Proteccin de las instalaciones elctricas

Sobrecarga y cortocircuito: causa, el efecto y la proteccin.

Seguramente recuerdas el juego de El bueno, el malo y el feo. S, ese; en el que se deban juntar varios elementos para formar un personaje, pues bien, en este espacio jugaremos este juego pero relacionndolo con 2 fallas muy frecuentes en los sistemas elctricos, se trata de las fallas de sobrecarga y cortocircuito. Analizaremos cul es su causa, el efecto que producen y los elementos con que contamos para protegernos ante ellas. As, reuniremos todas las piezas que integran este fenmeno para su mejor entendimiento.Falla de sobrecarga Su causa (el malo)La sobrecarga es una falla en la que poco a poco se demanda ms corriente que la habitual. Para ejemplificar una sobrecarga, recuerde la ms reciente fiesta en su casa, seguramente empez la fiesta con un poco de msica, despus conect un juego inflable, ms tarde encendi todas las luces y, finalmente, lleg el conjunto musical con ms luces an. Todas las cargas se fueron conectando poco a poco y as su instalacin se fue sobrecargando, quiz al encender las luces ambientales del conjunto musical, sus protecciones se activaron porque la gran cantidad de cargas conectadas produjo una sobrecarga que activ las protecciones. A continuacin ilustramos un generador elctrico al que se le conectan cargas. Cuando tiene una carga conectada podemos ver que el generador trabaja de manera sobrada y puede proveer la energa demandada por la carga, e incluso podemos pensar que el generador trabaja sin ningn calentamiento. Despus, cuando se conectan dos cargas observe que el generador alcanza sus valores nominales, es decir, soporta la carga de manera estable, quiz aumente su temperatura pero dentro de los parmetros de diseo. Finalmente, cuando conectamos una tercera carga observamos que el generador se sobrecalienta y no puede suministrar la energa demandada por la carga porque sta ya es mucha, es decir, el generador se sobrecarg. Entonces se puede decir que existe una falla de sobrecarga.

Sobrecarga de un generadorEl efecto (el feo)En virtud de que la sobrecarga es una demanda paulatina pero creciente de la corriente elctrica, su efecto es siempre un incremento de temperatura, ya sea en el equipo elctrico, en los conductores de la instalacin y/o en las protecciones. El incremento en la temperatura puede causar fatiga en los elementos de la instalacin y disminucin de su vida til, pero tambin puede ser tan grande el calor que se generen incendios, si la falla de sobrecarga no se interrumpe.

La proteccin (el bueno)

Para protegerse ante fallas de sobrecarga en los circuitos elctricos se utilizan principalmente los interruptores termomagnticos, En el interior del interruptor existe un elemento bimetlico que utiliza el efecto trmico de la sobrecarga para detectarla y mandar la apertura del interruptor para as proteger la instalacin elctrica y a sus usuarios.Elemento Trmico

Elemento Magntico

Interruptor sobrecalentado por una sobrecarga.Interruptor, ubicacin del elemento bimetlico y magntico.

Las fallas de sobrecarga y cortocircuito son eventos relacionados con el parmetro de la corriente elctrica, es decir, con los amperes, y se refieren a mayor circulacin de corriente que el valor nominal o el valor de diseo de los equipos e instalaciones, por lo que tambin se les conoce como fallas de sobre corriente.Falla de cortocircuito Su causa (el malo)

El cortocircuito es una falla en la que el conductor de fase se pone en contacto directo con otra fase o con el hilo neutro del sistema elctrico. Este contacto origina que sbitamente la corriente crezca a 10 ms veces su valor nominal. Las siguientes figuras muestran esquemas elctricos en que se ejemplifica cmo se produce una falla de cortocircuito. En la figura 5, el conductor de fase pierde aislamiento y se pone en contacto con el conductor de Neutro, en una instalacin correcta entre estos dos hilos siempre se pone una carga, por ejemplo, una lmpara que funciona a 127 volts, o bien una bobina de un circuito de control, etc. La carga elctrica tiene una resistencia que limita la circulacin de corriente y evita que la corriente crezca de manera desmedida. En la figura 5 no existe la carga entre los hilos de fase y neutro, por lo tanto no existe una resistencia que se oponga al flujo de corriente y sta puede tomar un valor muy grande.

De lo anterior puede observarse que las fallas de cortocircuito son por lo general producto de daos mecnicos en los cables de conexin, contacto accidental de conductores en lneas areas por efecto del viento o por movimiento de los postes a causa de temblores o accidentes automovilsticos, o bien, simplemente son errores de conexin.

El efecto (el feo)En virtud de que el cortocircuito trae consigo un incremento sbito del valor de la corriente, se produce tambin un incremento inmediato del campo magntico asociado a esa corriente, recuerde que el campo magntico es directamente proporcional a la corriente elctrica.Tpicamente se producen chispas y fusin de los conductores en el lugar en que estos se unieron para provocar la falla de cortocircuito. Tambin se puede desprender material de los conductores a causa de la corriente tan intensa. Estos elementos pueden causar a su vez que se produzca fuego en materiales consumibles o explosiones en atmsferas peligrosas. Adems, los aislamientos de los conductores se calientan rpidamente y tambin pueden incendiarse. Por todo lo anterior, las fallas de cortocircuito son eventos muy peligrosos. Toda instalacin elctrica debe tener elementos de proteccin ante este evento.

Figura 5 Esquema de una falla de cortocircuito entre fase y neutro.

Figura 6 Esquema de una falla de cortocircuito entre fases.

Algo similar sucede en la figura 6 en la que los hilos que se ponen en contacto directo son dos conductores de fase, esta conexin a todas luces es un error, ya que todos los electricistas sabemos que dos fases no deben unirse directamente sin una carga intermedia, por ejemplo, una lmpara que funciona en 220 volt.La proteccin (el bueno)El interruptor termomagnetico y diferencial, utiliza el mismo efecto magntico de la falla de cortocircuito para acabar con ella, de tal forma que no requiere ninguna energa adicional para darnos proteccin. El interruptor, es un excelente equipo para la proteccin de fallas de sobrecargas y cortocircuito, tanto en el hogar como en la industria y aplicaciones comerciales.