Un Compromiso de los Empresarios de Chile
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES SEDE COLON
Protecciones Diferenciales Residuales Prof. Claudio González González Cruz Año Académico Académico : P’2001 P’2001
Generalidades La creciente utilización de la energía eléctrica, en todas las aplicaciones de la vida actual, aconseja crear la información precisa y dirigirla al usuario de la electricidad para que se familiarice con los medios de protección y contra los riesgos propios de este tipo de energía.
Debe considerarse el hecho de que contribuyen a la provocación de los accidentes mortales en las instalaciones interiores las descargas eléctricas, debidas al contacto de personas con partes metálicas accidentalmente en tensión o con partes eléctricas bajo tensión.
Estudios realizados sobre accidentes por descargas eléctricas demuestran que, en la mayoría de los casos, los medios de seguridad previstos no fueron suficientes para garantizar la seguridad de las personas, o bien no estuvieron correctamente aplicados e, incluso, que con el paso del tiempo su capacidad protectora había disminuido.
Para poder prevenir los accidentes debidos a la corriente eléctrica es necesario adoptar medidas de protección adecuadas a los posibles riesgos que puedan presentarse. Estas medidas implican la elección adecuada de los elementos preventivos que hagan a las instalaciones eléctricas fiables y seguras, tanto para las personas como para ellas mismas.
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Protecciones Diferenciales Residuales
1.0
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Orígenes del Riesgo para las Personas
La instalación eléctrica interior dejará de ser segura para los usuarios en dos casos, siendo el primero de ellos, cuando la persona entra en c o n t a c t o d i r e c to con un conductor energizado, o con una parte con to de la instalación que esté energizada, ya sea por negligencia propia o por mala protección de las partes vivas de la instalación. El segundo en cambio, ocurre cuando una persona entra en c o n t a c t o con una carcaza metálica puesta accidentalmente bajo tensión. i n d i r e c t o con
Los contactos accidentales del tipo indirecto, son los más difíciles de prevenir, puesto que no ocurren por negligencia del usuario, sino por una falla de la instalación, por lo tanto, son difícilmente evitables sin precauciones tomadas anteriormente en el diseño y la mantención de la instalación.
La solución más recomendable para evitar el contacto descrito anteriormente, es la instalación de dispositivos diferenciales en la instalación, asociados estos a una buena puesta a tierra.
1.1
Contacto Directo
La Norma NCH Elec 4/84 en el capítulo 9, sección 9.0.2, indica que se entenderá que una persona queda sometida a una tensión por contacto directo, cuando toca con alguna parte de su cuerpo, una parte del circuito que en condiciones normales esta energizada
En el contacto directo se distinguen dos tipos; uno denominado persona aislada del suelo, y el otro, el no aislado del suelo.
1.1.1
Persona Aislada del Suelo
El caso corresponde a una persona que establece contacto entre el neutro y la fase de la instalación, estando aislada de tierra.
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Realmente es el caso más desfavorable, ya que el individuo se comporta como una resistencia más al paso de la corriente, debido a lo cual, esta falla no es vista como un cortocircuito desde el punto de la protección termomagnética, ni como una fuga de corriente desde el protector diferencial, ya que la corriente hacia tierra es prácticamente inexistente al estar el individuo aislado.
Según se muestra en la Figura 1, si consideramos al utilizador como una resistencia (RCH), de 3000 (Ω), (según normativa nacional de B.T.), y que el potencial de contacto (V C), entre ambas manos es igual al de la red de alimentación: 220 (V), podría circular por su cuerpo (según la ley de Ohm), una corriente (ICH)de hasta 73,3 (mA), en el mejor de los casos, y que dependiendo del tiempo de exposición a ella, podrá ocasionar serias consecuencias.
En el párrafo anterior se menciono “en el mejor de los casos” , casos” , esto es con respecto a la resistencia del individuo que entra en contacto, debido a que la resistencia del cuerpo humano depende de múltiples factores, pudiendo variar desde los 500 (Ω) hasta los 4000 (Ω).
Figura 1 / Contacto directo F+N
En este tipo de contacto, la protección deberá ser solo preventiva, tal como: aislamiento de las partes activas, o instalar las partes energizadas en una envolvente que impida el contacto (como es el caso de los tableros eléctricos), o la utilización de tensiones extrabajas, lo cual no es siempre posible.
En el caso de aislamiento de las partes activas, tenemos el claro ejemplo de las tomas de corriente (enchufes), con alvéolos protegidos para el sector domiciliario (Figura 2).
Otro ejemplo es el de los bornes de los interruptores termomagnéticos y diferenciales, diferenciales, y en general, Figura 2 / Toma corriente con alvéolos protegidos protegidos
de
todos los elementos que pueden ser energizados en un tablero.
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1.1.2
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Persona No Aislada del Suelo
Por norma, tanto a escala nacional como internacional, la red de distribución que alimenta las instalaciones interiores debe tener el ne utro aterrizado a distancias no superiores a doscientos metros.
Si consideramos un contacto directo del utilizador con un conductor de nuestra instalación, se generará un flujo de corriente a través de él, que se cerrará por la tierra con el neutro de la distribución, el cual está aterrizado.
En este tipo de contacto, el cuerpo del utilizador se comporta también como una resistencia al paso de la corriente, con la diferencia que al cerrar el circuito por tierra y no directamente por el neutro de la instalación, se está produciendo lo que denominamos “corriente de fuga”.
En el caso mostrado en la Figura 2, los parámetros mencionados en el tipo de contacto anterior (persona aislada del suelo), se mantienen (ICH = 73,3 mA), por lo que las lesiones o consecuencias de éste, son también proporcionales al tiempo de contacto.
Los métodos de protección para estos contactos pueden ser los mismos empleados en el caso de persona aislada de tierra, o la Figura 3 / Contacto directo F+T
utilización de algún mecanismo de desconexión automática que funcione ante corrientes de fuga.
1.2
Contacto Indirecto
Este tipo de contacto es realmente peligroso debido a que no se puede prevenir por parte del usuario, ya que corresponde al resultado de una falla interna de los equipos eléctricos.
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La Norma NCH Elec 4/84 en el capítulo 9, sección 9.0.3, indica que se entenderá que una persona esta sometida a una tensión por contacto indirecto, cuando toca con alguna parte de su cuerpo una parte metálica de un equipo eléctrico, que en condiciones normales está desenergizada pero en condiciones de falla se energiza.
En el caso de la Figura 4, si ocurre que tenga una falla franca de fase a masa, la carcaza se energizará respecto de la tierra a un potencial de 220 (V), en el peor de los casos.
Al tocar la carcaza un individuo que tenga una resistencia corporal de 3000 (Ω) (incluidos sus zapatos), pasará por él, una corriente de 73,3 (mA), que según lo revisado revisado anteriormente, puede llegar a ser muy peligrosa si el tiempo de exposición es muy Figura 4 / Contacto indirecto
prolongado.
Los métodos de protección contra contactos indirectos son muy variados, clasificándolos la Norma NCH Elec 4/84 como sistemas clase A y sistemas clase B.
1.3
Parámetros que Inciden en un Accidente Eléctrico
Existe una serie de parámetros que incidirán en un caso de riesgo de electrocución. Si consideramos que el utilizador se encontrará expuesto a una cierta tensión de contacto, durante un tiempo determinado, circulara por su cuerpo una cantidad de corriente que estará acotada por la resistencia corporal del individuo.
Tendremos entonces que el riesgo de electrocución dependerá de:
-
Corriente que circula circula por el cuerpo y tiempo tiempo de exposición.
-
Tensión aplicada al cuerpo.
-
Resistencia del cuerpo. I NA C AP C O LO N
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1.3.1
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Corriente que Circula por el Cuerpo y Tiempo de Exposición
Dependiendo de la amplitud de la corriente eléctrica que circula por el cuerpo de una persona que está sometida a un contacto eléctrico, y del tiempo de exposición a este, los efectos sobre el individuo pueden ser imperceptibles, o bien, mortales.
La norma IEC 479-1, estableció zonas de riesgo, en función de la magnitud de la corriente, y el tiempo de exposición a esta. Estas zonas de riesgo son mostradas en la siguiente gráfica: 10000
2000
) s m ( n e o p m e i t
500
Z1
Z2
Z3
Z4
100
20
0,1
0,2
0,5
1
2
5
10
20
50
100
200
500
1000
5000
10000
corriente en (mA)
Figura 5 / Gráfico de zonas de riesgo según IEC 479-1
a)
Zon a 1. No se aprecia habitualmente ninguna reacción, debido a que no se percibe el paso de la
corriente.
b)
Zona 2. En esta zona comenzamos a percibir el paso de la corriente como un leve cosquilleo,
que no deja ningún efecto psicológico grave como secuela. Se considera esta curva como el limite inferior de la corriente fisiopatológicamente peligrosa.
c)
Zona 3. En esta zona habitualmente no existe ningún daño orgánico. Existe probabilidad de
contracciones musculares y de dificultades de respiración; también perturbaciones reversibles en la formación y propagación de impulsos al corazón, comprendida la fibrilación auricular y paros temporales del corazón, sin fibrilación ventricular, aumentando con la intensidad de la corriente y el tiempo. I NA C AP C O LO N
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d)
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Zona 4. Además de los efectos de la zona 3, ex iste la posibilidad de fibrilación ventricular. Podrán
producirse efectos patológicos como paro cardiaco y paro respiratorio ocasionado por la tetanización o quemaduras graves.
Cave señalar que a mayor corriente de circulación por el cuerpo humano, menor es el tiempo de exposición a esta corriente.
1.3.2
Tensión Aplicada al Cuerpo
Como la corriente que circula por el cuerpo es dependiente del nivel de tensión, una de las medidas para disminuir o eliminar los efectos dañinos de la corriente, es controlar el potencial de contacto.
La Norma NCH Elec 4/84 en el capítulo 9, sección 9.0.6.3, indica que 65 (V) es el máximo máximo nivel de potencial que un individuo puede soportar en lugares secos, mientras que en lugares húmedos, este potencial es de 24 (V).
Los dos niveles de tensión indicados anteriormente se denominan tensiones de seguridad.
1.3.3
Resistencia del Cuerpo
La resistencia corporal que presenta un individuo cuando está sometido a un potencial de contacto, provocara que circule por él un determinado valor de corriente, al que puede, o no, ser fatal.
La resistencia de un individuo es altamente variable, debido a que depende de múltiples factores, tales como los indicados a continuación:
a) Espesor, estado de humedad y contenido salino de la piel. La resistencia aumenta con el espesor de la piel (callosidad), disminuye con la humedad (transpiración), y disminuye con la salinidad (alteración nerviosa).
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b) Presión y área de contacto. Si aumenta la presión y el área de contacto, disminuye la resistencia de la piel. La excepción la constituye la presencia de extremos puntiagudos, que pueden perforar la piel, llevando el valor de resistencia de esta, a cero.
c) Intensidad del campo eléctrico, forma e intensidad de la corriente. La intensidad del campo eléctrico y el valor de la tensión (que es un parámetro dependiente de ella), afectan directamente la resistencia de la piel que se comporta como un aislante, pudiendo por lo tanto, producirse la ruptura del dieléctrico en caso de tensiones superiores al valor nominal de soporte.
Para valores inferiores a 65 (V), no se presenta la ruptura, por lo que el comportamiento de la resistencia de la piel será lineal, dependiendo solo de los factores mencionados en los puntos a y b.
Entre 85 y 150 (V), comienzan a tomar importancia la forma, intensidad, densidad y duración de la corriente que circula por el cuerpo.
Para tensiones entre 150 y 250 (V), el dieléctrico de la piel seca se rompe en pocos segundos y en caso de piel húmeda, se rompe en forma casi instantánea.
Es importante mencionar que una vez que la corriente circula por el cuerpo, se producirán internamente efectos de elevación de temperatura y cambios en el balance electrolítico, logrando que aumente la conductividad corporal.
Para tensiones sobre 250 (V), la resistencia de la piel se hace cero y la resistencia corporal estará dada solo por la resistencia interna (entre 500 y 750 Ω).
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2.0
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Medidas de Protección Contra Contactos Eléctricos
Las medidas de protección contra contactos eléctricos están regulados en nuestro País, por la norma NCH Elec. 4/84 (específicamente por el capítulo N°9), en esta, se establecen todas las medidas de seguridad pertinentes a implementar en toda instalación eléctrica interior, para poder brindar un optimo grado de protección a los usuarios de estas instalaciones.
Resulta importante indicar que la primera gran medida de protección es evitar que ocurran los contactos eléctricos, que en el caso de los directos, pueden ser fácilmente evitados si los usuarios de las instalaciones eléctricas obedecen las indicaciones al respecto, por ejemplo, a no intervenir algún equipo o sistema eléctrico si está energizado. En el caso del contacto indirecto, este se puede evitar realizando una adecuada mantención preventiva a las instalaciones y a los equipos asociados a esta.
2.1
Contra Contactos Directos
La Norma NCH Elec. 4/84, entrega en el capitulo 9, sección 9.1, estas pautas, indicando que se considerara suficiente protección contra los contactos directos con partes energizadas que funcionen a mas de 65 (V), la adopción de una de las siguientes medidas:
-
Colocación de las partes energizadas fuera de la zona alcanzable (2,5 mts sobre n.p.t. y 1,0 mts por debajo del n.p.t.). [n.p.t. : nivel de piso terminado]
-
Colocar partes partes activas en bóvedas o recintos accesibles a personal calificado calificado solamente.
-
Separar partes energizadas mediante rejas, tabiques tabiques o similares similares para que solo personal calificado calificado tenga acceso a ellas.
-
Recubrir partes partes energizadas energizadas con aislantes aislantes apropiados, capaces de conservar conservar sus propiedades propiedades a través del tiempo y que limiten las corrientes de fuga a valores no superiores a 1 (mA) (las pinturas, barnices o laca y similares no se consideraran apropiados).
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En general, las medidas adoptadas para evitar la ocurrencia del denominado contacto directo son solo preventivas, y serán eficaces si el o los usuarios de las instalaciones, cumplen con el régimen de seguridad necesario para evitar este tipo de contacto.
2.2
Contra Contactos Indirectos
La Norma NCH Elec. 4/84, en el capitulo 9, sección 9.2, indica que la primera medida es evitar que estos contactos se produzcan, por medio de conservar la aislación de la instalación en sus valores adecuados, los cuales son como mínimo, 300 kΩ para instalaciones hasta 220 V y para tensiones superiores, 1 kΩ por Volt en instalaciones de hasta 100 mts. Sobre el valor indicado (100 mts.), la instalación debe separarse en extensiones no superiores a este valor, cada uno de los cuales deberá cumplir con el valor de resistencia de aislación prescrito.
También la Norma habla de medidas complementarias, y las clasifica en medidas clase A y B.
2.2.1
Medidas de Protección Clase A
Las medidas de protección clase A, persiguen suprimir el riesgo mismo, haciendo que los contactos no sean peligrosos, o bien impidiendo los contactos simultáneos entre las masas y elementos conductores entre los cuales puedan aparecer tensiones peligrosas.
La Norma NCH Elec. 4/84 establece las siguientes medidas de protección clase A:
-
Empleo de transformadores de aislación.
-
Empleo de tensiones extrabajas.
-
Empleo de doble aislación.
-
Empleo de conexiones equipotenciales.
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2.2.1.1
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Empleo de Transformadores de Aislación
Consiste en transformar un sistema eléctrico conectado a tierra de servicio, en un sistema aislado de tierra, intercalando un transformador cuya razón de transformación es 1:1, y no conectando su secundario a tierra.
Un resultado similar se obtiene no conectando a tierra el neutro de un transformador de distribución. Este sistema es eficaz cuando hay un único aparato fallado; por ello se debe usar en instalaciones con muy pocos puntos de consumo. Este sistema pierde su eficacia para fallas dobles o múltiples.
La debilidad de este sistema se la puede superar utilizando detectores de fugas y de fallas de aislación, pero su elevado costo impide su utilización intensiva.
2.2.1.2
Empleo de Tensiones Extrabajas
Consiste en alimentar las instalaciones con tensiones de un valor lo suficientemente bajo como para poder ser tocadas directamente sin que exista riesgo (12 V ó 24 V, por ejemplo).
Este método es aplicable en una cantidad muy restringida de casos, y en general, para potencias pequeñas, puesto que exige grandes secciones de conductores.
Su desventaja principal es que es económicamente inconveniente como método de protección.
2.2.1.3
Empleo de Doble Aislación
Consiste en recubrir las carcazas metálicas con materiales aislantes o construir carcazas no conductoras.
Por la tecnología disponible es solo aplicable a artefactos electrodomésticos o, a máquinas herramientas portátiles.
Su elevado costo hace inaplicable su uso intensivo. I NA C AP C O LO N
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2.2.1.4
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Empleo de Conexiones Equipotenciales
Consiste en interconectar todas las partes metálicas, como tuberías metálicas de agua potable, gas, canalizaciones eléctricas, partes principales, etc. con el objeto de evitar que entre ellas aparezcan diferencias de potencial.
Este método sirve solo como solución a problemas locales; necesita operar combinadamente con otros métodos de protección.
Hay serias dificultades para evitar que una elevación de potencial de la la unión se transfiera a puntos remotos.
2.2.2
Medidas de Protección Clase B
Las medidas de protección clase B, persiguen principalmente cortar el suministro eléctrico de la instalación, o del sector en donde se produjo el defecto, para evitar que una persona quede sometida a un potencial peligroso durante un tiempo superior al normalizado.
La Norma NCH Elec. 4/84 establece las siguientes medidas de protección clase B:
-
Dispositivos automáticos de corte por corriente de falla asociados con puesta a tierra de protección; al que llamaremos sistema DCA+T.
-
Dispositivos automáticos de corte por corriente de falla asociados con neutralización; al que llamaremos sistema DCA+N
2.2.2.1
Sistema DCA+T
Consiste en unir a una puesta a tierra las carcazas metálicas de los equipos que se quieren proteger, y la protección de los circuitos mediante u n dispositivo de corte automático sensible a las corrientes de falla, el que desconectará la instalación o equipo fallado. I NA C AP C O LO N
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Según dicta el reglamento eléctrico nacional, para la aplicación de este sistema, se deberán cumplir ciertas condiciones, dependiendo de si la instalación tiene, o no, el neutro conectado directamente a tierra.
2.2.2.1.1
Instalaciones con Neutro a Tierra (TT)
Consiste en tener una red de alimentación compuesta de un transformador en conexión delta – estrella aterrizado (tierra de servicio del sistema), y el neutro de la instalación también aterrizado (tierra de servicio de la instalación).
El conductor de protección de la instalación también va aterrizado, aterrizado, pero separado de la la tierra de servicio de la instalación (tierra de protección de la instalación).
Figura 6 / Régimen TT
Las condiciones que debe cumplir este sistema de protección son las siguientes:
-
La corriente de falla producto de una perdida de aislación deberá tener una magnitud tal que asegure la operación del dispositivo de protección en un tiempo no superior a 5 segundos.
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-
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Una masa cualquiera no puede permanecer con relación a una toma de tierra, a un potencial que exceda el valor de seguridad prescrito en la NCH Elec 4/84, capítulo 9, sección 9 .0.6.3.
-
Todas las masas de la instalación deben estar conectadas a la misma toma de tierra.
La primera condición que impone este sistema, es la más difícil de cumplir, cuando el corte de suministro de la instalación o equipo en falla, depende de un dispositivo de corte automático operado por corriente de falla.
Es importante indicar que los dispositivos de corte automático pueden ser disyuntores termomagnético, o bien, protectores fusibles.
Actualmente las instalaciones interiores están siendo protegidas por disyuntores termomagnéticos, razón por la cual, el análisis de verificación del cumplimiento de la primera condición indicada en este punto (tiempo de despeje no superior a 5 segundos), se realizará en función de éstas protecciones.
Ante una falla de aislación la persona va a quedar expuesta a una cierta tensión de contacto, que no debiera ser mayor a la tensión de seguridad.
Si suponemos que la instalación cuenta con un protector termomagnético monopolar de 16 (A) / C / 10 (kA), este necesita una corriente de 60 (A) para que desconecte en 5 seg. (según curva característica de operación), por lo tanto, si efectuamos la relación por ley de Ohm considerando una tensión de seguridad de 24 (V), y la corriente de 60 (A), tenemos que para que opere el termomagnético, será necesario que la resistencia de tierra no supere los 0,4 (Ω), valor que
en
la
práctica
resulta
imposible de lograr a un costo adecuado (figura 7) Figura 7 / Análisis régimen TT I NA C AP C O LO N
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Como en la práctica no se cumple con el valor máximo de la resistencia de puesta a tierra, la norma NCH Elec 4/84 nos dice que se podrán utilizar como dispositivos asociados a los de corte automático los protectores diferenciales. En este caso, al utilizar un protector diferencial la resistencia máxima del sistema de puesta a tierra se podrá determinar, y no deberá ser mayor, que la relación (ley de Ohm), anteriormente descrita. La única diferencia al aplicar la ley de Ohm, es que el valor de corriente a utilizar deberá ser el de la corriente de sensibilidad del protector diferencial, bajo esta condición y al utilizar un protector diferencial de 30 (mA), el valor máximo de la resistencia de la puesta a tierra no deberá exceder los 800 (Ω), valor que es más real que el caso anterior.
Figura 8 / Análisis régimen TT con diferencial
Hay que considerar que el tiempo de operación de los diferenciales esta normalizado, y no puede exceder de 300 (ms), además, que en forma general, estos dispositivos funcionan para tiempos inferiores a los 40 (ms), tiempo varias veces menor que el establecido en la norma.
Según la información anterior, vemos claramente que en este caso, este sistema de protección por si solo no brinda el grado de protección adecuado, mientras que si le incluimos un protector diferencial (quien debe cortar suministro en caso de falla y no el termomagnético), el sistema mejora considerablemente, aunque la resistencia de tierra sea más elevada.
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2.2.2.1.2
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Instalaciones con Neutro Flotante (IT)
Este sistema es solo aplicable a instalaciones interiores que cuenten con un transformador particular, es decir solo es aplicable a clientes denominados de A.T.
El sistema consiste en tener el punto estrella del secundario del transformador aterrizado, a través de una impedancia de un valor elevado y el conductor de protección de la instalación también conectado a tierra.
Neutro Flotante y Carcazas Aisladas
Neutro Flotante y Carcazas Unidas
Figura 9 / Régimen IT
A diferencia del sistema anterior, el neutro no se vuelve a aterrizar en el tablero de la instalación.
Las condiciones que debe cumplir este sistema son las mismas indicadas para el caso anterior. En el caso donde no se pueda cumplir la primera condición, deberán cumplirse las siguientes otras condiciones:
-
Deberá existir un dispositivo automático de señalización que muestre cuando se haya presentado una única falla de aislación en la instalación.
-
En caso de fallas simultáneas que afecten la aislación de fases distintas o de una fase y neutro, la separación de la parte fallada de la instalación debe asegurarse mediante dispositivos de corte automático que interrumpan todos los conductores de alimentación, incluso el neutro (es decir protecciones tetrapolares en caso trifásico y bipolares en el caso monofásico). I NA C AP C O LO N
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Se puede comprender de la figura 9, que este sistema se basa en el principio de que al estar aislados lo neutros de la alimentación y de la carga, al existir una falla de aislación, no habría corriente de fuga que cierre el circuito por tierra, con lo cual, realmente la falla se evita.
Una primera falla de aislación no hace operar las protecciones, manteniéndose la continuidad del servicio.
Los conductores activos del sistema no presentan tensión respecto a tierra, luego, una falla a masa no energiza la carcaza del equipo fallado, con la consiguiente disminución de riesgos para usuarios y operarios.
Todas las ventajas mencionadas, desaparecen cuando se presenta una segunda falla de aislación, puesto que el sistema aislado se convierte en puesto a tierra al ocurrir la primera falla.
Los dispositivos que permiten el funcionamiento del sistema, corrigiendo o detectando oportunamente estas anomalías, tienen un elevado costo propio y de instalación.
Al realiza realizarr la protec protecció ción n del usuario usuario mediant mediante e los disyunto disyuntores res termomag termomagnét néticos icos,, se debe tener tener en cuenta cuenta que si las masas metálicas están interconectadas, la corriente del segundo defecto se convierte en una corriente de cortocircuito (bifásico o monofásico). Si esta corriente es mayor a la corriente de desenclavamiento del magnético, el disyuntor operará. En caso contrario la falla persiste.
Recordemos que la corriente de falla esta relacionada con la impedancia de falla en forma inversa (ley de Ohm), por lo tanto esta corriente variará dependiendo de la longitud y sección de los conductores, es decir, la protección termomagnética funcionará solo si la longitud y sección de los conductores es la adecuada.
Al utilizar un protector diferencial, se asegura la desconexión inmediata al segundo defecto, solo necesitará una corriente que sea igual a su sensibilidad.
Verificamos una vez más que es la protección diferencial la que nos asegura la protección adecuada de los usuarios de las instalaciones eléctricas.
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2.2.2.2
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Sistema DCA+N
Este sistema consiste en unir las masas de la instalación al conductor neutro, de forma tal que las fallas francas de aislación se transformen en un cortocircuito fase – neutro, provocando la operación de los aparatos de protección.
Las condiciones generales que se deben cumplir en el sistema de Neutralización según nuestra reglamentación nacional, son las siguientes:
-
La tierra de servicio servicio se diseñará de tal modo modo que, en caso de falla, la tensión de cualquier conductor activo respecto a tierra no sobrepase los 250 (V).
-
El conductor neutro se pondrá a tierra en la la proximidad de la subestación, en distintos puntos puntos de la red a distancias no superiores a 200 mts. y en los extremos de líneas. No se podrá usar la puesta a tierra de protección de AT en la subestación como puesta a tierra de servicio; deberá existir una separación mínima de 20 mts. entre ambas puestas a tierra.
-
La resistencia total entre entre todas las puestas a tierra tierra indicadas anteriormente no deberá exceder de 2 (Ω )
-
La resistencia de las puestas a tierra de servicio situadas situadas en las proximidades de la subestación, así como las de los últimos 200 mts. de los extremos de una línea, no deberá exceder los 5 (Ω).
-
Los dispositivos dispositivos de protección protección deberán ser disyuntores disyuntores o fusibles. fusibles.
-
La corriente de falla en el punto asegurará una operación de las protecciones en un tiempo no superior a 5 segundos.
-
Todas las carcazas carcazas de los equipos equipos deberán estar unidas a un conductor de protección, protección, el que estará unido al neutro de la instalación.
-
El conductor de protección será aislado y de iguales características que el neutro, incluida su sección. I NA C AP C O LO N
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Este sistema presenta dos posibilidades, según si el neutro y el conductor de protección son uno solo (TNC), o si éstos están separados (TNS).
2.2.2.2.1
Neutralización en Baja Tensión (TNC)
Nacionalmente, este sistema de Neutro se conoce como el de Neutralización para Clientes con Empalme de BT.
Figura 10 / Régimen TNC
Si analizamos la figura 10, podremos darnos cuenta que este sistema de neutralización, presenta principalmente el problema de que deja de ser eficaz cuando se corta la neutro, puesto que las carcazas quedan con la tensión de fase.
La norma nacional, respecto al problema anterior, indica lo siguiente:
-
Para clientes con empalme en BT, el conductor de protección se conectará al neutro en el punto más próximo al
empalme, debiendo además, asociarse el sistema sistema de neutralización neutralización a otro
sistema de protección contra contactos indirectos que garantice que no existirán tensiones peligrosas en un eventual corte de neutro de la red de distribución.
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2.2.2.2.2
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Neutralización en Alta Tensión (TNS)
El sistema TNS es denominado en nuestro País, como Neutralización para Clientes con Empalme de Alta Tensión.
Figura 11 / Régimen TNS
Este sistema, a diferencia del anterior, supera el problema producidos por el corte del neutro, sin embrago, existe riesgo de incendio por la circulación de altas corrientes a través de las carcazas de la instalación, frente a una fuga primaria.
La norma nacional respecto a este sistema, indica lo siguiente:
-
Para clientes con empalme en AT, el conductor de protección se conectará directamente directamente al borne neutro del transformador o la puesta a tierra de servicio del mismo. En este caso la resistencia de la puesta a tierra de servicio podrá ser como máximo de 20 (Ω).
La misma norma al final de esta sección (9.2.7.5, capítulo 9), recomienda emplear este sistema de neutralización con interruptores diferenciales de alta sensibilidad, efectuando la unión entre el neutro y el conductor de protección antes del diferencial.
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En el desarrollo de la información de los párrafos anteriores, se indico que las deficiencias de los sistemas nombrados (TNC y TNS), se superaban con el uso de protectores diferenciales, elementos que la normativa nacional clasifica como dispositivos asociados a los de corte automático.
También la normativa indica que otros dispositivos asociados a los de corte automático pueden ser los protectores de tensión, los que son dispositivos que abren un circuito en falla, cuando se eleva el potencial a tierra sobre el valor de tensión de seguridad.
Los protectores de tensión son de uso muy poco frecuente en nuestro País, debido a que presentan algunos problemas como los detallados a continuación:
-
Existe la posibilidad de que se puentee la bobina de desenganche dejando inoperante el protector.
-
Necesita una tierra auxiliar totalmente independiente de otras puestas a tierra, lo que no siempre es posible obtener.
Pueden circular corrientes de falla relativamente altas sin que se alcance el valor de tensión que
-
haga operar el protector. Existe riesgo de incendio.
Sobretensiones transitorias pueden dañar la bobina de operación.
-
3.0
Protectores Diferenciales
Los protectores diferenciales son elementos destinados a abrir el circuito de alimentación a un equipo, cuando a través de una falla de aislación, circulen corrientes de valores que signifiquen riesgo para una persona que eventualmente
pueda
tocar
el
equipo
fallado. Figura 12 / Características constructivas de un DDR I NA C AP C O LO N
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Por su sensibilidad evitan totalmente el riesgo de incendio, puesto que las corrientes de falla no pueden alcanzar valores ni siquiera medianos.
Sus únicas posibilidades de falla falla son que se trabe el mecanismo mecanismo de operación y en el caso de los diferenciales de más de 300 (mA), que se corte el conductor de puesta a tierra.
Otro problema que puede hacer que la protección diferencial falle es el disparo intempestivo o el cegado. El primero ocasiona pérdida de la continuidad de servicio, mientras que el segundo, provoca que el usuario quede desprotegido por la no operación del diferencial.
3.1
Principio de Funcionamiento
Básicamente
el
diferencial
detecta
N
corrientes de fuga producidas por
Detección Diferencial
alguna falla de aislación.
Al detectar que la corriente entrante al
Ruptura del Ai sl ante an te
sistema no es igual a la saliente, significa
inmediatamente
para
L1
I2
I1
el
diferencial una fuga, ante la cual debe operar.
El
protector
principalmente
IF
diferencial, tres
Carcaza Conductora
presenta
variables
de
funcionamiento, las cuales son: Figura 13 / Principio de funcionamiento de un DDR
1. Co rriente de funcion amiento (I ). S Corresponde a la corriente de sensibilidad del diferencial, a la
cual debe operar en todos los casos.
2. Corriente de no funcio namiento (I /2 N ). Corresponde a la corriente a la cual el diferencial no debe
operar en ningún caso, y es igual a la mitad del valor de la corriente de funcionamiento. I NA C AP C O LO N
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3. Tiemp o de func ionam iento (t). (t). Es el tiempo en el cual, a la corriente de funcionamiento, debe
operar el diferencial. Por norma este tiempo no debe exceder de 300 (ms); en la realidad, este tiempo no excede normalmente los 50 (ms).
3.2
Tipos de Protectores Diferenciales
En el mercado eléctrico existen diferentes tipos de protectores diferenciales, cada uno de ellos, adecuado para una aplicación en particular.
Atendiendo a sus características de operación los Dispositivos Diferenciales Residuales (DDR), se tipifican en: Interruptores Diferenciales, Disyuntores Diferenciales, Block Diferenciales y Relés Diferenciales
3.2.1
Interruptor Diferencial
Este dispositivo comprende la función diferencial y la de interrupción, por medio del mecanismo de detección y el mecanismo de apertura, que le permite operar sobre si mismo. Este diferencial es el de uso común en prácticamente todo tipo de instalaciones eléctricas de baja tensión interiores.
Por sus características de interruptor, este dispositivo no está capacitado para soportar corrientes de cortocircuito superiores a 1,5 kA, por lo tanto, dentro de un circuito de protección, aguas arriba del DDR, se deberá instalar un dispositivo que lo proteja contra la corriente de cortocircuito, el que puede ser un fusible o bien, un a protección termomagnética.
Figura 14 / Interruptor diferencial I NA C AP C O LO N
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Siempre es recomendable utilizar protecciones del mismo fabricante, para poder verificar el aumento del poder de ruptura del diferencial por la asociación con un dispositivo, por ejemplo, termomagnético.
3.2.2
Disyuntor Diferencial
Estos dispositivos unen en un solo elemento la función termomagnética y la función diferencial, es decir, protegen a las instalaciones y los usuarios de estas, en forma conjunta.
Según lo anterior, este tipo de protección diferencial, es capaz de ofrecer una protección integral contra las fallas más comunes de las instalaciones eléctricas, como ser: sobrecargas, cortocircuitos y fallas de aislación.
Figura 15 / Disyuntor diferencial
Respecto a su operación frente a alguna de las fallas indicadas en el párrafo anterior, si ésta es una sobrecarga o cortocircuito, solo el elemento de desenganche (palanca), del termomagnético tomara la posición OFF, mientras que el del diferencial queda en estado ON. En el caso de falla de aislación, producto del enclavamiento mecánico que existe entre los elementos de desenganche del termomagnético y del diferencial, cuando el DDR asume el estado OFF, arrastra al termomagnético haciendo que este corte suministro.
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3.2.3
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Block Diferencial
Este aparato incorpora solo el toroide de detección y el sistema de envío de señal de defecto. No opera sobre si mismo (no permite seccionamiento directo), si no que envía la señal de apertura a un disyuntor al cual se ha acoplado en forma directa.
Figura 16 / Block diferencial
3.2.4
Relé Diferencial
Este tipo de protección se constituye de un toroide sensor de corriente de defecto, el que está separado físicamente del elemento de envío de señal de apertura.
Las líneas a censar pasan por dentro del toroide (fases y neutro).
Al existir una falla, el toroide envía una señal al relé (que se encuentra a cierta distancia dentro del tablero). El relé a su vez, envía una señal de apertura a un interruptor automático aguas arriba de la falla, por medio de un contacto auxiliar y el automático opera despejando la falla.
Este relé tiene la opción de poder va riar su tiempo de operación y su co rriente de sensibilidad.
Figura 17 / Relé diferencial I NA C AP C O LO N
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3.3
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Corriente de Ruptura del Diferencial
La norma IEC 1008 establece que el poder de ruptura diferencial, es el valor de la componente alterna de la corriente diferencial que un protector diferencial puede soportar durante su tiempo de apertura e interrumpir bajo condiciones prescritas. Luego de la apertura el diferencial debe quedar operativo.
En este caso, la corriente diferencial corresponde a la corriente de cortocircuito que está pasando por el toroide de detección.
En la práctica este caso se puede dar cuando:
-
Tenemos una falla franca de aislación aislación y la la carcaza queda energizada energizada con la tensión de fase. fase.
-
Estamos en un sistema de neutralización neutralización y la conexión de la carcaza al neutro se ha desconectado.
-
Se produce una corriente de corto circuito que circula a través del diferencial.
El poder de ruptura de los diferenciales es bajo (1500 A), pero sube notoriamente asociándolos a los disyuntores.
3.4
Selectividad Diferencial
Como partida para el análisis de la selectividad en la utilización de los dispositivos diferenciales, recordemos que los diferenciales tienen tiempos constantes de desenclavamiento, independiente de su sensibilidad.
Lo anterior es un hecho real, ya que los fabricantes se ciñen a las normativas internacionales respecto a este punto, y dan tiempos iguales de desenclavamiento a todos los diferenciales, sin importar su sensibilidad.
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Ya se ha mencionado que por norma los diferenciales deberán operara en un tiempo máximo de 300 milisegundos. Normalmente todos están regulados para su operación en tiempos inferiores a 40 milisegundos.
P
4×40 300 mA
D
P
P D
P D
D
2×25 30 mA
IF
Figura 18 / Selectividad diferencial
Por ejemplo, para el caso de la figura 18, si la corriente de defecto en el punto de falla supera la sensibilidad del diferencial que está aguas arriba en la instalación (>300 mA), en un instante (no gradual, si no instantáneo), desconectarán los dos diferenciales al mismo tiempo, o en tiempos diferentes pero en forma aleatoria.
Solamente se puede establecer una selectividad diferencial, en las dos condiciones siguientes:
1. Si la corriente de defecto (IF), es mayor que la sensibilidad del diferencial de 30 mA, y men or que la corriente de no funcionamiento del diferencial de 300 mA.
30 mA < I < 150 mA F F
Este caso se cumple en forma muy esporádica y aleatoria, por lo que no nos da ninguna seguridad de funcionamiento en todos los casos de falla.
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2. Si instalamos un diferencial selectivo (retardado), aguas arriba (300 mA), del punto de protección por diferencial de 30 mA.
Este tipo de selectividad por tiempo, es más seguro ya que funciona en todos los casos de falla. En nuestro caso, solo podemos lograr el retardo si utilizamos los relés diferenciales.
En
forma
general:
Los
diferenciales
tienen
tiempo
de
desenclavamiento
constante,
independ iente de su sensibilidad.
3.5
Conexionado del Protector Diferencial
En ocasiones, producto del desconocimiento de la instalación correcta del diferencial, suceden problemas del tipo no-operación del dispositivo, lo que puede acarrear consecuencias peligrosas para los usuarios de las instalaciones, o también falsos disparos, lo que ocasiona problemas en la continuidad de servicio.
Una de los errores comunes en la instalación del protector diferencial, es el mostrado en la figura 19 (incorrecto). Esta forma de conectar el protector diferencial monofásico no es correcta, debido a que la corriente del neutro no pasa por el diferencial. En esta condición, el diferencial opera sin existir falla.
Lo correcto desde el punto de vista de instalación, es que las corrientes de fase y neutro pasen por el diferencial, luego este opera sólo al existir una fuga superior a su umbral.
ITM
ITM L1
P D
N
L1
P D
T
Incorrecto
N T
Correcto
Figura 19 / Conexionado del diferencial
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En el sistema de alimentación trifásica mostrado en la figura 20, el relé diferencial opera al momento de funcionar el motor monofásico. Bajo esta condición, este dispositivo de protección se encuentra mal conectado (no existe conexión entre el toroide de detección del diferencial, con el neutro de la instalación). ITM L1 L2 L3 N R D
M 3φ
M 1φ
∼
∼
Figura 20 / Conexionado erróneo del diferencial
Lo correcto en el caso anterior, sería que por el toroide de detección pase el conductor neutro de la instalación. ITM L1 L2 L3 N R D
M 3φ
M 1φ
∼
∼
Figura 21 / Conexionado correcto del diferencial
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4.0
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Disparos Intempestivos y las Diferentes Tecnologías
Actualmente las redes eléctricas eléctricas de baja tensión, debido a la gran presencia de la electrónica moderna moderna en ellas mismas como en los dispositivos conectados a esta, constituyen cada vez más un foco de perturbaciones que deforman la onda sinusoidal distribuida. Estas perturbaciones pueden ser de dos tipos en general:
-
Externas, y provenir de la red agua s arriba de media tensión o de baja tensión.
-
Internas, a la red de baja tensión del consumidor.
Todas estas perturbaciones molestan tanto en el funcionamiento de los aparatos conectados a la red, como la operación de los protectores diferenciales estándares o tradicionales, a los que comúnmente le llamamos “diferenciales”.
Las perturbaciones pueden tener dos consecuencias en los diferenciales, siendo una de ellas el
disparo intempestivo, que cuando se produce, la seguridad de las personas no está en peligro, pero sí la continuidad de servicio; y la otra es el cegado, es decir que el diferencial no opera cuando existe peligro para los usuarios.
4.1
Desenganche Aleatorio de Diferenciales
Tal como sabemos, los diferenciales detectan corrientes de fuga a tierra, las que pueden generarse por diferentes tipos de perturbaciones, haciendo que estos se vuelvan sensibles y por lo tanto, operen en forma aleatoria (disparo intempestivo o cegado).
4.1.1
Sobretensiones Transitorias de la Red de Distribución
Las sobretensiones transitorias de la red de distribución, pueden deberse a dos fenómenos en particular: (a) descargas atmosféricas y (b) Apertura o cierre de una línea de AT.
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(a) Descargas atmosféricas. La caída de un rayo sobre la red de distribución de la compañía concesionaria, puede provocar un aumento transitorio de la corriente de fuga permanente de las instalaciones cercanas a la línea que presento el problema (≈ hasta 1 km), lo cual genera la operación intempestiva de los dispositivos diferenciales tradicionales.
Figura 22 / Oscilograma de una descarga atmosférica
(b) Apertura o cierre de línea de Alta Tensión. En la apertura o el cierre de una línea de distribución, se pueden generar sobretensiones debidas al efecto capacitivo de los conductores. Estas sobretensiones, al igual que en el caso anterior, puede provocar la operación de los diferenciales por las puntas de corriente de fuga transitoria.
Figura 23 / Oscilograma de una operación en AT
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4.1.2
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Baja Temperatura
Cuando la temperatura ambiente es muy baja (menor a -5°C), los diferenciales clásicos presentan el problema del cegado, debido a la insensibilización del circuito de disparo, lo cual, crea el problema de la falta o pérdida de la protección de los usuarios.
4.1.3
Conmutación de Cargas Inductivas
Durante la conexión y desconexión de circuitos que contengan cargas con fuerte contenido inductivo como ser: equipos fluorescentes, motores, transformadores, electroimanes, etc., se generan sobretensiones y sobrecargas parásitas, las que provocan la sensibilización y desequilibrio del circuito de detección de los diferenciales tradicionales, ocasionando con esto, la operación intempestiva del dispositivo.
4.1.4
Puesta Bajo Tensión de Sistemas con Capacidad Elevada Respecto a Tierra
Los equipos electrónicos que contienen en sus fuentes filtros antiparásitos presentan una determinada capacidad respecto a tierra, la que por su puesto, provoca que durante el funcionamiento de estos, se generen corrientes de fuga constantes, que dependiendo del valor (sobre la mitad de la corriente de sensibilidad del diferencial), podrían ocasionar el disparo del protector. El problema principal radica en el momento del encendido o apagado de estos equipos, debido a que en estos instantes se generan fuertes puntas de corriente a tierra, las que ocasionan la operación intempestiva del diferencial.
Por su puesto que lo anterior ocurrirá solo en el caso de tener un número importante de estos equipos (computadores, impresoras, fotocopiadoras, etc.), conectados al mismo circuito, debido a que las capacidades de estos se sumarían provocando una fuerte corriente de descarga a tierra.
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4.1.5
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Ondas Recortadas Generadas por Fuentes Switching
Los equipos tales como variadores de velocidad, variadores de luminosidad, equipos fluorescentes con balasto electrónico, computadores, etc., generan fugas de corriente constantes debido a los filtros antiparásitos que poseen estas fuentes y, además, puntas de corriente en el encendido como en el apagado, es decir, se produce el mismo efecto que el indicado en el pu nto anterior.
El problema de este tipo de fuentes sobre la operación del diferencial, radica en el valor elevado de corriente de fuga a tierra constante y transitoria generada, debido a la frecuencia de la señal que recibe el filtro antiparásito (condensador de filtro).
Recordemos que la corriente en una capacidad significa en forma directa, una corriente de fuga en este tipo de fuentes y, además, que la amplitud de esta es función directa de la frecuencia de la señal. En síntesis, a mayor frecuencia mayor será la corriente de fuga, luego el protector diferencial tradicional opera en forma intempestiva con muy pocos equipos (como computadores), conectados a el.
4.2
Las Diferentes Tecnologías o Clases de Diferenciales
Dependiendo de las características de la señal de la corriente, los diferenciales se clasifican en:
- Diferenciales Clase AC - Diferenciales Clase A - Diferenciales Clase A - Inmunizados
4.2.1
Diferenciales Clase AC
Los diferenciales Clase AC o también llamados diferenciales tradicionales, son sensibles solo a corrientes de fuga alternas, y en estas condiciones, realizan correctamente la protección diferencial en la mayoría de los casos.
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Los receptores que poseen componentes electrónico que incluyen dispositivos rectificadores (diodos, tiristores, triacs, etc.), pueden generar fugas de corriente continua rectificada superpuesta a la corriente alterna, las que no podrían ser detectadas por los diferenciales tradicionales (clase AC).
El problema de no operación, es debido a las características del material ferromagnético con el cual está construido el núcleo toroidal d el diferencial.
Figura 24 / Ejemplo de señales continuas
En general, podemos decir que los diferenciales clase AC están compuestos por tres partes principales:
(a) El toroide de material ferromagnético que sirve para detectar, captar la energía y acondicionar la corriente de falla. Su a rrollamiento primario está constituido de la(s) fase(s) y del neutro que de deseen proteger. En modo normal la suma vectorial de las corrientes de este circuito es nula, mientras que en caso de falla deja de serlo, con lo que se induce una corriente en el bobinado secundario, el que actuará en el relé de disparo si es superior al umbral de sensibilidad.
(b) Una interfaz eventual que trata la imagen recuperada de la corriente de falla. (c) Un relé electromagnético que permite el disparo, y por lo tanto, la apertura de los contactos.
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Tal como se mencionó anteriormente, existe el problema en este tipo de diferenciales, que frente a corrientes de fuga rectificadas (pulsantes), con o sin componente continua no logran generar la energía suficiente en el secundario del toroidal para ocasionar la apertura del relé.
Según la Ley de Faraday, toda variación ∆φ2 del flujo generado por el campo magnético, crea una tensión inducida:
E = −N ×
dφ dt
(Ec. 1)
Donde: E N dφ dt
: Tensión inducida (V) : Número de espiras de la bobina : Diferencial de flujo (Weber) : Diferencial de tiempo (seg.)
La curva de la figura 25.1, esquematiza una fuga de corriente alterna (CA), que genera una variación ∆φ1 que crea una corriente residual suficiente para activar el relé.
Una fuga de corriente continua (CC), rectificada, como la mostrada en la figura 25.2, no posee componente negativa. El ciclo de histéresis es incompleto y ∆φ2 es demasiado débil como para crear una tensión suficiente que pueda disparar el relé.
H
H
Ifuga
Ifuga
CA
CC
B
B
t
t
∆φ ∆φ1
∆φ ∆φ2
Curva de histéresis del toroide
Curva de histéresis del toroide
Figura 25.1
Figura 25.2
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El problema indicado, resulta sumamente riesgoso para la integridad de los usuarios, debido a que las corrientes continuas pulsantes señaladas, son tan peligrosas como las alternas debido a que producen el mismo potencial de contacto.
Según lo anterior, este tipo de diferenciales solo deben utilizarse en líneas de alimentación a cargas 100% lineales, para evitar perder la protección a los usuarios.
En lo que respecta a los disparos intempestivos producidos por perturbaciones tanto internas como externas, los diferenciales actuales de la clase AC cumplen con las restricciones dadas por la IEC 1008 y 1009; la EN 6108 y 6109; y CEM 1000-4-5, las cuales indican que estos deben soportar las siguientes pruebas sin lograr operación:
(a) Sobreintensidad Oscilatoria Amortiguada. Normalizada del tipo 0,5µ /100 Hz que corresponde al tipo de corriente que escapa por las capacidades de la instalación, en caso de sobretensión provocada por maniobras de conexión - desconexión o encendido - apagado. En estos casos el diferencial debe ser capaz de soportar puntas de corriente entre 200 y 250 A.
(b) Prueba de Corriente de Choque. Normalizada del tipo 8/20µs consecutiva a sobretensiones provocadas por un rayo del tipo 1,2/50µ. Concretamente, los aparatos estándares instantáneos son sometidos a pruebas que incluyen puntas de corriente de 250 A tipo 8/20µs.
4.2.2
Diferenciales Clase A
Estos diferenciales permiten resolver el problema de no actuación de los clase AC, cuando se tienen fugas de corriente continua pulsante.
Según se muestra en la figura 26.2 de la página siguiente, la utilización de un núcleo toriodal con la curva de histéresis plana y más larga, permite aumentar el ∆φ2 ; en este caso, se generará una corriente residual suficiente para provocar el disparo del relé.
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H
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H
Ifuga
Ifuga
CA
CC
B
B
t
t
∆φ ∆φ2
∆φ ∆φ1
INCREMENTADO
Curva de histéresis del toroide
Curva de histéresis del toroide
Figura 26.1
Figura 26.2
Si bien es cierto, este tipo de diferencial no presenta el problema del no disparo para señales continuas, se podría pensar que es adecuado para cargas del tipo no lineal, como por ejemplo computadores, pero la verdad es que no lo es, debido a que este tipo de cargas aparte de generar corrientes de fuga alterna con componente continua, también presentan puntas de corriente tanto en el encendido como el apagado, lo que puede producir en estos diferenciales el disparo intempestivo.
Respecto al disparo intempestivo, se puede decir, que estos diferenciales cumplen con los mismos ensayos indicados para los clase AC.
4.2.3
Diferenciales Clase A - Inmunizados
La tecnología de los este tipo de diferenciales está basada en el mismo principio de funcionamiento que
la
tecnología
estándar,
y
está
especialmente diseñada para resistir las perturbaciones cada vez más frecuentes, debido a las diferentes etapas que debe sortear la corriente de fuga para poder lograr
el
disparo
de
la
protección
Figura 27 / Etapas del diferencial clase A - inmunizado
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(a) Núcleo Toroidal. Su material de construcción pertenece a la familia de los nanocristalinos, con efecto de baja remanencia y saturación más alta, lo que permite captar señales más lineales y facilita el procesamiento de la información.
Tal como sucedía con los clase A, a este tipo de diferenciales la bastan variaciones cercanas de la corriente alterna diferencial o pulsantes para generar la energía necesaria para activar el relé de disparo.
Figura 28 / Curvas de histéresis de diferenciales estándar e inmunizados
Según lo anterior, este tipo de diferenciales es adecuado para trabajas con cargas que generen corrientes de fuga a tierra alterna con o sin componente continua, debido a que no presentan el problema del cegado que sí afecta a los tradicionales clase AC.
(b) Bobinado Secundario. El bobinado de este tipo de diferenciales presenta un número mayor de vueltas que los bobinados de los diferenciales tradicionales, e incluso del clase A normal, esto es debido a que el circuito de disparo necesita un mayor valor de voltaje para trabajar.
(c) Varistancia. Es un limitador de puntos máximos, para resolver fenómeos transitorios de corriente muy alta, de 250 a 3000 amperes. Gracias a esto, los diferenciales clase A – inmunizados, resisten niveles superiores a los previstos por ejemplo por las normas IEC 1008 e IEC 1009 y soportan, sin disparo, la mayoría de las sobreintensidades tansitorias provocadas por descargas atmosféricas.
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Por lo tanto, este elemento, permite evitar el disparo intempestivo más común provocado por maniobras en la red que se transmiten por las capacidades de la línea y los filtros de los receptores.
(d) Filtro. Permite atenuar las perturbaciones debidas a frecuencias elevadas, las que son generadas y enviadas a tierra por los filtros de algunos receptores como las reactancias electrónicas del alumbrado fluorescente, los variadores de velocidad de los motores, los variadores electrónicos de intensidad luminosa, etc.
En función del número de receptores instalados, se pueden presentar dos tipos de problemas con los diferenciales estándares (clase AC),:
-
El disparo intempestivo.
-
La ausencia de disparo por cegado.
El filtro de alta frecuencia incluido en los diferenciales inmunizados permite evita el disparo intempestivo. El diseño CEM (compatibilidad electromagnética), del filtro permite evitar el cegado en presencia de altas frecuencias.
(e) Temporización. Los diferenciales inmunizados, frente a corrientes residuales transitorias no operan manteniendo la continuidad del servicio, esto es debido a que el sistema de temporización espera como máximo 10 ms, antes de permitir el paso de la señal al relé de disparo, por lo tanto, absorbe los desequilibrios debidos a sobretensiones transitorias debidas a la conmutación de cargas inductivas o capacitivas (a tierra), como también a descargas capacitivas.
En lo que respecta a la protección contra contactos eléctricos, este diferencial aun que se demora 10 ms más que los tradicionales en abrir sus contactos, los usuarios siguen estando protegidos, debido a que (como se indico anteriormente), el tiempo límite de apertura normalizado es de 300 ms
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(f) Relé. En los diferenciales estándares, el relé de disparo recibe continuamente una señ al eléctrica del transformador toroidal lo que crea un riesgo permanente de disparo intempestivo o de bloqueo. El problema anterior se debe a la baja impedancia que tiene el relé disparo (aproximadamente 2,5 Ω), por lo que pequeñas variaciones de señal provocadas por puntas de corriente, ocasionan la respuesta del relé.
En los diferenciales clase A, la impedancia de su relé de disparo es de aproximadamente 25 Ω, lo que brinda una mayor seguridad frente a disparos intempestivos ocasionados por puntas de corriente de hasta 250 A. El problema es que para puntas de corriente superiores al valor indicado el relé puede producir el disparo del diferencial.
En los diferenciales clase A – inmunizados, el relé presenta una impedancia del orden de los 600 Ω, lo que permite que este dispositivo soporte puntas de corriente de 3000 a 5000 A, por lo que
se disminuye fuertemente el problema del disparo intempestivo.
Referencias -
NCH 4/84 Instalaciones Instalacione s Interiores de Baja Tensión Ministerio de Economía Fomento y Reconstrucción
-
Apuntes Curso “Seminario de Protecciones” Depto. de Capacitación Legrand
-
Guía Técnica de la Protección Legrand
-
Appareillage électrique d’ installations Catalogue 2000 Legrand
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