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  • Gua de proteccin diferencial Baja Tensin

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    Gua de proteccin diferencial Baja Tensinndicegeneral

    Objetivos de la proteccin diferencial

    Proteccin contra defectos de aislamiento y regmenes de neutro

    Principio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales

    Normas de fabricacin de los dispositivos diferenciales

    Instalacin y explotacin de los dispositivos diferenciales

    Aplicaciones de los diferenciales en funcin del receptor

    Gamas Schneider Electric de proteccin diferencial

    Sistemas de reconexin automtica Schneider Electric

    Glosario

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  • 1. Objetivos de la proteccin diferencial

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    1ndice

    Objetivos de la proteccin diferencial1.1. Introduccin 1/2

    1.2. Los riesgos de la corriente elctrica 1/4

    Gua de proteccin diferencial Baja Tensin

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    Fig. 1.1. Un defecto de aislamiento se traduce en una corriente diferencial de defecto Id.

    1.1. Introduccin

    Hoy en da los dispositivos diferenciales estn reconocidos en el mundo entero como un medio efi caz para asegurar la proteccin de personas contra los riesgos de la corriente elctrica, en baja tensin, como consecuencia de un contacto indirecto o directo.

    Para optimizar la eleccin y la utilizacin de un dispositivo diferencial es necesario un buen conocimiento de las instalaciones elctricas y los diversos tipos de receptores, as como de los Esquemas de Conexin a Tierra (ECT), de las tecnologas existentes en proteccin diferencial y de sus posibilidades.

    Todos estos aspectos son tratados en esta Gua Tcnica tanto desde el punto de vista terico como desde el punto de vista prctico, en un intento de clarifi car al mximo todos los aspectos relativos a la proteccin diferencial en las instalaciones de Baja Tensin.

    Dominios de aplicacin de los Dispositivos Diferenciales Residuales (DDR)En las instalaciones elctricas los contactos directos e indirectos estn siempre asociados a una corriente de defecto que no regresa a la fuente de alimentacin por los conductores activos, debido a que en algn punto de uno de dichos conductores activos ha habido alguna corriente de fuga a tierra. Dichos contactos representan un peligro para las personas, y la presencia de dichas

    corrientes supone tambin en algunos casos un riesgo de deterioro odestruccin para los receptores o las instalaciones. El objetivo fundamental de los Dispositivos Diferenciales Residuales (DDR), ser detectar las corrientes de defecto de fuga a tierra anteriores, tambin denominadas corrientes diferenciales residuales, y actuar interrumpiendo el circuito elctrico en caso de que dichas corrientes supongan algn peligro para las personas o los bienes (fi g. 1.1).

    Adems, el Dispositivo Diferencial Residencial vigila permanentemente el aislamiento de los cables y de los receptores elctricos. Gracias a ello, algunos modelos se emplean a veces para sealizar una bajada del aislamiento o bien para reducir los efectos destructivos de una corriente de defecto.

    Un Dispositivo Diferencial Residual (DDR), que habitualmente se denomina diferencial, es un dispositivo de proteccin asociado a un captador toroidal, por el interior del cual circulan todos los conductores activos de la lnea a proteger (fase/s y neutro). Su funcin es la de detectar una diferencia de corriente o ms exactamente una corriente residual. La existencia de una corriente diferencial residual es la consecuencia de un defecto de aislamiento entre un conductor activo y una masa o la tierra. Esta corriente emprende un camino anormal, generalmente la tierra, para retornar a la fuente de alimentacin. El diferencial est generalmente asociado a un aparato de corte (interruptor, interruptor automtico,

    corrientede ida

    Id = Ii Ir

    receptor

    fuentecorrientede retorno

    corrientede defecto

    Lnea monofsica Lnea trifsica

    fuentereceptor

    InId I1

    I2I3I3

    In

    I2

    I1

    Id es la suma vectorial de las corrientes de fases y neutro del sistema trifsico.

    IntroduccinObjetivos de la proteccin diferencial

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    contactor), para realizar la apertura automtica del circuito con el defecto.

    Los diferenciales, aparatos de proteccin tiles El primer factor de infl uencia en la eleccin y el empleo de los diferenciales para una instalacin es el Esquema de Conexin a Tierra (ECT) o Rgimen de Neutro previsto. En el captulo 2 se presentan los diferentes ECT.

    En el ECT TT (neutro puesto a tierra), la proteccin de las personas contra los contactos indirectos se basa en el empleo de los diferenciales.

    En los ECT IT y TN los diferenciales de media y baja sensibilidad (MS y BS) se utilizan:

    Para limitar los riesgos de incendio de las instalaciones.

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

    Para evitar los efectos destructivos de una fuerte corriente de defecto en los receptores.

    Para la proteccin de las personas contra los contactos indirectos (salida de gran longitud).

    En todos los ECT, los diferenciales de alta sensibilidad (AS) se reconocen como una proteccin complementaria contra los contactos directos en caso de fallo de otra medida de proteccin (ITC-BT-24). Son obligatorios en distribucin terminal en muchos pases.

    Su inters se confi rma en la actualidad por el descenso constatado del nmero de personas electrocutadas. El resultado de una encuesta IEC de agosto de 1982 realizada en Japn demostr la efi cacia de estos dispositivos (fi g. 1.2).

    IntroduccinObjetivos de la proteccin diferencial

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    1.2. Los riesgos de la corriente elctrica

    La utilizacin de la corriente elctrica supone siempre unos riesgos para las personas, las instalaciones elctricas y los propios receptores elctricos. Los dispositivos diferenciales residuales o diferenciales se encargan de proteger contra estos riesgos.

    Riesgo de incendioEl 30% de los incendios que se producen en los edifi cios domsticos e industriales son debidos a un defecto elctrico. El defecto elctrico ms habitual es el que est causado por el deterioro de los aislantes de los cables de la instalacin debido, entre otras, a estas causas:

    Rotura brusca accidental del aislante del conductor.

    Envejecimiento y rotura fi nal del aislante de un conductor.

    Cables mal dimensionados, sometidos peridicamente a sobrecargas de corriente que recalientan excesivamente los cables en los que se acelera su proceso de envejecimiento.

    Una corriente de fuga a tierra superior tan slo a 300 mA, superpuesta a la corriente de carga normal del cable, puede efectivamente generar una sobreintensidad sufi ciente para que el aislante, justo en el punto donde se produce la fuga, se caliente y se vaya fundiendo dejando poco a poco el conductor desnudo hasta provocar un accidente. En ese momento, la corriente de fuga que atraviesa el aislante deteriorado crea un arco elctrico cuyo calor intenso infl ama el propio aislante y cualquier material infl amable en contacto con el mismo, provocando as un incendio.

    Destruccin de receptoresEl aislamiento de algunos receptores se deteriora a lo largo del tiempo debido a las siguientes causas posibles:

    Calor generado por el propio funcionamiento del aparato.

    Sobrecargas peridicas u ocasionales a las que puede estar sometido.

    Agresiones del entorno donde est funcionando el aparato.

    Desgaste del material y prdidas de estanqueidad en los receptores.

    Aparte de la destruccin del propio receptor existe el riesgo de electrocucin para las personas e incendio de las instalaciones.

    Los efectos de la corriente elctrica en las personasLos efectos fi siopatolgicos de la corriente elctrica en las personas (tetanizacin, quemaduras externas, internas, fi brilacin ventricular y paro cardaco) dependen de diferentes factores: las particularidades fi siolgicas del ser humano afectado, el entorno (hmedo o seco, por ejemplo) y tambin las caractersticas de la corriente que atraviesa el cuerpo.

    La funcin principal de los diferenciales es la proteccin de las personas y, por tanto, es evidente que para una perfecta puesta en servicio de estos aparatos es necesario conocer los umbrales de sensibilidad de los seres humanos y los riesgos a los que estn expuestos.

    El Comit Electrotcnico Internacional (IEC) ha estudiado el problema con el objetivo de unifi car, a nivel mundial, las opiniones o puntos de vista. Muchos investigadores han aportado su colaboracin en este campo y han contribuido a clarifi car conceptos (Dalziell, Kisslev, Osypka, Bielgelmeier, Lee, Koeppen, Tolazzi, etc.).

    La impedancia del cuerpo humanoEn la norma UNE 20572 partes 1 y 2, basada en la norma internacional IEC 60479 partes 1 y 2, se tratan en detalle los efectos de la corriente que atraviesa el cuerpo humano.

    Los daos sufridos por las personas que son atravesadas por una corriente elctrica dependen esencialmente de su intensidad y del tiempo de paso. Esta corriente depende de la tensin de contacto que se aplica sobre la persona, as como de la impedancia que encuentra durante su recorrido a travs del cuerpo humano. Esta relacin no es lineal, pues esta impedancia depende del trayecto a travs del cuerpo, de la frecuencia de la corriente y de la

    Los riesgos de la corriente elctricaObjetivos de la proteccin diferencial

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    tensin de contacto aplicada, as como de la humedad de la piel. A modo orientativo se suelen considerar los siguientes valores medios para la resistencia del cuerpo humano a la frecuencia normal de 50 Hz:

    1.600 en medio seco. 800 en medio hmedo. 200 si el cuerpo est sumergido.

    Los efectos de la corriente alterna en funcin de la intensidad Para frecuencias entre 15 y 100 Hz, se pueden ver resumidos en la tabla 1.1. Los umbrales ms importantes son los siguientes:

    Umbral o lmite de percepcin: valor mnimo de la corriente que provoca una ligera sensacin sobre la persona por la que circula la corriente. Es del orden de 0,5 mA (fi g. 1.3, zona 1).

    Umbral de no soltar o de agarrotamiento muscular: valor mximo de la corriente para la cual una persona que sostiene unos electrodos los puede soltar. Es del orden de 10 mA (fi g. 1.3, zona 2).

    Umbral de fi brilacin ventricular o cardaca humana: este umbral depende de la duracin del paso de la corriente. Se considera igual a 400 mA para una

    duracin de exposicin inferior a 0,1 s (fi g. 1.3, zonas 3 y 4).

    Los efectos en funcin del tiempo de exposicinLos riesgos de agarrotamiento muscular, paro respiratorio o fi brilacin cardaca irreversible (ver vocabulario) aumentan proporcionalmente con el tiempo de exposicin del cuerpo humano a la corriente elctrica (fi g. 1.3).

    En el grfi co de la fi g. 1.3, en el que se ven los efectos de la intensidad de la corriente alterna de 15 a 100 Hz ante diferentes duraciones de paso, se deben distinguir sobre todo las zonas 3 y 4 en las cuales el peligro es real:

    Zona 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 difi cultades en la respiracin, de perturbaciones reversibles, de la formacinde impulsos en el corazn y de su propagacin. Todos estos fenmenos aumentan con laintensidad de la corriente y el tiempo.

    Zona 4 (situada a la derecha de la curva c1). Adems de los efectos de la zona 3, la probabilidad de fi brilacin ventricular es:

    50 100 200 500 1.000 2.000 5.000 10.0000,1 0,2 0,5 1 2 5 10 2010

    20

    50

    100

    200

    500

    1.000

    2.000

    5.000

    10.000

    umbral = 30 mA Corriente pasando por el cuerpo (mA)

    a b c1 c2 c3

    Duracin del paso de la corriente (ms)

    Fig. 1.3. Efectos de la corriente alterna sobre el cuerpo humano en funcin del tiempo de exposicin. En este baco los efectos de la corriente alterna (de 15 a 100 Hz) estn divididos en cuatro zonas (segn UNE 20572-1, equivalente a IEC 60479-1).

    Frecuencia (Hz) Percepcin (mA) No soltar (mA) Fibrilacin (mA)

    CC 2 10050 0,5 10 40100 0,5 10 80300 0,6 12 1801.000 1 17 5603.000 2 23 5.000 4 32 10.000 6 50 >10.000 100

    Tabla 1.1. Umbrales de corriente en funcin de la frecuencia.

    Los riesgos de la corriente elctricaObjetivos de la proteccin diferencial

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    De alrededor del 5%, entre curvas c1 y c2. Inferior al 50%, entre las curvas c2 y c3. Superior al 50%, ms all de la curva c3.

    Los efectos fi siopatolgicos, tales como paro cardaco, paro respiratorio y quemaduras graves, aumentan con el valor de la intensidad y el tiempo de exposicin. Por este motivo se admite que el empleo de los diferenciales con funcionamiento instantneo con un umbral inferior a 30 mA impide alcanzar esta situacin y evita estos riesgos.

    Efectuando una aproximacin ms general, la norma UNE 20460 (basada en la normaIEC 60364) prescribe los tiempos de funcionamiento para los Dispositivos Diferenciales Residuales en funcin de la tensin de contacto; se recuerdan en latabla 1.2.

    Tensin lmite de seguridad (UL)Segn las condiciones del entorno, particularmente la presencia o no de agua, la tensin lmite de seguridad UL (tensin por debajo de la cual no hay riesgo para las personas, segn la norma UNE 20460) es, en alterna, de:

    50 V para los locales secos.

    25 V para los locales hmedos.

    12 V para los locales mojados, por ejemplo para las obras en el exterior.

    Contactos directosEste tipo de contactos se produce cuando una persona entra en contacto directamente con elementos normalmente en tensin, son peligrosos para tensiones superiores a UL y las principales protecciones a considerar son el distanciamiento y el aislamiento.

    Para cualquier Esquema de Conexin de Tierra, en distribucin terminal, se recomienda utilizar un diferencial que pueda detectar una corriente de defecto que atraviese una persona como una proteccin complementaria. Su umbral de funcionamiento, segn la tabla 1.1 de la pgina anterior, debe ser inferior o igual a30 mA y, adems, su funcionamiento debe ser instantneo puesto que el valor de la corriente de defecto, funcin de las condiciones de exposicin, puede rebasar 1 A.

    En la ITC-BT-24 se reconoce el empleo de interruptores diferenciales de sensibilidad

    inferior o igual a 30 mA como medida de proteccin complementaria contra contactos directos.

    Contactos indirectosCuando se produce un contacto con una masa puesta accidentalmente en tensin, el umbral de peligro viene determinado por la tensin lmite de seguridad UL.

    Para que no exista peligro cuando la tensin de red es superior a UL, la tensin de contacto debe ser inferior a UL.

    En el esquema de la fi gura 1.4cuando el neutro de la instalacin est puesto a tierra (esquema TT), con:

    RA = 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:

    UC = RA Id ULen este caso Id = In

    por lo que In ULRA

    El tiempo de funcionamiento de la proteccin debe elegirse en funcin de la tensin de contacto UC:

    U = tensin fase-neutro

    (ver tabla 1.2).

    Tensin de contacto UC (V)

    Tiempo de corte mximo del dispositivo de proteccin (s)

    Corr. alterna Corr. continua

    Locales o emplazamientos secos: UL 50 V< 50 5 550 5 575 0,60 590 0,45 5120 0,34 5150 0,27 1220 0,17 0,40280 0,12 0,30350 0,08 0,20500 0,04 0,10 Locales o emplazamientos hmedos: UL 25 V25 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

    Tabla 1.2. Tiempo mximo que es posible mantener la tensin de contacto segn la norma UNE 20460 (o IEC 60364).

    UC = RARA + RB

    U

    Los riesgos de la corriente elctricaObjetivos de la proteccin diferencial

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    Los datos de la tabla 1.2 pueden representarse en forma de curvas (ver fi g. 1.5), que relacionan la tensin efi caz de contacto indirecto UC con el tiempo mximo de corte de la proteccin, para CA y CC, en lugares secos (BB1), hmedos (BB2) o mojados (BB3). Las asntotas verticales de dichas curvas son las tensiones lmite de seguridad UL vistas anteriormente: 50 V, 25 V y 12 V, respectivamente.

    Los efectos de la corriente en funcin de la frecuenciaLa norma UNE 20572 partes 1 y 2 (basada en la norma internacional IEC 60479 partes 1 y 2), trata sobre los efectos de la corriente alterna a diferentes frecuencias: la corriente continua, la corriente alterna hasta frecuencias de ms de 10 kHz, las corrientes con formas de onda especiales

    y las corrientes impulsionales. A continuacin se resumen los aspectos ms destacados.

    Efectos de la corriente alterna de frecuencias superiores a 100 Hz.Cuanto ms aumenta la frecuencia de la corriente, ms disminuyen los riesgos de fi brilacin ventricular; no obstante aumentan los riesgos de quemaduras. La impedancia del cuerpo humano disminuye al aumentar la frecuencia.

    Generalmente se considera que las condiciones de proteccin contra los contactos indirectos son idnticos a 400 Hz que a 50 o 60 Hz, es decir, se pueden emplear los mismos dispositivos diferenciales a ambas frecuencias ya que aunque aumente el umbral de disparo del diferencial tambin disminuye la peligrosidad de la corriente, es decir, se necesita ms corriente para hacer el mismo dao. Por ejemplo, un diferencial de 30 mA nominales a 50 Hz sigue siendo igual de seguro si se emplea en una red a 400 Hz aunque dispare a una intensidad muy superior a 30 mA.

    La norma indica que el factor de frecuencia, que es la relacin entre la corriente a la frecuencia f y la corriente a la frecuencia de 50/60 Hz para un mismo efecto fi siolgico considerado, aumenta con la frecuencia.

    La corriente produce un dao mximo a la frecuencia de 50/60 Hz. Por ejemplo, la intensidad de tetanizacin, que es de 10 mA a 50 Hz, pasa a 90 mA en corriente continua y a 80 mA a 5 kHz.

    Por otro lado, se ha constatado que de 10 a 100 kHz el umbral de percepcin aumenta aproximadamente de 10 mA a 100 mA en valor efi caz.

    Las normas an no imponen una regla de funcionamiento particular, aunque Schneider Electric, consciente de los riesgos potenciales que representan estas corrientes, vigila que los umbrales de los aparatos de proteccin que propone estn por debajo de la curva de fi brilacin ventricular defi nida por la norma UNE 20572-2 de la fi gura 1.6 (pgina siguiente).

    0,01

    0,02

    0,040,060,080,1

    0,2

    0,40,60,81

    2

    468

    10t (s)

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

    BB3 BB2 BB1// / /

    Fig. 1.5. Curva del tiempo de contacto mximo (t) en funcin de la tensin de contacto (UC), de acuerdo a UNE 20460.

    UC

    N

    PE

    RB RA

    Id

    DR DR

    Fig. 1.4. Principio de generacin de la tensin de contacto UC.

    Los riesgos de la corriente elctricaObjetivos de la proteccin diferencial

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    Id(f ) / Id(50 Hz)

    Lmite normativo, segn UNE 20572-2ID clase AID clase AC

    frecuencia (Hz)10.0001.00010010

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    Fig. 1.6. Variaciones del umbral de fi brilacin ventricular (segn UNE 20572-2) y de los umbrales de los diferentes diferenciales Schneider Electric regulados a 30 mA, para las frecuencias comprendidas entre 50/60 Hz y 2 kHz.

    Efectos de la corriente continua.La corriente continua es menos peligrosa que la alterna. Es ms fcil de soltar la mano de objetos en tensin continua que de objetos en tensin alterna. En corriente continua, el umbral de fi brilacin ventricular es mucho ms elevado.

    Efectos de las corrientes con formas de onda especiales. El desarrollo de la electrnica de mando hace que se puedan crear, en caso de defecto de aislamiento, corrientes cuya forma se componga de corriente alterna a la cual se superponga una componente continua. Los efectos de estas corrientes sobre el cuerpo humano son intermedios entre los de la corriente alterna y los de la corriente continua.

    Efectos de las corrientes de impulsin nica de corta duracin. Provienen de las descargas de condensadores y pueden presentar ciertos peligros para las personas en caso de defecto de aislamiento. El factor principal que puede provocar una

    fi brilacin ventricular es el valor de la cantidad de electricidad (It) o de energa (I2t)para duraciones de choque inferiores a 10 ms.El umbral de dolor depende de la cargadel impulso y de su valor de cresta.De una forma general, es del orden de50 a 100 106 A2s.

    Riesgos de quemaduras. Otro riesgo importante ligado a la electricidad son las quemaduras. Estas son muy frecuentes cuando se producen accidentes domsticos y sobre todo industriales (estos ltimos suponen ms del 80% de las quemaduras provocadas por accidentes elctricos).

    Existen dos tipos de quemaduras:

    La quemadura por arco, que es una quemadura trmica debida a la intensa radiacin calrica del arco elctrico.

    La quemadura electrotrmica, es la nica verdadera quemadura elctrica, que es debida al paso de la corriente a travs del organismo.

    Los riesgos de la corriente elctricaObjetivos de la proteccin diferencial

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

    02_000_001.indd 202_000_001.indd 2 15/4/10 15:17:1115/4/10 15:17:11

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    ndice

    Proteccin contra defectos de aislamiento y regmenes de neutro2.1. Las normas de instalacin 2/2

    2.2. Esquema TT 2/3

    2.3. Esquema IT (neutro aislado o impedante) 2/5

    2.4. Esquema TN 2/7

    Gua de proteccin diferencial Baja Tensin

    02_000_001.indd Sec1:102_000_001.indd Sec1:1 15/4/10 15:17:1115/4/10 15:17:11

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    Las normas de instalacinProteccin contra defectos de aislamiento y regmenes de neutro

    2.1. Las normas de instalacin

    Los Dispositivos Diferenciales Residuales(DDR) se emplean en instalaciones elctricasdomsticas, terciarias e industriales. En el Reglamento de Baja Tensin (ITC-BT-24)y en la norma internacional IEC 60364 (en Espaa tiene su equivalente en la UNE 20460), se especifi can las reglas de instalacin de los diferenciales. Aqu se establecen tres Esquemas de Conexin a Tierra (ECT) bsicos, tambin denominados Regmenes de Neutro:

    Esquema TT.

    Esquema IT.

    Esquema TN.

    La utilizacin de uno u otro es funcin de varios aspectos: el pas, la continuidad de servicio necesaria, fl exibilidad de ampliacin de la instalacin, mantenimiento de la instalacin, etc.

    Para cada uno de estos esquemas se defi nir a continuacin de forma ms detallada, cmo hay que emplear los diferenciales, pues el riesgo elctrico depende de la eleccin del ECT.

    La norma prev tambin una serie de precauciones bsicas que en las condiciones normales de explotacin reducen considerablemente los riesgos elctricos, por ejemplo:

    Alejamiento y obstculos.

    Aislamiento: aparatos con aislamiento clase II y transformadores de seguridad.

    Puesta a tierra de las masas.

    Equipotencialidad.

    Reglas generalesCualquiera que sea el ECT existente en una instalacin, las normas exigen que:

    Cada masa est conectada a una toma de tierra a travs del conductor de proteccin.

    Las masas simultneamente accesibles estn conectadas a una misma toma de tierra.

    Un dispositivo de corte desconecte automticamente toda parte de la instalacin donde se pueda generar una tensin de contacto peligrosa.

    El tiempo de corte de este dispositivo sea inferior al tiempo mximo defi nido.

    El riesgo de contacto directo Cualquiera que sea el ECT, el riesgo que implica un contacto directo es idntico para las personas. Las protecciones previstas por la normas son idnticas y aprovechan las posibilidades de los diferenciales de alta sensibilidad.

    En efecto, una persona en contacto con un conductor bajo tensin se ve atravesada por la corriente de defecto y estar, por tanto, expuesta a los riesgos fi siopatolgicosdetallados en el captulo 1 (fi g. 2.1).

    Un diferencial colocado aguas arriba del punto de contacto puede medir la intensidad que atraviesa a la persona e interrumpirla si sta es peligrosa (fi g. 2.2).

    Fig. 2.1. Contacto directo.

    Fig. 2.2. Componentes bsicos de un diferencial.

    L1L2L3

    Transformador

    N

    N F

    Relde

    medida

    Captador

    IsIe

    02_002_009.indd 202_002_009.indd 2 8/4/10 13:51:248/4/10 13:51:24

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    Esquema TTProteccin contra defectos de aislamiento y regmenes de neutro

    alimentadas directamente por una red de distribucin en BT en las que el neutro del transformador de alimentacin est conectado directamente a tierra, y las partes metlicas de los receptores estn unidas a otra toma de tierra (fi g. 2.3).

    La proteccin de personas contra los contactos indirectosEn este caso, un defecto de aislamiento fase-masa (ver pg. siguiente, fi g. 2.4) provoca la circulacin de una corriente de fuga a tierra Id que nicamente est limitada por las resistencias de las tomas de tierra (RA y RB) y la resistencia del defecto de aislamiento (Rd):

    d = URA + RB + Rd

    UC = RA Id UL

    Donde UC es la tensin de contacto y UL es la tensin de contacto mxima admisible por el cuerpo humano, en un entorno determinado. Segn el tipo de local, se defi nen tres valores de tensin de seguridad que no deben rebasarse(12 V, 25 V o 50 V):

    50 V para los locales secos.

    25 V para los locales hmedos.

    12 V para los locales mojados (por ej.: para las obras en el exterior).

    Estas tensiones, consideradas como no peligrosas, provocan la circulacin por el cuerpo humano de una corriente inferior a 25-30 mA (lmite en el que se tiene posibilidad de parlisis respiratoria), ver tabla 1.1 (pgina 1/5).

    Las normas y el REBT (UNE 20460e ITC-BT-24) reconocen como medida de proteccin complementaria el empleo de dispositivos de corriente diferencial-residual, cuyo valor de corriente diferencial asignada de funcionamiento sea inferior o igual a 30 mA, cuando el riesgo de contacto directo es debido al entorno, a la instalacin o a las personas. Este riesgo existe adems cuando el conductor de proteccin se corta o es inexistente (aparamenta porttil). En este caso el empleo de los diferenciales de alta sensibilidad es obligatorio. As, la UNE 20460 precisa que los diferenciales de sensibilidad menor o igual a 30 mA deben proteger los circuitos que alimentan las tomas de corriente cuando:

    Estn situadas en locales mojados o en instalaciones provisionales.

    Son de calibre menor o igual a 32 A para las dems instalaciones.

    NotaLa norma UNE 20572 indica que la resistencia del cuerpo humano es igual o superior a 1.000 para el 95% de las personas expuestas a una tensin de contacto de 230 V, en este caso la corriente que atravesar su cuerpo ser de 0,23 A.

    La proteccin contra incendiosPara la proteccin contra incendios, para cualquier rgimen de neutro, debern emplearse dispositivos diferenciales de sensibilidad menor o igual a 300 mA, ya que est probado que una corriente de300 mA puede calentar hasta la incandescencia dos piezas metlicas en contacto puntual (superfi cie de contacto muy reducida), y si se tienen materiales infl amables en contacto se puede originar un incendio.

    2.2. Esquema TTEste tipo de esquema es el ms utilizado en la actualidad. En Espaa se emplea en todas las instalaciones domsticas y la mayora del resto de instalaciones, llegando al 95% de las instalaciones aproximadamente.

    Este esquema de conexin a tierra corresponde a las instalaciones

    L1L2L3N

    RB RA

    Fig. 2.3. Esquema TT.

    02_002_009.indd 302_002_009.indd 3 8/4/10 13:51:258/4/10 13:51:25

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    Esquema TTProteccin contra defectos de aislamiento y regmenes de neutro

    Como la peligrosidad de la corriente elctrica va directamente asociada al tiempo de circulacin, se establecen tres curvas de seguridad que dan el tiempo mximo de paso de la corriente en funcin de la tensin de contacto (ver tabla 1.2 y fi gura 1.5 en pginas 1/6 y 1/7). As pues, los tiempos de respuesta de los dispositivos diferenciales residuales vienen impuestos por estas curvas de seguridad para las personas.

    La tensin de contacto Uc se defi ne como el potencial que puede alcanzar una masa metlica de un receptor, debido a un defecto de aislamiento en el mismo, respecto a otro punto simultneamente accesible por una persona, generalmente la tierra.

    Tendremos que en este rgimen TT la tensin de contacto es igual a:

    UC = Id RA

    es decir UC = RARA + RB

    U

    Donde U es la tensin fase-neutro, y se ha despreciado Rd. As, la carcasa del receptor puede alcanzar una UC peligrosa. A travs del siguiente ejemplo veremos que en TT la intensidad de defecto correspondiente es del orden de algunos amperios y se alcanza una UC elevada. La desconexin ser pues obligatoria.

    Ejemplo (fi g. 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) que se generar, ser de UC = Id RA:

    UC = 11,5 A 10 = 115 V

    Dicha tensin es muy superior a la tensin lmite UL y presenta peligro para las personas si stas se exponen durante ms de 0,2 s en un entorno seco y durante ms de 0,08 s en un entorno hmedo.

    La corriente Id de 11,5 A es asimilable a una corriente de cortocircuito, pero es a la vez dbil y fuerte; dbil porque no dispara ninguna proteccin convencional del tipo interruptor automtico magnetotrmico, y fuerte porque pone en peligro a las personas. Por consiguiente, es preciso aadir al menos un dispositivo diferencial residual (DDR) en cabecera de la instalacin.

    La sensibilidad del diferencial que debe utilizarse debe ser tal que la tensin de contacto UC sea inferior a la tensin lmite convencional UL, a saber:

    In UL / RA

    La proteccin de los receptores elctricos y de los circuitosEl nivel del umbral de disparo de los diferenciales necesario para la proteccin de personas en los esquemas TT es ms bajo que el necesario para proteger los circuitos magnticos de las mquinas (motor) o para proteger contra incendios.Los DDR tambin pueden evitar, por lo tanto, los daos en receptores motivados por defectos de aislamiento. Simplemente habr que tener la precaucin, tal como se ha dicho antes, de utilizar diferenciales de 300 mA o menores.

    Incidencia del esquema TT en el conductor neutro

    Caso de una instalacin bajo tensin.El esquema TT no tiene ningn efecto sobre la proteccin y el corte del neutro, ya que la corriente de defecto de aislamiento no atraviesa el conductor neutro (fi g. 2.4).

    RB RA

    L1L2L3N

    Id

    11,5A 115V

    RD

    Fig. 2.4. Esquema TT. Defecto fase-masa.

    02_002_009.indd 402_002_009.indd 4 8/4/10 13:51:258/4/10 13:51:25

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    Esquema IT (neutro aislado o impedante)Proteccin contra defectos de aislamiento y regmenes de neutro

    Caso de una instalacin sin tensin.El seccionamiento del neutro es obligatorio. En efecto, en caso de sobretensin en la MT (fallo o descarga elctrica del transformador), el potencial del neutro se eleva y, por tanto, aparece un potencial muy peligroso de varios cientos de voltios aproximadamente entre el neutro y la tierra de utilizacin.

    Por este motivo, una persona que opere en la mquina puede estar en contacto directo con el conductor de neutro a dicha tensin elevada, lo que conlleva el mximo riesgo (fi g. 2.5).

    Las normas de instalacinConcretamente, la norma UNE 20460 tiene en cuenta este riesgo al imponer un seccionamiento sin tensin del conductor neutro. Si este seccionamiento queda garantizado a travs de una funcin de corte omnipolar, que realiza al mismo tiempo el seccionamiento de las fases y el neutro, entonces aumenta la seguridad de las intervenciones sin tensin.

    Es por tanto necesario garantizar el seccionamiento. Un interruptor automtico tetrapolar que permita realizar el corte omnipolar y el seccionamiento cumple naturalmente todos los requisitos de la norma UNE 20460.

    Utilizacin del rgimen TTEste es el esquema de conexin a tierra ms utilizado en Espaa. En distribucin pblica est obligado por el REBT. Las ventajas que presenta son: no precisa de un servicio de mantenimiento de las instalaciones, permite ampliar sin complicaciones especiales las instalaciones y en muchas ocasiones los dispositivos de proteccin diferencial para este rgimen resultan ms econmicos.

    2.3. Esquema IT (neutro aislado o impedante)

    En este esquema nos encontramos que el neutro est aislado y no conectado a tierra, mientras que las masas estn normalmente conectadas a la tierra de la instalacin(fi g. 2.6).

    Este tipo de esquema se puede aplicar a instalaciones de Baja Tensin (BT). completas alimentadas por un transformador MT/BT, o bien de forma parcial a zonas o islotes reducidos dentro de una red de BT, alimentadas por un transformador de aislamiento separador.

    Es obligatorio (ITC-BT-38) el empleo de transformadores de aislamiento en instalaciones elctricas en quirfanos y salas de intervencin para aumentar la fi abilidad de la alimentacin elctrica de aquellos equipos en los que la interrupcin del suministro puede poner en peligro, directa o indirectamente, al paciente o al personal implicado.

    L1L2L3NPE

    L1L2L3N

    Fig. 2.5. Esquema TT. Sobretensin transmitidapor el neutro.

    Fig. 2.6. Esquema IT.

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    Esquema IT (neutro aislado o impedante)Proteccin contra defectos de aislamiento y regmenes de neutro

    La proteccin de personas contra los contactos indirectosEn funcionamiento normal (sin fallos de aislamiento), la red se conecta a tierra a travs de la impedancia de fuga de la red (fi g. 2.7). Para un cable trifsico, por ejemplo, esta impedancia se caracteriza por los 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 de lnea formada por dos impedancias (resistiva y capacitiva). Puesto que la resultante de las impedancias en paralelo es prcticamente capacitiva, podemos aproximarla a:

    Zc = Xc = 1

    C , con = 2f

    En caso de fallo de aislamiento (fi g. 2.8) y para una tensin de 230 V suponiendo que RA = RB = 10 , la corriente de defecto Id ser de:

    Por lo tanto, no hay riesgo de incendio. La tensin de contacto UC de la masa del receptor a tierra ser equivalente a:

    UC = Id RA = 0,06 10 = 0,6 V

    Por lo tanto, no hay peligro para las personas.

    No obstante, si se produce un segundo defecto de aislamiento fase-tierra en una fase distinta a la del primer defecto sin habereliminado el primer defecto, el comportamientode este esquema de conexin a tierra ser anlogo al de un esquema TN: es equivalente a un cortocircuito entre fases. El interruptor automtico magnetotrmico de aguas arriba disparar. Tambin se pueden originar sobretensiones en algunos receptores si las cargas afectadas por el defecto no estn equilibradas, actuando como un divisor de tensin.

    Puesto que la corriente de defecto depende de la longitud de las lneas, es necesario comprobar que esta corriente sea superior al umbral de funcionamiento de la proteccin magnetotrmica (fi g. 2.9).

    Al igual que para el esquema TN, si la longitud de los circuitos es superior a Lmax es necesario disminuirla, o bien aumentar la seccin del conductor de proteccin (SPE), o bien instalar un diferencial de baja sensibilidad (de 1 a 30 A) para asegurar el disparo instantneo. Ver tablas en el captulo 5 (punto 5.8, pgina 5/26) con las longitudes mximas de cable Lmax admisibles para los diferentes interruptores automticos magnetotrmicos Schneider Electric.

    L1L2L3N

    ZC

    PE

    AB

    L1L2L3N

    R2R3 R1C2C3 C1

    RB RA

    L1L2L3N

    Id60mA

    0,6V

    ZC

    PE

    Fig. 2.7. Impedancia equivalente de una canalizacin elctrica.

    Fig. 2.8. Esquema IT. Defecto fase-masa.

    Fig. 2.9. Esquema IT. Doble defecto fase-masa.

    Id = UO

    (Zc+RA+RB) = 230

    (3.450+10+10) = 60 mA

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    Esquema TNProteccin contra defectos de aislamiento y regmenes de neutro

    Para garantizar la continuidad de servicio es por tanto obligatorio, por el reglamento y por norma, detectar y sealar el primer fallo mediante aparatos especfi cos denominados Controladores Permanentes de Aislamiento (CPI), como el sistema Vigilohm de Schneider Electric, que ademspermite efectuar la bsqueda del defecto bajo tensin.

    Utilizacin del rgimen ITEl rgimen IT en Espaa se emplea en un reducido nmero de instalaciones. Este rgimen posee la ventaja de que permite garantizar la mxima continuidad de servicio y seguridad para las personas, aunque requiere la presencia de personal de mantenimiento y un clculo preciso de longitudes mximas de lneas que nos permita decidir si hay que utilizar o no un diferencial para efectuar la correcta proteccin en caso de segundo defecto.

    2.4. Esquema TN En este esquema el neutro del transformador est conectado a tierra y las masas metlicas de los receptores estn conectadas al neutro. Existen tres variantes de rgimen de neutro diferenciadas por una tercera letra:

    Esquema TN-C: el conductor de neutro y el de proteccin PE son el mismo conductor (fi g. 2.10).

    Esquema TN-S: el conductor de neutro y el conductor de proteccin PE estn separados (fi g. 2.12).

    Esquema TN-C-S: mixto, el esquema TN-C debe situarse siempre aguas arriba del esquema TN-S.

    L1L2L3PEN

    L1L2L3NPE

    En el esquema TN-S, la corriente de fuga no circula por el suelo sino por el cable PE con resistencia RPE. En el ejemplo de lafi g. 2.11, el conductor de fase y el conductor PE son de cobre y tienen una longitud 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 = LS

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

    Id = 230 / (2 0,03214) = 3.578 A

    Esta corriente de defecto genera una tensin de contacto:

    UC = RPE Id = 3.578 0,03214 = 115 V

    Esta tensin es claramente superior a la tensin de seguridad UL. Por lo tanto, es preciso cortar obligatoriamente (fi g. 2.12).

    Fig. 2.10. Esquema TN-C. Fig. 2.12. Esquema TN-S.

    Fig. 2.11. Esquema TN-S. Defecto fase-masa.

    L1L2L3N

    Id

    PE

    RF

    UC

    RPE

    UO

    UCRPE

    RF

    Id

    UO

    02_002_009.indd 702_002_009.indd 7 8/4/10 13:51:278/4/10 13:51:27

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    Esquema TNProteccin contra defectos de aislamiento y regmenes de neutro

    En la prctica, todo se desarrolla como si se produjera un cortocircuito entre fase y neutro; el interruptor automtico situado aguas arriba dispara.

    Puesto que la corriente de defecto depende de la longitud de las lneas, es necesario comprobar que sta sea superior al umbral de funcionamiento de la proteccin magnetotrmica. En caso contrario, es necesario aadir un diferencial en cabecera de la instalacin.

    La proteccin de las personas contra los contactos indirectosTal como hemos visto, la corriente de defecto depende de la impedancia del bucle de defecto, la proteccin est as asegurada por las protecciones de sobreintensidad (clculo/medidas de impedancia de bucle).

    Si la impedancia es muy grande y no permite a la corriente de defecto disparar las protecciones de sobreintensidad (cables de gran longitud), una solucin es la utilizacin de los diferenciales de baja sensibilidad (In 1 A).

    Por otra parte, este esquema no puede ser aplicado cuando, por ejemplo, la alimentacin se hace a travs de un transformador cuya impedancia homopolar es muy importante (acoplamiento estrella-estrella).

    La proteccin de los receptores elctricos y de los circuitosEn este esquema, los defectos de aislamiento son el origen de fuertes corrientes de defecto equivalentes a las corrientes de cortocircuito. El paso de estas corrientes tiene como consecuencia importantes daos, como por ejemplo la perforacin de las chapas del circuito magntico de un motor, lo que conduce a la necesidad de cambiar el motor en lugar de ser rebobinado. Estos daos pueden ser considerablemente limitados con la utilizacin de diferenciales instantneos de baja sensibilidad (3 A por ejemplo), que son capaces de reaccionar antes de que la corriente alcance un valor importante.Resaltar que esta proteccin es tanto ms importante a medida que aumenta la tensin de servicio pues la energa disipada en el punto de defecto es proporcional al cuadrado de la tensin.

    Las consecuencias econmicas de tales destrucciones eventuales deben ser estimadas pues es un criterio a tener en cuenta al elegir el ECT.

    Deteccin de defectos de aislamiento entre el neutro y el conductor de proteccin (PE) o masas del edifi cioEste tipo de defecto transforma el esquema TN-S en TN-C. Una parte de la corriente del neutro (incrementada por la suma de las corrientes armnicas de rango 3 y mltiplos de 3) pasa permanentemente por el PE y por las estructuras metlicas del edifi cio con dos consecuencias:

    La equipotencialidad del PE ya no estar asegurada (unos pocos voltios pueden perturbar el funcionamiento de los sistemas informticos enlazados por bus que deben tener la misma referencia de potencial).

    La circulacin de una corriente por el interior de las estructuras aumenta el riesgo de incendio.

    Los diferenciales permiten detectar este tipo de defecto.

    Deteccin de defecto de aislamiento sin disparo y proteccin de bienesEn un esquema TN-S, ninguna regla de seguridad impone la vigilancia del aislamiento como para el esquema IT. Pero, todo disparo consecuencia de un defecto de aislamiento produce prdidas de continuidad de servicio y muy frecuentemente costosas reparaciones antes de restablecer la tensin. Es por eso que cada vez ms frecuentemente las explotaciones solicitan dispositivos de prevencin con el fi n de intervenir antes de que la prdida de aislamiento se transforme en un cortocircuito. Una respuesta a esta necesidad es el empleo de sealizacin, en TN-S, en las salidas crticas, mediante diferenciales con umbrales del orden de 0,5 a algunos amperios que pueden detectar bajadas de aislamiento (sobre las fases o el neutro) y alertar a los responsables de la explotacin. Una gama especialmente diseada para llevar a cabo esta funcin, entre otras, es el rel diferencial electrnico con toroidal separado Vigirex RHU, RHUs y RMH de Schneider Electric, que incorpora una pantalla para la visualizacin permanente de la intensidad de fuga a tierra y varios umbrales de alarma y disparo. Toda la informacin, adems, la puede comunicar

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    Esquema TNProteccin contra defectos de aislamiento y regmenes de neutro

    va bus a un sistema informtico supervisor de la instalacin (a excepcin del RHUs que no dispone de comunicacin). En cambio los riesgos de incendio de origen elctrico son reducidos, y se evita la destruccin de materiales empleando diferenciales con disparo para In 300 mA.

    Incidencia del esquema TN-C en el conductor neutro (ver fi g. 2.13)

    Caso de una instalacin bajo tensin.La proteccin y el corte del PEN (neutro y PE confundidos) no se puede realizar ya que, como conductor de proteccin PE, debe soportar todas las corrientes de defecto.

    Caso de una instalacin sin tensin.No es posible realizar el seccionamiento del PEN. Ello obliga a realizar una conexin a tierra sistemtica y mltiple del conductor PEN para garantizar que se conserva la equipotencialidad.

    Utilizacin del rgimen TNEl rgimen TN en Espaa se emplea en un reducido nmero de instalaciones. La ventaja de este rgimen es que los interruptores automticos magnetotrmicos aseguran la proteccin, no solo contra sobrecargas y cortocircuitos, sino tambin contra defectos de aislamiento. El inconveniente es que para realizar cualquier ampliacin de la instalacin, es obligatorio calcular para la nueva longitud de lnea si los dispositivos magnetotrmicos actuales garantizan la proteccin en caso de fuga a tierra, si no es as ser necesario aadir proteccin diferencial.

    Ver en las tablas del captulo 5 las longitudes de cable mximas admisibles Lmax en rgimen TN para garantizar la

    proteccin ante defectos de aislamiento, utilizando interruptores automticos magnetotrmicos Schneider Electric.

    A continuacin vemos el mtodo convencional terico de clculo de las longitudes mximas Lmax de cable en rgimen TN para garantizar el funcionamiento instantneo de la proteccin magnetotrmica.

    Se aplica la ley de Ohm a la salida de nuestra instalacin afectada por el defecto de aislamiento tomando como hiptesis que la tensin entre la fase en defecto y el PE o PEN siempre es superior al 80% de la tensin simple nominal. Este coefi ciente tiene en cuenta el conjunto de impedancias de aguas arriba.

    En BT, cuando el conductor de proteccin circula junto a los conductores de fase correspondientes, es posible despreciar las reactancias de los conductores frente a su resistencia; esta aproximacin es admisible hasta secciones de 120 mm2. Para secciones mayores se sobredimensionar la resistencia segn se ve en la tabla 2.1.

    Seccin (mm2) Resistencia

    150 R + 15%185 R + 20%240 R + 25%

    Tabla 2.1. Sobredimensionamiento de la resistencia de los conductores.

    La longitud mxima de un circuito en rgimen TN viene dada por la frmula siguiente:

    Lmax = 0,8 UO Sf (1 + m) Ia

    En la cual:

    Lmax: longitud mxima en metros.

    UO: tensin simple, 230 V en redes230/400 V.

    : resistividad a la temperatura de funcionamiento normal:

    Para el cobre: 22,5 103 mm2/m. Para el aluminio: 36 103 mm2/m. Ia es la corriente (A) de disparo magntico del interruptor automtico (curva C = 10 In. B = 5 In. D = 14 In).

    m: Sf /SPE.

    Sf: seccin de las fases en mm2.

    SPE: seccin del conductor de proteccin en mm2.

    L1L2L3PEN

    Fig. 2.13. Esquema TN-C.

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  • 3. Principio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales

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    ndice

    Principio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales3.1. Captadores 3/3

    3.2. Rels de medida y disparo 3/6

    3.3. Test de buen funcionamiento de los diferenciales 3/7

    3.4. La tecnologa Superinmunizada multi 9 3/9

    3.5. La tecnologa Superinmunizada infl uencias Externas 3/18

    3.6. La tecnologa Superinmunizada Vigirex 3/19

    Gua de proteccin diferencial Baja Tensin

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    Interruptores diferenciales ID multi 9. Interruptores automticos combinados magnetotrmicos y diferenciales DPN Vigi multi 9. Bloques diferenciales Vigi multi 9y Vigicompact. Interruptores automticos magnetotrmicos y diferenciales ultraterminales Schneider Electric serie Eurpoli.

    O bien separado del diferencial: Rels diferenciales con toroidal separado Vigirex.

    El rel de medida y disparo Puede ser electrnico: Rels diferenciales con toroidal separado Vigirex. Precisan alimentacin auxiliar. Bloques diferenciales Vigicompact. No necesitan alimentacin auxiliar.

    O bien electromecnico: El resto de gamas (multi 9 y Eurpoli). No necesitan alimentacin auxiliar.

    El dispositivo de maniobraExisten diferenciales que incorporan en el mismo aparato el interruptor que abre el circuito controlado: Interruptores diferenciales ID multi 9. Interruptores automticos combinados magnetotrmicos y diferenciales DPN Vigi multi 9. Interruptores automticos magnetotrmicos y diferenciales ultraterminales Schneider Electric serie Eurpoli.

    Existen otros diferenciales que necesitan de un dispositivo de disparo externo especfi co con el que se unen mecnicamente:

    Los Dispositivos Diferenciales Residuales (DDR) estn constituidos por varios elementos: el captador, el bloque de tratamiento de la seal, el rel de medida y disparo y el dispositivo de maniobra.

    El captador. Suministra una seal elctrica til en el momento que la suma de las corrientes que circulan por los conductores activos es diferente de cero.

    Bloque de tratamiento de la seal. La seal elctrica leda por el captador debe ser siempre tratada electrnicamente en mayor o menor grado para lograr el correcto funcionamiento del rel de medida y disparo, evitando al mismo tiempo funcionamientos o disparos no deseados del dispositivo diferencial. La seal tratada se enva al rel de medida y disparo.

    El rel de medida y disparo. Compara la seal elctrica ya tratada electrnicamente suministrada por el captador para posteriormente dar la orden de apertura al aparato de corte asociado o dispositivo de maniobra (con un posible retardo intencionado en el caso de los diferenciales selectivos o retardados).

    El dispositivo de maniobra de aperturadel aparato (interruptor o interruptorautomtico), situado aguas arriba del circuito elctrico controlado por el diferencial, sedenomina disparador o accionador.

    Schneider Electric ha desarrollado varios tipos de dispositivos de proteccin diferencial para baja tensin que se incluyen dentro de las diferentes gamas que se pueden encontrar en el captulo 7 de esta Gua. Las diferentes formas de construir estos Dispositivos Diferenciales Residuales (DDR) se diferencian por los criterios siguientes:

    El captador Puede estar incorporado dentro del propio diferencial:

    Fig. 3.1. Esquema funcional de un diferencial electromecnico a propia corriente (tipo multi 9).

    CaptadorBloque

    de tratamientode la seal

    Rel de mediday disparo

    Dispositivode maniobra

    IntroduccinPrincipio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales

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    3 Bloques diferenciales Vigi multi 9 y Vigicompact que deben acoplarse obligatoriamente a un interruptor automtico multi 9 o Compact respectivamente.

    Y un tercer tipo de diferencial que necesita de un dispositivo de disparo externo con el que se une elctricamente:

    Rels diferenciales con toroidal separado Vigirex, que se conectan elctricamente con un interruptor automtico (a travs de una bobina de disparo).

    Como ejemplos de dos de los diferenciales ms habitualmente utilizados en baja tensin se puede ver:

    En la fi g. 3.1, el esquema tipo funcional de un diferencial electromecnico tipo multi 9 a propia corriente, es decir, que no precisa de fuente de alimentacin auxiliar.

    En la fi g. 3.2, el esquema tipo funcional de un diferencial electrnico tipo Vigirex que precisa de fuente de alimentacin auxiliar.

    A continuacin se dar una visin general del funcionamiento y utilizacin de los diferentes captadores y de los rels de medida y disparo existentes. Posteriormente se profundizar en aspectos particulares de la tecnologa empleada en los dispositivos diferenciales multi 9 y Vigirex de Schneider Electric.

    3.1. Captadores

    En los circuitos de corriente alterna se pueden utilizar dos tipos de captadores:

    El transformador toroidal. Es el tipo de captador ms utilizado para medir las corrientes de fuga.

    Los transformadores de intensidad (TI). Utilizados en AT y MT y en algunos casos en BT.

    El transformador toroidalste envuelve la totalidad de los conductores activos y de este modo es excitado por el campo magntico residual correspondiente a la suma vectorial de las corrientes que circulan por las fases y el neutro.

    La induccin en el toroidal y la seal elctrica disponible en bornes del arrollamiento secundario del transformador es, por tanto, la imagen de la corriente diferencial residual.

    Este tipo de captador permite detectar las corrientes diferenciales desde algunos miliamperios hasta algunas decenas de amperios. En el apartado 3.4 se ver el funcionamiento exacto de los diferentes transformadores toroidales.

    Los transformadores de intensidad (TI)Para medir la corriente diferencial de un circuito elctrico trifsico sin neutro se deben instalar tres transformadores de intensidad segn la fi g. 3.3. Este montaje se denomina de Nicholson.

    Los tres TI son generadores de corriente conectados en paralelo. Hacen circular

    Fig. 3.2. Esquema funcional de un DDR electrnico con alimentacin auxiliar (tipo Vigirex).

    I1 I2 I3

    AIh

    B

    DR

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

    CaptadorBloque

    de tratamientode la seal

    Rel de mediday disparo

    Dispositivode maniobra

    Alimentacinauxiliar

    CaptadoresPrincipio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales

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    Utilizacin de transformadores toroidales separados. Casos particulares

    Alimentacin de fuerte potencia.El montaje de Nicholson de los TI, que ser til en BT cuando los conductores son pletinas o cables de gran seccin para transportar fuertes intensidades, no permite, incluso utilizando TI exactamente iguales, regulaciones compatibles con la proteccin de las personas (umbral In UL/RA).Existen varias soluciones:

    Si la difi cultad se presenta en un cuadro general justo a la salida del transformador, es deseable:

    La puesta en servicio de un transformador toroidal en cabecera de instalacin sobre la conexin a tierra del neutro BT del transformador (fi g. 3.4). En efecto, segn la ley de nudos de Kirchhoff, la corriente diferencial vista por (N) es estrictamente la misma que aquella vista por (G) para un defecto que se produzca en la distribucin BT, o

    La instalacin de un toroidal en cada salida, todos conectados en paralelo a un solo rel (fi g. 3.5).

    Efectivamente, con esta conexin cuando el rel de medida (generalmente electrnico tipo Vigirex) para funcionar necesita tan slo una seal elctrica de valor muy dbil, es posible hacer trabajar los toroidales como generadores de corriente. Dispuestos en paralelo, suministran la imagen de la suma vectorial de las corrientes primarias.

    Este montaje est previsto por las normas de instalacin. De todas formas, por razones de selectividad es preferible utilizar un diferencial por salida.

    Si la difi cultad se presenta con varios cables en paralelo por fase que no pueden atravesar todos un toroidal.

    Es posible situar un toroidal sobre cada cable (que transporte todos los conductores activos) y disponer todos los toroidales en paralelo (fi g. 3.6).

    Siempre se debe observar:

    Que cada toroidal ve n espiras en cortocircuito (3 en la fi gura) que pueden disminuir la sensibilidad.

    Si las conexiones presentan diferencias de impedancia, cada toroidal sealizar una falsa corriente homopolar. Un cableado correcto limita bastante estas falsas corrientes homopolares.

    DR

    1

    N

    G

    23

    MT / BT

    DR

    Fig. 3.4. El toro N proporciona la misma informacin que el toro G.

    entre A y B una corriente que es la suma vectorial de las tres corrientes, la cual es la corriente diferencial residual. Esta corriente diferencial se medir con un transformador toroidal conectado a un rel diferencial DR (tipo Vigirex).

    Este montaje, denominado de Nicholson, se utiliza normalmente en MT y AT cuando la corriente de defecto a tierra puede alcanzarvarias decenas o centenas de amperios.

    Para su empleo se debe considerar la clase de precisin de los TI: con TI de clase 5% no se permite efectuar una regulacin de proteccin de tierra por debajo del 10% de su corriente nominal.

    DR

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

    CaptadoresPrincipio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales

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    Que este montaje implica para cada toroidal que los bornes de salida S1-S2 se marquen en funcin del sentido de circulacin de la energa.Esta solucin requiere el acuerdo del fabricante del diferencial.

    Salida de fuerte potencia.Para que la respuesta del toroidal sea fi el y lineal, se deben situar los conductores activos en el toroidal lo ms prximos posible de su centro para que sus acciones magnticas se compensen perfectamente en ausencia de corriente residual. En efecto, el campo magntico desarrollado por un conductor disminuye proporcionalmente con la distancia. Segn la fi g. 3.7, en la que se tiene un mal centrado de los conductores, la fase 3 provoca en el punto A una saturacin magntica local y no tiene, por tanto, una accin proporcional. Ello puede ser causa de disparos intempestivos. Es el mismo caso que si el toroidal se sita en la proximidad o en el mismo codo de los cables que envuelve (fi g. 3.8). La aparicin de una induccin residual parsita va a provocar, para las intensidades importantes, la aparicin en el secundario del toroidal de una seal que puede ocasionar un disparo intempestivo. El riesgo es tanto ms importante cuando el umbral del diferencial es dbil en relacin a las corrientes de fase, particularmente durante un cortocircuito.

    En los casos difciles (si Ifase mx. / In, es elevado) dos soluciones permiten evitar el riesgo de disparo intempestivo:

    Utilizar un toroidal ms grande que el necesario, por ejemplo de un dimetro doble al que justamente conviene para el paso de los conductores.

    Situar una plancha en el toroidal.Esta plancha debe ser de material magntico para homogeneizar el campo magntico, ver fi g. 3.9. Se debe situar entre el toroidal y los conductores; reduce el riesgo de disparos intempestivos debido a los efectos magnticos de las puntas de corriente.

    Cuando se han tomado todas estas precauciones:

    Centrado de los conductores. Toroidal de gran dimensin. Y plancha magntica,la relacin

    Ifase mx.In

    puede alcanzar un valor de hasta 50.000.

    L u 2

    Fig. 3.8. Distancia recomendada entre el toroidal y el codo de los cables.

    A31

    2

    Fig. 3.7. Saturacin magtica local debida al mal centrado de los conductores.

    L u 2

    Fig. 3.9. Colocacin de plancha magntica.

    31 2

    31 2

    Fig. 3.6. Disposicin de los toros sobre los cables unifi lares en paralelo de gran seccin.

    CaptadoresPrincipio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales

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    3.2. Rels de medida y disparoPor lo que se refi ere al rel de medida y disparo, los diferenciales se pueden clasifi car en tres categoras tanto segn su modo de alimentacin como segn su tecnologa.

    Segn su modo de alimentacin:

    A propia corriente.Este es un aparato en el que la energa de disparo la suministra la propia corriente de defecto. Este modo de alimentacin est considerado por la mayora de especialistas como el ms seguro. En numerosos pases, y particularmente en Europa, esta categora de diferenciales se prescribe para las instalaciones domsticas y anlogas (normas UNE-EN 61008 y UNE-EN 61009). Dentro de este tipo se engloban todos los dispositivos diferenciales multi 9 de Schneider Electric.

    Con alimentacin auxiliar.Este es un aparato en el que la energa de disparo necesita de un aporte de energa independiente de la corriente de defecto. Estos aparatos (generalmente de concepcin electrnica) no pueden provocar el disparo salvo si esta alimentacin auxiliar est disponible en el momento de la aparicin de la corriente de defecto. Dentro de este tipo se incluyen los

    rels diferenciales con toroidal separado Vigirex.

    A propia tensin.Este es un aparato con alimentacin auxiliar pero donde la fuente es el circuito controlado. De este modo cuando el circuito est en tensin el diferencial est alimentado, y en ausencia de tensin, el diferencial no est activo pero tampoco existe peligro. Estos aparatos aportan una seguridad adicional ya que estn concebidos para funcionar correctamente con bajadas de tensin hasta los 50 V (tensin de seguridad).

    Este es el caso de los bloque Vigi, asociados a los interruptores automticos Compact de Schneider Electric.

    Tambin se realiza una distincin complementaria entre los diferenciales segn si su funcionamiento es o no de seguridad positiva.

    Se consideran como dispositivos de seguridad positiva dos tipos de aparatos:

    Aquellos en los que el disparo depende de la corriente de defecto: todos los aparatos a propia corriente (tipo multi 9) son de seguridad positiva.

    Aquellos, ms raramente utilizados, en los que el disparo no nicamente depende de la corriente de defecto sino que se sitan automticamente en posicin de disparo (posicin de seguridad) cuando ya no se renen las condiciones para garantizar el disparo en presencia de la corriente de defecto (por ejemplo, una bajada de tensin hasta los 25 V, o bien, que un diferencial con alimentacin auxiliar tipo Vigirex pierda su tensin de alimentacin).

    Segn su tecnologa:

    Dispositivos electromagnticos(fi g. 3.10).Estos dispositivos son del tipo a propia corriente. Utilizan el principio del enclavamiento magntico. Una muy dbil potencia elctrica (100 VA para algunos) es sufi ciente para vencer la fuerza de enclavamiento y provocar mediante un amplifi cador mecnico la apertura de los contactos.

    Utilizacin de diferenciales con toroidal incorporadoSe debe destacar que los diferenciales con toroidal incorporado, tipo multi 9 o Vigicompact por ejemplo, aportan una ptima solucin a los instaladores y usuarios puesto que es el fabricante quien estudia y pone en servicio las respuestas tcnicas:

    Domina el problema del centrado de los conductores activos, y para las intensidades dbiles puede prever y repartir varias espiras primarias alrededor del toroidal.

    Puede hacer trabajar el toroidal con una induccin ms elevada para maximizar la energa captada y minimizar la sensibilidad a las inducciones parsitas (debidas a las fuertes corrientes).

    Rels de medida y disparoPrincipio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales

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    Estn muy extendidos (son de seguridad positiva) y son particularmente aptos para la construccin de diferenciales con una nica sensibilidad. La tecnologa empleada en los diferenciales multi 9 es de este tipo.

    Dispositivos electrnicos.Se utilizan sobre todo en el dominio industrial puesto que la electrnica permite:

    Tener una potencia de adquisicin muy dbil. Tener unos umbrales y temporizaciones precisas y regulables (lo que permite realizar de forma ptima la selectividad del disparo).

    En razn de estas dos caractersticas estn todos indicados para la realizacin de:

    Diferenciales con toroidales separados (del tipo Vigirex), los cuales se asocian a interruptores automticos de fuerte calibre y a contactores. Diferenciales asociados a interruptores automticos industriales hasta 630 A (tipo Vigicompact).

    La electrnica para funcionar necesita una cierta energa, a menudo muy dbil. Los diferenciales con dispositivos electrnicos existen, pues, con diferentes modos de alimentacin antes presentados bien a propia tensin, bien con alimentacin auxiliar.

    Dispositivos mixtos (a propia corriente).Esta solucin consiste en intercalar entre el toroidal y el rel electromagntico un dispositivo de tratamiento de la seal. Esto permite:

    La obtencin de un umbral de funcionamiento preciso y fi el. Obtener una gran inmunidad a las perturbaciones o parsitos y a los transitorios de corriente, respetando un tiempo de funcionamiento compatible con las curvas de seguridad. A ttulo de ejemplo, los diferenciales multi 9 del tipo Superinmunizado (si) de Schneider Electric son dispositivos mixtos. Realizar diferenciales retardados.Un principio similar se utiliza en MT. En efecto, hace varios aos que en los centros de suministro de energa elctrica (centro MT/BT) el disparo necesitaba de una batera de acumuladores, origen de muchos problemas. La asociacin de un dispositivo electrnico a propia corriente y de un rel electromecnico con enclavamiento magntico ha ofrecido una solucin satisfactoria a nivel de costes y de fi abilidad con la supresin de la batera.

    Prescripciones de empleoIEC 60364-5-53 (apartado 531-2-2-2) indica para los dispositivos con alimentacin auxiliar que no son de seguridad positiva: se permite su utilizacin si estn instalados en explotaciones vigiladas por personas formadas o cualifi cadas.

    3.3. Test de buen funcionamiento de los diferenciales

    Un diferencial es un aparato de seguridad. Ya sea electromagntico, electrnico o mixto, es muy importante que disponga de un dispositivo de test.

    Aunque los dispositivos a propia corriente sean los ms seguros, la incorporacin de la seguridad positiva en los dispositivos a propia tensin o con alimentacin auxiliar confi ere a los diferenciales una mayor seguridad que no evita la realizacin del test peridicamente.

    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 pegada por la atraccin del imn permanente (IP). Cuando se alcanza el umbral de funcionamiento el electroimn anula la fuerza de atraccin del imn permanente, la paleta mvil A, ayudada por un resorte R que acelera su rotacin, abre entonces el circuito magntico y da la orden mecnica de apertura del interruptor del circuito controlado.

    Test de buen funcionamiento de los diferencialesPrincipio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales

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    situacin de If

    1

    2

    3

    I testR

    Id

    Test

    Id

    Ir

    Itest

    Ir Id Itest= +

    N

    Fig. 3.11. Ciertas instalaciones pueden perturbar el correcto funcionamiento del circuito de test. Puede que no se produzca el disparo si se tienen dbiles corrientes de defecto Id con un ngulo determinado. Solamente se producir el disparo si Ir es mayor que la intensidad de disparo If.

    Realizar el test peridico de los diferencialesDe hecho, la seguridad positiva perfecta, particularmente a nivel de defecto interno, no existe. Es por este motivo que los diferenciales que utilizan una alimentacin auxiliar se aconsejan para las instalaciones industriales y gran terciario, y los diferenciales a propia corriente para las instalaciones domsticas y anlogas; decisin tomada de acuerdo con sus posibilidades intrnsecas mencionadas anteriormente.

    En todos los casos, el test peridico se recomienda para detectar un posible defecto interno.

    La forma de realizar el test es importanteDebe tener en cuenta el hecho de que existen siempre en una instalacin elctrica corrientes de fuga capacitivas a tierra y, a menudo, corrientes de fuga resistivas, resultado de un aislamiento degradado.La suma vectorial de todas estas corrientes de fuga (Id) se detecta mediante el captador toroidal y puede perturbar el funcionamiento del test; esto es posible cuando el circuito de test es similar al mostrado en la fi g. 3.11. A pesar de esto, este principio de test est muy extendido puesto que verifi ca el conjunto toroidal-rel-aparato de corte.

    Las normas de fabricacin limitan la corriente de test, ello puede explicar un cierto nmero de no funcionamientos de los diferenciales al realizar el test, como demuestra la suma vectorial (fi g. 3.11) de la corriente de fuga (Id) y de la corriente de test (Itest).

    Por ejemplo, las normas UNE-EN 61008y UNE-EN 61009 indican que la corriente de test no debe ser superior a 2,5 In para un diferencial utilizado a la tensin mxima de su rango de funcionamiento (por ejemplo 400 V, si el rango es 230 a 400 V) y 1,15 In si est alimentado a la tensin mnima (en el ejemplo, a 230 V 20%).

    El principio de test mencionado anteriormente se utiliza para las tomas de corriente diferenciales (Eurpoli de Schneider Electric) y para los interruptores e interruptores automticos diferenciales (multi 9 y Compact de Schneider Electric).

    Respecto a los rels diferenciales con toroidal separado, se aplica el mismo principio, siendo el instalador quien debe realizar el circuito de test. Los rels de la gama Vigirex de Schneider Electric tienen integrada la funcin test y, adems, controlan permanentemente la continuidad del circuito de deteccin (conexin toroidal-rel y bobinado del toroidal).

    La verifi cacin del umbral de funcionamientoAn con mayor motivo que antes para el test, la verifi cacin del umbral de disparo del diferencial se debe realizar teniendo presentes las corrientes de fuga naturales o no del circuito aguas abajo que puedan atravesar el captador. Una buena medida se realizar siempre con todos los circuitos de aguas abajo desconectados.

    Test de buen funcionamiento de los diferencialesPrincipio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales

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    3.4. La tecnologa Superinmunizada multi 9A continuacin se presenta la gama de proteccin diferencial de Schneider Electric incluida dentro de su familia multi 9 que mejora ampliamente la calidad de la respuesta de los dispositivos diferenciales tradicionales a propia corriente gracias a la incorporacin de la tecnologa Superinmunizada exclusiva de Schneider Electric. Para poder comprender mejor la evolucin que supone la tecnologa Superinmunizada se analizar el funcionamiento de los diferentes componentes de los dispositivos diferenciales desde el ms bsico, el dispositivo clase AC, pasando por el clase A tradicional, hasta llegar a los ms avanzados: el clase A Superinmunizado y el clase A Superinmunizado infl uencias Externas .

    En la fi gura 3.12 se observa que existen diferentes tipos de dispositivos diferenciales que comparten una estructura funcional comn formada por tres bloques bien diferenciados:

    a) Bloque de captacin de seal. El transformador toroidal.

    b) Bloque de fi ltrado electrnico.

    c) Bloque de rel de disparo.

    Las diferencias entre ellos son bsicamente las siguientes:

    Los clase AC son los dispositivos estndar y los ms habitualmente utilizados.

    Los clase A estndar se diferencian de los AC en que utilizan un toroidal mejorado, ms energtico, e incluyen un bloque electrnico de deteccin de corrientes rectifi cadas o pulsantes.

    Los clase A Superinmunizados si, se diferencian de los clase A estndar en que poseen un toroidal an ms mejorado y un bloque de fi ltrado electrnico muy enriquecido.

    La nueva generacin de proteccin diferencial Superinmunizada infl uencias Externas que adems de incorporar la tecnologa Superinmunizada ofrece una resistencia a los ambientes corrosivos sin equivalente en el mercado (ver apartado 3.5) en pgina 3/18.

    a) Bloque de captacin de seal. El transformador toroidalLa deteccin de la corriente de defecto diferencial se efecta mediante un transformador de corriente toroidal, compuesto por un ncleo de material ferromagntico y un bobinado primario

    Fig. 3.12. Dispositivos diferenciales multi 9.

    S N

    I entrante I saliente

    I residual

    Id

    Filtradode altas

    frecuencias Verificaciny orden de

    disparo

    Deteccinde

    corrientesde fuga

    pulsantes

    Inmunizacinbsica contratransitorios:

    onda tipo8/20 s

    onda tipo0,5 s, 100

    kHzAcumulacin

    de energa

    Superinmunizado

    clase A si

    clase A

    clase ACEstanqueidad delrel aumentada

    yrevestimientoanticorrosin

    2 Sistemas de filtrado electrnico1 Transformadortoroidal3 Rel dedisparo

    clase A

    si

    La tecnologa Superinmunizada multi 9Principio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales

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    constituido por la(s) fase(s) y el neutro del circuito a proteger. En la fi gura 3.13 se puede observar la representacin vectorial de intensidades en una red trifsica con neutro equilibrada (para una red desequilibrada sera anlogo, incluyendo en cada caso la corriente del neutro): si no hay defecto de fuga a tierra, la suma vectorial de todas las corrientes de dicho circuito es nula, pero cuando existe defecto de fuga de corriente de una fase hacia tierra, la suma vectorial de las corrientes es igual a dicha corriente de fuga If.

    En caso de existir una fuga If, las corrientes de las fases y el neutro inducen en el transformador toroidal, fl ujos magnticos desequilibrados, cuya resultante no ser cero, e inducir en el secundario del transformador toroidal una tensin ES que generar una corriente Ir, que dependiendo de su valor efi caz, puede provocar el disparo del rel de apertura de los contactos del dispositivo diferencial. En las fi guras 3.14 y 3.15 se puede seguir paso a paso, para un circuito monofsico,

    el proceso de generacin de la corriente residual (Ir) en el secundario a partir de una corriente de fuga a tierra (If) que circule por el primario (es decir, por el circuito que estemos protegiendo en nuestra instalacin elctrica).

    El valor del fl ujo magntico generado , depender del tipo de curva de histresis que proporcione el material magntico que constituye el toroidal.

    Fig. 3.14. Generacin del fl ujo magntico en el ncleo toroidal de un diferencial monofsico a partir de la circulacin de una corriente de fuga If en el primario del toroidal. Curva de histresis.

    Fig. 3.13. Red trifsica con neutro equilibrada.

    La tecnologa Superinmunizada multi 9Principio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales

    Transformador toroidal

    H(A vueltas/m)

    If = (IN IR)

    CA

    t (ms)

    (mA)

    B(webers/m2)

    Corriente de fugaprimaria

    Curva de histresis

    Circuito elctrico primario

    Si se produce una fuga de corrientea tierra If en el primario (IN IR),sta genera un campo magnticoH no nulo que a su vez creaun fl ujo magntico en el interiordel ncleo ferromagntico.

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

    If IR IS IT IN

    Circuito magntico primario

    B = H

    = B S

    = N R

    (campo magntico)

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

    (induccin magntica)

    ( = permeabilidad magntica)

    (fl ujo magntico)(S = seccin transversal ncleo toroidal)

    En este caso (monofsico)

    N R (fase)

    IN IR Arrollamientoprimario

    R

    N

    INIr

    IR

    Arrollamientosecundario

    R

    ReceptorIfH = N If

    2 R

    IS

    IR

    IT

    IR IS IT 0

    Sin defecto Con defecto

    If

    IR

    IS

    IR IS IT If 0

    IT

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    Las curvas de histresis son la representacin de la energa que puede ser inducida en un material por la corriente diferencial residual If. Cada material tiene una curva de histresis distinta.

    La evolucin de los materiales necesarios para fabricar diferenciales clase AC, clase A estndar o clase A Superinmunizada, es en defi nitiva la evolucin hacia materiales mas energticos, que son fundamentales para poder mantener un ptimo nivel de proteccin de las instalaciones elctricas

    que estn experimentando actualmente un gran aumento en su complejidad. A continuacin se puede ver cmo es la curva de histresis del material empleado para elaborar cada tipo de diferencial.

    Toroidales clase AC Son utilizados por los diferenciales clsicos. Permiten tan slo la deteccin de corrientes de fuga a tierra de tipo alterna. Son insensibles a las corrientes rectifi cadas (corrientes pulsantes), con o sin una componente continua.

    Fig. 3.15. Generacin de la corriente residual Ir a partir del fl ujo 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.

    La tecnologa Superinmunizada multi 9Principio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales

    Curva de histresis Corriente residualsecundaria

    H(A vueltas/m)

    Ir

    CA

    t (ms)

    (mA)

    B(webers/m2)

    Transformador toroidal

    Circuito magntico secundario

    = B S

    Por la Ley de Faraday en el arrollamiento secundario se inducir una fuerza electromotriz:

    (fl ujo magntico creadopor el primario)

    (S = seccin transversal ncleo toroidal)

    Circuito elctrico secundario

    La fuerza electromotriz Es har que circule una corriente Ir en el bobinado secundario cuyo valor depender de la impedancia de la totalidad del circuito elctrico secundario.Esta Ir, convenientemente fi ltrada, llegar al rel de disparo donde ser comparada con la sensibilidad In del dispositivo. Si es mayor que In disparar.

    N R

    IN IR Arrollamientoprimario

    IN IrIR

    Arrollamientosecundario

    R

    ReceptorIf

    ES

    ES = N d

    dt

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    Es muy conveniente que un diferencial sea capaz de detectar estas corrientes ya que son tan peligrosas como las alternas pues poseen la misma frecuencia y generan prcticamente la misma tensin de contacto.

    Segn se observa en el ejemplo de la fi gura 3.16, una fuga de corriente alterna (CA) genera una variacin 1, que posteriormente ser capaz de crear una corriente residual Ir sufi ciente en el secundario que provocar el disparo del rel. Una fuga de corriente continua (CC) rectifi cada, o corriente continua pulsante, no posee componente negativa, ver fi gura 3.17.

    En este caso el ciclo de histresis del toro no es completo, slo se trabaja sobre una mitad del mismo, y el 2 generado es demasiado dbil como para crear una corriente residual Ir sufi ciente que pueda disparar el rel.

    Toroidales clase A estndarPermiten resolver el problema anterior de no actuacin cuando se tienen fugas de corriente de tipo pulsante. Segn se ve en la fi gura 3.18, la utilizacin de un ncleo magntico toroidal con la curva de histresis estrecha y ms larga permite aumentar 2; en este caso se generar una corriente residual Ir sufi ciente para provocar el disparo del rel. El ncleo toroidal que posee este tipo de curva de histresis est formado por una aleacin ferromagntica de mayor calidad que la utilizada en los clase AC, es un material ms energtico, con pocas prdidas y dbil induccin remanente. Este toroidal es capaz de generar un campo magntico sufi ciente para provocar el disparo del rel ante defectos diferenciales cuya amplitud de onda (diferencia entre su valor mximo y mnimo), presente variaciones menores que las necesarias para disparar los clase AC.

    Fig. 3.17. Toroidal clase AC y corriente de fuga rectifi cada pulsante.

    H (A vuelta/m) If (mA)

    CC

    t (ms)

    2

    B(webers/m2)

    Fig. 3.18. Toroidal clase A y corriente de fuga rectifi cada pulsante.

    CC

    H (A vuelta/m) If (mA)

    t (ms)

    2 incrementado

    B(webers/m2)

    La tecnologa Superinmunizada multi 9Principio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales

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    Es en defi nitiva ms sensible a la intensidad de defecto que los clase AC ya que es capaz de disparar ante tres tipos de corriente:

    Corrientes de tipo alterno.

    Corrientes continuas rectifi cadas o continuas pulsantes.

    Corrientes continuas rectifi cadas o continuas pulsantes con corriente superpuesta de tipo continuo alisada de hasta 6 mA.

    Cuando se prevea que las corrientes diferenciales pudieran ser no senoidales, el REBT (ITC-BT-24) indica la utilizacin de interruptores diferenciales de clase A que aseguran la desconexin ante este tipo de fugas. De igual forma, la ITC-BT-38 indica la utilizacin de interruptores diferenciales de clase A y alta sensibilidad ( 30 mA) en instalaciones elctricas en quirfanos y salas de intervencin para la proteccin individual de aquellos equipos que no estn alimentados a travs de un transformador de aislamiento.

    Toroidales clase A SuperinmunizadosEl material magntico del ncleo toroidal mejora las propiedades de los clase A estndar descritos anteriormente. Al material empleado para fabricar este tipo de toroidales le bastan variaciones de corriente diferencial an menores que en los clase A estndar para inducir la misma energa necesaria para disparar el rel. Ello es debido a que posee una curva de histresis an ms estrecha y de mayor longitud, con lo cual se acenta todava ms el fenmeno descrito en la fi gura 3.18

    para los clase A estndar, con todava menos prdidas. En la fi gura 3.19 se comparan las curvas de histresis de los3 tipos de toroidales: AC, A estndar y A Superinmunizado. Se puede apreciar que generan fl ujos magnticos crecientesque a su vez inducen tensiones residuales E en el secundario tambin crecientes en funcin del tipo de toroidal.

    b) Bloque de fi ltrado electrnicoLos sistemas de fi ltrado electrnico para el tratamiento de la seal elctrica que proporciona el secundario del transformador toroidal, es la parte que ms ha evolucionado en la nueva gama de dispositivos diferenciales clase A Superinmunizados de Schneider Electric.

    Tal como se observa en la fi gura 3.12 de la pgina 3/9, los diferenciales clase AC tan slo poseen un circuito de inmunizacin bsico contra transitorios. En su momento, para obtener un diferencial clase A a partir de un clase AC estndar, se le incorpor un bloque de deteccin de corrientes de fuga continuas pulsantes que aportaba una importante mejora al diferencial:

    Mayor seguridad para las personas.

    Ahora, adems, se ha aadido dentro del bloque de fi ltrado electrnico un nuevo bloque de superinmunizacin compuesto por un circuito de acumulacin de energa y un fi ltro de altas frecuencias, que aportan respectivamente claras mejoras respecto a los clase AC y a los clase A estndar en los aspectossiguientes:

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

    B

    H

    Asi

    A

    AC

    Asi A AC

    Donde:

    AC < A < Asi

    EAC < EA < EAsi

    E = N ddt

    La tecnologa Superinmunizada multi 9Principio de funcionamiento de los dispositivos diferenciales

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    Mayor autoproteccin contra la infl uencia de las sobretensiones transitorias.

    Autoproteccin contra la infl uencia de las fugas de alta frecuencia.

    Veamos a continuacin cada uno de los bloques por separado:

    Bloque de deteccin de corrientes de fuga continuas pulsantesEste circuito electrnico es el complemento necesario para los toroidales clase A, que en el apartado anterior se han descrito como los transformadores toroidales adecuados para hacer posible la deteccin de corrientes de fuga no slo alternas sino tambin continuas pulsantes.

    En los diferenciales clase A, adems de un toroidal de un material especial, ms energtico, capaz de detectar corrientes con menor nivel de ondulacin que los toroidales clase AC, se debe emplear un circuito electrnico que trate la corriente a la salida del secundario del toroidal. El tratamiento que efecta este circuito es de rectifi cacin de la corriente, obliga a que el sentido de la misma sea siempre el mismo y adecuado para que el rel de disparo trabaje siempre en el sentido correcto. Es decir que la corriente que llegue al rel de disparo siempre tienda a abrir el rel y nunca a cerrarlo.

    Mediante este circuito se alcanza una seguridad que evita un posible efecto secundario de las corrientes pulsantes sobre un diferencial clase AC: aparte de que este dispositivo no es capaz de detectarlas o si lo hace es con una energa insufi ciente para po


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