PROTECCION ELECTRICA

TECSUP - PFR Electricidad

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UNIDAD X

PROTECCIÓN ELÉCTRICA 1. INTRODUCCIÓN

Como parte fundamental de las instalaciones eléctricas de interiores están los fisibles, interruptores termomagnéticos e interruptores diferenciales, cuyas funciones son la conexión, el seccionamiento, el control y sobretodo, la protección de personas, materiales y equipos.

2. FUSIBLES Son dispositivos de protección que interrumpen el circuito al fundirse, por lo que deben ser sustituidos. Los fusibles proporcionan una protección fase a fase, con un poder de corte muy elevado y un volumen reducido frente a sobrecargas y corrientes de cortocircuito. Se pueden montar de dos maneras:

En unos soportes específicos llamados portafusibles.

Figura 1. Fusibles y portafusiles

En los seccionadores, en lugar de los casquillos o las barretas.

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Figura 2. Fusibles seccionadores

Tipos de fusible por su forma:

De cuchilla:

Figura 3. Fusible de tipo cuchilla

Cilíndricos:

Figura 4. Fusibles de tipo cilíndricos


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Cartucho:

Figura 5. Fusibles de tipo cartucho

Clasificación: Primera letra:

g: Actúan en todo el campo de corrientes. a: Actúan sólo en una parte del campo de corrientes.

Segunda letra:

G: Uso general. M: Protección de motores.

Figura 6. Fusibles clase “gL / gG”

Fusibles clase “g” (general purpose fuses) Los fusibles de uso general “g” pueden estar cargados en forma permanente con su corriente asignada e interrumpir corrientes desde su menor corriente de fusión hasta la capacidad de ruptura asignada. A ésta clase de funcionamiento pertenecen los fusibles gL / gG para la protección de cables y conductores. Protegen a la vez contra cortocircuitos y contra sobrecargas a los circuitos, con


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picos de corriente poco elevados (Ejemplo: circuitos resistivos). Sobrecargas fuertes y débiles y corrientes de cortocircuito.

Figura 7. Características de fusión t/I

Fusible clase “a” (accompanied fuses) La clase de funcionamiento “a” caracteriza los fusibles de uso parcial, por los cuales pueden circular de forma permanente, como mínimo, su corriente asignada e interrumpir corrientes superiores a un determinado múltiplo de su corriente asignada, hasta su capacidad de ruptura. Los fusibles de la clase de servicio aM pertenecen a esta clase de funcionamiento, cuya corriente de interrupción comienza a partir de cuatro veces la corriente asignada. Por lo tanto, sólo protegen contra cortocircuitos a los circuitos sometidos a picos de corriente elevados (Picos magnetizantes en la puesta bajo tensión de los primarios de transformadores o electroimanes, picos de arranque de motores asíncronos. etc.)


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Las características de fusión de los fusibles “aM” dejan pasar las sobreintensidades, pero no ofrecen ninguna protección contra las sobrecargas. En caso de que también sea necesario este tipo de protección, debe emplearse otro dispositivo (Por ejemplo, un relé térmico). Sobrecargas fuertes y corrientes de cortocircuito.

Figura 8. Curvas de fusibles clase “aM”

3. INTERRUPTOR TERMOMAGNÉTICO Son dispositivos de protección del tipo térmico y magnético, es decir, protegen al sistema contra sobrecargas y cortocircuitos, respectivamente. Se fabrican para redes tripolares, bipolares o monopolares con poder de corte en carga, es decir, sus contactos y sus elementos de extinción del arco, han de ser capaces, no solamente de conectar la carga sin riesgo alguno, sino que han de poder cortarla eficazmente ante las peores condiciones que se puedan presentar en la red, como el caso de un cortocircuito trifásico que se origine en sus propios bornes de salida. Los interruptores termomagnéticos o también llamados automáticos para baja tensión, suelen fabricarse para tensiones que van desde 220 V a 1 000 V, con


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intensidades nominales que comúnmente van desde 0,5 A hasta 125 A (los de uso doméstico y comercial), mientras que su poder de corte en carga o capacidad de ruptura puede situarse entre 5 kA y 150 kA.

Su forma constructiva suele ser compacta para las pequeñas potencias y modular en los de gran potencia, variando mucho de unos tipos a otros.

Figura 9. Interruptores termomagnéticos de B.T.

Figura 10. Representaciones de interruptores termomagnéticos trifásicos

3.1 FUNCIONES PRINCIPALES

Las funciones principales de los interruptores termomagnéticos son: conexión, protección, seccionamiento y control. Este tipo de dispositivo tiene como problemas fundamentales el calentamiento y los esfuerzos mecánicos. Las funciones de protección en instalaciones de baja tensión engloban los siguientes aspectos:

Protección de materiales y equipos frente a:


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o Cortocircuitos: Es el fallo en un aparato o línea eléctrica por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo o fase activa al neutro o tierra. entre dos fases en el caso de sistemas polifásicos en corriente alterna o entre polos opuestos en el caso de corriente continua.

o Sobrecargas: un circuito o instalación está con sobrecarga o está sobrecargada, cuando la suma de las potencias de demanda de los aparatos que están a él conectados, es superior a la potencia para la cual está diseñado el circuito de la instalación. Sus funciones y márgenes de maniobra son:

o Disparador térmico: protege la línea y los motores contra sobrecargas y su función la realizan los bimetales, que siguen la imagen de calentamiento térmico, desconectando el circuito para intensidades comprendidas entre 1,05 In y 1,3 In (In: corriente nominal en amperios).

o Disparador magnético: protege los cables y motores contra cortocircuitos. Cuando la corriente de paso o corriente circulante sobrepasa un valor determinado, se excitan una o varias bobinas que provocan la desconexión instantánea del interruptor. El interruptor termomagnético realiza preferentemente la función de protección de materiales y equipos frente a sobreintensidades, pero también se emplea para la protección de personas frente a contactos indirectos en el caso de redes con régimen de neutro aislado (red IT) o de puesta al neutro (red TN). En definitiva, el interruptor termomagnético es el dispositivo básico de maniobra y protección en las instalaciones eléctricas de baja tensión.

3.2 RECOMENDACIONES DE NORMAS Y REGLAMENTOS ELECTROTÉCNICOS

Los reglamentos electrotécnicos de baja tensión dedican varias instrucciones a la protección de equipos y personas. En general, indican que: “Los sistemas de protección de las instalaciones para baja tensión impedirán los efectos de las sobreintensidades y sobretensiones que por distintas causas cabe prever en las mismas. Asimismo, y a efectos de seguridad general, se determinarán las condiciones que deben cumplir dichas instalaciones para proteger de los contactos directos e indirectos”.

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua


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3.3 VENTAJAS DE LOS INTERRUPTORES TERMOMAGNÉTICOS

Los interruptores termomagnéticos presentan las siguientes ventajas:

Recuperación manual o automática.- Cuando se produce una sobrecarga o cortocircuito en la instalación, el mecanismo de disparo del interruptor termomagnético actúa interrumpiendo el servicio donde se ha producido la misma. Posteriormente, mediante un accionamiento manual o automático, se rearma el interruptor restableciéndose el servicio. Por tanto, no es necesario disponer de repuestos.

Mecanismo de disparo independiente del mecanismo de mando manual.- Una vez que ha disparado el interruptor termomagnético como consecuencia de la presencia de una anomalía en la instalación, es posible rearmar manualmente el mismo. Si a la hora de efectuar el rearme, la anomalía persiste, el mecanismo de disparo del interruptor actuará independiente del mecanismo de mando manual, interrumpiendo el servicio.

3.4 TIPOS DE INTERRUPTORES TERMOMAGNÉTICOS

Los interruptores termomagnéticos se pueden clasificar de varias formas, como por ejemplo:

Según el tipo de aplicación. Según el tipo de disparadores para la protección. Según el número de polos. Según su poder de corte. Según la categoría de empleo.

Según el modo de mando de mecanismo de maniobra.

Seguidamente comentaremos sobre los tres primeros:

3.5 CLASIFICACIÓN SEGÚN LA APLICACIÓN.

Domésticos e industriales, en el presente curso no se tratarán los industriales. Para instalaciones domésticas y comerciales los interruptores termomagnéticos son modulares, destinados a tableros de distribución. Los valores preferenciales de la corriente asignada son: 0,5, 1, 2, 4, 6, 10 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 y 125 A. Los valores normalizados de las tensiones asignadas son de 230 a 400 V, por lo que se pueden utilizar, también en las industrias.


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3.6 CLASIFICACIÓN SEGÚN EL TIPO DE LOS DISPARADORES PARA LA PROTECCIÓN

Los interruptores termomagnéticos son dispositivos que constan de un relé térmico bimetálico para la protección contra sobrecargas y de un relé magnético para la protección contra cortocircuitos.

Figura 11. Gráfica de zonas de sobrecarga y cortocircuito

3.7 CLASIFICACIÓN SEGÚN EL NÚMERO DE POLOS

Pueden ser:

Unipolar. Bipolar. Tripolar. Tetrapolar.

Figura 12. Interruptores termomagnéticos de dos y tres polos


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3.8 CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO TIEMPO-CORRIENTE

Las características de funcionamiento tiempo-corriente de los interruptores termomagnéticos, expresan el tiempo de funcionamiento de los relés de disparo en función de su corriente de actuación, de allí que se le denominen curvas de disparo. Tienen, dos zonas de funcionamiento:

La primera es la zona de sobrecargas; y La segunda es la zona de cortocircuitos

Para los interruptores termomagnéticos, la zona de sobrecargas viene fijada por el comportamiento de un elemento bimetálico y es la misma para los distintos tipos de curvas. La zona de cortocircuitos está determinada por el comportamiento magnético de una bobina que constituye el interruptor. Las características de funcionamiento tiempo-corriente de los interruptores termomagnéticos para aplicaciones de baja potencia (alumbrado, tomacorrientes, entre otros) vienen dadas por la tabla siguiente donde se resumen los tipos de curvas y los parámetros que las definen.

Tipo Margen

inferior

Margen

superior Aplicación

A - - Protección de líneas para alimentación de

semiconductores.

B 3 In 5 In Protección de líneas de gran longitud.

C 5 In 10 In Protección de líneas con algún consumo

incluido en la protección (iluminación).

D 10 In 20 In Protección de equipos con IARRANQUE alta.

Tiempo

límite t ≥ 0,1 s t ≤ 0,1 s

Como indica la tabla anterior, los interruptores termomagnéticos también se clasifican según la intensidad de disparo instantáneo:

Tipo A. Tipo B. Tipo C. Tipo D. La zona de sobrecargas es idéntica para los tres tipos, B, C, y D, definidos por la norma según se puede observar en la siguiente figura.


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Figura 13. Curva característica tiempo corriente

4. INTERRUPTOR DIFERENCIAL

Dispositivo eléctrico que debe estar instalado en el tablero general de la vivienda; su función es desconectar la instalación eléctrica de forma rápida cuando exista una fuga a tierra, mayor al valor de calibración del dispositivo, con lo que la instalación se desconectará antes que alguien toque el aparato averiado, siempre que se cuente con una puesta a tierra. En el caso de no contar con puesta a tierra y que una persona toque una parte activa, el interruptor diferencial desconectará la instalación en un tiempo lo suficientemente corto como para no provocar daños graves a la persona. Los interruptores diferenciales se caracterizan por tener diferentes sensibilidades. La sensibilidad es el valor que aparece en catálogo y que identifica al modelo. Sirve para diferenciar el valor de la corriente a la que se quiere que "salte" el diferencial, es decir, valor de la corriente de fuga a tierra que si se alcanza en la instalación ésta se desconectará. Las diferentes sensibilidades son:

Muy alta sensibilidad: 10 mA Alta sensibilidad: 30 mA

Sensibilidad normal: 100 y 300 mA Baja sensibilidad: 0,5 y 1 A


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El tipo de interruptor diferencial que se usa frecuentemente en las viviendas y comercios es de alta sensibilidad (30 mA) o de muy alta sensibilidad (10 mA), ya que son los que quedan por debajo del límite considerado peligroso para el cuerpo humano. Por regla general, en las viviendas no se utilizan interruptores diferenciales de 10 mA de sensibilidad, ya que éste se utiliza cuando los cables de instalación son cortos, por lo que en una vivienda lo único que provocaría es que el interruptor "saltara" constantemente.

Figura 14. Vista interna frontal de un interruptor diferencial

El grado de afectación en las personas, viene determinado por diferentes factores, en la siguiente gráfica se observa cómo afecta al organismo el paso de corriente en función del tiempo durante el que está pasando:

Figura 15. Efectos de la corriente en el cuerpo humano


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En el mismo interruptor diferencial observará que hay un pulsador de prueba, que simula un defecto en la instalación y, por lo tanto, al ser pulsado, la instalación deberá desconectarse. Es recomendable apretar el pulsador periódicamente (por ejemplo, una vez al mes).

Figura 16. Interruptor diferencial de dos polos

La instalación del interruptor diferencial no sustituye alguna de las otras medidas que se deben tomar para evitar contactos directos o indirectos.

4.1 UBICACIÓN DE INTERRUPTORES EN TABLEROS PARA VIVIENDAS

Se recomienda las siguientes consideraciones:

a) Cada circuito derivado debe estar protegido por un interruptor termomagnético.

b) Se debe instalar al menos un interruptor diferencial o de falla a tierra, de 30 mA de sensibilidad.

c) El interruptor diferencial mencionado en (b) actuará como interruptor de cabecera, en instalaciones de hasta tres circuitos derivados.


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Figura 17. Tablero de distribución con tres circuitos derivados

d) En instalaciones con más de tres circuitos derivados, éstos pueden agruparse de a tres y poner a la cabeza de cada grupo un interruptor diferencial de 30 mA de sensibilidad.

Figura 18. Tablero de distribución con seis circuitos derivados

e) Para mejorar la continuidad y la protección en el servicio de la instalación, es recomendable instalar un interruptor diferencial de 30 mA de sensibilidad en cada circuito derivado, aguas abajo del interruptor termomagnético respectivo.

30 mA 30 mA


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Figura 19. Tablero de distribución con tres interruptores diferenciales

Por lo expuesto no se debe olvidar lo siguiente: El interruptor termomagnético protege al conductor de la instalación de sobrecargas y cortocircuitos. El interruptor diferencial protege a las personas de posibles electrocuciones y protege a la instalación de daños causados por fugas de corriente.

30 mA 30 mA 30 mA


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5. RESUMEN

1. Los fusibles son dispositivos de protección que interrumpen el circuito al fundirse, por lo que deben ser sustituidos luego de su accionar.

2. Los fusibles proporcionan una protección fase a fase, con un poder de corte

muy elevado

3. Tipos de fusibles:

De cuchilla Cilíndricos Cartucho

4. Clasificación de fusibles por su nomenclatura:

Primera letra: g: Actúan en todo el campo de corrientes. a: Actúan sólo en una parte del campo de corrientes.

Segunda letra: G: Uso general. M: Protección de motores.

5. Los interruptores termomagnéticos son dispositivos de protección del tipo

térmico y magnético, es decir, protegen al sistema contra sobrecargas y cortocircuitos, respectivamente.

6. En definitiva, el interruptor termomagnético es el dispositivo básico de

maniobra y protección en las instalaciones eléctricas de baja tensión.

7. Los interruptores diferenciales tiene como función desconectar la instalación eléctrica de forma rápida cuando exista una fuga a tierra, mayor al valor de calibración del dispositivo, con lo que la instalación se desconectará antes que alguien toque el aparato averiado, siempre que se cuente con una puesta a tierra.

8. En el caso de no contar con puesta a tierra y que una persona toque una parte activa, el interruptor diferencial desconectará la instalación en un tiempo lo suficientemente corto como para no provocar daños graves a la persona.

9. El tipo de interruptor diferencial que se usa frecuentemente en las viviendas y comercios es de alta sensibilidad (30 mA) o de muy alta sensibilidad (10 mA), ya que son los que quedan por debajo del límite considerado peligroso para el cuerpo humano.

10. En el interruptor diferencial se observa que hay un pulsador de prueba, que simula un defecto en la instalación y, por lo tanto, al ser pulsado, la instalación deberá desconectarse.


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6. PRUEBA DE AUTOCOMPROBACIÓN

1. ¿De qué maneras se puede instalar los fusibles?

2. ¿Qué tipo de fusibles usan los multímetros digitales?

3. ¿Cuáles son las zonas de disparo que tiene el interruptor termomagnético?

4. ¿Qué es la sensibilidad en un interruptor diferencial?

5. ¿En qué lugar del interruptor diferencial se encuentra mayormente el botón de prueba?

7. RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACIÓN

1. En portafusiles y seccionadores 2. cilíndricos 3. térmico y magnético 4. La sensibilidad es el valor de calibración que aparece en catálogo y que

identifica al modelo y la capacidad del interruptor diferencial

5. En la parte frontal


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ANOTACIONES: .............................................................................................................................

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