Balastos fluorescentes5

CURSO DE INSTALADORES

Capítulo V

Balastos Para Lámparas Fluorescentes

Lámparas Fluorescentes (Breve Reseña) Como ya hemos visto en el primer capítulo del Curso de Instaladores, las lámparas fluorescentes emiten radiación a partir de una descarga eléctrica en atmósfera de vapor de mercurio a baja presión, luego la luz es generada por el fenómeno de la fluorescencia. El rendimiento luminoso que se obtiene con las lámparas fluorescentes normales está comprendido entre los 30 y los 80 lm/w, dependiendo de la longitud del tubo, el tipo de atmósfera gaseosa interior y el recubrimiento fluorescente. Las lámparas fluorescentes, como todas las de descarga, presentan una impedancia al paso de la corriente que disminuye a medida que ésta 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.

Balastos para Lámparas Fluorescentes Los balastos para lámparas fluorescentes dependen del tipo de lámpara utilizada, para ello vamos a clasificar las mismas en tres grupos principales.

Encendido con arrancador (precalentamiento o Pre Heat)

Este tipo de lámpara fluorescente necesita un precalentamiento inicial de cátodos proporcionado por la corriente de encendido que se establece al cerrar el circuito del arrancador, como se ve en la figura. Cuando éste se abre, se produce el arco en la lámpara 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 colocación es opcional.

Arranque Rápido (sin Arrancador o Rapid Start)

Este sistema no necesita arrancador y las lámparas encienden casi tan rápidamente como las de arranque instantáneo. El precalentamiento de cátodos se obtiene a través de bajas tensiones creadas en arrollamientos incluidos en el balasto (SEC1 / SEC2, ver imagen).

Arranque Instantáneo (Sin Arrancador, Instant Start)

La lámpara de arranque instantáneo fue desarrollada para eliminar la necesidad del dispositivo de arranque y lograr un encendido más rápido. No necesita precalentamiento de cátodos, produciéndose el arranque por la elevada tensión de encendido que proporciona un balasto con características particulares. Al no requerir precalentamiento, este tipo de lámparas, sólo se necesita un contacto en cada extremo. Se las conoce con el nombre de “Slimline”.

Balastos Para Distintas Tensiones de Red Dependiendo de la tensón de la red disponible, se debe utilizar uno u otro tipo de balasto:




Con tensión de Línea Suficiente:

Si la tensión de línea es suficiente para operar la lámpara, esto significa que la tensión de arco de la lámpara 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 Tensión de Línea Insuficiente:

Si como ocurre en otros casos, la tensión de la red es insuficiente para mantener encendida la lámpara, dado que se aproxima a la tensión de arco de la misma, se ha de emplear un balasto que eleve dicha tensión y además cumpla con la limitación de corriente. Estos balastos serán de tipo Autotransformador de Dispersión o Reactancia de Dispersión.

Balastos de Encendido por Arrancador (Pre Heat) Las lámparas 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 capítulo 1 del Curso de Instaladores). Cuando se abre el circuito, un impulso de alta tensión, provocado por la propia inducción del balasto, es aplicado a la lámpara produciendo el arco de arranque o ignición. Veamos cómo ocurre este fenómeno: 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 través de un inductor cerrando el interruptor, lo que producirá una circulación de corriente a través del mismo.

 En el momento en que se abra el interruptor, la corriente cesará por completo y la bobina se opondrá a esa variación brusca, generando una sobreelevación de tensión para intentar mantenerla en el circuito. Obviamente que esto ocurre en un intervalo muy pequeño de tiempo, es por eso que decimos que se produce un “pulso” de alta tensión. Este pulso además de ser muy corto en tiempo, también tiene muy poca energía, por lo cual no será capaz de alimentar una carga importante.

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

precalentamiento pase por los filamentos de la lámpara hasta que la tira bimetálica se enfría y se abre nuevamente, dando lugar a que el balasto genere un pulso de alta tensión como lo hemos visto en el ejemplo citado con anterioridad. Primer estado: Cierre del arrancador y corriente de precalentamiento.

Dos láminas bimetálicas separadas

Aplico tensión y las láminas comienzan a calentar producto de la descarga gaseosa

Las láminas bimetálicas se doblan producto del calor generado

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

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

La lámpara enciende y la tensión de la misma no alcanza para volver a operar el arrancador.

Segundo Estado: Apertura del arrancador.

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

Los bimetales comienzan a enfriar.

El arrancador, a pesar de quedar con tensión, no actúa después del arranque de la lámpara, ya que está diseñado de tal manera que el potencial eléctrico que queda aplicado sobre el mismo (tensión de lámpara) no es suficiente para producir la descarga gaseosa dentro de él. De esta forma, no consume energía y cuando la lámpara se apaga, está disponible para volver a arrancarla. Como hemos visto en el capítulo anterior del curso (Factor del Potencia) los circuitos alimentados por corriente alterna no poseen una tensión de alimentación constante o

continua como la de una pila, sino que ésta varía desde cero a su valor máximo ó mínimo (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 lámpara. Esto se debe a que en el momento de la apertura de los bimetales, la forma de onda de corriente de línea no pasa por un valor lo suficientemente alto (corriente instantánea) como para generar un pulso de alta tensión en el balasto que de lugar al encendido de la lámpara (1000 V aproximadamente, aunque depende mucho del tipo y la potencia de la lámpara). Dadas estas causas, existen arrancadores para distintas potencias de lámparas:

Ejemplo1: Hasta 40 W

Ejemplo 2: 14 a 65 W

Si la lámpara está agotada el parpadeo continuará hasta que uno de los cátodos se corte o quede el arrancador en cortocircuito permanente. Ambas situaciones producen un rápido acortamiento de la vida del balasto.

Balastos Pre Heat Con Tensión de Línea Suficiente

Reactancia de choque o reactor. La tensión para el encendido y la operación la proporciona la red. La corriente de precalentamiento de cátodos se origina al cerrarse el arrancador. La limitación de corriente, la produce el balasto.

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

Balastos Pre Heat Con Tensión de Línea Insuficiente

Reactancia de autotransformador de dispersión. La tensión para el encendido y la operación la proporciona el balasto, al ser insuficiente la de la red. La corriente de precalentamiento se origina al cerrar el arrancador. La limitación de la corriente la produce el secundario de la reactancia.



Aplicación Práctica:

Encendido de lámparas fluorescentes con alta tensión de arco (comparable a la tensión de red) Ejemplo: Lámparas de 30 a 65 W con 110 Volts de línea.

Balastos de Encendido Pre Heat para dos Lámparas (Two Lamps) Circuitos Aplicables con tensión de línea suficiente

1) Sistema Duo

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

2) Sistema Tandem o Serie

Los dos tubos fluorescentes son conectados en serie. Se utiliza para la conexión de 2 lámparas fluorescentes de baja tensión de operación 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 tensión de alimentación de 220 V. La ventaja obviamente es la economía de colocar un solo balasto, pero existen desventajas como ser que cualquier falla de uno de los arrancadores o lámparas apagará ambos circuitos. Otra contra es que la caída de tensión sobre los arrancadores será 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).

Balastos de Encendido Rápido sin Arrancador (Rapid Start) El fundamento básico de los sistemas de arranque rápido es proporcionar a la lámpara el precalentamiento de los filamentos y evitar el uso del arrancador, elemento que incrementa los costos de mantenimiento. El arranque, es más rápido que el de las lámparas pre heat y se verifica en menos de 1 segundo bajo condiciones normales. Este balasto para lámparas del tipo Rapid Start está constituido por dos transformadores que caldean los filamentos de la lámpara para producir el arranque de la misma. Además, posee un sistema de elevación de tensión y una impedancia limitadora de corriente.

Balastos Rapid Start con Tensión de Línea Suficiente 1) Balasto Reactor con Transformador:

No utilizan arrancador. La tensión para el encendido es suficiente con la de la red. El calentamiento de los cátodos se produce por medio de las bajas tensiones proporcionadas por los secundarios del transformador

2) Sistema Semirresonante:

Estos balastos están formados por dos bobinados y un capacitor según indica el circuito. Cuando es conectado a la red, una corriente de precalentamiento fluye a través de los filamentos de la lámpara, los cuales se encuentran en serie en la conexión de arranque.

La combinación de reactor y bobinado adicional presenta un reducido valor de inductancia, que con el capacitor serie y las resistencias de los electrodos, causa una condición de resonancia, dando como resultado una tensión mucho más alta que la tensión de línea que se aplica a los terminales de la lámpara. Una vez que el arco está establecido, la condición resonante se extingue y el balasto reactor controla la corriente que fluye a través de la lámpara. En ese momento el capacitor actúa corrigiendo el factor de potencia. Estas son algunas de las características 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 lámpara.




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




La limitación de corriente es controlada por el reactor en su acoplamiento magnético con el bobinado adicional.




La distorsión armónica de la corriente de línea es mas baja que en el sistema tradicional reactor + capacitor.




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




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

Balastos Rapid Start con Tensión de Línea Insuficiente

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

Balastos Two Lamps para Lámparas Rapid Start Circuito Aplicable con tensión de línea suficiente

Circuito Leag – Lag

El transformador caldea los cátodos de las lámparas. La lámpara con el capacitor en serie es alimentada por una corriente en adelanto y la restante por una en atraso. Esta combinación permite lograr un alto factor de potencia en la línea y corregir el efecto estroboscópico.

Circuito Aplicable con tensión de línea insuficiente

Circuito Serie Secuencia:

Este balasto está constituido por un autotransformador con acoplamiento débil entre Primario y Secundario. La corriente de lámparas está regulada por la reactancia del secundario y el capacitor C1. Este circuito permite obtener buenas condiciones de encendido, al ser aplicada toda la tensión de circuito abierto a la lámpara 1 a través del capacitor C2. Una vez que la lámpara 1 encendió, la caída de tensión producida sobre C2 producirá el encendido de la lámpara 2. Otras ventajas que se obtienen con este balasto son la buena regulación de la lámpara ante las variaciones de la tensión de línea y la imposibilidad de que se produzca el efecto de rectificación (Ver capítulo 3 del Curso de Instaladores) debido a la presencia del capacitor C1 en serie con la lámpara 1 y la lámpara 2.

Para un funcionamiento correcto en las instalaciones de arranque rápido se requieren las siguientes condiciones:

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

Tensión de salida o de vacío de los balastos, adecuada a la lámpara correspondiente.

Tensión de filamentos suficientes en bornes de la lámpara. Por ello hay que tener en cuenta las caídas de tensión que se pueden ocasionar por la resistencia de los conductores, mal contacto en los zócalos, 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 Ω

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

Los soportes metálicos sobre los que se instalan las lámparas no deben distar más de 12 mm.

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

Resolución de Problemas en Instalaciones con Tubos de 105 W Uno de los tubos que tiene mucha aplicación en nuestro país es el de 105W Rapid Start. Sus características 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 cómo es esquemáticamente un balasto de 105W.

 Un autotransformador, para obtener la tensión 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 lámpara A (bornes 3 y 4) y D (bornes 1 y 2) El funcionamiento del balasto es el siguiente: Cuando se aplica la tensión de línea y el tubo aún no encendió, aparece sobre los extremos del mismo, la tensión de circuito abierto que entrega el autotransformador B - C. Además, 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 allí, el Shunt (3 líneas verticales), modifica el circuito magnético del balasto y regula la potencia entregada a la lámpara. Este tipo de circuitos normalmente es muy alineal, por consiguiente es fundamental emplear balastos de excelente calidad. Algunos de los problemas más 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 instalación.

Verificación de un Balasto de 105 W Con este procedimiento se verifican balastos que no están instalados. En caso de estarlo, se deben desconectar todas sus conexiones. Las mediciones deben realizarse con tester o voltímetro y óhmetro.

3 4

1 2

5 6

 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 línea y la bornera un fusible de 1 Ampere. Si el fusible salta, el primario del balasto está en cortocircuito, por lo tanto debe cambiarse el balasto.

 Verificar que la tensión en los bornes 1-2 sea de 3,6 a 4 Volt.  Verificar que la tensión en los bornes 3-4 sea de 3,6 a 4 Volt.  Verificar que la tensión 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 dieléctrica (falla de aislación).

CUADRO DE MEDICIONES RS 105 W ITALAVIA

RS 105 W WALLISTER

Bornes

Resistencia (Ω Ω)

Tensión de Vacío (V)

Resistencia (Ω Ω)

Tensión de Vacío (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

Verificación de la Instalación Balasto de 105 W 1) ¿El Tubo No Enciende?



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



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



Verificar si llega tensión de 220 V sobre la bornera 5-6. Si hay tensión la causa puede ser que el cable de alimentación no haga contacto con la bornera, o esté cortado, o los tornillos mal apretados. La tensión debe ser mayor que 204 Volt.

 

Midiendo directamente sobre los tornillos de los contactos de los zócalos, verificar que en cada zócalo haya una tensión 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 no hay caída de tensión o es más baja que la medida sobre el balasto, verificar los cables que van desde el balasto a los zócalos, los tornillos del balasto y los tornillos de los zócalos. Si después de estas verificaciones no se obtienen los valores de tensión deseados compruebe si los contactos de los zócalos están en buenas condiciones, si están oxidados, o el bronce ennegrecido, o el resorte vencido, o los contactos trabados. Si se presenta alguna de estas fallas, cambie el zócalo.



Si aún no enciende, verificar que el tubo no esté separado más de 25 mm del artefacto metálico.



En caso de instalarlo sin artefacto se deberá colocar un fleje metálico de 35 milímetros de anchó mínimo y tan largo como el tubo a una distancia menor que 12mm.

   

Verifique que el artefacto o fleje metálico esté conectado a tierra. Que los zócalos se encuentren formando 90º (perpendiculares) con el tubo. Que la temperatura ambiente sea mayor que 10º C. Si comprobados todos estos puntos, aún no enciende, cambiar el tubo.

Ennegrecimiento Prematuro de los Extremos del Tubo 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 frío con mayor emisión de los filamentos. Tal situación se produce cuando no hay una tensión adecuada sobre éstos. Posibles Causas: 1) Contacto incorrecto entre los pines de la lámpara y el zócalo. 2) Zócalos defectuosos. 3) Zócalos demasiado separados. 4) Contactos de la lámpara con defectos.

5) Electrodos de la lámpara dañados. 6) Baja tensión de línea. 7) Conexión incorrecta. 8) Balasto defectuoso. 9) Distancia excesiva entre el balasto y la lámpara en el caso de que se instalen fuera de la luminaria.

Se recomienda que la resistencia de los cables que van desde el balasto a cada filamento no sea mayor que 0.2 Ω y la sección no menor a 0,75 mm2. Para la verificación de este problema, una vez que se quitó la lámpara se debe medir con un tester en los terminales del zócalo una tensión 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.

Fin Quinto Fascículo