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Los interruptores
diferenciales protegen las vidas de las personas contra los contactos
eléctricos accidentales. Interrumpen en forma automática
e instantánea el pasaje de corriente eléctrica cuando se
produce una corriente diferencial de fuga entre fase y tierra superior
al valor máximo aceptado, que para el caso de los disyuntores más
difundidos, es de 30 mA. Así mismo protege contra los riesgos de
incendio detectando pequeñas fugas de corriente por defecto.
Principio
de funcionamiento
Su principio de
funcionamiento se basa en que la suma fasorial de las intensidades de línea
de un circuito eléctrico es igual a cero ; y observemos que en un sistema
monofásico la corriente que circula por el neutro tiene exactamente
el mismo valor que la que circula por la fase, por los tanto, en situaciones
normales su suma es igual a cero. Cuando
ello no sucede, es decir cuando el neutro o la fase tuviera una pérdida
o derivación de corriente a tierra, producirá un desequilibrio
que hará actuar el mecanismo de desconexión del disyuntor. Veamos
en detalle como funciona:
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El disyuntor consta
de un núcleo toroidal en forma de anillo y sobre él, dos bobinas
ubicadas en extremos opuestos cuya cantidad de vueltas y sección de
alambre es exactamente igual. Una tercer bobina ubicada en forma equidistante
de las anteriores es la encargada de accionar el mecanismo de desconexión.
Observemos la figura de al lado: si conectamos en los terminales F y N una
fase y el neutro respectivamente y colocamos una carga entre SN ySF, la corriente
que esa carga demanda circulará por las bobinas B1 y B2 con valores
exactamente iguales. Por lo tanto, según la primera ley de Kirchoff, se compensan
los efectos magnéticos ejercidos por las corrientes que fluyen a través del
núcleo del transformador diferencial, y por lo tanto no se induce ninguna
tensión en la bobina B3.
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Pero en el momento
en que entre los bornes SN y SF se produzca una derivación a tierra,
circulará una intensidad mayor por una de las bobinas, o por B1 o por
B2. Esto provocará que el campo magnético que genere una superará
al que genere la otra; con lo que la sumatoria ya no es cero. En consecuencia
la bobina B3 será cortada por un campo magnético resultante
induciéndose una tensión en ella.
Cuando el módulo de la suma fasorial de las corrientes de línea alcanza un
valor superior a la corriente diferencial nominal del interruptor, dicha tensión
secundaria en B3 provoca la apertura del circuito afectado por medio de un
disparador prácticamente instantáneo que acciona la apertura de los contactos.
De esta forma se elimina la posible aparición de una peligrosa tensión de
contacto. Para esta acción habitualmente se utiliza un relé polarizado de
elevada sensibilidad, que libera el mecanismo de desconexión del interruptor
ante la circulación de la corriente secundaria diferencial abriendo los contactos
Cn y Cf.
La resistencia Rp permite sensibilizar en mayor o menor grado el sistema diferencial
(no existente en los disyuntores modernos o al menos no al alcance del usuario),
y el pulsador P provoca el desequilibrio secundario seccionando el sistema
de conexión y permitiendo probar el funcionamiento del mismo (Al respecto
lo fabricantes aconsejan probar el disyuntor una vez al mes mediante éste
pulsador). Los interruptores diferenciales mas usuales son del tipo de desenganche
directo, en los cuales el disparador está integrado con el interruptor de
maniobra, de manera que la apertura del mismo está comandada directamente
por la corriente secundaria citada. La corriente diferencial de defecto a
tierra se presenta al aparecer una impedancia reducida entre la tierra y un
punto destinado a estar a un potencial diferente durante el servicio normal.
Esto puede suceder por el contacto accidental de un elemento bajo tensión
por parte de una persona en contacto con la tierra, que puede originar su
muerte; o bien por una falla en la aislación a tierra de un conductor de la
carga, que genera una pérdida de energía y en los casos mas graves puede dar
lugar a un incendio. La operación del diferencial sólo responde al valor de
la corriente de defecto, independientemente de la producción o no de una tensión
de contacto peligrosa. Los interruptores diferenciales siguen protegiendo
circuitos aún cuando se interrumpe el neutro y cuando el conductor de neutro
se pone a tierra a través de una persona. Resulta conveniente recalcar que
el interruptor diferencial no provee protección al aparecer una impedancia
reducida sólo entre puntos de la instalación destinados a estar a potenciales
diferentes durante el servicio normal. Esto puede ocurrir por el contacto
accidental de dos o mas conductores energizados por parte de una persona,
o bien por una falla en la aislación entre los conductores de la instalación.
Por lo tanto, el interruptor diferencial debe estar acompañado por otros elementos
que provean protección ante sobrecargas y cortocircuitos (como fusibles ó
interruptores termomagnéticos). Estos pueden hallarse antes o después de los
diferenciales.
La corriente nominal de un interruptor diferencial es aquella que puede conducir
durante el servicio continuo a la temperatura de referencia. Su valor está
especificado por el fabricante, y una serie de valores preferenciales puede
ser 10 - 16 - 25 - 40 - 63 - 80 - 100 y 125 A. La capacidad de cortocircuito
nominal de un interruptor diferencial es la capacidad de ruptura límite de
cortocircuito asignada por el fabricante del mismo, y sus valores normales
son 3 - 4,5 - 6 - 10 y 20 kA. Cabe aclarar que este valor está relacionado
con la capacidad del interruptor termomagnético asociado, a los efectos de
la coordinación entre ambos.
La corriente de operación diferencial nominal (de apertura) de un interruptor
diferencial es el valor de la suma fasorial de las corrientes que atraviesan
el circuito principal del interruptor, que causa la apertura del mismo en
las condiciones de referencia. Actualmente, los interruptores diferenciales
generalmente se fabrican con una intensidad residual de operación nominal
de 300 mA ó 30 mA. La protección de la vida humana se consigue con la utilización
de interruptores diferenciales con una sensibilidad igual o menor a 30 mA.
Los interruptores de 300 mA sólo se emplean para la protección contra incendios
y en industrias.
Para el funcionamiento
correcto de la protección diferencial deben observarse las siguientes
indicaciones de empleo:
- Todo el
cableado necesario para alimentar el circuito debe pasar a través del
interruptor diferencial.
- Los conductores
de fase no deben tener unión con tierra debajo del interruptor, lo mismo
que el conductor de neutro.
- Si se montan
varios interruptores diferenciales en una distribución determinada,
hay que prever una barra de neutro independiente para cada uno de ellos,
para evitar disparos erróneos.
- La resistencia
de puesta a tierra en los elementos protegidos no debe ser mayor que
la razón entre la tensión máxima admisible de contacto y la corriente
de operación residual nominal del diferencial (por ejemplo: 24 V / 0,03A
= 800 ohm).
- Si un interruptor
tetrapolar se utiliza con cargas tripolares (trifásica sin neutro) o
bipolares (monofásica: fase + neutro), debe verificarse que el conductor
de fase quede conectado a la fase a la cual está conectada el botón
de prueba, que por lo general viene indicada en el diagrama de conexiones.
- Se recomienda
que el conductor de protección no se instale en un caño junto con otros
cables antes del diferencial, pues al producirse una avería en la aislación
entre un conductor de fase y el de protección, se pueden transmitir
tensiones de defecto al medio de servicio protegido, sin que dispare
el interruptor diferencial.
- Si los fusibles
debajo del diferencial están seleccionados del mismo calibre (o menores)
que el máximo corte por fusión de acuerdo a las tablas, el fusible de
respaldo colocado arriba del interruptor diferencial puede tener un
calibre que se corresponda con la sección del conductor de alimentación.
El calibre de este fusible no tiene ningún efecto en el funcionamiento
del diferencial debido a que se supone que no se producirá ningún cortocircuito
entre el fusible de respaldo y el fusible que está debajo del diferencial.
Notas técnicas.Efectos
de la corriente a través del cuerpo humano.
Impedancia interna del cuerpo humano en función
del trayecto de la corriente.
Definiciones de términos técnicos.
Consejos básicos para el uso seguro
de la electricidad en el hogar.
Recomendaciones para reducir riesgos en las
instalaciones eléctricas.
Funcionamiento del interruptor diferencial
(disyuntor).
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