocurre cuando se entra en contacto con elementos que normalmente no están bajo tensión, pero que adquieren potencial debido a un defecto de aislamiento o un problema de humedad. Por ejemplo, el chasis metálico de un electrodoméstico o de un ordenador.

Interruptores Magnetotérmicos

El interruptor magnetotérmico es un dispositivo de protección con un doble sistema de actuación:

  • Actuación Magnética (Protección contra cortocircuitos): Su función es cortar la alimentación de la línea que protege instantáneamente cuando la corriente supera un valor límite muy elevado. El corte debe ser lo más rápido posible. Un electroimán detecta esta sobrecorriente y atrae un elemento que abre los contactos del magnetotérmico.
  • Actuación Térmica (Protección contra sobrecargas): El objetivo es cortar la alimentación de la línea que protege cuando la corriente es superior a su valor nominal (calibre) durante un tiempo determinado. El instante de corte está retardado y dependerá del valor de la sobreintensidad. Los fabricantes suministran gráficas (curvas de disparo) para determinar el tiempo de actuación según la clase del interruptor. El mecanismo de actuación térmica está formado por una lámina bimetálica que se calienta con el paso de la corriente y experimenta una deformación que provoca la apertura de los contactos del magnetotérmico.

Criterios de Elección del Magnetotérmico

  1. Tipo de curva: Para uso residencial, se suele utilizar la curva de respuesta de tipo C.
  2. Calibre (Intensidad nominal): Debe ser menor o igual a la máxima intensidad admisible del conductor instalado en el circuito que protege, y superior a la corriente de consumo normal de los receptores conectados en dicho circuito.

Protección contra Contactos Directos e Indirectos

Toma de Tierra

Es un conductor o un grupo de conductores que se encuentran en estrecho contacto con tierra y proporcionan una conexión eléctrica a la misma. Su objetivo es conseguir que en el conjunto de instalaciones, edificios y superficies próximas al terreno no existan diferencias de potencial peligrosas y que, al mismo tiempo, permita el paso a tierra de las corrientes de defecto (debidas a fallos de aislamiento) o las de descarga de origen atmosférico (rayos).

Objetivos principales:

  • Protección de las personas frente a contactos indirectos, suministrando un camino de baja impedancia a la corriente de fuga.
  • Eliminar o reducir el ruido electromagnético producido por los equipos eléctricos en funcionamiento.

Interruptor Diferencial

Es un interruptor que tiene la capacidad de detectar una diferencia entre la corriente que entra y la que sale por sus polos. En una instalación monofásica, detecta la diferencia de corriente que circula por la fase y por el neutro. Cuando detecta una diferencia de corriente superior a un valor determinado (su sensibilidad), el interruptor abre el circuito, protegiendo así la instalación o al usuario contra derivaciones.

Cableado en Redes LAN

Nomenclatura Ethernet (xBaseZ)

La nomenclatura sigue generalmente este patrón:

  • X: Indica la velocidad en Megabits por segundo (Mbps) sobre el canal.
  • Base: Se refiere a «Baseband modulation» (modulación en banda base), que es el método de modulación empleado.
  • Z: Señala la longitud máxima del cable en centenares de metros, o el tipo de tecnología o cable empleado.

Ejemplos de Estándares Ethernet:

  • 10Base5: 10 Mbps, modulación en banda base, 500 m máx., cable coaxial grueso.
  • 10Base2: 10 Mbps, modulación en banda base, 185-200 m máx., cable coaxial fino (Thinnet).
  • 10Base-T: 10 Mbps, modulación en banda base, 100 m máx., cable UTP de 2 pares (Cat 3 o superior).
  • 10Base-F: 10 Mbps, modulación en banda base, 2000 m máx., Fibra Óptica (F.O.).
  • 100Base-T4: 100 Mbps, modulación en banda base, 100 m máx., par trenzado 4 pares (Cat 3 o superior).
  • 100Base-TX: 100 Mbps, modulación en banda base, 100 m máx., par trenzado 2 pares (Cat 5 o superior).
  • 100Base-FX: 100 Mbps, modulación en banda base, 2000 m máx., F.O. multimodo.
  • 1000Base-T: 1000 Mbps (1 Gbps), modulación en banda base, 100 m máx., par trenzado 4 pares (Cat 5e o superior).
  • 1000Base-TX: 1000 Mbps (1 Gbps), modulación en banda base, 100 m máx., par trenzado 4 pares (Cat 6 o superior).
  • 10GBase-T: 10.000 Mbps (10 Gbps), modulación en banda base, 100 m máx. (Cat 6a o superior).

Categorías de Cable de Par Trenzado

  • Categoría 1: Hilo telefónico trenzado de calidad de voz. No adecuado para transmisiones de datos. Transmisión < 1 MHz.
  • Categoría 2: Cable par trenzado sin apantallar (UTP). Transmisión > 4 MHz. Consta de 4 pares. Usado antiguamente en sistemas Token Ring.
  • Categoría 3: UTP, 4 pares trenzados. Adecuado para 10Base-T. Especificado hasta 16 MHz.
  • Categoría 4: UTP, 4 pares. Especificado hasta 20 MHz. Usado en redes Token Ring de 16 Mbps.
  • Categoría 5: UTP, 4 pares. Especificado hasta 100 MHz. Adecuado para 100Base-TX y 1000Base-T.
  • Categoría 5e: (Enhanced Category 5) Similar a Cat 5 pero con especificaciones más estrictas (hasta 100 MHz). Diseñada para soportar mejor 1000Base-T.
  • Categoría 6: UTP/STP. Especificado hasta 250 MHz. Diseñada para 1000Base-T y futuras aplicaciones. Mejor rendimiento que Cat 5e.
  • Categoría 6a: (Augmented Category 6) UTP/STP. Especificado hasta 500 MHz. Diseñada para soportar 10GBase-T hasta 100 metros.
  • Categoría 7: Siempre apantallado (S/FTP o F/FTP). Especificado hasta 600 MHz. Diseñada para 10GBase-T y futuras aplicaciones. Utiliza conectores diferentes a RJ45 (GG45 o TERA).
  • Categoría 7a: Especificado hasta 1000 MHz.

Fibra Óptica

Tipos de Fibra Óptica

  • Monomodo (SM – Single Mode):
    • Diseñada para largas distancias y gran ancho de banda.
    • Diámetro del núcleo muy pequeño (8-10 µm), revestimiento de 125 µm, recubrimiento primario de 250 µm.
    • Solo permite viajar un modo o rayo óptico central.
    • Mayor capacidad de transporte de información a mayor distancia.
    • Banda de paso del orden de 100 GHz/km.
    • Diferentes estándares: ITU-T G.652, ITU-T G.653, ITU-T G.654, ITU-T G.655.
  • Multimodo (MM – Multi Mode):
    • Usada principalmente para redes locales (LAN) y distancias más cortas.
    • Menor distancia y menor ancho de banda que las SM.
    • Permite la propagación de múltiples rayos luminosos (modos) simultáneamente.
    • Diámetros de núcleo comunes: 50 µm (revestimiento 125 µm) y 62.5 µm (revestimiento 125 µm). Ambas con recubrimiento primario de 250 µm.
    • Banda de paso del orden de 500 MHz/km a 4700 MHz/km (dependiendo del tipo OM1, OM2, OM3, OM4, OM5).
    • Estándares: EIA-492, ISO/IEC 793, ITU-T G.651.

Estructura Típica de una Fibra Óptica:

  1. Núcleo (Core)
  2. Revestimiento (Cladding)
  3. Recubrimiento primario (Coating)
  4. Fibras protectoras (ej. aramida) (Buffer/Strength members)
  5. Cubierta del cable (Jacket)

Clasificación de Cables de Fibra Óptica

  • Según fabricación:
    • Estructura holgada: (Unitubo, Multitubo)
    • Estructura ajustada: (Unifibra, Bifibra, Multifibra)
  • Según su aplicación:
    • Exterior: (Enterrados, Aéreos, Conductos, Fibra soplada)
    • Interior:
    • Mixtos (Interior/Exterior):
    • Especiales: (OPGW – Optical Ground Wire, Submarinos, Autosoportados – ADSS)

Tipos de Pulido en Conectores de Fibra Óptica

  • Flat (Plano): Pulido plano. Raramente usado hoy en día debido a altas reflexiones.
  • PC (Physical Contact): Pulido convexo. Asegura contacto físico entre las fibras, reduciendo la reflexión respecto al pulido plano. Común en fibras multimodo.
  • SPC (Super Physical Contact) y UPC (Ultra Physical Contact): Mejoras del pulido PC con acabados más finos que maximizan el contacto y minimizan las pérdidas de retorno (reflexión). UPC es muy común en equipos de telecomunicaciones y redes de datos.
  • APC (Angled Physical Contact): Pulido convexo con un ángulo de 8 grados en la férula. Este ángulo desvía la luz reflejada hacia el revestimiento, minimizando drásticamente la reflexión (-60 dB o mejor). Es el preferido para señales sensibles a la reflexión como TV por cable (CATV) y sistemas WDM. Requerido en ICT2. No compatible con conectores PC/UPC.

Cordones y Latiguillos

Son cables cortos y preconectorizados usados para la interconexión de dispositivos o paneles de parcheo.

  • Cordones o Pigtails: Cables que solo disponen de conectores en uno de sus extremos (el otro extremo se fusiona o conecta mecánicamente a la fibra del cable principal).
  • Latiguillos (Patch Cords): Cables con conectores en ambos extremos.

Adaptadores y Pasamuros

Son dispositivos mecánicos que alinean y permiten el correcto enfrentamiento de dos conectores de idéntico tipo. Se utilizan en distribuidores ópticos (paneles de parcheo) para facilitar la conexión y desconexión de latiguillos.

FTTH (Fiber to the Home)

En las redes FTTH típicas (GPON), por la misma y única fibra óptica se transmiten tres canales (longitudes de onda) diferentes:

  • 1310 nm: Canal de subida (upstream). Se transmite desde la Unidad Óptica de Red (ONU/ONT) en la vivienda del usuario hacia la central (OLT). Transporta voz y datos del usuario.
  • 1490 nm: Canal de bajada (downstream). Se transmite desde la OLT hacia la ONU/ONT. Transporta voz y datos para el usuario.
  • 1550 nm: Canal de bajada (downstream). Opcionalmente usado para la difusión de señales de TV (RF Overlay).

Cables de Par Trenzado

A diferencia de los cables de energía que utilizan baja frecuencia (típicamente 50/60 Hz) y están diseñados para minimizar la pérdida de energía, los cables de datos de par trenzado operan a altas frecuencias y están diseñados para preservar la integridad de la señal.

Un canal de comunicaciones es la vía completa por la que se transmiten las señales entre dos puntos, incluyendo todos los componentes intermedios. Estos componentes pueden ser activos, que modifican o regeneran la señal (switches, routers, repetidores, etc.), y pasivos, que no deberían modificarla (cables, conectores, paneles de parcheo).

El ancho de banda de un canal digital se refiere a su capacidad de transmisión de datos y se expresa comúnmente en bits por segundo (bps).

Los conductores suelen ser de cobre unifilar (un solo hilo, también denominado conductor sólido, usado en instalación fija) o multifilar (varios hilos finos trenzados, también denominado conductor flexible, usado en latiguillos).

  • Cable plano o paralelo: Aquel en el que sus conductores discurren paralelamente bajo la envoltura común (ej. cable telefónico antiguo, no usado en redes LAN modernas).
  • Cable trenzado: Aquel en que sus conductores (agrupados en pares) están trenzados entre sí para reducir interferencias. Es el estándar en redes LAN.

Problemas Comunes en Cables de Par Trenzado

Los principales problemas se reducen a dos: atenuación de la señal (pérdida de potencia) y su corrupción (distorsión o ruido).

Las formas de recuperación de errores son varias, desde la reconstrucción de bits individuales (mediante códigos de corrección de errores) hasta la retransmisión de paquetes cuyo CRC (Cyclic Redundancy Check) sea erróneo. La tasa de errores se conoce como BER (Bit Error Rate). Si el BER es demasiado alto, la transmisión se hace imposible o tan lenta que resulta inoperante.

En las redes de alta velocidad, los cables se comportan como antenas: emiten y captan radiación electromagnética. Esta radiación aparece en el propio cable como ruido y en el exterior como interferencias electromagnéticas (EMI – Electromagnetic Interference). Para mitigar esto, se puede incorporar un apantallado externo (global) y/o interno (individual por par), que aísla el interior de la radiación externa y reduce la diafonía entre pares.

Parámetros de Calidad en Cables de Par Trenzado

La calidad o idoneidad de los cables se expresa mediante ciertos parámetros, medidos según estándares internacionales:

Atenuación (Insertion Loss – IL):
Expresa la disminución de potencia de la señal al recorrer el cable. Generalmente se expresa en decibelios (dB) por 100 metros para una determinada frecuencia. Cuanto menor sea, mejor.
Diafonía (Crosstalk):
Es el fenómeno por el que parte de la energía de la señal que viaja por un par se acopla inductiva o capacitivamente a los pares adyacentes, generando ruido. Se mide en dB. Cuanto mayor sea el valor (menos señal acoplada), mejor.
NEXT (Near-End Crosstalk):
Diafonía medida en el extremo cercano (mismo extremo donde se inyecta la señal). Es la fracción de señal que aparece en el extremo cercano de un par adyacente.
PS-NEXT (Power Sum NEXT):
Suma de la potencia de NEXT que afecta a un par, proveniente de todos los demás pares del cable. Es un parámetro crítico en transmisiones que usan los 4 pares simultáneamente (ej. Gigabit Ethernet).
FEXT (Far-End Crosstalk):
Diafonía medida en el extremo lejano (extremo opuesto a donde se inyecta la señal).
ACR-F (Attenuation to Crosstalk Ratio Far-end) / ELFEXT (Equal Level FEXT):
Relación entre la diafonía en el extremo lejano (FEXT) y la atenuación del par afectado. Indica cuánto supera la señal deseada al ruido FEXT en el extremo receptor. Cuanto mayor sea, mejor.
PS-ACR-F / PS-ELFEXT:
Suma de potencia de ACR-F/ELFEXT considerando todos los pares perturbadores.
ACR-N (Attenuation to Crosstalk Ratio Near-end):
Relación entre la diafonía en el extremo cercano (NEXT) y la atenuación del par medido. Indica el margen entre la señal y el ruido NEXT. Cuanto mayor sea, mejor.
PS-ACR-N:
Suma de potencia de ACR-N considerando todos los pares perturbadores.
Pérdida de Retorno (Return Loss – RL):
Mide la cantidad de energía de la señal que es reflejada de vuelta hacia la fuente emisora debido a variaciones de impedancia en el cable o conectores. Se mide en dB. Cuanto mayor sea el valor (menos reflexión), mejor.
Retardo de Propagación (Propagation Delay):
Tiempo que tarda la señal en viajar de un extremo al otro del cable.
Diferencia de Retardo (Delay Skew):
Diferencia entre el retardo de propagación del par más rápido y el más lento en un cable multipar. Es crítico para aplicaciones que usan varios pares en paralelo.
Diafonía Exógena (Alien Crosstalk):
Diafonía entre pares de cables adyacentes en una instalación (no dentro del mismo cable). Es un factor limitante importante para 10GBase-T.
ANEXT (Alien Near-End Crosstalk):
Diafonía exógena medida en el extremo cercano.
AFEXT (Alien Far-End Crosstalk):
Diafonía exógena medida en el extremo lejano.
PS-ANEXT / PS-AFEXT:
Suma de potencia de la diafonía exógena.
Impedancia Característica:
Impedancia que presenta el cable a la señal en el rango de frecuencias de trabajo (típicamente 100 ohmios para cables de datos UTP/STP).

Técnicas de Mejora en Cables de Par Trenzado

La capacidad de un cable para transmitir datos a alta velocidad depende de las técnicas de transmisión empleadas (codificación, protocolos de corrección de errores) y de las características físicas y de construcción del cable. Para mejorar estas últimas en cables de cobre, se adoptan medidas como:

  • Incrementar la tasa de torsión (paso de trenzado) de los pares.
  • Utilizar diferentes tasas de torsión para cada par dentro del mismo cable para reducir el acoplamiento mutuo.
  • Incrementar el diámetro de los conductores.
  • Mejorar la calidad y uniformidad de los materiales (cobre y aislante).
  • Incluir separadores internos (crucetas) que mantienen la distancia y posición relativa de los pares dentro del cable.
  • Utilizar apantallamiento (foil o malla) global y/o individual por par para reducir la diafonía interna y la susceptibilidad a interferencias externas (EMI).