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Interruptores diferenciales

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Academic year: 2021

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Interruptores diferenciales

Resumen:

En este artículo se describen las características de estos interruptores y las condiciones que deben tener para cumplir con las normas de aplicación.

Desarrollo:

Los interruptores automáticos son elementos de maniobra y protección, cuya capacidad de ruptura a la tensión de servicio debe ser igual o mayor que la corriente de cortocircuito en su punto de utilización. Básicamente están formados por un juego contactos que maniobran la corriente de carga, una cámara de arco, un mecanismo de maniobra manual o motorizada, y diversas unidades de disparo automático que abren el interruptor por acción mecánica, electromagnética o una combinación de ambas. Completan el conjunto los indicadores de estado, bastidores, y eventualmente contactos auxiliares, dispositivos de medición y vinculación con otros componentes del sistema de protección.

Los interruptores automáticos pueden ofrecer las siguientes funciones: 1) Protección contra fugas a tierra y/o contactos accidentales, 2) Protección contra cortocircuitos, 3) Protección contra sobrecargas, 4) Protección contra tensiones anormales, 5) Seccionamiento, 6) Control del accionamiento y 7) Asociación con otros dispositivos de maniobra y protección.

En este artículo nos ocuparemos específicamente de los interruptores diferenciales para uso doméstico, comercial y similares; que brindan protección a las personas y los bienes contra los efectos de las corrientes de fugas a tierra y/o contactos accidentales.

En la actualidad, los interruptores diferenciales han alcanzado un amplio grado de utilización tanto en instalaciones domiciliarias, como en empresas industriales y de servicios. El principio de funcionamiento de los mismos se basa en que la suma fasorial de las intensidades de línea de un circuito eléctrico es igual a cero, y están compuestos esencialmente por un transformador de intensidad diferencial, un dispositivo disparador y el interruptor propiamente dicho.

Todos los conductores necesarios para el paso de la corriente hacia la carga, incluyendo eventualmente el neutro, se conducen a través del núcleo del transformador de intensidad, que generalmente es toroidal.

Si la parte de la instalación protegida por el interruptor diferencial está exenta de defectos a tierra, según la primera ley de Kirchoff, se compensan los efectos magnéticos ejercidos por las corrientes que fluyen a través del núcleo del transformador diferencial, y por lo tanto no se induce ninguna tensión en el secundario del TI.

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Al producirse una falla a tierra aguas abajo del interruptor diferencial se altera el equilibrio en su transformador diferencial, por efecto de la circulación de la corriente de defecto que se cierra por tierra. En estas condiciones, en el núcleo del transformador se establece un flujo magnético resultante, que induce una tensión en su secundario.

Cuando el módulo de la suma fasorial de las corrientes de línea alcanza un valor superior a la corriente diferencial nominal del interruptor, dicha tensión secundaria provoca la apertura del circuito afectado por medio de un disparador prácticamente instantáneo que acciona la apertura de los contactos. De esta forma se elimina la posible aparición de una peligrosa tensión de contacto.

Para esta acción habitualmente se utiliza un relé polarizado de elevada sensibilidad, que libera el mecanismo de desconexión del interruptor ante la circulación de la corriente secundaria diferencial.

Los interruptores diferenciales mas usuales son del tipo de desenganche directo, en los cuales el disparador está integrado con el interruptor de maniobra, de manera que la apertura del mismo está comandada directamente por la corriente secundaria citada.

La corriente diferencial de defecto a tierra se presenta al aparecer una impedancia reducida entre la tierra y un punto destinado a estar a un potencial diferente durante el servicio normal. Esto puede suceder por el contacto accidental de un elemento bajo tensión por parte de una persona en contacto con la tierra, que puede originar su muerte; o bien por una falla en la aislación a tierra de un conductor de la carga, que genera una pérdida de energía y en los casos mas graves puede dar lugar a un incendio.

La operación del diferencial sólo responde al valor de la corriente de defecto, independientemente de la producción o no de una tensión de contacto peligrosa. Los interruptores diferenciales siguen protegiendo circuitos aún cuando se interrumpe el neutro y cuando el conductor de neutro se pone a tierra a través de una persona.

Resulta conveniente recalcar que el interruptor diferencial no provee protección al aparecer una impedancia reducida sólo entre puntos de la instalación destinados a estar a potenciales diferentes durante el servicio normal. Esto puede ocurrir por el contacto accidental de dos o mas conductores energizados por parte de una persona, o bien por una falla en la aislación entre los conductores de la instalación.

Por lo tanto, el interruptor diferencial debe estar acompañado por otros elementos que provean protección ante sobrecargas y cortocircuitos (como fusibles ó interruptores termomagnéticos). Estos pueden hallarse antes o después de los diferenciales, de acuerdo con la conveniencia o las reglamentaciones locales vigentes, y asimismo deben estar adecuadamente coordinados. Al respecto hay que observar las indicaciones facilitadas por el fabricante.

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Además, cuando se disponen diferenciales en cascada, el interruptor de respaldo que se ubica aguas arriba debe tener un retardo de operación especificado por las normas, dando lugar a la llamada versión selectiva (S).

A los efectos de verificar el funcionamiento correcto del interruptor diferencial, se puede simular la ocurrencia de una avería mediante un pulsador de prueba que genera un pequeño desequilibrio en las corrientes que pasan por el TI, al conectar una resistencia eléctrica entre un conductor de línea ubicado aguas arriba del interruptor y el conductor de tierra ubicado aguas abajo del interruptor; y de esta forma hacer que dispare el interruptor. Se recomienda probar el diferencial al menos una vez por mes.

La norma IRAM 2301, basada en la IEC 1008, determina las características que deben tener los interruptores automáticos diferenciales para usos domésticos y aplicaciones similares, que son operados por personas no instruidas para tal fin y sin requisitos de mantenimiento.

La misma se aplica a interruptores de ruptura en aire para CA de 50 ó 60 Hz, tensiones nominales menores a 440 V entre fases, corrientes nominales menores a 125 A y capacidad de cortocircuito nominal menor a 25 kA.

Los interruptores diferenciales pueden construirse con dos o más polos (generalmente 2 ó 4, raramente 3). Cabe aclarar que se denomina polo a la parte del interruptor asociada exclusivamente con una vía conductora eléctricamente separada, perteneciente a su circuito principal provisto concontactos y destinada a conectar y desconectar dicho circuito. Los contactos móviles de los interruptores multipolares deben estar acoplados mecánicamente de tal manera que todos los polos se cierren y abran efectivamente juntos, ya sea si son operados en forma manual o automática.

Los interruptores deben diseñarse de manera que cuando esten montados y conectados, sus partes activas no sean accesibles (no se puedan tocar con los dedos). Además, deben poder interrumpir corrientes de cortocircuito sin poner en peligro al usuario ni dar origen a una descarga entre las partes conductoras bajo tensión, o entre éstas últimas y tierra. Las partes exteriores de material aislante no deben ser susceptibles de prenderse fuego ni tampoco propagar el fuego, si las partes portadoras de corriente que se encuentran en su cercanía en condiciones de falla alcanzan una temperatura elevada.

La corriente nominal de un interruptor diferencial es aquella que puede conducir durante el servicio continuo a la temperatura de referencia. Su valor está especificado por el fabricante, y una serie de valores preferenciales puede ser 10 -16 - 25 - 40 - 63 - 80 - 100 y 125 A.

La capacidad de cortocircuito nominal de un interruptor diferencial es la capacidad de ruptura límite de cortocircuito asignada por el fabricante del mismo, y sus valores normales son 3 - 4,5 - 6 - 10 y 20 kA. Cabe aclarar que este valor está

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relacionado con la capacidad del interruptor termomagnético asociado, a los efectos de la coordinación entre ambos.

La corriente de operación diferencial nominal (de apertura) de un interruptor diferencial es el valor de la suma fasorial de las corrientes que atraviesan el circuito principal del interruptor, que causa la apertura del mismo en las condiciones de referencia. Su valor está especificado por el fabricante, y una serie de valores preferenciales puede ser 10 - 30 - 100 - 300 y 500 mA. Cabe acotar que el valor de “no apertura” (que limita la banda de operación) no puede ser inferior al 50% del primero.

Actualmente, los interruptores diferenciales generalmente se fabrican con una intensidad residual de operación nominal de 300 mA ó 30 mA. La protección de la vida humana se consigue con la utilización de interruptores diferenciales con una sensibilidad igual o menor a 30 mA. Los interruptores de 300 mA sólo se emplean para la protección contra incendios y en industrias.

Para el funcionamiento correcto de la protección diferencial deben observarse las siguientes indicaciones de empleo:

Todo el cableado necesario para alimentar el circuito debe pasar a través del interruptor diferencial.

Los conductores de fase no deben tener unión con tierra debajo del interruptor, lo mismo que el conductor de neutro.

Hay que retirar todo puente de puesta a tierra de protección, por ejemplo, en cajas de toma y aparatos.

Si se montan varios interruptores diferenciales en una distribución determinada, hay que prever una barra de neutro independiente para cada uno de ellos, para evitar disparos erróneos.

La resistencia de puesta a tierra en los elementos protegidos no debe ser mayor que la razón entre la tensión máxima admisible de contacto y la corriente de operación residual nominal del diferencial (por ejemplo: 24 V / 0,03A = 800 ohm). Si un interruptor tetrapolar se utiliza con cargas tripolares (trifásica sin neutro) o bipolares (monofásica: fase + neutro), debe verificarse que el conductor de fase quede conectado a la fase a la cual está conectada el botón de prueba, que por lo general viene indicada en el diagrama de conexiones.

Se recomienda que el conductor de protección no se instale en un caño junto con otros cables antes del diferencial, pues al producirse una avería en la aislación entre un conductor de fase y el de protección, se pueden transmitir tensiones de defecto al medio de sevicio protegido, sin que dispare el interruptor diferencial.

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Si los fusibles debajo del diferencial están seleccionados del mismo calibre (o menores) que el máximo corte por fusión de acuerdo a las tablas, el fusible de respaldo colocado arriba del interruptor diferencial puede tener un calibre que se corresponda con la sección del conductor de alimentación. El calibre de este fusible no tiene ningún efecto en el funcionamiento del diferencial debido a que se supone que no se producirá ningún cortocircuito entre el fusible de respaldo y el fusible que está debajo del diferencial.

Finalmente digamos que la línea de interruptores automáticos diferenciales de Industrias Sica comprende interruptores de 2 ó 4 polos para riel DIN de 35 mm, con corrientes nominales entre 25 y 63 A y capacidad de ruptura de 4,5 kA.

Estos interruptores son del tipo de desenganche directo y presentan un avanzado diseño para adaptarse a las exigencias de la normas. En un volumen reducido se ha logrado un interruptor que al operar en sólo 30 mseg, acota la energía que pasa por la falla y evita efectos peligrosos.

Además están fabricados con material termoplástico autoextinguible y disponen de una construcción con seguridad aumentada, para que en caso de cierre sobre un cortocircuito no originen ningún daño al operador del mismo y asimismo no poseen partes metálicas accesibles en su posición de montaje.

Un modelo que merece destacarse es el novedoso tablero integrado monofásico (TIM) de Industrias Sica que permite proteger a las instalaciones eléctricas contra sobrecargas y cortocircuitos; y a las personas contra contactos accidentales originados por desperfectos eléctricos en equipos o por contactos accidentales directos o indirectos con la red eléctrica.

Este tablero está compuesto por un interruptor automático termomagnético bipolar Sica Limit con sello IRAM, asociado a un interruptor diferencial bipolar por fuga de tierra. Dichos elementos de protección estan montados en una caja plástica con protección IP40, lista para su instalación sobre una pared.

El TIM tiene una tensión nominal de 240/415 V, un poder de interrupción de 3 kA, una sensibilidad de 30 mA y se presenta en distintos modelos con corrientes nominales de 15, 25, 32 y 40 A, lo que le permite adecuar la protección termomagnética a los requerimientos del ENRE y del Reglamento para la ejecución de instalaciones eléctricas en inmuebles de la Asociación Electrotécnica Argentina.

Este tablero se distingue porque dispone de una palanca de accionamiento para cada uno de los elementos de protección, lo que lo habilita para ser utilizado como tablero principal de las instalaciones domiciliarias, cumpliendo con las reglamentaciones vigentes.

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