Guia Proteccion Diferencial

7/18/2019 Guia Proteccion Diferencial

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Gua de proteccin diferencial

Baja Tensin.

(Versin adaptada a las nuevas exigencias de

la Reglamentacin AEA - Edicin 2002).

Merlin Gerin


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Indice

1Objetivos de laproteccin diferencial

2Proteccin contra defectosde aislamiento y regmenesde neutro

3Principio de funcionamientode los dispositivos

diferenciales

4Normas de fabricacin

de los dispositivosdiferenciales

5Instalacin y explotacin delos dispositivos diferenciales

6Aplicaciones de losdiferenciales en funcindel receptor

7Gamas Schneider Electric

de proteccin diferencial


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Gua de proteccin diferencial Baja Tensin

4

1 Objetivos de la proteccin diferencial..................................................................... 7

1.1 Introduccin .......................................................................................... 81.2 Los riesgos de la corriente elctrica ..................................................... 10

2 Proteccin contra defectos de aislamiento y regmenes de neutro..................... 17

2.1 Las normas de instalacin .................................................................... 182.2 Esquema TT .......................................................................................... 192.3 Esquema IT ........................................................................................... 21

2.4 Esquema TN ......................................................................................... 23

3 Principio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales ............................ 27

3.1 Captadores............................................................................................ 293.2 Rels de medida y disparo ................................................................... 323.3 Test de buen funcionamiento de los diferenciales ................................ 333.4 Tecnologa superinmunizadamulti9 ................................................... 35

4 Normas de fabricacin de los dispositivos diferenciales...................................... 45

4.1 Normas aplicables a cada tipo de diferencial ........................................ 464.2 Evolucin de las normas IEC 61008 y IEC 61009 ................................ 474.3 Principales caractersticas de las normas............................................. 474.4 Principales ensayos normalizados........................................................ 494.5 Ensayos de compatibilidad electromagntica (CEM) ............................ 53

5 Instalacin y explotacin de los dispositivos diferenciales.................................. 57

5.1 Recomendacionesgenerales de instalacin para proteccin contracontactos directos e indirectos .............................................................58

5.2 Selectividad diferencial vertical ............................................................. 60

5.3 Causas de funcionamientos anmalos ................................................. 625.4 Selectividad diferencial horizontal.

Disparos por simpata de los diferenciales ......................................... 665.5 Empleo de diferenciales en redes mixtas y de corriente continua ........ 695.6 Recomendacionesparticulares de instalacin para rels diferenciales

con toroidal separado............................................................................ 735.7 Coordinacin entre interruptores automticos magnetotrmicos

e interruptores diferenciales ID ............................................................. 755.8 Longitudes mximas de lnea en regmenes TN e IT ........................... 78

1.3 ANEXO I - Definiciones ........................................................................ 15

2.5 ANEXO II - Esquema TN ...................................................................... 26

5.9 ANEXO V - Regmenes de neutro en grupos electrgenos ................. 89


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ndice general

5

6 Aplicaciones de los diferenciales en funcin del receptor.................................... 91

6.1 Iluminacin fluorescente ....................................................................... 926.2 Iluminacin con variacin electrnica ................................................... 936.3 Instalaciones con receptores electrnicos: informtica y otros ............. 936.4 Variadores de velocidad electrnicos para motores ............................. 956.5 Arranque directo de motores................................................................. 956.6 Redes de B.T. muy extensas y/o con muchos

receptores electrnicos ......................................................................... 966.7 Redes de B.T. en zonas con alto ndice querunico (rayos) ................. 976.8 Centros de proceso de datos (CPD) ..................................................... 97

6.9 Clculo de la proteccin diferencial en una red de alumbrado pblico 1006.10 Esquema de una instalacin industrial .................................................102

7 Gamas Schneider Electric de proteccin diferencial............................................. 105

Tabla de eleccin............................................................................................ 1067.1 Interruptor diferencial ID multi 9 ........................................................... 1107.2 Bloques diferenciales adaptables Vigi C60 multi 9 .............................. 1167.3 Bloques diferenciales adaptables Vigi C120 multi 9 ............................ 1207.4 Bloques diferenciales adaptables Vigi NG125 multi 9 ......................... 1247.5 Gama de telemandos y de auxiliares para dispositivos diferenciales

residuales multi 9 ................................................................................. 1287.6 Gama de rels diferenciales electrnicos Vigirex RHtipo E/A/AP,

con toroidal separado............................................................................ 1307.7 Gama de rels diferenciales electrnicos Vigirex RHUy RMH ............ 1347.8 Toroidales y accesorios comunes para toda la gama Vigirex .............. 1387.9 Bloques diferenciales adaptables Vigicompact ................................... 1407.10 Curvas de disparo de los dispositivos diferenciales

Schneider Electric ............................................................................... 1427.11 Comportamiento en funcin de la frecuencia de los dispositivos

diferenciales Schneider Electric.......................................................... 145

Vocabulario ..................................................................................................................... 149


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Objetivos dela proteccin

diferencial

1.1 Introduccin 81.2 Los riesgos de la corriente

elctrica 10

1

1.3 ANEXO I - Definiciones 15


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1 Objetivos de la proteccin diferencial

1

8

Fig. 1.1. Un defectode aislamiento setraduce en unacorriente diferencialde defecto Id.

1.1 IntroduccinHoy en da los dispositivos diferencialesestn reconocidos en el mundo enterocomo un medio eficaz para asegurar laproteccin de personas contra los riesgosde la corriente elctrica, en baja tensin,como consecuencia de un contactoindirecto o directo.Para optimizar la eleccin y la utilizacin deun dispositivo diferencial es necesario unbuen conocimiento de las instalacioneselctricas y los diversos tipos dereceptores, as como de los Esquemas deConexin a Tierra (ECT), de las tecnologas

existentes en proteccin diferencial y de susposibilidades.Todos estos aspectos son tratados en estaGua Tcnica tanto desde el punto de vistaterico como desde el punto de vistaprctico, en un intento de clarificar almximo todos los aspectos relativos a laproteccin diferencial en las instalacionesde Baja Tensin.

Dominios de aplicacin

de los Dispositivos Diferenciales

Residuales (DDR)En las instalaciones elctricas, loscontactos directos e indirectos estnsiempre asociados a una corriente dedefecto que no regresa a la fuente dealimentacin por los conductores activosdebido a que en algn punto de uno dedichos conductores activos ha habidoalguna corriente de fuga a tierra. Dichoscontactos representan un peligro para laspersonas y la presencia de dichascorrientes supone tambin en algunos

casos un riesgo de deterioro odestruccin para los receptores o las

instalaciones. El objetivo fundamental delos Dispositivos Diferenciales Residuales(DDR), ser detectar las corrientes dedefecto de fuga a tierra anteriores, tambindenominadas corrientes diferencialesresiduales, y actuar interrumpiendo elcircuito elctrico en caso de que dichascorrientes supongan algn peligro para laspersonas o los bienes (fig. 1.1).Adems, los diferenciales vigilanpermanentemente el aislamiento de loscables y de los receptores elctricos,

gracias a ello, algn modelo de diferencial,en algn caso se emplea para sealizaruna bajada del aislamiento, o bien reducirlos efectos destructivos de una corriente dedefecto.Un Dispositivo Diferencial Residual (DDR),que habitualmente se denominadiferencial, es un dispositivo de proteccinasociado a un captador toroidal, por elinterior del cual circulan todos losconductores activos de la linea a proteger(fase/s y neutro). Su funcin es la dedetectar una diferencia de corriente o ms

exactamente una corriente residual. Laexistencia de una corriente diferencialresidual es la consecuencia de un defectode aislamiento entre un conductor activo yuna masa o la tierra. Esta corrienteemprende un camino anormal,generalmente la tierra, para retornar a lafuente de alimentacin. El diferencial estgeneralmente asociado a un aparato decorte (interruptor, interruptor automtico,contactor), para realizar la aperturaautomtica del circuito con el defecto.

corrientede ida

Id= IiIr

receptor

fuentecorriente

de retorno

corriente

de defecto

Lnea monofsica Lnea trifsica

fuente

receptor

InId I1

I2

I3I3

In

I2

I1

Ides la suma vectorial de las

corrientes de fases y neutro delsistema trifsico.


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proteccin diferencial BT

9

Los diferenciales,aparatos de proteccin tilesEl primer factor de influencia en la elecciny el empleo de los diferenciales para unainstalacin, es el Esquema de Conexin aTierra (ECT) o Rgimen de Neutro previsto.En el captulo 2 se presentan los diferentesECT.

cEn el ECT TT (neutro puesto a tierra), laproteccin de las personas contra loscontactos indirectos se basa en el empleode los diferenciales.

cEn los ECT IT y TN los diferenciales demedia y baja sensibilidad (MS y BS) se

utilizan:vpara limitar los riesgos de incendio de lasinstalaciones,vpara evitar los efectos destructivos de unafuerte corriente de defecto en losreceptores,

promulgacin de la ley obligatoria referente a los DDR-AS40

30

20

10

66 67 69 7068 71 72 73 74 75 76 78 79 8077

Nmero de fallecimientos al aopor electrocucin

aos

Fig. 1.2. Evolucin de los fallecimientos por electrocucin, debidos al empleo de herramientas elctricas porttilesen las empresas japonesas. El descenso empieza en 1970, ao en el cual se promulguna ley que obligaba ausar diferenciales de alta sensibilidad (AS).

vpara la proteccin de las personas contralos contactos indirectos (salida de gran

longitud).cEn todos los ECT, los diferenciales de altasensibilidad (AS) son una proteccincomplementaria contra los contactosdirectos. Son obligatorios en distribucinterminal en muchos pases.Su inters se confirma en este fin de siglopor el descenso constatado del nmero depersonas electrocutadas. El resultado deuna encuesta IEC de agosto de 1982realizada en Japn demostrla eficacia deestos dispositivos (fig. 1.2).


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1

10

1.2 Los riesgos de la

corriente elctricaLa utilizacin de la corriente elctrica suponesiempre unos riesgos para las personas, lasinstalaciones elctricas y los propiosreceptores elctricos. Los dispositivosdiferenciales residuales o diferenciales seencargan de proteger contra estos riesgos.

Riesgo de incendioEl 30% de los incendios que se producenen los edificios domsticos e industrialesson debidos a un defecto elctrico. El

defecto elctrico ms habitual es el queestcausado por el deterioro de losaislantes de los cables de la instalacindebido entre otras a estas causas:

cRotura brusca accidental del aislante delconductor.

cEnvejecimiento y rotura final del aislantede un conductor.

cCables mal dimensionados, sometidosperidicamente a sobrecargas de corrienteque recalientan excesivamente los cablesen los que se acelera su proceso deenvejecimiento.

Una corriente de fuga a tierra superior tanslo a 300 mA, superpuesta a la corrientede carga normal del cable, puedeefectivamente generar una sobreintensidadsuficiente para que el aislante justo en elpunto donde se produce la fuga se caliente,se vaya fundiendo dejando poco a poco elconductor desnudo hasta provocar unaccidente: la corriente de fuga que atraviesael aislante deteriorado crea un arco elctricocuyo calor intenso inflama al aislante, y acualquier material inflamable en contacto

con el mismo, provocando asun incendio.

Destruccin de receptoresEl aislamiento de algunos receptores sedeteriora a lo largo del tiempo debido a lassiguientes causas posibles:

cCalor generado por el propiofuncionamiento del aparato.

cSobrecargas peridicas o ocasionales alas que puede estar sometido.

cAgresiones del entorno donde estfuncionando el aparato.

c

Desgaste del material y prdidas deestanqueidad en los receptores.Aparte de la destruccin del propio receptorexiste el riesgo de electrocucin para laspersonas e incendio de las instalaciones.

Los efectos de la corrienteelctrica en las personasLos efectos fisiopatolgicos de la corrienteelctrica en las personas (tetanizacin,quemaduras externas, internas, fibrilacinventricular y paro cardaco) dependen dediferentes factores: las caractersticasfisiolgicas del ser humano afectado, elentorno (hmedo o seco, por ejemplo) ytambin las caractersticas de la corrienteque atraviesa el cuerpo.La funcin principal de los diferenciales esla proteccin de las personas, y por tanto esevidente que para una perfecta puesta en

servicio de estos aparatos es necesarioconocer los umbrales de sensibilidad de losseres humanos, y los riesgos a los queestn expuestos.El ComitElectrotcnico Internacional (IEC)ha estudiado el problema con el objetivo deunificar, a nivel mundial, las opiniones opuntos de vista. Muchos investigadores hanaportado su colaboracin en este campo yhan contribuido a clarificar conceptos(Dalziell, Kisslev, Osypka, Bielgelmeier, Lee,Koeppen, Tolazzi, etc.).

c

La impedancia del cuerpo humano.La norma internacional IEC 60479partes 1 y2, trata en detalle los efectos de la corrienteque atraviesa el cuerpo humano.Los daos sufridos por las personas queson atravesadas por una corriente elctricadependen esencialmente de su intensidad ydel tiempo de paso. Esta corriente dependede la tensin de contacto que se aplicasobre la persona, ascomo de laimpedancia que encuentra durante surecorrido a travs del cuerpo humano. Estarelacin no es lineal, pues esta impedanciadepende del trayecto a travs del cuerpo, dela frecuencia de la corriente y de la tensinde contacto aplicada, ascomo de lahumedad de la piel. A modo orientativo sesuelen considerar los siguientes valoresmedios para la resistencia del cuerpohumano, a la frecuencia normal de 50 Hz:v1600 en medio seco,v800 en medio hmedo,v200 si el cuerpo estsumergido.


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cLos efectos de la corriente alterna enfuncin de la intensidad.

Los efectos de la corriente alterna enfuncin de la intensidad, para frecuenciasentre 15 y 100 Hz, se pueden ver resumidosen la tabla 1.1.Los umbrales msimportantes son los siguientes:

vumbral o lmite de percepcin:valormnimo de la corriente que provoca unaligera sensacin sobre la persona por la quecircula la corriente. Es del orden de 0,5 mA,vumbral de no soltar o deagarrotamiento muscular: valor mximode la corriente para la cual una persona que

sostiene unos electrodos los puede soltar.Es del orden de 10 mA,

vumbral de fibrilacin ventricular ocardaca humana: este umbral depende dela duracin del paso de la corriente. Seconsidera igual a 400 mA para una duracinde exposicin inferior a 0,1 s.cLos efectos en funcin del tiempo deexposicin.Los riesgos de agarrotamiento muscular,paro respiratorio o fibrilacin cardacairreversible (ver vocabulario) aumentan

proporcionalmente con el tiempo deexposicin del cuerpo humano a la corriente

elctrica (fig. 1.3).En el grfico de la fig. 1.3,en el que se venlos efectos de la intensidad de la corrientealterna de 15 a 100 Hz ante diferentesduraciones de paso, se deben distinguirsobretodo las zonas 3 y 4 en las cuales elpeligro es real:vZona 3(situada entre las curvas b y c1).Para las personas en esta situacin no haygeneralmente ningn dao orgnico. Peroexiste una probabilidad de contraccionesmusculares y de dificultades en la

respiracin, de perturbaciones reversibles,de la formacin de impulsos en el corazny de su propagacin. Todos estosfenmenos aumentan con la intensidad dela corriente y el tiempo.

vZona 4(situada a la derecha de la curvac1). Adems de los efectos de la zona 3, laprobabilidad de fibrilacin ventricular es:de alrededor del 5 %, entre las curvas c1y c2,

inferior al 50 %, entre las curvas c2 y c3,superior al 50 %, ms allde la curva c3.

0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20

umbral = 30 mA

50 100 200 500 1000 2000 5000 10000

10

20

50

100

200

500

1 000

2 000

5 000

10 000

Duracin del paso de la corriente (ms)

a b c2c1 c3

1 2 3

Corriente pasando por el cuerpo (mA)

4

Fig. 1.3. Duracin delpaso de la corriente porel cuerpo en funcin dela intensidad de sta. Eneste baco los efectos dela corriente alterna (de15 a 100 Hz) estn

divididos en cuatro zonas(segn IEC 60479-1).

Efectos Intensidadde corriente (mA)(para t < 10 s) continua 50/60 Hz 10 kHz

ligero cosquilleo, lmite de percepcin 3,5 0,5 8choque violento pero sin prdida delcontrol muscular 41 6 37

nivel de agarrotamiento muscular (tetanizacin) 51 10 51fuerte dificultad respiratoria 60 15 61

nivel de parlisis respiratoria 30

nivel de fibrilacin cardaca irreversible 75paro cardaco 1000

Tabla 1.1. Efecto de las corrientes elctricas dbiles en los seres humanos.


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1

12

Los efectos fisiopatolgicos, tales como parocardaco, paro respiratorio y quemaduras

graves, aumentan con el valor de laintensidad y el tiempo de exposicin. Poreste motivo se admite que el empleo de losdiferenciales con funcionamiento instantneocon un umbral inferior a 30 mA impidealcanzar esta situacin y evita estos riesgos.Efectuando una aproximacin ms general,la norma (basada en la norma IEC 60364)prescribe los tiempos de funcionamientopara los Dispositivos DiferencialesResiduales en funcin de la tensin decontacto; se recuerdan en la tabla 1.2.

Tensin lmite de seguridad (UL)

Segn las condiciones del entorno,particularmente en presencia o no de agua,la tensin lmite de seguridad U

L(tensin

por debajo de la cual no hay riesgo para laspersonas,segn la norma IEC 60364) es,enalterna, de:

c50 V para los locales secos.

c25 V para los locales hmedos.c12 V para los locales mojados, porejemplo, para las obras en el exterior.En Argentina, la " Reglamentacin para laEjecucin de Instalaciones Elctricas enInmuebles ", emitida por la AsociacinElectrotcnica Argentina (ReglamentacinAEA de BT)establece una tensin lmite paraambientes secos, hmedos y mojados de24 VCA y 12VCA para cuerpo sumergido.*

Contactos directosEste tipo de contactos se produce cuandouna persona entra en contacto directamentecon elementos normalmente en tensin, sonpeligrosos para tensiones superiores a U

Ly

las principales protecciones a considerar sonel distanciamiento y el aislamiento.Para cualquier Esquema de Conexin deTierra, en distribucin terminal, a nivelnacional segn la Ley de Seguridad eHigiene en el Trabajo n19.537 y de acuerdoa la "Reglamentacin de InstalacionesElctricas en Inmuebles", se debe utilizar undiferencial que pueda detectar una corrientede defecto que atraviese una persona comouna proteccin complementaria. Su umbralde funcionamiento, segn la tabla 1.1 de la

pgina anterior, debe ser inferior o igual a30 mA y, adems, su funcionamiento debeser instantneo puesto que el valor de lacorriente de defecto, funcin de lascondiciones de exposicin, puede rebasar 1 A.

Contactos indirectosCuando se produce un contacto con una

masa puesta accidentalmente en tensin, elumbral de peligro viene determinado por latensin lmite de seguridad U

L.

Para que no exista peligro cuando latensin de red es superior a U

L, la tensin

de contacto debe ser inferior a UL.

En el esquema de la figura 1.4cuando el neutro de la instalacin estpuesto a tierra (esquema TT), con:R

A= resistencia de puesta a tierra de las masas de la

instalacin,

RB= resistencia de puesta a tierra del neutro,

hay que elegir un umbral de funcionamiento(In) del diferencial tal que:U

C= R

AI

d< ULen este caso I

d= In

por lo que In < ULRA

El tiempo de funcionamiento de laproteccin debe elegirse en funcin de latensin de contacto U

C:

UC=RA

RA+ RB

U

U = tensin fase-neutro

(ver tabla 1.2).

Tabla 1.2. Tiempo mximo que es posible mantenerla tensin de contacto segn la norma IEC 60364.

tensin de Tiempo de corte mximocontacto UC(V) del dispositivo de proteccin (s)

corr. alterna corr. continua

clocales o emplazamientos secos: ULi50 V

< 50 5 550 5 575 0,60 590 0,45 5120 0,34 5150 0,27 1220 0,17 0,40280 0,12 0,30

350 0,08 0,20500 0,04 0,10

clocales o emplazamientos hmedos: ULi25 V

25 5 550 0,48 575 0,30 290 0,25 0,80110 0,18 0,50150 0,10 0,25220 0,05 0,06280 0,02 0,02

*ver Anexo I

Nota:La norma IRAM 2281-3 especifica los valores vlidos

para Argentina coincidentes con la norma internacional.

La ley de Higiene y Seguridad especifica 24V para

locales secos y hmedos . ver ANEXO I


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13

0,01

0,02

0,04

0,060,080,1

0,2

0,4

0,60,81

2

4

68

10t (s)

10 12 20 30 5060 80100 300200 500 U (V)ccorriente alterna (CA)corriente continua (CC)

BB3 BB2 BB1// / /

Los datos de la tabla 1.2 puedenrepresentarse en forma de curvas (ver

fig. 1.5), que relacionan la tensin eficaz decontacto indirecto U

Ccon el tiempo mximo

de corte de la proteccin, para CA y CC, enlugares secos (BB1), hmedos (BB2) omojados (BB3). Las asntotas verticales dedichas curvas son las tensiones lmite deseguridad U

Lvistas anteriormente: 50 V,

25 V y 12 V, respectivamente.

Los efectos de la corrienteen funcin de la frecuenciaLa norma internacional IEC60479partes 1 y2), trata sobre los efectos de la corrientealterna a diferentes frecuencias: la corrientecontinua, la corriente alterna hastafrecuencias de ms de 10 kHz, lascorrientes con formas de onda especiales ylas corrientes impulsionales. A continuacinse resumen los aspectos ms destacados:

cEfectos de la corriente alterna defrecuencias superiores a 100 Hz.

Cuanto ms aumenta la frecuencia de lacorriente, ms disminuyen los riesgos defibrilacin ventricular; no obstanteaumentan los riesgos de quemaduras. Laimpedancia del cuerpo humano disminuyeal aumentar la frecuencia.Generalmente se considera que lascondiciones de proteccin contra loscontactos indirectos son idnticos a 400 Hzque a 50 o 60 Hz, es decir, se puedenemplear los mismos dispositivosdiferenciales a ambas frecuencias ya que

aunque aumente el umbral de disparo deldiferencial tambin disminuye lapeligrosidad de la corriente, es decir, senecesita ms corriente para hacer el mismodao. Por ejemplo, un diferencial de 30 mAnominales a 50 Hz sigue siendo igual deseguro si se emplea en una red a 400 Hzaunque dispare a una intensidad muysuperior a 30 mA.La norma indica que el factor defrecuencia, que es la relacin entre lacorriente a la frecuencia f y la corriente a lafrecuencia de 50/60 Hz para un mismo

efecto fisiolgico considerado, aumenta conla frecuencia.La corriente produce un dao mximo a lafrecuencia de 50/60 Hz. Por ejemplo, laintensidad de tetanizacin, que es de10 mA a 50 Hz, pasa a 90 mA en corrientecontinua y a 80 mA a 5kHz.Por otro lado, se ha constatado que de 10 a100 kHz el umbral de percepcin aumentaaproximadamente de 10 mA a 100 mA envalor eficaz.Las normas an no imponen una regla de

funcionamiento particular aunque MerlinGerin, consciente de los riesgospotenciales que representan estascorrientes, vigila que los umbrales de losaparatos de proteccin que propone estnpor debajo de la curva de fibrilacinventricular definida por la norma IEC 60479de la figura 1.6.cEfectos de la corriente continua.La corriente continua es menos peligrosaque la alterna. Es ms fcil de soltar lamano de objetos en tensin continua quede objetos en tensin alterna. En corrientecontinua, el umbral de fibrilacin ventriculares mucho ms elevado.cEfectos de las corrientes con formasde onda especiales.El desarrollo de la electrnica de mando,

UC

N

PE

RB RA

Id

DR DR

Fig. 1.4. Principio de generacin de la tensin decontacto U

C.

Fig. 1.5. Curva del tiempo de contacto mximo (t)en funcin de la tensin de contacto (U

C), de acuerdo

a IEC 60364.


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1

14

25

15

10

5

0

10 100 1000 10000

20

frecuencia (Hz)

Id(f)/ Id(50Hz)

L mite normativo, segnIEC 60479

ID clase A

ID clase AC

Vigirex RH328A

Fig. 1.6. Variaciones del umbral de fibrilacin ventricular (segn IEC 60479-2) y de los umbrales de los diferentesdiferenciales Merlin Gerin regulados a 30 mA, para las frecuencias comprendidas entre 50/60 Hz y 2 kHz.

hace que se puedan crear, en caso dedefecto de aislamiento, corrientes cuya

forma se componga de corriente alterna ala cual se superponga una componentecontinua. Los efectos de estas corrientessobre el cuerpo humano son intermediosentre los de la corriente alterna y los de lacorriente continua.

cEfectos de las corrientes de impulsinnica de corta duracin.Provienen de las descargas decondensadores y pueden presentar ciertospeligros para las personas en caso dedefecto de aislamiento. El factor principal

que puede provocar una fibrilacinventricular es el valor de la cantidad deelectricidad (It) o de energa (I2t) paraduraciones de choque inferiores a 10 ms.El umbral de dolor depende de la carga

del impulso y de su valor de cresta.De una forma general, es del orden de

50 a 100 10-6A2scRiesgos de quemaduras.Otro riesgo importante ligado a laelectricidad son las quemaduras. Estas sonmuy frecuentes cuando se producenaccidentes domsticos y sobretodoindustriales (estos ltimos suponen ms del80 % de las quemaduras provocadas poraccidentes elctricos).Existen dos tipos de quemaduras:

vla quemadura por arco, que es unaquemadura trmica debida a la intensa

radiacin calrica del arco elctrico,vla quemadura electrotrmica, es la nicaverdadera quemadura elctrica, que esdebida al paso de la corriente a travs delorganismo.


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1.3 ANEXO I

Clasificacin de LocalesDe acuerdo con la Reglamentacin de la AEA,

y en un todo de acuerdo con la Norma IEC60364, se definen los tipos de local, enfuncin de la presencia de agua, de lasiguiente manera:

Local secoLugar en el cual las paredes no muestrangeneralmente trazas de agua, pero puedenaparecer en cortos perodos, por ejemplo enforma de vapor y que se seca rapidamentepor ventilacin .

Local hmedo

Lugar con posibilidad de cada vertical deagua cada de agua pulverizada, conngulo superior a 60 con respecto a lavertical .

Local mojadoLugar con posibilidad de proyecciones chorros de agua en todas direcciones.

Cuartos de baosNo estn includos en la clasificacin anteriory en la Reglamentacin AEA de BTconforman un captulo aparte,con una

clasificacin por Zonas.( seccin 701 )

Cuerpo Sumergido

En los volmenes 0 y 1 la ReglamentacinAEA de BT establece como obligatoria laproteccin contra contactos directos eindirectos mediante el uso de fuentes ycircuitos de Muy Baja Tension de Seguridad( MBTS ), por ejemplo piscinas, fuentes engeneral, juegos de agua similares, conluminarias o aparatos elctricos sumergidosen el lquido(volmen 0).En dichos volmenessolo se permite la MBTS de 12 VCA.

TENSION DE SEGURIDADLa ley N 19587 de Higiene y Seguridad delTrabajo establece en su captulo 14, del

Anexo VI, del Decreto Reglamentario N351/79 en relacin a la tensin de seguridad:

... En los ambientes secos y hmedos seconsiderar como tensin de seguridad hasta24 V con respecto a tierra .En los mojados impregnados de lquidosconductores la misma ser determinada, encada caso, por el jefe del Servicio de Higieney Seguridad del Trabajo de la empresa....

Nota : se recomienda la lectura de la Reglamentacinpara la Ejecucin de Instalaciones Elctricas enInmuebles(Reglamentacin AEA de BT) para profundizaren los distintos temas.La Reglamentacin de la AEA ( edicin Agosto 2002 ) sepuede adquirir en la Asociacin Electrotcnica ArgentinaPosadas 1659 Ciudad de Bs.As. (C1112ADC)

15

Te. :4804-3454- e-mail : info @aea.org.ar


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Proteccin contradefectos de

aislamiento yregmenes deneutro

2.1 Las normas de instalacin 182.2 Esquema TT 192.3 Esquema IT 21

2.4 Esquema TN 23

2

2.5 ANEXO II - Esquema TN 26


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2 Proteccin contra defectos de aislamientoy regmenes de neutro

18

2

2.1 Las normas

de instalacinLos dispositivos diferenciales residuales(DDR) se emplean en instalaciones elctricasdomsticas, terciarias e industriales, segnloestablecelaReglamentacinAEA deBT.La norma IRAM 2281/3 establece tresEsquemas de Conexin a Tierra (ECT)bsicos, tambin denominados Regmenesde Neutro:

Esquema TT.

Esquema IT.

La Reglamentacin AEA de BT prohibe enlas instalaciones internas de los inmueblesutilizar los esquemas TN, en sus tres

La utilizacin decada esquemaes funcinde varios aspectos: las reglamentacioneslocales

vigentes, la continuidad de servicionecesaria, flexibilidad de ampliacin de lainstalacin, mantenimiento etc.Para cada uno de estos esquemas sedefinir a continuacin de forma msdetallada, en su apartado correspondiente,

pues el riesgo elctrico depende de laeleccin del ECT.

en las condiciones normales de explotacinreducen considerablemente los riesgoselctricos, por ejemplo:

alejamiento y obstculos,

uso de barreras envolturas

aislar partes activas

aparatos con aislacin clase II

transformadores de seguridad,cpuesta a tierra de las masas,cequipotencialidad.

Reglas generalesCualquiera que sea el ECT existente enuna instalacin, las normas exigen que:cCada masa est conectada a una toma detierra a travs del conductor de proteccin.cLas masas simultneamente accesiblesestn conectadas a una misma toma detierra.cUn dispositivo de corte desconecteautomticamente toda parte de lainstalacin donde se pueda generar unatensin de contacto peligrosa.cEl tiempo de corte de este dispositivo seainferior al tiempo mximo definido.

El riesgo de contacto directoCualquiera que sea el ECT, el riesgo que

implica un contacto directo es idntico paralas personas. Las protecciones previstaspor la normas son idnticas y aprovechanlas posibilidades de los diferenciales de altasensibilidad.En efecto:Una persona en contacto con un conductorbajo tensin se ve atravesada por lacorriente de defecto y estar, por tanto,expuesta a los riesgos fisiopatolgicosexpuestos en el captulo 1 (fig.2.1).

cUn diferencial colocado aguas arriba delpunto de contacto puede medir laintensidad que atraviesa a la persona einterrumpirla si sta es peligrosa (fig. 2.2).

Fig. 2.1.

Fig. 2.2. Componentes bsicos de un diferencial.

L1

L2L3

Transformador

N

N F

Relde

medida

Captador

Ie

Is

Esquema TN.

variantes, salvo excepciones.* ver Anexo II

cmo hay que emplear los diferenciales,

La Reglamentacin AEA de BT establece

una serie de recomendaciones bsicas que


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19

La normativa reconoce como medida deproteccin complementaria el empleo de los

diferenciales de alta sensibilidad (30mA), omuy alta sensibilidad (menor a 30mA),cuando el riesgo de contacto directo esdebido al entorno, a la instalacin o a laspersonas (mbito domstico o similar segnla reglamentacinde la AEA). En estos casosel empleo de los diferenciales de altasensibilidad es obligatorio, se debe utilizarun interruptor diferencial


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20

2

Como la peligrosidad de la corrienteelctrica va directamente asociada al

tiempo de circulacin, se establecen trescurvas de seguridad que dan el tiempomximo de paso de la corriente en funcinde la tensin de contacto(ver tabla 1.2yfigura 1.5del captulo 1). As pues, lostiempos de respuesta de los dispositivosdiferenciales residuales vienen impuestospor estas curvas de seguridad para laspersonas.La tensin de contacto Uc se define comoel potencial que puede alcanzar una masametlica de un receptor, debido a un

defecto de aislamiento en el mismo,respecto a otro punto simultneamenteaccesible por una persona, generalmente latierra.Tendremos que en este rgimen TT latensin de contactoes igual a:

UC= IdRA

es decir UC= RARA+ RB

U

Donde U es la tensin fase-neutro, y se hadespreciado Rd. As, la carcasa del receptorpuede alcanzar una U

Cpeligrosa. A travs

del siguiente ejemplo veremos que en TT laintensidad de defecto correspondiente esdel orden de algunos amperios y sealcanza una UCelevada. La desconexinser pues obligatoria.

Ejemplo(fig. 2.4)Con U = 230 V, RA= RB= 10 y Rd= 0.La intensidad de defecto (Id), ser:

Id= U

RA+ RB+ Rd

Id= 230

(10 + 10 + 0)= 11,5 A

con lo que la tensin de contacto (UC) quese generar, ser de UC= IdR A;

UC= 11,5 A 10 = 115 V.

Dicha tensin es muy superior a la tensinlmite ULy presenta peligro para laspersonas si stas se exponen durante msde 0,2 s en un entorno seco y durante msde 0,08 s en un entorno hmedo.La corriente Idde 11,5 A es asimilable a unacorriente de cortocircuito, pero es a la vezdbil y fuerte; dbil porque no dispara

ninguna proteccin convencional del tipointerruptor automtico magnetotrmico, yfuerte porque pone en peligro a laspersonas. Por consiguiente, es precisoaadir al menos un dispositivo diferencialresidual (DDR) en cabecera de lainstalacin.La sensibilidad del diferencial que debeutilizarse debe ser tal que la tensin decontacto UCsea inferior a la tensin lmiteconvencional UL, a saber:

In < UL/ RA

La proteccin de los receptoreselctricos y de los circuitosEl nivel del umbral de disparo de losdiferenciales necesario para la proteccinde personas en los esquemas TT es msbajo que el necesario para proteger loscircuitos magnticos de las mquinas(motor) o para proteger contra incendios.Los DDR tambin pueden evitar, por lotanto, los daos en receptores motivadospor defectos de aislamiento. Simplemente

habr que tener la precaucin, tal como seha dicho antes, de utilizar diferenciales de300 mA o menores.

Incidencia del esquema TT en elconductor neutrocCaso de una instalacin bajo tensinEl esquema TT no tiene ningn efectosobre la proteccin y el corte del neutro, yaque la corriente de defecto de aislamientono atraviesa el conductor neutro (fig. 2.4).

RB RA

L1L2L3N

Id

11,5A 115V

Fig. 2.4.


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21

cCaso de una instalacin sin tensinEl seccionamiento del neutro es obligatorio.

En efecto, en caso de sobretensin en laMT (fallo o descarga elctrica deltransformador), el potencial del neutro seeleva y por tanto aparece un potencial muypeligroso de varios cientos de voltiosaproximadamente, entre el neutro y la tierrade utilizacin.Por este motivo, una persona que opere enla mquina puede estar en contacto directocon el conductor de neutro a dicha tensinelevada, lo que conlleva el mximo riesgo(fig. 2.5).

cLas normas de instalacinConcretamente la Reglamentacin deInstalaciones Elctricas en Inmuebles de laAEA, tiene en cuenta este riesgo al imponerun seccionamiento sin tensin delconductor neutro. Este seccionamiento

debe quedar garantizado a travs de unafuncin de corte omnipolar, que realiza almismo tiempo el seccionamiento de lasfases y el neutro, entonces se aumenta laseguridad de las intervenciones sin tensin.Es por tanto necesario garantizar elseccionamiento. Un interruptor automticotetrapolar que permita realizar el corteomnipolar y el seccionamiento cumplenaturalmente todos los requisitos delaReglamentacinde la AEA. Como mnimodebe estar instalado en la cabecera de lainstalacin.

Utilizacin del rgimen TTEste es el esquema de conexin a tierra

ms utilizado en Argentina. En distribucinpblica es de uso obligatorio segn laReglamentacinde la AEA. Las ventajas quepresenta son:no precisa de un servicio demantenimiento de las instalaciones, permiteampliar sin complicaciones especiales lasinstalaciones y en muchas ocasiones losdispositivos de proteccin diferencial paraeste rgimen resultan ms econmicos.

2.3 Esquema IT

(Neutro aislado o impedante)

En este esquema nos encontramos que elneutro est aislado y no conectado a tierra,mientras que las masas estn normalmenteconectadas a la tierra de la instalacin(fig.2.6).

Este tipo de esquema se puede aplicar ainstalaciones de Baja Tensin (B.T.)completas alimentadas por untransformador M.T./ B.T., o bien de formaparcial a zonas o islotes reducidos dentrode una red de B.T., alimentadas por untransformador de aislamiento separador.Puede adems estar prescrito orecomendado por reglamentos oficiales deuso obligatorio (por ej.: Reglamentacinpara instalaciones elctricas en hospitales ysalas externas a los hospitales emitido porla AEA).

L1L2L3N

PE

L1L2L3N

Fig. 2.5.

Fig. 2.6.


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22

2

La proteccin de personas contralos contactos indirectos

En funcionamiento normal (sin fallos deaislamiento), la red se conecta a tierra atravs de la impedancia de fuga de la red(fig. 2.7).Para un cable trifsico, porejemplo, esta impedancia se caracteriza porlos siguientes valores tpicos de capacidad(C) y resistencia (R ) de aislamiento:

C = 0,3 F / km y R = 10 M/km a 50 Hz

Tendremos pues una impedancia total delnea formada por dos impedancias (resistivay capacitiva). Puesto que la resultante de lasimpedancias en paralelo es prcticamentecapacitiva, podemos aproximarla a:

Zc = Xc = 1

C , con = 2f

En caso de fallo de aislamiento (fig. 2.8)ypara una tensin de 230 V suponiendo queRA= RB= 10 , la corriente de defecto Idser de:

Id= Uo

(Zc+RA+RB)= 23 0

(3.540+10+10)= 65 mA

Por lo tanto, no hay riesgo deincendio. La tensin de contacto U

Cde la

masa del receptor a tierra serequivalente a:U

C= I

dRA= 0,065 10 = 0,65 V.

Por lo tanto no hay peligro para laspersonas.No obstante, si se produce un segundodefecto de aislamiento fase-tierra en unafase distinta a la del primer defecto sin habereliminado el primer defecto, el comportamientode este esquema de conexin a tierra seranlogo al de un esquema TN: esequivalente a un cortocircuito entre fases.

El interruptor automtico magnetotrmicode aguas arriba disparar. Tambin sepueden originar sobretensiones en algunosreceptores si las cargas afectadas por eldefecto no estn equilibradas, actuandocomo un divisor de tensin.Puesto que la corriente de defecto dependede la longitud de las lneas, es necesariocomprobar que esta corriente sea superioral umbral de funcionamiento de laproteccin magnetotrmica (fig. 2.9).

Al igual que para el esquema TN, si lalongitud de los circuitos es superior a Lmaxes necesario disminuirla, o bien aumentarla seccin del conductor de proteccin(S

PE), o bien instalar un diferencial de baja

sensibilidad (de 1 a 30 A) para asegurar eldisparo instantneo. Ver tablas en elcaptulo 5 con las longitudes mximas decable L

MAX

admisibles para los diferentesinterruptores automticos magnetotrmicosMerlin Gerin.

L1L2L3N

ZC

PE

AB

L2L3N

R2R3 R1C2C3 C1

RB RA

L1L2L3N

Id

60mA

0,6V

ZC

PE

Fig. 2.7.

Fig. 2.8.

Fig. 2.9.


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23

Para garantizar la continuidad de servicio,es por tanto obligatorio, por el reglamento y

por norma, detectar y sealar el primer fallomediante aparatos especficos denominadosControladores Permanentes de Aislamiento(CPI), como el sistema Vigilohm de MerlinGerin, que adems permite efectuar labsqueda del defecto bajo tensin.

Utilizacin del rgimen ITEste rgimen posee la ventaja de quepermite garantizar la mxima continuidadde servicio y seguridad para las personas,aunque requiere la presencia de personal

de mantenimiento y un clculo preciso delongitudes mximas de lneas que nospermita decidir si hay que utilizar o no undiferencial para efectuar la correctaproteccin en caso de segundo defecto.

2.4 Esquema TN

En este esquema el neutro deltransformador estconectado a tierra y lasmasas metlicas de los receptores estn

conectadas al neutro. Existen tres variantesde rgimen de neutro diferenciadas por unatercera letra (fig. 2.10):

Esquema TN-C:El conductor de neutro y elde proteccin PE son el mismo conductor.Esquema TN-S:El conductor de neutro y elconductor de proteccin PE estnseparados.Esquema TN-C-S:Mixto, el esquema TN-Cdebe situarse siempre aguas arriba delesquema TN-S.

L1L2L3PEN

L1L2L3NPE

En el esquema TN-S,la corriente de fugano circula por el suelo sino por el cable PE

con resistencia RPE. En el ejemplo de lafig. 2.11,el conductor de fase y elconductor PE son de cobre y tienen unalongitud de 50 m y una seccin de 35 mm2.Calculemos la corriente de defecto:

Id=UO

(RF+ RPE)

donde RF= resistencia del conductor de fase,

y RPE

= resistencia del conductor de proteccin.

RF= RPE= L

S= 0,025 50/35 = 32,14 m

Id= 230 / (2 0,03214) = 3578 A

Esta corriente de defecto genera unatensin de contacto:

UC= R

PEI

d= 3578 0,03214 = 115 V

Esta tensin es claramente superior a latensin de seguridad U

L. Por lo tanto, es

preciso cortar obligatoriamente (fig. 2.12).

Fig. 2.10. Fig. 2.12.

Fig. 2.11.

L1L2L3N

Id

PE

RF

UC

RPE

UO

UCRPE

RF

Id

UO


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24

2

En la prctica, todo se desarrolla como sise produjera un cortocircuito entre fase y

neutro; el interruptor automtico situadoaguas arriba dispara.Puesto que la corriente de defecto dependede la longitud de las lneas, es necesariocomprobar que sta sea superior al umbralde funcionamiento de la proteccinmagnetotrmica.En caso contrario, es necesario aadir undiferencial en cabecera de la instalacin.

La proteccin de las personascontra los contactos indirectos

Tal como hemos visto, la corriente dedefecto depende de la impedancia del buclede defecto, la proteccin estasasegurada por las protecciones desobreintensidad (clculo/medidas deimpedancia de bucle).Si la impedancia es muy grande y nopermite a la corriente de defecto dispararlas protecciones de sobreintensidad (cablesde gran longitud) una solucin es lautilizacin de los diferenciales de bajasensibilidad (In>1 A).

Por otra parte, este esquema no puede seraplicado cuando, por ejemplo, laalimentacin se hace a travs de untransformador cuya impedancia homopolares muy importante (acoplamiento estrella-estrella).

La proteccin de los receptoreselctricos y de los circuitosEn este esquema, los defectos deaislamiento son el origen de fuertescorrientes de defecto equivalentes a las

corrientes de cortocircuito. El paso de estascorrientes tiene como consecuenciaimportantes daos, como por ejemplo laperforacin de las chapas del circuitomagntico de un motor, lo que conduce a lanecesidad de cambiar el motor en lugar deser rebobinado. Estos daos pueden serconsiderablemente limitados con lautilizacin de diferenciales instantneos debaja sensibilidad (3 A por ejemplo), que soncapaces de reaccionar antes de que lacorriente alcance un valor importante.Resaltar que esta proteccin es tanto msimportante a medida que aumenta latensin de servicio pues la energa disipadaen el punto de defecto es proporcional alcuadrado de la tensin.Las consecuencias econmicas de tales

destrucciones eventuales deben serestimadas pues es un criterio a tener en

cuenta al elegir el ECT.

Deteccin de defectos deaislamiento entre el neutro

y el conductor de proteccin (PE)o masas del edificioEste tipo de defecto transforma el esquemaTN-S en TN-C. Una parte de la corriente delneutro (incrementada por la suma de lascorrientes armnicas de rango 3 y mltiplosde 3) pasa permanentemente por el PE ypor las estructuras metlicas del edificiocon dos consecuencias:cLa equipotencialidad del PE ya no estarasegurada (unos pocos voltios puedenperturbar el funcionamiento de los sistemasinformticos enlazados por bus que debentener la misma referencia de potencial).cLa circulacin de una corriente por elinterior de las estructuras aumenta el riesgode incendio.Los diferenciales permiten detectar estetipo de defecto.

Deteccin de defectode aislamiento sin disparoy proteccin de bienesEn un esquema TN-S, ninguna regla deseguridad impone la vigilancia delaislamiento como para el esquema IT. Pero,todo disparo consecuencia de un defecto deaislamiento produce prdidas de continuidadde servicio y muy frecuentemente costosasreparaciones antes de restablecer la tensin.Es por eso que cada vez msfrecuentemente las explotaciones solicitandispositivos de prevencin con el fin deintervenir antes de que la prdida deaislamiento se transforme en uncortocircuito. Una respuesta a estanecesidad es el empleo de sealizacin, enTN-S, en las salidas crticas, mediantediferenciales con umbrales del orden de 0,5a algunos amperios que pueden detectarbajadas de aislamiento (sobre las fases o elneutro) y alertar a los responsables de laexplotacin. Una gama especialmentediseada para llevar a cabo esta funcin,entre otras, es el nuevo reldiferencialelectrnico con toroidal separado VigirexRHUy RMHde Merlin Gerin,que incorporauna pantalla para la visualizacinpermanente de la intensidad de fuga a tierra


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y varios umbrales de alarma y disparo. Toda lainformacin, adems, la puede comunicar va

Bus a un sistema informtico supervisor de lainstalacin. En cambio los riesgos de incendiode origen elctrico son reducidos, y se evita ladestruccin de materiales empleandodiferenciales con disparo para In o 300 mA.

Incidencia del esquema TN-C en elconductor neutro (ver fig. 2.13)

c

Caso de una instalacin bajo tensin:La proteccin y el corte del PEN (neutro y PEconfundidos) no se puede realizar ya que,como conductor de proteccin PE, debesoportar todas las corrientes de defecto.cCaso de una instalacin sin tensin:No es posible realizar el seccionamiento delPEN. Ello obliga a realizar una conexin atierra sistemtica y mltiple del conductorPEN para garantizar que se conserva laequipotencialidad.

Utilizacin del rgimen TNLa ventaja de este rgimen es que losinterruptores automticos magnetotrmicosaseguran la proteccin, no solo contrasobrecargas y cortocircuitos, sintambincontra defectos de aislamiento, cuando elReglamento de la AEA lo permite*. Elinconveniente es que para realizar cualquierampliacin de la instalacin, es obligatoriocalcular para la nueva longitud de lnea silos dispositivos magnetotrmicos actualesgarantizan la proteccin en caso de fuga atierra, si no es assernecesario aadirproteccin diferencial.

* El sistema TN-C se puede utilizar solo en distribucin pblica

e instalaciones industriales donde no exista electrnica. Est

prohibido para las instalaciones de BT en inmuebles.

Ver en las tablas del captulo 5 laslongitudes de cable mximas admisibles

LMAXen rgimen TN para garantizar laproteccin ante defectos de aislamiento,utilizando interruptores automticosmagnetotrmicos Merlin Gerin.

A continuacin vemos el mtodoconvencional terico de clculo de laslongitudes mximas L

MAXde cable en

rgimen TN para garantizar elfuncionamiento instantneo de la proteccinmagnetotrmica.Se aplica la ley de Ohm a la salida de

nuestra instalacin afectada por el defectode aislamiento tomando como hiptesis quela tensin entre la fase en defecto y el PE oPEN siempre es superior al 80 % de latensin simple nominal. Este coeficientetiene en cuenta el conjunto de impedanciasde aguas arriba.En BT, cuando el conductor de proteccincircula junto a los conductores de fasecorrespondientes, es posible despreciar lasreactancias de los conductores frente a suresistencia; esta aproximacin es admisiblehasta secciones de 120 mm2. Para

secciones mayores se sobredimensionarlaresistencia segn se ve en la tabla de lafigura 2.14.

seccin (mm2) resistencia

150 R + 15 %

185 R + 20 %

240 R + 25 %

Fig. 2.14.

La longitud mxima de un circuito enrgimen TN viene dada por la frmula

siguiente:

LMAX=0,8UOSf

(1 + m)Ia

En la cual:cL

MAX: longitud mxima en metros,

cUO: tensin simple, 230 V en redes

230/240 V,

c: resistividad a la temperatura defuncionamiento normal:

vpara el cobre: 22,5 103mm2/m,

vpara el aluminio: 36 103mm2/m.

cIa

es la corriente (A) de disparo magnticodel interruptor automtico,cm: S

f/S

PE,

cSf: seccin de las fases en mm2,

cSPE

: seccin del conductor de proteccinen mm2.

L1L2L3PEN

Fig. 2.13.


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26

2.5ANEXO II

Esquema TNLa Reglamentacin AEA de BT (AsociacinElectrotcnica Argentina) prohibe lautilizacin del esquema TN en lasinstalaciones internas de los inmuebles, ensus tres variantes, salvo las siguientesexcepciones :

TN-S

Excepcin 1 En locales con alimentacin en MediaTensin, podr ser decisin del usuario instalador el empleo del esquema.En loscasos en que el Inmueble reciba adems

alguna alimentacin en BT desde la red dedistribucin pblica, se deber emplear elesquema TT para las instalaciones de BTtomadas de la red pblica.Se tomarn losrecaudos para evitar que ambasalimentaciones entren en paralelo.

Excepcin 2 En locales alimentados desde la redpblica de BT, en los que se instalenequipamientos informticos deprocesamientos de datos similares, cuandolo requieran las empresas proveedoras de

dichos equipos .Ser obligacin del usuario instalador realizar como mnimo una puesta atierra en su inmueble, preferentemente en laacometida en su cercanas con un valor de

resistencia igual menor a 2 .Sertambin obligacin del usuario instalador

garantizar una tensin lmite de contacto

igual menor de 24 V frente a contactosindirectos.

TN-C

Excepcin En locales con alimentacin en MediaTensin, podr ser decisin del usuario instalador el empleo del esquema, el cual seaplicar solo en la vinculacin entre losbornes de BT del transformador dedistribucin del usuario y el interruptor decabecera del tablero principal dedistribucin.En los casos en que el Inmueblereciba adems alguna alimentacin en BTdesde la red de distribucin pblica, vale loespecificado para el esquema TN-S.

TN-C-S

Excepcin Queda a criterio del usuario instaladoren los locales con alimentacin en MT utilizarel esquema TN-C solo en la vinculacin entrelos bornes de BT del transformador dedistribucin del usuario y el interruptor decabecera del tablero principal de distribucin,

y a partir del tablero principal usar elesquema TN-S, de esta forma el conjunto secomporta como un esquema TN-C-S.Si el inmueble recibe adems alimentacinen BT desde la red pblica, vale loespecificado en los puntos anteriores.

Nota:se recomienda la lectura de la Reglamentacinpara la Ejecucin de Instalaciones Elctricas enInmuebles(ReglamentacinAEA de BT) para profundizaren los distintos temasLa Reglamentacin de la AEA ( edicin Agosto 2002 ) sepuede adquirir en la Asociacin Electrotcnica ArgentinaPosadas 1659 Ciudad de Bs.As. (C1112ADC)

Te. :4804-3454- e-mail : info @aea.org.ar


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Principio de

funcionamiento

de los dispositivosdiferenciales

3.1 Captadores 29

3.2 Rels de medida y disparo 32

3.3 Test de buen funcionamiento

de los diferenciales 333.4 Tecnologa superinmunizada

multi9 35

3


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3 Principio de funcionamiento de losdispositivos diferenciales

3

28

O bien separado del diferencial:crels diferenciales con toroidal

separado Vigirex.

El rel de medida y disparoPuede ser electrnico:crels diferenciales con toroidal separadoVigirex. Precisan alimentacin auxiliar,cbloques diferenciales Vigicompact. Nonecesitan alimentacin auxiliar.O bien electromecnico:cel resto de gamas multi 9 no necesitanalimentacin auxiliar.

El dispositivo de maniobraExisten diferenciales que incorporan en elmismo aparato el interruptor que abre elcircuito controlado:cinterruptores diferenciales ID multi 9,

Existen otros diferenciales que necesitan deun dispositivo de disparo externo especficocon el que se unen mecnicamente:cbloques diferenciales Vigi multi 9 yVigicompact que deben acoplarseobligatoriamente a un interruptor automtico

multi 9 o Compact respectivamente.Y un tercer tipo de diferencial que necesitade un dispositivo de disparo externo con elque se une elctricamente:crels diferenciales con toroidal separadoVigirex, que se conectan elctricamentecon un interruptor automtico (a travs deuna bobina de disparo).

Como ejemplos de dos de los diferencialesms habitualmente utilizados en Bajatensin se puede ver:

Los Dispositivos Diferenciales Residuales(DDR) estn constituidos por varios

elementos: el captador, el bloque detratamiento de la seal, el rel de medida ydisparo y el dispositivo de maniobra.cEl captador.Suministra una sealelctrica til en el momento que la suma delas corrientes que circulan por losconductores activos es diferente de cero.cBloque de tratamiento de la seal.Laseal elctrica leida por el captador debeser siempre tratada electrnicamente enmayor o menor grado para lograr el correctofuncionamiento del rel de medida y

disparo, evitando al mismo tiempofuncionamientos o disparos no deseadosdel dispositivo diferencial. La seal tratadase enva al rel de medida y disparo.cEl rel de medida y disparo.Compara laseal elctrica suministrada por el captadory una vez tratada, con un valor de referenciay da, con un posible retardo intencionado, laorden de apertura al aparato de corteasociado o dispositivo de maniobra.cEl dispositivo de maniobrade aperturadel aparato (interruptor o interruptorautomtico), situado aguas arriba del

circuito elctrico controlado por el diferencial,se denomina disparador o accionador.

Merlin Gerinha desarrollado varios tipos dedispositivos de proteccin diferencial paraBaja Tensin que se incluyen dentro de lasdiferentes gamas que se pueden encontraren el captulo 7 de esta Gua. Las diferentesformas de construir estos DispositivosDiferenciales Residuales (DDR) sediferencian por los criterios siguientes:

El captadorPuede estar incorporado dentro del propiodiferencial:cinterruptores diferenciales ID multi 9,cbloques diferenciales Vigi multi 9y Vigicompact,

Fig. 3.1. Esquemafuncional de undiferencial

electromecnicoa propia corriente(tipo multi 9).

CaptadorBloque

de tratamientode la seal

Rel de mediday disparo

Dispositivode maniobra

* La norma IRAM 2301 de interruptores diferenciales slo

permite la instalacin de diferenciales de seguridad

intrnseca.

Esto significa que no tienen fuente de tensin auxiliar o si

la tuvieran el diferencial adems de disparar por corriente

diferencial debe disparar si se pierde tal tensin auxiliar.

Todos los diferenciales Schneider Electric cumplen con lo

indicado en la norme IRAM 2301


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29

cEn la fig. 3.1,el esquema tipo funcionalde un diferencial electromecnico tipomulti 9 a propia corriente, es decir, que noprecisa de fuente de alimentacin auxiliar.cEn la fig. 3.2,el esquema tipo funcionalde un diferencial electrnico tipo Vigirexque precisa de fuente de alimentacin

auxiliar.

A continuacin se dar una visin generaldel funcionamiento y utilizacin de losdiferentes captadores y de los rels demedida y disparo existentes.Posteriormente se profundizar enaspectos particulares de la tecnologaempleada en los dispositivos diferencialesmulti 9de Merlin Gerin.

3.1 Captadores

En los circuitos de corriente alterna sepueden utilizar dos tipos de captadores:cEl transformador toroidal.Es el tipo decaptador ms utilizado para medir lascorrientes de fuga.cLos transformadores de intensidad(TI).Utilizados en AT y MT y en algunoscasos en BT.

El transformador toroidal

Este envuelve la totalidad de losconductores activos y de este modo esexcitado por el campo magntico residualcorrespondiente a la suma vectorial de lascorrientes que circulan por las fases y elneutro.La induccin en el toroidal y la sealelctrica disponible en bornes delarrollamiento secundario del transformadores, por tanto, la imagen de la corrientediferencial residual.Este tipo de captador permite detectar las

corrientes diferenciales desde algunos

miliamperios hasta algunas decenas deamperios. En el apartado 3.4 se ver elfuncionamiento exacto de los diferentestransformadores toroidales.Los transformadoresde intensidad (TI)

Para medir la corriente diferencial de uncircuito elctrico trifsico sin neutro sedeben instalar tres transformadores deintensidad segn la fig. 3.3. Este montajese denomina de Nicholson.

Los tres TI son generadores de corrienteconectados en paralelo. Hacen circularentre A y B una corriente que es la sumavectorial de las tres corrientes, la cual es lacorriente diferencial residual. Esta corrientediferencial se medir con un transformadortoroidal conectado a un rel diferencial DR(tipo Vigirex).

Este montaje, denominado de Nicholson, seutiliza normalmente en MT y AT cuando lacorriente de defecto a tierra puede alcanzarvarias decenas o centenas de amperios.Para su empleo, se debe considerar laclase de precisin de los TI: con TI de clase5 % no se permite efectuar una regulacinde proteccin de tierra por debajo del 10 %de su corriente nominal.

CaptadorBloque

de tratamientode la seal

Relde mediday disparo

Dispositivode maniobra

Alimentacinauxiliar

Fig. 3.2. Esquemafuncional de un DDRelectrnico conalimentacin auxiliar(tipo Vigirex).

I1 I2 I3

AIh

B

DR

Fig. 3.3. Montaje de Nicholson. La suma vectorial delas corrientes de fase da la corriente diferencial.


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3

30

Utilizacin de transformadorestoroidales separados. Casos

particularescAlimentacin de fuerte potencia.El montaje de Nicholson de los TI, que sertil en BT cuando los conductores sonpletinas o cables de gran seccin paratransportar fuertes intensidades, no permite,incluso utilizando TI exactamente iguales,regulaciones compatibles con la proteccinde las personas (umbral In o U

L/R

A).

Existen varias soluciones:

vsi la dificultad se presenta en uncuadro general justo a la salida deltransformador, es deseable:

la puesta en servicio de un transformadortoroidal en cabecera de instalacin sobre laconexin a tierra del neutro BT deltransformador (fig. 3.4).En efecto, segn la

ley de nudos de Kirchhoff, la corrientediferencial vista por (N) es estrictamente lamisma que aquella vista por (G) para undefecto que se produzca en la distribucinBT, o

la instalacin de un toroidal encada salida, todos conectados en

paralelo a un solo rel(fig. 3.5).Efectivamente, con esta conexin, cuandoel relde medida (generalmente electrnicotipo Vigirex) para funcionar necesita tanslo una seal elctrica de valor muy dbil,es posible hacer trabajar los toroidalescomo generadores de corriente.Dispuestos en paralelo, suministran laimagen de la suma vectorial de lascorrientes primarias.Este montaje estprevisto por las normasde instalacin. De todas formas, por

razones de selectividad es preferible utilizarun diferencial por salida.

vsi la dificultad se presenta con varioscables en paralelo por fase que nopueden atravesar todos un toroidal.Es posible situar un toroidal sobre cadacable (que transporte todos los conductoresactivos) y disponer todos los toroidales enparalelo (fig. 3.6).Siempre se debe observar:

vque cada toroidal ve n espiras encortocircuito (3 en la figura) que puedendisminuir la sensibilidad,

vsi las conexiones presentan diferenciasde impedancia, cada toroidal sealizarunafalsa corriente homopolar. Un cableadocorrecto limita bastante estas falsascorrientes homopolares,vque este montaje implica para cadatoroidal que los bornes de salida S1-S2 semarquen en funcin del sentido decirculacin de la energa.Esta solucin requiere el acuerdo delfabricante del diferencial.

DR

1

N

G

2

3

MT / BT

DR

Fig. 3.4. El toro N proporciona la misma informacinque el toro G.

31 2

31 2

Fig. 3.6. Disposicin de los toros sobre los cablesunifilares en paralelo de gran seccin.

DR

Fig. 3.5. Instalacin de un toroidal en cada salida,todos conectados en paralelo a un solo rel. Solucincuando es imposible colocar un slo transformadortoroidal en la lnea de alimentacin principal.


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31

cSalida de fuerte potencia.Para que la respuestadel toroidal sea fiel

y lineal, se deben situar los conductoresactivos en el toroidal lo ms prximosposible de su centro para que sus accionesmagnticas se compensen perfectamenteen ausencia de corriente residual. Enefecto, el campo magntico desarrolladopor un conductor disminuyeproporcionalmente con la distancia; segnla fig. 3.7,en la que se tiene un malcentrado de los conductores, la fase 3provoca en el punto A una saturacinmagntica local y no tiene, por tanto, una

accin proporcional. Ello puede ser causade disparos intempestivos. Es el mismocaso que si el toroidal se sita en laproximidad o en el mismo codo de loscables que envuelve (fig. 3.8).La aparicinde una induccin residual parsita va aprovocar, para las intensidadesimportantes, la aparicin en el secundariodel toroidal de una seal que puedeocasionar un disparo intempestivo. Elriesgo es tanto ms importante cuando elumbral del diferencial es dbil en relacin alas corrientes de fase, particularmente

durante un cortocircuito.En los casos difciles (si I

fase mx./ In, es

elevado) dos soluciones permiten evitar elriesgo de disparo intempestivo:vutilizar un toroidal ms grande que elnecesario, por ejemplo de un dimetrodoble al que justamente conviene para elpaso de los conductores,vsituar una plancha en el toroidal.Esta plancha debe ser de materialmagntico para homogeneizar el campomagntico, ver fig. 3.9.Se debe situar entre

el toroidal y los conductores; reduce elriesgo de disparos intempestivos debido alos efectos magnticos de las puntas decorriente.Cuando se han tomado todas estasprecauciones:

centrado de los conductores,toroidal de gran dimensin,y plancha magntica,la relacin

Ifase mx.

In

puede alcanzar un valor de hasta 50.000.

Utilizacin de diferenciales contoroidal incorporadoSe debe destacar que los diferenciales contoroidal incorporado, tipo multi 9 oVigicompact, por ejemplo, aportan una

ptima solucin a los instaladores yusuarios puesto que es el fabricante quienestudia y pone en servicio las respuestastcnicas:cDomina el problema del centrado de losconductores activos, y para lasintensidades dbiles puede prever y repartirvarias espiras primarias alrededor deltoroidal.

cPuede hacer trabajarel toroidal con unainduccin ms elevada para maximizar laenerga captada y minimizar la sensibilidada las inducciones parsitas (debidas a lasfuertes corrientes).

L u2

Fig. 3.8.

A3

1

2

Fig. 3.7.

L u2

Fig. 3.9.


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3

32

3.2 Rels de medida

y disparoPor lo que se refiere al relde medida ydisparo, los diferenciales se puedenclasificar en tres categoras tanto segn sumodo de alimentacin cmo segn sutecnologa.

Segn su modo de alimentacinA propia corrienteEste es un aparato en el que la energa dedisparo la suministra la propia corriente dedefecto. Este modo de alimentacin est

considerado por la mayora de especialistascomo el ms seguro. En numerosos pases,y particularmente en la Argentina, estacategora de diferenciales se prescribe paralas instalaciones domsticas y anlogas(normas IRAM 2301, IEC 61008 y 61009).Dentro de este tipo se engloban todos losdispositivos diferenciales multi 9de

Merlin Gerin.

Con alimentacin auxiliarEste es un aparato en el que la energa dedisparo necesita de un aporte de energaindependiente de la corriente de defecto.Estos aparatos (generalmente deconcepcin electrnica) no puedenprovocar el disparo salvo si estaalimentacin auxiliar estdisponible en elmomento de la aparicin de la corriente dedefecto. Dentro de este tipo se incluyen losrels diferenciales con toroidal separadoVigirex.

A propia tensinEste es un aparato con alimentacin

auxiliarpero donde la fuente es el circuitocontrolado. De este modo cuando el circuitoesten tensin el diferencial estalimentado, y en ausencia de tensin, eldiferencial no estactivo pero tampocoexiste peligro. Estos aparatos aportan unaseguridad adicional ya que estnconcebidos para funcionar correctamentecon bajadas de tensin hasta la tensin deseguridad (U

L).

Este es el caso de los bloque Vigi,asociados a los interruptores automticosCompactde Merlin Gerin.

Tambin se realiza una distincincomplementaria entre los diferencialessegn si su funcionamiento es o no deseguridad positiva.

Se consideran como dispositivos deseguridad positiva dos tipos de aparatos:

cAquellos en los que el disparo dependede la corriente de defecto: todos losaparatos a propia corriente (tipo multi 9)son de seguridad positiva.cAquellos, ms raramente utilizados, enlos que el disparo no nicamente dependede la corriente de defecto sino que sesitan automticamente en posicin dedisparo (posicin de seguridad) cuando yano se renen las condiciones paragarantizar el disparo en presencia de lacorriente de defecto (por ejemplo, una

bajada de tensin hasta los 25 V, o bien,que un diferencial con alimentacin auxiliartipo Vigirexpierda su tensin dealimentacin).

Segn su tecnologaDispositivos electromagnticos (fig. 3.10)Estos dispositivos son del tipo a propiacorriente. Utilizan el principio delenclavamiento magntico. Una muy dbilpotencia elctrica (100 VA para algunos)es suficiente para vencer la fuerza deenclavamiento y provocar mediante unamplificador mecnico la apertura de loscontactos.Estn muy extendidos (son de seguridadpositiva) y son particularmente aptos parala construccin de diferenciales con unanica sensibilidad. La tecnologa empleadaen los diferenciales multi 9es de este tipo.

Is

R

IP

EI

Ie

A

Fig. 3.10. La corriente de defecto, a travs del toroidal,suministra la energa a un electroimn (EI) cuya parte

mvil (la paleta A) se mantiene pegadapor la atraccindel imn permanente (IP). Cuando se alcanza el umbralde funcionamiento el electroimn anula la fuerza deatraccin del imn permanente, la paleta mvil A,ayudada por un resorte R que acelera su rotacin, abreentonces el circuito magntico y da la orden mecnica deapertura del interruptor del circuito controlado.


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Dispositivos electrnicosSe utilizan sobre todo en el dominio

industrial puesto que la electrnica permite:cTener una potencia de adquisicin muydbil.cTener unos umbrales y temporizacionesprecisas y regulables (lo que permiterealizar de forma ptima la selectividad deldisparo).En razn de estas dos caractersticas estntodos indicados para la realizacin de:cDiferenciales con toroidales separados(del tipo Vigirex), los cuales se asocian ainterruptores automticos de fuerte calibre

y a contactores.cDiferenciales asociados a interruptoresautomticos industriales hasta 630 A (tipoVigicompact).La electrnica para funcionar necesita unacierta energa, a menudo muy dbil. Losdiferenciales con dispositivos electrnicosexisten, pues, con diferentes modos dealimentacin antes presentados bien apropia tensin, bien con alimentacinauxiliar.

Dispositivos mixtos(a propia corriente)

Esta solucin consiste en intercalar entre eltoroidal y el relelectromagntico undispositivo de tratamiento de la seal. Estopermite:cLa obtencin de un umbral defuncionamiento preciso y fiel.cObtener una gran inmunidad a lasperturbaciones o parsitos y a lostransitorios de corriente, respetando untiempo de funcionamiento compatible conlas curvas de seguridad. A ttulo deejemplo, los diferenciales multi 9del tipo

superinmunizado(si) de Merlin Gerinson dispositivos mixtos.cRealizar diferenciales retardados.Un principio similar se utiliza en MT. Enefecto, hace varios aos que en los centrosde suministro de energa elctrica (centroMT/BT) el disparo necesitaba de unabatera de acumuladores, origen de muchosproblemas. La asociacin de un dispositivoelectrnico a propia corriente y de un relelectromecnico con enclavamientomagntico ha ofrecido una solucinsatisfactoria a nivel de costes y de fiabilidadcon la supresin de la batera.

3.3 Test de buen

funcionamiento de losdiferenciales

Un diferencial es un aparato de seguridad.Ya sea electromagntico, electrnico omixto, es muy importante que disponga deun dispositivo de test.Aunque los dispositivos a propia corrientesean los ms seguros, la incorporacin dela seguridad positiva en los dispositivos a

propia tensino con alimentacin auxiliarconfiere a los diferenciales una mayor

seguridad que no evita la realizacin del testperidicamente.cRealizar el test peridico de losdiferenciales.De hecho, la seguridad positiva perfecta,particularmente a nivel de defecto interno,no existe. Es por este motivo que losdiferenciales que utilizan una alimentacinauxiliar se aconsejan para las instalacionesindustriales y gran terciario, y losdiferenciales a propia corriente para lasinstalaciones domsticas y anlogas;decisin tomada de acuerdo con susposibilidades intrnsecas mencionadasanteriormente.En todos los casos, el test peridico serecomienda para detectar un posible defectointerno.

cLa forma de realizar el test esimportante.Debe tener en cuenta el hecho de queexisten siempre en una instalacin elctricacorrientes de fuga capacitivas a tierra y, amenudo, corrientes de fuga resistivas,resultado de un aislamiento degradado.

La suma vectorial de todas estas corrientesde fuga (I

d) se detecta mediante el captador

toroidal y puede perturbar el funcionamientodel test; esto es posible cuando el circuitode test es similar al mostrado en la fig. 3.11.A pesar de esto, este principio de test estmuy extendido puesto que verifica elconjunto toroidal-rel-aparato de corte.


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3

34

situacin de If

1

2

3

ItestR

Id

Test

Id

Ir

Itest

Ir

Id

Itest= +

N

Fig. 3.11. Ciertas instalaciones pueden perturbar elcorrecto funcionamiento del circuito de test. Puede que

no se produzca el disparo si se tienen dbilescorrientes de defecto Idcon un ngulo determinado.

Solamente se producirel disparo si Ires mayor que la

intensidad de disparo If.

Las normas de fabricacin limitan lacorriente de test, ello puede explicar un

cierto nmero de no funcionamientos de losdiferenciales al realizar el test, comodemuestra la suma vectorial (fig. 3.11)de lacorriente de fuga (I

d) y de la corriente de test

(Itest

).Por ejemplo, las normas IEC 61008 y IEC61009 indican que la corriente de test nodebe ser superior a 2,5 In para undiferencial utilizado a la tensin mxima desu rango de funcionamiento (por ejemplo400 V, si el rango es 230 a 400 V) y 1,15 Insi estalimentado a la tensin mnima (en el

ejemplo, a 230 V - 20 %).El principio de test mencionadoanteriormente se utiliza para losinterruptores e interruptores automticosdiferenciales (multi 9y Compactde MerlinGerin).Respecto a los rels diferenciales contoroidal separado, se aplica el mismoprincipio, siendo el instalador quien deberealizar el circuito de test. En todo casoexisten rels, por ejemplo de la gamaVigirexde Merlin Gerin, que tienenintegrada la funcin testy que, adems,controlan permanentemente la continuidaddel circuito de deteccin (conexintoroidal-rely bobinado del toroidal).cLa verificacin del umbral defuncionamiento.An con mayor motivo que antes para eltest, la verificacin del umbral de disparo deldiferencial se debe realizar teniendopresentes las corrientes de fuga naturaleso no del circuito aguas abajo que puedanatravesar el captador. Una buena medida serealizarsiempre con todos los circuitos de

aguas abajo desconectados.


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3.4 La tecnologa

superinmunizada multi 9A continuacin se presenta la nueva gamade proteccin diferencial de Merlin Gerinincluida dentro de su familia multi 9quemejora ampliamente la calidad de larespuesta de los dispositivos diferencialestradicionales a propia corrientegracias ala incorporacin de la tecnologasuperinmunizadaexclusiva de MerlinGerin. Para poder comprender mejor laevolucin que supone la nueva tecnologasuperinmunizada se analizarelfuncionamiento de los diferentescomponentes de los dispositivosdiferenciales desde el ms bsico, eldispositivo clase AC, pasando por el claseA tradicional, hasta llegar al ms avanzado,el clase A superinmunizado.

En la figura 3.12se observa que existentres tipos de dispositivos diferenciales.Los tres tipos comparten una estructurafuncional comn que consta de tres bloquesbien diferenciados:

a) Bloque de captacion de seal. Eltransformador toroidal.b) Bloque de filtrado electrnico.c) Bloque de relde disparo.

Las diferencias entre ellos son bsicamentelas siguientes:

clos clase AC, son los dispositivosestndar y los ms habitualmenteutilizados,clos clase A estndar, se diferencian de losAC en que utilizan un toroidal mejorado,ms energtico, e incluyen un bloqueelectrnico de deteccin de corrientesrectificadas o pulsantes,clos clase A superinmunizados si, sediferencian de los clase A estndar en queposeen un toroidal an ms mejorado y unbloque de filtrado electrnico muy

enriquecido.

a) Bloque de captacin de seal.El transformador toroidalLa deteccin de la corriente de defectodiferencial se efecta mediante untransformador de corriente toroidal,compuesto por un ncleo de materialferromagntico y un bobinado primarioconstituido por la(s) fase(s) y el neutro delcircuito a proteger. En la figura 3.13sepuede observar la representacin vectorial

de intensidades en una red trifsica conneutro equilibrada (para una reddesequilibrada sera anlogo, incluyendo en

Fig. 3.12. La tecnologa superinmunizadamulti 9.

S N

I entrante I saliente

I residual

Id

Filtradode altasfrecuencias Verificacin

y orden dedisparo

Deteccin decorrientesde fugapulsantes

Inmunizacinbsica contratransitorios:

onda tipo8/20 s

onda tipo0,5 s, 100 kHz Acumulacin

de energa

superinmunizado

siclase A si

clase A

clase AC

el transformadortoroidal

a) bloque de filtradoelectrnico

b) relde disparoc)


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cada caso la corriente del neutro): si nohay defecto de fuga a tierra, la suma

vectorial de todas las corrientes de dichocircuito es nula, pero cuando existedefecto de fuga de corriente de una fasehacia tierra, la suma vectorial de lascorrientes es igual a dicha corriente defuga I

f.

En caso de existir una fuga If, las

corrientes de las fases y el neutro inducenen el transformador toroidal, flujosmagnticos desequilibrados, cuyaresultante no sercero, e induciren elsecundario del transformador toroidal una

tensin ESque generaruna corriente Ir,que dependiendo de su valor eficaz, puedeprovocar el disparo del relde apertura delos contactos del dispositivo diferencial. Enlas figuras 3.14 y 3.15se puede seguirpaso a paso, para un circuito monofsico,

el proceso de generacin de la corrienteresidual (I

r) en el secundario a partir de una

corriente de fuga a tierra (If) que circule por

el primario (es decir, por el circuito queestemos protegiendo en nuestra instalacinelctrica).

Fig. 3.14. Generacin del flujo magntico en el ncleo toroidal de un diferencial monofsico a partir de lacirculacin de una corriente de fuga I

fen el primario del toroidal. Curva de histresis.

Transformador toroidal

H(A Vueltas/m)

If= (INIR)

CA

t(ms)

(mA)

B(webers/m2)

Corriente de fugaprimaria

Curva de histresisd

d

Circuito elctrico primarioSi se produce una fuga de corriente

a tierra If en el primario (INI

R),

sta genera un campo magnticoH no nulo que a su vez crea

un flujo magntico en el interiordel ncleo ferromagntico.

En el caso trifsico If sera la sumavectorial de las tres fases y el neutro:

If= I

R+ I

S+ I

T+ I

N

Circuito magntico primario

H =N If

2 R

B = H

= B S

= N

R

(campo magntico)

(N = n.de espiras primario)(R = radio medio toroidal)

(induccin magntica)

(= permeabilidad magntica)

(flujo magntico)(S = seccin transversal ncleo toroidal)

En este caso (monofsico)

N R (fase)

IN IR Arrollamientoprimario

R

N

INIr

IR

Arrollamientosecundario

R

Receptor

If

IT

IS

IR

IT

IR+ I

S+ I

T= 0

IR+ I

S+ I

T= I

f= 0

sin defecto con defecto

Fig. 3.13.

If

IR

IS


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El valor del flujo magntico generado ,dependerdel tipo de curva de histresisque proporcione el material magntico queconstituye el toroidal.Las curvas de histresis son larepresentacin de la energa que puede serinducida en un material por la corrientediferencial residual I

f. Cada material tiene

una curva de histresis distinta.La evolucin de los materiales necesariospara fabricar diferenciales clase AC, clase Aestndar o clase A superinmunizada, es endefinitiva la evolucin hacia materiales masenergticos, que son fundamentales para

poder mantener un ptimo nivel de

proteccin de las instalaciones elctricasque estn experimentando actualmente ungran aumento en su complejidad. Acontinuacin se puede ver cmo es la curvade histresis del material empleado paraelaborar cada tipo de diferencial.cToroidales clase AC:Son utilizados por los diferenciales clsicos.Permiten tan slo la deteccin de corrientesde fuga a tierra de tipo alterna. Soninsensibles a las corrientes rectificadas(corrientes pulsantes), con o sin unacomponente continua.Es muy conveniente que un diferencial sea

capaz de detectar estas corrientes ya que

Fig. 3.15. Generacin de la corriente residual Ira partir del flujo magntico generado en el ncleo toroidal.

H(A vuelta/m) If (mA)

CA

t(ms)

1

B(webers/m2)

Fig. 3.16. Toroidal clase AC y corriente de fuga alterna.

Curva de histresis Corriente residualsecundaria

H(A Vueltas/m)

Ir

CA

t(ms)

(mA)

B(webers/m2)

Transformador toroidal d

d

Circuito magntico secundario

= B S

Por la Ley de Faraday en elarrollamiento secundario se induciruna fuerza electromotriz:

(flujo magntico creadopor el primario)

(S = seccin transversal ncleo toroidal)

Circuito elctrico secundario

La fuerza electromotriz Esharquecircule una corriente Iren el bobinadosecundario cuyo valor dependerde laimpedancia de la totalidad del circuitoelctrico secundario.Esta Ir, convenientemente filtrada,llegaral relde disparo donde sercomparada con la sensibilidad In deldispositivo. Si es mayor que Indisparar.

N R

IN IR Arrollamientoprimario

INIr

IR

Arrollamientosecundario

R

ReceptorIf

ES

ES=N d

dt


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son tan peligrosas como las alternas puesposeen la misma frecuencia y generanprcticamente la misma tensin decontacto.Segn se observa en el ejemplo de lafigura 3.16, una fuga de corriente alterna(CA) genera una variacin

1, que

posteriormente sercapaz de crear unacorriente residual I

rsuficiente en el

secundario que provocarel disparo del rel.Una fuga de corriente continua (CC)rectificada, o corriente continua pulsante, noposee componente negativa, ver figura 3.17.En este caso el ciclo de histresis del toro noes completo, solo se trabaja sobre una mitaddel mismo, y el

2generado es demasiado

dbil como para crear una corriente residual Ir

suficiente que pueda disparar el rel.cToroidales clase A estndar:Permiten resolver el problema anterior deno actuacin cuando se tienen fugas decorriente de tipo pulsante. Segn se ve en

la figura 3.18,la utilizacin de un ncleo

magntico toroidal con la curva dehistresis estrecha y ms larga permiteaumentar

2; en este caso se generar

una corriente residual Irsuficiente para

provocar el disparo del rel. El ncleotoroidal que posee este tipo de curva dehistresis estformado por una aleacinferromagntica de mayor calidad que lautilizada en los clase AC, es un materialms energtico, con pocas prdidas y dbilinduccin remanente. Este toroidal escapaz de generar un campo magnticosuficiente para provocar el disparo del relante defectos diferenciales cuya amplitudde onda (diferencia entre su valor mximo ymnimo), presente variaciones menores quelas necesarias para disparar los clase AC.Es en definitiva ms sensible a la intensidadde defecto que los clase AC ya que escapaz de disparar ante tres tipos de corriente:vCorrientes de tipo alterno.

vCorrientes continuas rectificadas o

continuas pulsantes.

Fig. 3.17. Toroidal clase AC y corriente de fuga rectificada pulsante.

H(A vuelta/m) If(mA)

CC

t(ms)

2

B(webers/m2)

Fig. 3.18. Toroidal clase A y corriente de fuga rectificada pulsante.

CC

H(A vuelta/m) If(mA)

t(ms)

2 incrementado

B(webers/m2)


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vCorrientes continuas rectificadas ocontinuas pulsantes con corriente

superpuesta de tipo continuo alisada dehasta 6 mA.cToroidales clase A superinmunizados:El material magntico del ncleo toroidalmejora las propiedades de los clase Aestndar descritos anteriormente. Almaterial empleado para fabricar este tipo detoroidales le bastan variaciones decorriente diferencial an menores que enlos clase A estndar para inducir la mismaenerga necesaria para disparar el rel. Elloes debido a que posee una curva de

histresis an ms estrecha y de mayorlongitud, con lo cual se acenta todavams el fenmeno descrito en la figura 3.18para los clase A estndar, con todavamenos prdidas. En la figura 3.19secomparan las curvas de histresis de los 3tipos de toroidales: AC, A estndar y Asuperinmunizado. Se puede apreciar quegeneran flujos magnticos crecientes que asu vez inducen tensiones residuales E en elsecundario tambin crecientes en funcindel tipo de toroidal.

b) Bloque de filtrado electrnicoLos sistemas de filtrado electrnico para eltratamiento de la seal elctrica queproporciona el secundario deltransformador toroidal, es la parte que msha evolucionado en la nueva gama dedispositivos diferenciales clase Asuperinmunizados de Merlin Gerin.Tal como se observa en la figura 3.12,losdiferenciales clase AC tan slo poseen uncircuito de inmunizacin bsico contra

transitorios. En su momento, para obtener

un diferencial clase A a partir de un claseAC estndar se le incorporun bloque de

deteccin de corrientes de fugacontinuas pulsantes, que aportaba unaimportante mejora al diferencial:vMayor seguridad para las personas.

Ahora adems, se ha aadido dentro delbloque de filtrado electrnico un nuevobloque de superinmunizacin compuestopor un circuito de acumulacin deenergay un filtro de altas frecuencias,que aportan respectivamente clarasmejoras respecto a los clase AC y a los

clase A estndar en los aspectos siguientes:vMayor autoproteccin contra lainfluencia de las sobretensionestransitorias.vAutoproteccin contra la influencia delas fugas de alta frecuencia.

Veamos a continuacin cada uno de losbloques por separado:

cBloque de deteccin de corrientes defuga continuas pulsantes.Este circuito electrnico es el complementonecesario para los toroidales clase A, queen el apartado anterior se han descritocomo los transformadores toroidalesadecuados para hacer posible la deteccinde corrientes de fuga no slo alternas sinotambin continuas pulsantes.En los diferenciales clase A, adems de untoroidal de un material especial, msenergtico, capaz de detectar corrientescon menor nivel de ondulacin que lostoroidales clase AC, se debe emplear uncircuito electrnico que trate la corriente a

la salida del secundario del toroidal.

Fig. 3.19. Curvas de histresis de los 3 tipos de toroidales: clase AC, clase

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