Balastos fluorescentes5

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CURSO DE INSTALADORES Capítulo V Balastos Para Lámparas Fluorescentes
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    02-Dec-2015
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  • CURSO DE INSTALADORES

    Captulo V

    Balastos Para Lmparas

    Fluorescentes

  • LLmmppaarraass FFlluuoorreesscceenntteess ((BBrreevvee RReesseeaa)) Como ya hemos visto en el primer captulo del Curso de Instaladores, las lmparas fluorescentes emiten radiacin a partir de una descarga elctrica en atmsfera de vapor de mercurio a baja presin, luego la luz es generada por el fenmeno de la fluorescencia. El rendimiento luminoso que se obtiene con las lmparas fluorescentes normales est comprendido entre los 30 y los 80 lm/w, dependiendo de la longitud del tubo, el tipo de atmsfera gaseosa interior y el recubrimiento fluorescente. Las lmparas fluorescentes, como todas las de descarga, presentan una impedancia al paso de la corriente que disminuye a medida que sta aumenta por lo que no pueden ser conectadas directamente a la red sin un dispositivo que controle la intensidad que circule por ellas. Este dispositivo es lo que habitualmente se llama reactancia o balasto.

    BBaallaassttooss ppaarraa LLmmppaarraass FFlluuoorreesscceenntteess Los balastos para lmparas fluorescentes dependen del tipo de lmpara utilizada, para ello vamos a clasificar las mismas en tres grupos principales.

    Encendido con arrancador (precalentamiento o Pre Heat)

    Este tipo de lmpara fluorescente necesita un precalentamiento inicial de ctodos proporcionado por la corriente de encendido que se establece al cerrar el circuito del arrancador, como se ve en la figura. Cuando ste se abre, se produce el arco en la lmpara y la corriente queda limitada por el balasto. El capacitor tiene la finalidad de corregir el factor de potencia del conjunto y en este caso su colocacin es opcional.

    Arranque Rpido (sin Arrancador o Rapid Start)

    Este sistema no necesita arrancador y las lmparas encienden casi tan rpidamente como las de arranque instantneo. El precalentamiento de ctodos se obtiene a travs de bajas tensiones creadas en arrollamientos incluidos en el balasto (SEC1 / SEC2, ver imagen).

  • Arranque Instantneo (Sin Arrancador, Instant Start)

    La lmpara de arranque instantneo fue desarrollada para eliminar la necesidad del dispositivo de arranque y lograr un encendido ms rpido. No necesita precalentamiento de ctodos, producindose el arranque por la elevada tensin de encendido que proporciona un balasto con caractersticas particulares. Al no requerir precalentamiento, este tipo de lmparas, slo se necesita un contacto en cada extremo. Se las conoce con el nombre de Slimline.

    BBaallaassttooss PPaarraa DDiissttiinnttaass TTeennssiioonneess ddee RReedd Dependiendo de la tensn de la red disponible, se debe utilizar uno u otro tipo de balasto:

    Con tensin de Lnea Suficiente: Si la tensin de lnea es suficiente para operar la lmpara, esto significa que la tensin de arco de la lmpara pueda ser cubierta perfectamente por la red, basta con que el balasto cumpla con limitar la corriente. En este caso utilizamos una Reactancia de Choque o Reactor.

    Con Tensin de Lnea Insuficiente: Si como ocurre en otros casos, la tensin de la red es insuficiente para mantener encendida la lmpara, dado que se aproxima a la tensin de arco de la misma, se ha de emplear un balasto que eleve dicha tensin y adems cumpla con la limitacin de corriente. Estos balastos sern de tipo Autotransformador de Dispersin o Reactancia de Dispersin.

  • Las lmparas de precalentamiento se encienden con un arrancador que cierra el circuito y permite el paso de corriente, dando origen al calentamiento de los filamentos que se encuentran en los extremos (ver captulo 1 del Curso de Instaladores). Cuando se abre el circuito, un impulso de alta tensin, provocado por la propia induccin del balasto, es aplicado a la lmpara produciendo el arco de arranque o ignicin.

    Veamos cmo ocurre este fenmeno: Hemos dicho que los balastos son elementos inductivos (bobinas). Un inductor se opone a variaciones bruscas de corriente. Como es esto? Veamos el siguiente ejemplo.

    Hacemos circular una corriente a travs de un inductor cerrando el interruptor, lo que producir una circulacin de corriente a travs del mismo.

    En el momento en que se abra el interruptor, la corriente cesar por completo y la bobina se opondr a esa variacin brusca, generando una sobreelevacin de tensin para intentar mantenerla en el circuito. Obviamente que esto ocurre en un intervalo muy pequeo de tiempo, es por eso que decimos que se produce un pulso de alta tensin. Este pulso adems de ser muy corto en tiempo, tambin tiene muy poca energa, por lo cual no ser capaz de alimentar una carga importante.

    Pero como nosotros sabemos, el gas de una lmpara apagada posee una gran impedancia, por lo tanto, no presentar carga alguna para el pulso de alta tensin que provoca nuestra bobina. El interruptor que aqu abrimos y cerramos manualmente, lo reemplazaremos por un arrancador, quien actuar abriendo y cerrando el circuito de forma automtica las veces que sea necesario hasta producir el arranque de la lmpara. El arrancador es normalmente un dispositivo compuesto por una ampolleta con gas inerte, lminas bimetlicas sensibles al calor y un capacitor para suprimir ruidos de radio-interferencia que se producen al abrir y cerrar el circuito y durante la operacin de la lmpara. Al aplicar tensin sobre el mismo a travs de los filamentos de la lmpara, se produce una descarga (pequeo flujo de corriente) a travs del gas entre los bimetales de la ampolleta. El efecto calefactor de la corriente hace que la tira bimetlica se dilate y haga contacto con el otro electrodo. Esto ocasiona que la corriente de

    BBaallaassttooss ddee EEnncceennddiiddoo ppoorr AArrrraannccaaddoorr ((PPrree HHeeaatt))

  • precalentamiento pase por los filamentos de la lmpara hasta que la tira bimetlica se enfra y se abre nuevamente, dando lugar a que el balasto genere un pulso de alta tensin como lo hemos visto en el ejemplo citado con anterioridad.

    Primer estado: Cierre del arrancador y corriente de precalentamiento.

    Segundo Estado: Apertura del arrancador.

    El arrancador, a pesar de quedar con tensin, no acta despus del arranque de la lmpara, ya que est diseado de tal manera que el potencial elctrico que queda aplicado sobre el mismo (tensin de lmpara) no es suficiente para producir la descarga gaseosa dentro de l. De esta forma, no consume energa y cuando la lmpara se apaga, est disponible para volver a arrancarla. Como hemos visto en el captulo anterior del curso (Factor del Potencia) los circuitos alimentados por corriente alterna no poseen una tensin de alimentacin constante o

    Dos lminas bimetlicas separadas

    Aplico tensin y las lminas comienzan a calentar producto de la descarga gaseosa

    Las lminas bimetlicas se doblan producto del calor generado

    Se produce el contacto de las lminas cerrando el circuito y posterior paso de la corriente

    Cesa la descarga gaseosa, dado que con los bimetales cerrados no hay tensin sobre el arrancador.

    Los bimetales comienzan a enfriar.

    Una vez que enfran, los bimetales abren y se interrumpe la corriente, dando lugar al pulso de alta tensin.

    La lmpara enciende y la tensin de la misma no alcanza para volver a operar el arrancador.

  • continua como la de una pila, sino que sta vara desde cero a su valor mximo mnimo (positiva y negativamente) una determinada cantidad de veces por segundo (Frecuencia). En muchas ocasiones el arrancador abre y cierra sucesivas veces antes de encender la lmpara. Esto se debe a que en el momento de la apertura de los bimetales, la forma de onda de corriente de lnea no pasa por un valor lo suficientemente alto (corriente instantnea) como para generar un pulso de alta tensin en el balasto que de lugar al encendido de la lmpara (1000 V aproximadamente, aunque depende mucho del tipo y la potencia de la lmpara). Dadas estas causas, existen arrancadores para distintas potencias de lmparas:

    Si la lmpara est agotada el parpadeo continuar hasta que uno de los ctodos se corte o quede el arrancador en cortocircuito permanente. Ambas situaciones producen un rpido acortamiento de la vida del balasto.

    BBaallaassttooss PPrree HHeeaatt CCoonn TTeennssiinn ddee LLnneeaa SSuuffiicciieennttee

    Reactancia de choque o reactor.

    La tensin para el encendido y la operacin la proporciona la red.

    La corriente de precalentamiento de ctodos se origina al cerrarse el arrancador.

    La limitacin de corriente, la produce el balasto.

    Ejemplo1: Hasta 40 W

    Ejemplo 2: 14 a 65 W

  • Tambin se puede utilizar un circuito capacitivo, que tiene la caracterstica de ser autorregulado. En este caso el balasto est constituido por una impedancia inductiva y otra capacitiva conectadas en serie. Esto produce una corriente en adelanto de bajo factor de potencia que generalmente est en el orden del 0,5 capacitivo. Debe tenerse en cuenta que el capacitor debe admitir la tensin de trabajo a la que va a estar sometido que est alrededor de los 400 Volt y su valor debe ser tal que, en combinacin con el reactor, se obtenga la corriente la lmpara prevista.

    BBaallaassttooss PPrree HHeeaatt CCoonn TTeennssiinn ddee LLnneeaa IInnssuuffiicciieennttee

    Reactancia de autotransformador de dispersin.

    La tensin para el encendido y la operacin la proporciona el balasto, al ser

    insuficiente la de la red.

    La corriente de precalentamiento se origina al cerrar el arrancador.

    La limitacin de la corriente la produce el secundario de la reactancia.

    Aplicacin Prctica: Encendido de lmparas fluorescentes con alta tensin de arco (comparable a la tensin de red) Ejemplo: Lmparas de 30 a 65 W con 110 Volts de lnea.

    BBaallaassttooss ddee EEnncceennddiiddoo PPrree HHeeaatt ppaarraa ddooss LLmmppaarraass ((TTwwoo LLaammppss))

    CCiirrccuuiittooss AApplliiccaabblleess ccoonn tteennssiinn ddee llnneeaa ssuuffiicciieennttee

    1) Sistema Duo

  • Este sistema se utiliza para dos lmparas tubulares fluorescentes y est formado por un circuito inductivo y uno capacitivo. Permite obtener un alto factor de potencia en la lnea (cercano a 1) debido a que una rama funciona en adelanto y la otra en atraso. Este balasto corrige el efecto estroboscpico ya que la corriente de la lmpara 1 pasa por el cero de la forma de onda en un instante distinto que la de la lmpara 2. Con este tipo de balastos, en el cual cada lmpara tiene su circuito independiente, el hecho de que se apague una de ellas, permite que la otra siga funcionando y permite adems disminuir las interferencias radioelctricas.

    2) Sistema Tandem o Serie

    Los dos tubos fluorescentes son conectados en serie. Se utiliza para la conexin de 2 lmparas fluorescentes de baja tensin de operacin con un solo balasto, como por ejemplo, dos tubos de 20 W con un balasto de 40 W o dos tubos de 4 W con un balasto de 8 W. Ambos sistemas con una tensin de alimentacin de 220 V. La ventaja obviamente es la economa de colocar un solo balasto, pero existen desventajas como ser que cualquier falla de uno de los arrancadores o lmparas apagar ambos circuitos. Otra contra es que la cada de tensin sobre los arrancadores ser la mitad de la red en cada uno de ellos, por lo tanto, es necesario colocar arrancadores de 110 V (generalmente mas caros que los arrancadores de 220 V).

  • El fundamento bsico de los sistemas de arranque rpido es proporcionar a la lmpara el precalentamiento de los filamentos y evitar el uso del arrancador, elemento que incrementa los costos de mantenimiento. El arranque, es ms rpido que el de las lmparas pre heat y se verifica en menos de 1 segundo bajo condiciones normales. Este balasto para lmparas del tipo Rapid Start est constituido por dos transformadores que caldean los filamentos de la lmpara para producir el arranque de la misma. Adems, posee un sistema

    de elevacin de tensin y una impedancia limitadora de corriente.

    BBaallaassttooss RRaappiidd SSttaarrtt ccoonn TTeennssiinn ddee LLnneeaa SSuuffiicciieennttee

    1) Balasto Reactor con Transformador:

    No utilizan arrancador.

    La tensin para el encendido es suficiente con la de la red.

    El calentamiento de los ctodos se produce por medio de las bajas tensiones

    proporcionadas por los secundarios del transformador

    2) Sistema Semirresonante:

    Estos balastos estn formados por dos bobinados y un capacitor segn indica el circuito. Cuando es conectado a la red, una corriente de precalentamiento fluye a travs de los filamentos de la lmpara, los cuales se encuentran en serie en la conexin de arranque.

    BBaallaassttooss ddee EEnncceennddiiddoo RRppiiddoo ssiinn AArrrraannccaaddoorr ((RRaappiidd SSttaarrtt))

  • La combinacin de reactor y bobinado adicional presenta un reducido valor de inductancia, que con el capacitor serie y las resistencias de los electrodos, causa una condicin de resonancia, dando como resultado una tensin mucho ms alta que la tensin de lnea que se aplica a los terminales de la lmpara. Una vez que el arco est establecido, la condicin resonante se extingue y el balasto reactor controla la corriente que fluye a travs de la lmpara. En ese momento el capacitor acta corrigiendo el factor de potencia. Estas son algunas de las caractersticas principales de este sistema:

    El caldeo de filamentos es proporcionado por la corriente de arranque que recorre todo el circuito antes de que se produzca el arco en el interior de la lmpara.

    La tensin para el encendido, es la cada de tensin que se origina en el bobinado adicional y el capacitor.

    La limitacin de corriente es controlada por el reactor en su acoplamiento magntico con el bobinado adicional.

    La distorsin armnica de la corriente de lnea es mas baja que en el sistema tradicional reactor + capacitor.

    La combinacin de corrientes en ambos bobinados, conjuntamente con el capacitor, corrige el factor de potencia.

    Este sistema tiene como limitacin que slo se puede usar en redes de 220V y para potencias entre 20 y 65 W.

    BBaallaassttooss RRaappiidd SSttaarrtt ccoonn TTeennssiinn ddee LLnneeaa IInnssuuffiicciieennttee

    Son reactancias de autotransformador de dispersin que se encuentran bobinadas dentro de un mismo ncleo con acoplamientos especiales. El calentamiento de los ctodos es originado por los devanados llamados auxiliares 1 y 2 que suministran bajas tensiones, del orden de 3,6V. La tensin de encendido, es proporcionada por la elevacin en el secundario, que sumada a la red, alcanza el valor para arrancar la lmpara. La limitacin de corriente se produce mediante el reactor secundario En el caso del balasto para lmpara fluorescente de 105W es necesario disponer de una tensin a circuito abierto de unos 350 Volt. Esto se logra mediante un acoplamiento magntico dbil entre Primario y Secundario de modo tal que el Secundario acta elevando la tensin a la vez que limita la corriente de funcionamiento.

  • BBaallaassttooss TTwwoo LLaammppss ppaarraa LLmmppaarraass RRaappiidd SSttaarrtt

    CCiirrccuuiittoo AApplliiccaabbllee ccoonn tteennssiinn ddee llnneeaa ssuuffiicciieennttee

    Circuito Leag Lag

    El transformador caldea los ctodos de las lmparas. La lmpara con el capacitor en serie es alimentada por una corriente en adelanto y la restante por una en atraso. Esta combinacin permite lograr un alto factor de potencia en la lnea y corregir el efecto estroboscpico.

    CCiirrccuuiittoo AApplliiccaabbllee ccoonn tteennssiinn ddee llnneeaa iinnssuuffiicciieennttee

    Circuito Serie Secuencia:

    Este balasto est constituido por un autotransformador con acoplamiento dbil entre Primario y Secundario. La corriente de lmparas est regulada por la reactancia del secundario y el capacitor C1. Este circuito permite obtener buenas condiciones de encendido, al ser aplicada toda la tensin de circuito abierto a la lmpara 1 a travs del capacitor C2. Una vez que la lmpara 1 encendi, la cada de tensin producida sobre C2 producir el encendido de la lmpara 2. Otras ventajas que se obtienen con este balasto son la buena regulacin de la lmpara ante las variaciones de la tensin de lnea y la imposibilidad de que se produzca el efecto de rectificacin (Ver captulo 3 del Curso de Instaladores) debido a la presencia del capacitor C1 en serie con la lmpara 1 y la lmpara 2.

  • PPaarraa uunn ffuunncciioonnaammiieennttoo ccoorrrreeccttoo eenn llaass iinnssttaallaacciioonneess ddee aarrrraannqquuee rrppiiddoo ssee rreeqquuiieerreenn llaass ssiigguuiieenntteess ccoonnddiicciioonneess::

    Tensin de red no inferior al 90% de la nominal.

    Tensin de salida o de vaco de los balastos, adecuada a la lmpara

    correspondiente.

    Tensin de filamentos suficientes en bornes de la lmpara. Por ello hay que tener en cuenta las cadas de tensin que se pueden ocasionar por la resistencia de los conductores, mal contacto en los zcalos, etc.

    El valor de la resistencia total de los cables que van desde el

    balasto a cada filamento no debe ser mayor que 0,2

  • Poner toma de tierra en las pantallas como medida de seguridad y para favorecer el encendido.

    Los soportes metlicos sobre los que se instalan las lmparas no

    deben distar ms de 12 mm.

    Cuidar la correcta polaridad de fase y neutro, segn se indica en los esquemas, para lograr entre uno de los extremos de la lmpara y tierra, la mayor diferencia de potencial posible y de esa forma favorecer el encendido.

  • RReessoolluucciinn ddee PPrroobblleemmaass eenn IInnssttaallaacciioonneess ccoonn TTuubbooss ddee 110055 WW

    Uno de los tubos que tiene mucha aplicacin en nuestro pas es el de 105W Rapid Start. Sus caractersticas de funcionamiento no son tan simples como las de un tubo de 40W, por lo tanto necesitan ser instalados con un balasto de excelente calidad. Para entender un poco mejor su funcionamiento, se muestra cmo es esquemticamente un balasto de 105W.

    Un autotransformador, para obtener la tensin de circuito abierto que necesita el tubo para encender, formado por un Primario B y un Secundario C

    Dos bobinados de filamento, para calentar los electrodos de la lmpara A (bornes 3 y 4) y D (bornes 1 y 2)

    El funcionamiento del balasto es el siguiente: Cuando se aplica la tensin de lnea y el tubo an no encendi, aparece sobre los extremos del mismo, la tensin de circuito abierto que entrega el autotransformador B - C. Adems, se aplica sobre cada filamento las tensiones proporcionadas por A y D. En estas condiciones se produce la descarga y el tubo enciende. A partir de all, el Shunt (3 lneas verticales), modifica el circuito magntico del balasto y regula la potencia entregada a la lmpara. Este tipo de circuitos normalmente es muy alineal, por consiguiente es fundamental emplear balastos de excelente calidad. Algunos de los problemas ms comunes que se presentan son que el tubo no encienda o que se ennegrezcan los extremos con pocas horas de uso. En ambos casos la falla puede estar en el balasto o en la instalacin.

    VVeerriiffiiccaacciinn ddee uunn BBaallaassttoo ddee 110055 WW Con este procedimiento se verifican balastos que no estn instalados. En caso de estarlo, se deben desconectar todas sus conexiones. Las mediciones deben realizarse con tester o voltmetro y hmetro.

  • Verificar que la resistencia entre los bornes 5 y 6 cumple con lo especificado en el cuadro de mediciones.

    Si esto es correcto aplicar 220 V a los bornes 5-6. En caso de que no se conozca exactamente el valor de esa resistencia conectar el balasto a 220 V, intercalando entre la lnea y la bornera un fusible de 1 Ampere. Si el fusible salta, el primario del balasto est en cortocircuito, por lo tanto debe cambiarse el balasto.

    Verificar que la tensin en los bornes 1-2 sea de 3,6 a 4 Volt.

    Verificar que la tensin en los bornes 3-4 sea de 3,6 a 4 Volt.

    Verificar que la tensin en los bornes 1-3 sea de aproximadamente 340 a 380 Volt. Si todas las mediciones dan dentro de estos valores, el balasto se halla en correcto estado de funcionamiento, salvo que tenga una falla de rigidez dielctrica (falla de aislacin).

    CUADRO DE MEDICIONES

    RS 105 W ITALAVIA

    RS 105 W WALLISTER

    Bornes Resistencia

    () Tensin de Vaco

    (V) Resistencia

    () Tensin de Vaco

    (V)

    1-2 0.2 4 0.4 4

    3-4 0.2 4 0.4 4

    5-6 15.5 220 36 220

    1-3 28 380 53 360

    1-6 12.5 160 17 140

    VVeerriiffiiccaacciinn ddee llaa IInnssttaallaacciinn BBaallaassttoo ddee 110055 WW

    1) El Tubo No Enciende?

    Verificar el balasto de acuerdo a lo expresado en el punto anterior.

    Si el balasto est correcto, conectarlo a la luminaria y colocar el tubo.

    1

    2

    3

    4

    5

    6

  • Verificar si llega tensin de 220 V sobre la bornera 5-6.

    Midiendo directamente sobre los tornillos de los contactos de los zcalos, verificar que en cada zcalo haya una tensin de 3,2 a 4V.

    Si habiendo llegado a este punto, todas las mediciones son correctas, verifique la continuidad de cada uno de los filamentos del tubo.

    Si an no enciende, verificar que el tubo no est separado ms de 25 mm del artefacto metlico.

    En caso de instalarlo sin artefacto se deber colocar un fleje metlico de 35 milmetros de anch mnimo y tan largo como el tubo a una distancia menor que

    12mm.

    Verifique que el artefacto o fleje metlico est conectado a tierra.

    Que los zcalos se encuentren formando 90 (perpendiculares) con el tubo.

    Que la temperatura ambiente sea mayor que 10 C.

    Si comprobados todos estos puntos, an no enciende, cambiar el tubo.

    EEnnnneeggrreecciimmiieennttoo PPrreemmaattuurroo ddee llooss EExxttrreemmooss ddeell TTuubboo

    El ennegrecimiento prematuro de los extremos de los tubos, en la zona de los electrodos se debe a un mal caldeo de los mismos y por consiguiente un encendido en fro con mayor emisin de los filamentos. Tal situacin se produce cuando no hay una tensin adecuada sobre stos.

    Posibles Causas: 1) Contacto incorrecto entre los pines de la lmpara y el zcalo. 2) Zcalos defectuosos. 3) Zcalos demasiado separados. 4) Contactos de la lmpara con defectos.

    Si hay tensin la causa puede ser que el cable de alimentacin no haga contacto con la bornera, o est cortado, o los tornillos mal apretados. La tensin debe ser mayor que 204 Volt.

    Si no hay cada de tensin o es ms baja que la medida sobre el balasto, verificar los cables que van desde el balasto a los zcalos, los tornillos del balasto y los tornillos de los zcalos. Si despus de estas verificaciones no se obtienen los valores de tensin deseados compruebe si los contactos de los zcalos estn en buenas condiciones, si estn oxidados, o el bronce ennegrecido, o el resorte vencido, o los contactos trabados. Si se presenta alguna de estas fallas, cambie el zcalo.

  • 5) Electrodos de la lmpara daados. 6) Baja tensin de lnea. 7) Conexin incorrecta. 8) Balasto defectuoso. 9) Distancia excesiva entre el balasto y la lmpara en el caso de que se instalen fuera de la luminaria.

    Fin Quinto Fascculo

    Se recomienda que la resistencia de los cables que van desde el balasto a cada filamento no sea mayor que 0.2 y la seccin no menor a 0,75 mm2. Para la verificacin de este problema, una vez que se quit la lmpara se debe medir con un tester en los terminales del zcalo una tensin de 3,6 a 4 Volt.

    Si este valor es correcto, el problema se debe a las condiciones 1 a 5. Si es incorrecto, verificar condiciones 6 a 9.