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• Guillermo Giorgis

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¿QUÉ ES UN INTERRUPTOR DIFERENCIAL?

Un interruptor diferencial (ID), también conocido como RCD, RCCB o dispositivo diferencial residual (DDR), es un dispositivo electromecánico que se instala en las instalaciones eléctricas de corriente alterna con el fin de proteger la instalación de derivaciones a tierra y a las personas de contactos directos o indirectos. Si no existe la toma de tierra, o no está conectada en el enchufe, el diferencial se activará cuando tal derivación ocurre en el aparato eléctrico a través de una persona que toca sus partes metálicas, y está sobre un suelo conductor, provocará una descarga que sería peligrosa o incluso mortal si la corriente sobrepasa los 30mA En el interruptor diferencial hay un botón de prueba que simula un defecto en la instalación y por lo tanto, al ser pulsado, la instalación deberá desconectar, se recomienda probar el interruptor periódicamente. TIPOS DE CONTACTOS ELÉCTRICOS

Contactos directos: Son aquellos que se producen con las partes activas de la instalación o equipos, considerando partes activas los conductores bajo tensión en servicio normal. Contactos indirectos: Son los contactos de personas con masas puestas accidentalmente bajo tensión. Se produce cuando un individuo entra en contacto con algún elemento que no forma parte del circuito eléctrico y que en condiciones normales no debería tener tensión, pero que la ha adquirido accidentalmente. FUNCIONAMIENTO

El disyuntor bipolar incorpora en su interior un transformador toroidal, en él se conectan arrollamientos o bobinas de fase y neutro y un hilo de mando que incorpora en sus extremos un solenoide. Cuando la intensidad de entrada y la de salida (o de fase y neutro) no son iguales, los flujos de corriente que se forman en el toroide también dejan de serlo y se crea por tanto una diferencia de flujos que induce a su vez una intensidad que circula por el hilo de mando y estimula el solenoide. Esto provoca el desplazamiento de los contactos del interruptor diferencial y la apertura del circuito.

Si nos fijamos en la Figura 1, vemos que la intensidad (I1) que circula entre el punto a y la carga debe ser igual a la (I2) que circula entre la carga y el punto b (I1 = I2) y por tanto los campos magnéticos creados por ambas bobinas son iguales y opuestos, por lo que la resultante de ambos es nula. Éste es el estado normal del circuito. Si ahora nos fijamos en la Figura 2, vemos que la carga presenta una derivación a tierra por la que circula una corriente de fuga (If), por lo que ahora I2 = I1 - If y por tanto menor que I1. Los transformadores de suministro eléctrico sujetos al régimen de neutro TT tienen conectado a tierra su terminal neutro y por tanto se cierra circuito eléctrico en cuanto se pone en contacto cualquiera de los hilos de fase con tierra. Es aquí donde el dispositivo desconecta el circuito para prevenir electrocuciones, porque hay derivación de corriente hacia la toma de tierra que deben tener todos los elementos metálicos de los aparatos eléctricos. La diferencia entre las dos corrientes de los hilos del suministro es la que produce un campo magnético resultante, que no es nulo y que por tanto producirá una atracción sobre el núcleo N, desplazándolo de su posición de equilibrio, provocando la apertura de los contactos C1 y C2 e interrumpiendo el paso de corriente hacia la carga, en tanto no se rearme manualmente el dispositivo. Antes de rearmar el dispositivo se recomienda examinar la causa de su actuación y corregirla o habrá riesgo de prolongar una grave situación de inseguridad, de todas formas el sistema de mecanismo libre no dejará rearmar el ID hasta que no haya fuga a tierra menor que su sensibilidad (IΔn).

Figura 1

Figura 2

Hay que tener en cuenta que estos dispositivos solo protegen aguas abajo del mismo, es decir, desde donde se conecte el diferencial hasta la carga. Este hecho lo podemos entender con la siguiente figura:

Vemos que, por ejemplo, al producirse un fallo en el aislante del cable (representado por un rayo), provoca una derivación a tierra que permitirá la circulación de una corriente desde la tierra conectada al neutro del generador, hasta el fallo producido por este. En el caso de que el fallo se produzca aguas arriba del mismo (entre éste y el transformador), el ID no entraría en funcionamiento, porque las corrientes entrante y saliente seguirían siendo iguales. Por esta razón se debe instalar lo más cerca posible del origen de la fuente de energía eléctrica, que en una vivienda sería el punto de entrada de la derivación individual en el local o la vivienda del usuario, para que la instalación quede totalmente protegida. CLASIFICACIONES

Podemos clasificar a los interruptores diferenciales atendiendo a alguna de las características siguientes:

a) b) c) d) e) f) g) h)

Tipología del aparato Forma de onda a la que el aparato es sensible (clase AC, A-Ai, B, SI,F) Sensibilidad de disparo Tiempo de disparo. Selectividad. Elección del calibre o corriente asignada del interruptor diferencial.. Amperaje. Número de polos.

a.

TIPOLOGÍA DE LOS INTERRUPTORES DIFERENCIALES

En relación a la tipología del aparato, los interruptores diferenciales se pueden encontrar:

 Diferencial “puro” (sin corte magnetotérmico incorporado).  Interruptor magnetotérmico-diferencial (combinado)  Dispositivos Diferenciales Adaptables.  Relé diferencial. Los interruptores diferenciales puros son sensibles solamente a corrientes de fuga. Se deben de utilizar en serie (aguas abajo) con un interruptor automático o un fusible que los proteja de una posible sobrecorriente, cuando se den valores, en la instalación, que puedan dañarlo. Así mismo estos aparatos deben poseer una protección previa, mediante interruptores automáticos que limiten la energía específica pasante, y actúen como interruptor de corte general de cualquier otro interruptor instalado aguas abajo. Los interruptores diferenciales combinados, disponen, en un único aparato, la función de protección diferencial y magnetotérmico, del interruptor automático. Los interruptores diferenciales combinados intervienen tanto por corrientes de fuga como por sobrecargas o cortocircuitos y están autoprotegidos contra corrientes de cortocircuito del valor indicado en el aparato. Los Dispositivos Diferenciales Adaptables (bloques diferenciales) son dispositivos diferenciales aptos para ser ensamblados a interruptores automáticos compatibles. Según la norma de fabricación no es posible ensamblar un interruptor automático con una corriente asignada dada con un bloque diferencial de corriente máxima asignada inferior. Por ello, el dispositivo diferencial adaptable mantiene tanto las características eléctricas del interruptor magnetotérmico como las del propio bloque diferencial. En circuitos con intensidades nominales relativamente elevadas, (>100 A) la protección diferencial puede ser realizada mediante relés diferenciales. El relé diferencial se conecta a un transformador toroidal especial, que lleva a cabo la función de suma vectorial de las intensidades de línea. La intervención del relé diferencial provoca el disparo del interruptor automático de protección, realizándose de esta forma la apertura del circuito. El relé diferencial es sensible a corrientes de defecto alternas y continuas pulsantes. Se puede ajustar tanto la sensibilidad como el tiempo de intervención. b. CLASE DE LOS INTERRUPTORES DIFERENCIALES

Dependiendo de la forma de onda de las corrientes de fuga a tierra a la cual son sensibles, existen dos categorías básicas de diferenciales, definidas como CLASES:

 Clase AC: Esta es la clase estándar, los interruptores diferenciales de esta clase son aptos para todos los sistemas donde se prevén corrientes de 





 

defecto a tierra senoidales. Asegura la desconexión ante una corriente diferencial alterna senoidal aplicada bruscamente o de valor creciente. Clase A-Ai: Esta clase permite detectar corrientes de fuga alternas o pulsantes con o sin componente continua aplicadas bruscamente o de valor creciente. Los interruptores diferenciales de esta clase son especialmente aptos para proteger equipos con componentes electrónicos alimentados directamente por la red eléctrica sin conexión de transformadores, como por ejemplo los utilizados para corregir o regular la corriente mediante variación de una magnitud física (velocidad, temperatura, intensidad luminosa, etc.). Estos aparatos pueden generar una corriente continua pulsante con componente continua que el interruptor diferencial de tipo A puede detectar. La mayoría de los fabricantes también ofrecen interruptores diferenciales clase B, aptos para los mismos tipos de corrientes que la clase A, esto es corriente alterna y/o continua pulsante y además para corriente continua alisada, como por ejemplo las procedentes de rectificadores de simple alternancia con una carga capacitiva, rectificadores trifásicos de alternancia simple o doble, instalaciones donde se utilicen variadores o inversores para la alimentación de motores, etc. Clase F: Ofrecen la misma gama de protección y funcionalidad que un diferencial Clase A; significa que es sensible a corrientes senoidales CA y también a corrientes pulsantes CC. Además, son capaces de detectar corrientes residuales de frecuencias mixtas de hasta 1000 Hz, que se pueden producir habitualmente en la salida de convertidores de frecuencia monofásicos. Esto evita cortes no deseados de la red eléctrica si, por ejemplo, se producen corrientes de fuga pulsantes de hasta diez milisegundos en la activación de condensadores de filtro. Clase S: Son dispositivos retardados a la desconexión que se utilizan para garantizar la selectividad. Cuando un circuito necesita disponer de dos ID de la misma sensibilidad en serie, el instalado en la cabecera si es de clase S actuará más tarde. Superinmunizado (SI): Es un dispositivo diferencial del tipo A mejorado. Evita las desconexiones intempestivas por corrientes de alta frecuencia producidas entre otros por los circuitos informáticos, circuitos con reactancias electrónicas o las corrientes inducidas por las descargas de origen atmosférico. Evitan de esta manera los saltos intempestivos debidos a elementos externos a la instalación que protege.

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

                         Clases de los interruptores diferenciales según la formas de onda de la corriente c.

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SENSIBILIDAD DE LOS INTERRUPTORES DIFERENCIALES

Atendiendo al valor de la corriente diferencial de defecto 𝐈∆𝐧 (sensibilidad), clasificamos a los interruptores diferenciales como de: Alta sensibilidad AS: 6-10-30 mA. Media sensibilidad MS: 100-300 y 500 mA. Baja sensibilidad BS: 1-3-5-10 y 20 A.

Las normas UNE EN 61008, UNE EN 61009 y UNE EN 60947-2, establecen los valores de sensibilidades normalizadas: 6 mA, 10 mA, 30 mA, 100 mA, 300 mA, 500 mA, 1 A, 3 A, 10 A, 30 A, donde los señalados en negrilla son los preferidos o al menos los más utilizados Los interruptores diferenciales de baja sensibilidad (𝐈∆𝐧 > 30 mA) se utilizan en la protección contra los contactos indirectos y riesgos de incendio y destrucción de receptores. Viene coordinado con la resistencia de la instalación de tierra, según la fórmula. 𝑅𝐴 x I∆n o 𝑈𝐿 Dónde: 𝑅𝐴 Es la suma de las resistencias de la toma de tierra y de los conductores de protección de masas. 𝐈∆𝐧 Es la corriente diferencial-residual asignada. 𝑈𝐿 Es la tensión de contacto límite convencional (50 V, 24V u otras, según los casos).

Límites superiores de la resistencia de la toma de tierra de las masas y que no se debe superar en función del ambiente (UL) y de la sensibilidad del interruptor diferencial In Sensibilidad In Resistencia máxima de la puesta a tierra UL = 50 V UL = 24 V UL = 12 V 1A 50  24  12  500 mA 100  48  24  300 mA 166  80  40  30 mA 1660  800  400  Los interruptores diferenciales de alta sensibilidad (In  30 mA) además de en la protección contra los contactos indirectos y riesgos de incendio y destrucción de receptores se emplean para la protección contra contactos directos. Como ejemplo de algunos lugares donde se deben colocar los dispositivos diferenciales de alta sensibilidad son:

 Circuitos con tomas de corriente  32 A, en cualquier ambiente.  Cualquiera que sea la intensidad de la toma en circuitos con tomas de corriente en locales de baño, duchas y piscinas de uso privado o público en    

las zonas donde sea posible instalar una toma de corriente y no se disponga de transformador de aislamiento o de baja tensión de seguridad. En locales mojados. Circuitos con tomas de corriente en instalaciones provisionales. Circuitos de alimentación de canteras, de caravanas, de barcos de recreo, instalaciones para feriantes y ferias, instalaciones ornamentales, instalaciones de señalización. En instalaciones antiguas donde puede que las masas no estén conectadas a tierra En la protección complementaria contra contactos directos.

En las normas UNE EN 61008, UNE EN 61009 se indica que el valor mínimo admitido de la corriente diferencial de no funcionamiento (𝐈∆𝐧) es 0,5 𝐈∆𝐧. Es decir no debe disparar por debajo de este valor, y se admite como margen correcto de disparo de un diferencial a los valores comprendidos entre 𝐈∆𝐧 y 0,5 veces 𝐈∆𝐧 , y por supuesto para corrientes superiores a 𝐈∆𝐧 , siempre ha de disparar. d. TIEMPO DE RESPUESTA Según el tiempo de disparo, los interruptores diferenciales pueden clasificarse como: a) Selectivos, tipo S. (RCBO, RCCB o bloques –RCD) b) Instantáneos, tipo G Interruptores diferenciales selectivos (RCBO, RCCB o bloques –RCD) que tienen un disparo con retardo y son instalados contra otros interruptores rápidos de corrientes residuales para garantizar una selección y limitar los cortes de alimentación sólo a una parte del sistema afectado por una avería. El tiempo de disparo no es ajustable: se configura a un tiempo predeterminado- característico de la corriente con un retardo intrínseco para pequeñas corrientes, que tienden a desaparecer cuando aumenta la corriente. Las normas IEC/EN 61008 y 61009 establecen los tiempos de disparo relativos al tipo de interruptor diferencial y de IΔn. En el campo doméstico y análogo las normas UNE EN61008 (interruptores diferenciales) y UNE EN61009 (interruptores automáticos diferenciales), definen valores normalizados de los tiempos de funcionamiento máximo y del tiempo de no respuesta con respecto al tipo de interruptor diferencial y a la sensibilidad 𝐈∆𝐧 En el cuadro siguiente se recogen estos valores.

Tipo

In (A)

In (A)

Valores normalizados del tiempo (s) de funcionamiento y de no respuesta para una corriente residual con I •n igual a: 500 A 2In 5In

In Cualquier Cualquier valor valor General

S

25

0,3

0,15

0,04

0,04

0,5

0,2

0,15

0,15

0,13

0,06

0,05

0,04

>0,030

Tiempo de funcionamiento máximo Tiempo de funcionamiento máximo Tiempo de no respuesta mínimo

SELECTIVIDAD Es muy importante que las protecciones de los diferenciales de una instalación tengan una adecuada coordinación de selectividad de modo que con unas buenas costumbres en el montaje de la instalación podremos solucionar gran parte de los disparos. La selectividad de las protecciones diferenciales debe ser tanto horizontal como vertical. SELECTIVIDAD HORIZONTAL Para disponer de selectividad horizontal en una instalación con interruptores diferenciales debe evitarse el uso de interruptores diferenciales en cascada. Cada circuito individual de la instalación debe estar provisto de un interruptor diferencial de la intensidad de defecto de actuación adecuada. La conexión del dispositivo de protección de reserva y del interruptor diferencial debe realizarse a prueba de cortocircuitos (clase II).

SELECTIVIDAD VERTICAL Para garantizar la correcta selectividad vertical deben cumplirse 3 condiciones: ✓ Selectividad amperimétrica: Esta condición debe cumplir que el valor de sensibilidad del diferencial conectado aguas arriba (I N1) sea superior al doble de la sensibilidad del diferencial situado aguas abajo (I N2).

✓ Selectividad cronométrica: Esta condición debe garantizar que un diferencial conectado aguas arriba (t1) no actúe antes que el diferencial de aguas abajo (t2) para cualquier valor de corriente, por lo que el interruptor situado aguas abajo completa su apertura antes de que dispare el situado aguas arriba. ✓ Los diferenciales normales actúan de forma inmediata, en cambio los diferenciales selectivos (tipo ‘S’ o retardados), tienen un tiempo de retardo. ✓ Selectividad de tipo: Para garantizar la selectividad vertical, el tipo del diferencial aguas arriba debe ser superior o igual del diferencial instalado aguas abajo. Debido a la mayor exigencia en las protecciones diferenciales de las instalaciones, se requieren cada vez más protecciones tipo ‘A’ y tipo ‘B’, lo que hace necesario respetar la selectividad vertical según el tipo instalado aguas abajo.

I Ν2 < 0,5 x I Ν1 t2 < t1

e.

ELECCIÓN DEL CALIBRE O CORRIENTE ASIGNADA DEL INTERRUPTOR DIFERENCIAL.

La corriente asignada 𝐈𝐧𝐝 del interruptor diferencial se elige en función de la corriente de empleo del circuito calculada, teniendo en cuenta los coeficientes de utilización Ku y de simultaneidad Ks. Si el interruptor diferencial está situado aguas abajo de un interruptor automático magnetotérmico de corriente asignada 𝐈𝐧𝟏 y en la misma línea figura 3, la corriente asignada del interruptor diferencial 𝐈𝐧𝐝 ha de ser al menos igual a la corriente asignada del interruptor automático (𝐈𝐧𝐝 ≥ 𝐈𝐧𝟏 ), aunque es muy recomendable sobrecalibrar el interruptor diferencial respecto al magnetotérmico de forma que 𝐈𝐧𝐝 ≥ 1,4 𝐈𝐧𝟏 Si el interruptor diferencial está situado aguas arriba de un grupo de circuitos protegidos por interruptores magnetotérmico del mismo número de polos que el interruptor diferencial, figura 4, la corriente asignada del interruptor diferencial 𝐈𝐧𝐝 se elige en función de los coeficientes de utilización y de simultaneidad previstos para el circuito:

Ind  Ku · Ks (In1 + In2 + In3 + In4) Ind: Intensidad nominal del diferencial. In1: Intensidad nominal del interruptor automático.

In1 Ind

Ind In1

Figura 3 f.

In2

In3

In4

Figura 4

AMPERAJE

Intensidad nominal que es capaz de soportar en condiciones normales In. Estas van desde los 6 A hasta los 125. Bajo petición se puede solicitar a los diferentes fabricantes para valores por debajo 6 A y por encima de 125 A. La escala completa de In es la siguiente: 6,10,13,20,25,32,40,50,63,100,125 A g.

NÚMERO DE POLOS

Los ID pueden bipolares (uso doméstico e industrial), tetrapolares (Uso industrial).

ID. Bipolar

ID. Tetrapolar

PARTES