Guía de Diferenciales

Las Protecciones Diferenciales

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Profesor: Ricardo Vicencio Mortecinos

Asignatura : Proyecto Eléctrico I – Instalaciones Eléctricas en BT

"

Introducción La creciente utilización de la energía eléctrica, en todas las aplicaciones de la vida actual, aconseja crear la información precisa y dirigirla al usuario de la electricidad para que se familiarice con los medios de protección y contra los riesgos propios de este tipo de energía. Debe considerarse el hecho de que contribuyen a la provocación de los accidentes mortales en las instalaciones interiores las descargas eléctricas, debidas al contacto de personas con partes metlicas accidentalmente en tensión o con partes eléctricas bajo tensión. !studio !studios s realiza realizados dos sobre sobre acciden accidentes tes por descarg descargas as eléctri eléctricas cas demuestr demuestran an que, que, en la mayoría de los casos, los medios de seguridad previstos no fueron suficientes para garantizar la seguridad de las personas, o bien no estuvieron correctamente aplicados e, incluso, que con el paso del tiempo su capacidad protectora había disminuido. "ara poder prevenir los accidentes debidos a la corriente eléctrica es necesario adoptar medidas de protección adecuadas a los posibles riesgos que puedan presentarse. presentarse. !stas medidas implican implican la elecció elección n adecuad adecuada a de los elemento elementos s preven preventivo tivos s que hagan hagan a las instalac instalacione iones s eléctricas fiables y seguras, tanto para las personas como para ellas mismas.

Origen del Riesgo para las Personas La instalación eléctrica interior dejar de ser segura para las personas en dos casos# 1.- Cuando la persona entra en contacto directo con directo con un conductor energizado, o con una parte de la instalación instalación que esté energizada, ya sea por negligencia negligencia propia o por mala protección de las partes vivas de la instalación.

$.% &uand &uando o una una pers person ona a entra entra en contacto indirecto indirecto con una carcaza metlica puesta accidentalmente bajo tensión.

os contact contactos os acciden accidental tales es del tipo tipo indire indirecto cto,, son los m!s di"#ci di"#ciles les de preven prevenir ir,, puesto que no ocurren por negligencia del usuario, sino por una "alla de la instalación, por lo tanto, son di"#cilmente evita$les sin precauciones tomadas anteriormente en el dise%o y la mantención de la instalación.

La soluc solución ión ms recome recomend ndab able le para para evita evitarr el conta contacto cto desc descrit rito o anteri anteriorm orment ente, e, es la instalación de dispositivos diferenciales en la instalación, asociados estos a una buena puesta a tierra.

Área Electricidad – Electrnica y Teleco!unicaciones

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Contacto Directo La 'orma '&( !lec )*+) en el capítulo , sección .-.$, indica que se entender que una persona queda sometida a una tensión por contacto directo, cuando toca con alguna parte de su cuerpo, una parte del circuito que en condiciones normales esta energizada !n el contacto directo se distinguen dos tipos uno denominado persona aislada del suelo, y el otro, el no aislado del suelo.

Persona Aislada del Suelo !l caso corresponde a una persona que establece contacto entre el neutro y la fase de la instalación, estando aislada de tierra. /ealmente es el caso ms desfavorable, ya que el individuo se comporta como una resistencia ms al paso de la corriente, debido a lo cual, esta falla no es vista como un corto circuito desde el punto de la protección termomagnética, ni como una fuga de corriente desde el protector diferencial, ya que la corriente hacia tierra es prcticamente ine0istente al estar el individuo asilado.

1eg2n se muestra en la figura, si consideramos al utilizador como una resistencia de 3--- 45hm 6 4seg2n normativa nacional de 7.8.6, y que el potencial de contacto entre ambas manos es igual al de la red de alimentación# $$- 496, podría circular por su cuerpo 4seg2n la ley de 5hm6, una corriente de hasta :3,3 4m;6 en el mejor de los casos, y que dependiendo del tiempo de e0posición a ella, podr ocasionar serias consecuencias.

!n el prrafo anterior se menciono "en el mejor de los casos" , esto es con respecto a la resistencia del individuo que entra en contacto, debido a que la resistencia del cuerpo humano depende de m2ltiples factores, pudiendo ser desde los <-- 4 6 hasta los )--- 45hm 6. 

!n este tipo de contacto, la protección deber ser solo preventiva, tal como# aislamiento de las partes activas, o instalar las partes energizadas en una envolvente que impida el contacto 4como es el caso de los tableros eléctricos6, o la utilización de tensiones e0trabajas, lo cual no es siempre posible.


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!n el caso de aislamiento de las partes activas, tenemos el claro ejemplo de las tomas de corriente 4enchufes6, con alvéolos protegidos para el sector domiciliario. 5tro ejemplo es el de los bornes de los interruptores termomagnéticos y diferenciales, y en general, de todos los elementos que pueden ser energizados en un tablero.

Persona No Aislada del Suelo "or norma, tanto a escala nacional como internacional, la red de distribución que alimenta las instalaciones interiores debe tener el neutro aterrizado a distancias no superiores a doscientos metros. 1i consideramos un contacto directo del utilizador con un conductor de nuestra instalación, se generar un flujo de corriente a través de él, que se cerrar por la tierra con el neutro de la distribución, el cual est aterrizado. !n este tipo de contacto, el cuerpo del utilizador se comporta también como una resistencia al paso de la corriente, con la diferencia que al cerrar el circuito por tierra y no directamente por el neutro de la instalación, se est produciendo lo que denominamos =corriente de fuga=.

!n el caso mostrado en la figura, los parmetros mencionados en el tipo de contacto anterior 4persona aislada del suelo6, se mantienen, por lo que las lesiones o consecuencias de éste, son también proporcionales al tiempo de contacto.

Los métodos de protección para estos contactos pueden ser los mismos empleados en el caso de persona aislada de tierra, o la utilización de alg2n mecanismo de descone0ión automtica que funcione ante corrientes de fuga.


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Contacto Indirecto !ste tipo de contacto es realmente peligroso debido a que no se puede prevenir por parte del usuario, ya que corresponde al resultado de una falla interna de los equipos eléctricos.

La 'orma '&( !lec )*+) en el capítulo , sección .-.3, indica que se entender que una persona esta sometida a una tensión por contacto indirecto, cuando toca con alguna parte de su cuerpo una parte metlica de un equipo eléctrico, que en condiciones normales est desenergizada pero en condiciones de falla se energiza.

!n el caso de la figura, si ocurre que tenga una falla franca de fase a masa, la carcaza se energizar respecto de la tierra a un potencial de $$- 496, en el peor de los casos.

;l tocar la carcaza un individuo que tenga una resistencia corporal de 3--- 4> 6 4incluidos sus zapatos6, pasar por él, una corriente de :3,3 4m;6, que seg2n lo revisado anteriormente, puede llegar a ser muy peligrosa si el tiempo de e0posición es muy prolongado.

Los métodos de protección contra contactos indirectos son muy variados, clasificndolos la 'orma '&( !lec )*+) como sistemas clase ; y sistemas clase 7.


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Par!metros que Inciden en un &ccidente 'léctrico !0iste una serie de parmetros que incidirn en un caso de riesgo de electrocución. 1i consideramos que el utilizador se encontrar e0puesto a una cierta tensión de contacto, durante un tiempo determinado, circulara por su cuerpo una cantidad de corriente que estar acotada por la resistencia corporal del individuo.

8endremos entonces que el riesgo de electrocución depender de# - Corriente que circula por el cuerpo y tiempo de e(posición.

% 8ensión aplicada al cuerpo.

-

/esistencia del cuerpo.

Corriente que Circula por el Cuerpo y Tiempo de Exposición Dependiendo de la amplitud de la corriente eléctrica que circula por el cuerpo de una persona que est sometida a un contacto eléctrico, y del tiempo de e0posición a este, los efectos sobre el individuo pueden ser imperceptibles, o bien, mortales. La norma ?!& ):%@, estableció zonas de riesgo, en función de la magnitud de la corriente, y el tiempo de e0posición a esta. !stas zonas de riesgo son mostradas en la siguiente grfica#


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a. Zona 1. )o se aprecia *a$itualmente ninguna reacción, de$ido a que no se perci$e el paso de la corriente.

b. Zona 2. 'n esta zona comenzamos a perci$ir el paso de la corriente como un leve cosquilleo, que no de+a ningn e"ecto psicológico grave como secuela. e considera esta curva como el limite in"erior de la corriente P"isiopatológicamente peligrosa.

c. Zona 3. 'n esta zona *a$itualmente no e(iste ningn da%o org!nico. '(iste pro$a$ilidad de contracciones musculares y de di"icultades de respiración tam$ién pertur$aciones reversi$les en la "ormación y propagación de impulsos al corazón, comprendida la "i$rilación auricular y paros temporales del corazón, sin "i$rilación ventricular, aumentando con la intensidad de la corriente y el tiempo.

d. Zona 4. &dem!s de los e"ectos de la zona /, e(iste la posi$ilidad de "i$rilación ventricular. Podr!n producirse e"ectos patológicos como paro cardiaco y paro respiratorio ocasionado por la tetanización o quemaduras graves. Cave se%alar que a mayor corriente de circulación por el cuerpo *umano, menor es el tiempo de e(posición a esta corriente.

Tensión Aplicada al Cuerpo &omo la corriente que circula por el cuerpo es dependiente del nivel de tensión, una de las medidas para disminuir o eliminar los efectos daAinos de la corriente, es controlar el potencial de contacto. La 'orma '&( !lec )*+) en el capítulo , sección .-.B.3, indica que B< 496 es el m0imo nivel de potencial que un individuo puede soportar en lugares secos, mientras que en lugares h2medos, este potencial es de $) 496. Los dos niveles de tensión indicados anteriormente se denominan tensiones de seguridad.


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Resistencia del Cuerpo La resistencia corporal que presenta un individuo cuando est sometido a un potencial de contacto, provocara que circule por él un determinado valor de corriente, al que puede, o no, ser fatal. La resistencia de un individuo es altamente variable, debido a que depende de m2ltiples factores, tales como los indicadas a continuación#

a6 !spesor, estado de humedad y contenido salino de la piel. La resistencia aumenta con el espesor de la piel 4callosidad6, disminuye con la humedad 4transpiración6, disminuye con la salinidad 4alteración nerviosa6. b6 "resión y rea de contacto. 1i aumenta la presión y el rea de contacto, disminuye la resistencia de la piel. La e0cepción la constituye la presencia de e0tremos puntiagudos, que pueden perforar la piel, llevando el valor de resistencia de esta, a cero. c6 ?ntensidad del campo eléctrico, forma e intensidad de la corriente. La intensidad del campo eléctrico y el valor de la tensión 4que es un parmetro dependiente de ella6, afectan directamente la resistencia de la piel que se comporta como un aislante, pudiendo por lo tanto, producirse la ruptura del dieléctrico en caso de tensiones superiores al valor nominal de soporte. "ara valores inferiores a B< 496, no se presenta la ruptura, por lo que el comportamiento de la resistencia de la piel ser lineal, dependiendo solo de los factores mencionados en los puntos a y b. !ntre +< y @<- 496, comienzan a tomar importancia la forma, intensidad, densidad y duración de la corriente que circula por el cuerpo. "ara tensiones entre @<- y $<- 496, el dieléctrico de la piel seca se rompe en pocos segundos y en caso de piel h2meda, se rompe en forma casi instantnea. !s importante mencionar que una vez que la corriente circula por el cuerpo, se producirn internamente efectos de elevación de temperatura y cambios en el balance electrolítico, logrando que aumente la conductividad corporal. "ara tensiones sobre $<- 496, la resistencia de la piel se hace cero y la resistencia corporal estar dada solo por la resistencia interna 4entre <-- y :<- > 6.


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0edidas de Protección Contra Contactos irectos La 'orma '&( !lec )*+), entrega en el capitulo , sección .@, estas pautas, indicando que se considerara suficiente protección contra los contactos directos con partes energizadas que funcionen a mas de B< 496, la adopción de una de las siguientes medidas# Colocación de las partes energizadas "uera de la zona alcanza$le 23,4 mts so$re n.p.t. y 1,5 mts por de$a+o del n.p.t.6. 7n.p.t. 8 nivel de piso terminado9 •

Colocar partes activas en $óvedas o recintos accesi$les a personal cali"icado solamente. •

eparar partes energizadas mediante re+as, ta$iques o similares para que solo personal cali"icado tenga acceso a ellas. •

Recu$rir partes energizadas con aislantes apropiados, capaces de conservar sus propiedades a través del tiempo y que limiten las corrientes de "uga a valores no superiores a 1 2m&6 2las pinturas, $arnices o laca y similares no se consideraran apropiados6. •

'n general, las medidas adoptadas para evitar la ocurrencia del denominado contacto directo son solo preventivas, y ser!n e"icaces si el o los usuarios de las instalaciones, cumplen con el régimen de seguridad necesario para evitar este tipo de contacto.

0edidas de Protección Contra Contactos Indirectos La 'orma '&( !lec )*+), en el capitulo , sección .$, indica que la primera medida es evitar que estos contactos se produzcan, por medio de conservar la aislación de la instalación en sus valores adecuados 4mínimo 3-- C> para instalaciones hasta $$- 9 y para tensiones superiores, @ C> por 9olt en instalaciones de hasta @-- mts. sobre @-- mts. la instalación debe separarse en e0tensiones no superiores a este valor, cada uno de los cuales deber cumplir con el valor de resistencia de aislación prescrito.

8ambién la 'orma habla de medidas complementarias, y las clasifica en medidas clase ; y 7.


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Medidas de Protección Clase A Las medidas de protección clase ;, persiguen suprimir el riesgo mismo, haciendo que los contactos no sean peligrosos, o bien impidiendo los contactos simultneos entre las masas y elementos conductores entre los cuales puedan aparecer tensiones peligrosas. La 'orma '&( !lec )*+) establece las siguientes medidas de protección clase ; # 'mpleo de trans"ormadores de aislación. 'mpleo de tensiones e(tra$a+as. 'mpleo de do$le aislación. 'mpleo de cone(iones equipotenciales. • • • •

Empleo de Transformadores de Aislación &onsiste en transformar un sistema eléctrico conectado a tierra de servicio, en un sistema aislado de tierra, intercalando un transformador cuya razón de transformación es @#@, y no conectando su secundario a tierra. n resultado similar se obtiene no conectando a tierra el neutro de un transformador de distribución. !ste sistema es eficaz cuando hay un 2nico aparato fallado por ello se debe usar en instalaciones con muy pocos puntos de consumo. !ste sistema pierde su eficacia para fallas dobles o m2ltiples. La debilidad de este sistema se la puede superar utilizando detectores de fugas y de fallas de aislación, pero su elevado costo impide su utilización intensiva.

Empleo de Tensiones Extraa!as &onsiste en alimentar las instalaciones con tensiones de un valor lo suficientemente bajo como para poder ser tocadas directamente sin que e0ista riesgo 4@$ 9 ó $) 9, por ejemplo6. !ste método es aplicable en una cantidad muy restringida de casos, y en general, para potencia pequeAas, puesto que e0ige grandes secciones de conductores. 1u desventaja principal es que es económicamente inconveniente como método de protección.

Empleo de Dole Aislación &onsiste en recubrir las carcazas metlicas con materiales aislantes o construir carcazas no conductoras. "or la tecnología disponible es solo aplicable a artefactos electrodomésticos o, a mquinas herramientas porttiles. 1u elevado costo hace inaplicable su uso intensivo.


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Empleo de Conexiones Equipotenciales &onsiste en interconectar todas las partes metlicas, como tuberías metlicas de agua potable, gas, canalizaciones eléctricas, partes principales, etc. con el objeto de evitar que entre ellas aparezcan diferencias de potencial. !ste método sirve solo como solución a problemas locales necesita operar combinadamente con otros métodos de protección. (ay serias dificultades para evitar que una elevación de potencial de la unión se transfiera a puntos remotos.

Medidas de Protección Clase " Las medidas de protección clase 7, persiguen principalmente cortar el suministro eléctrico de la instalación, o del sector en donde se produjo el defecto, para evitar que una persona quede sometida a un potencial peligroso durante un tiempo superior al normalizado. La 'orma '&( !lec )*+) establece las siguientes medidas de protección clase 7# ispositivos autom!ticos de corte por corriente de "alla asociados con puesta a tierra de protección. •

•

)eutralización.

Dispositi#os Autom$ticos de Corte por Corriente de %alla Asociados con Puesta a Tierra de Protección &onsiste en unir a una puesta a tierra las carcazas metlicas de los equipos que se quieren proteger, y la protección de los circuitos mediante un dispositivo de corte automtico sensible a las corrientes de falla, el que desconectar la instalación o equipo fallado. 1eg2n dicta el reglamento eléctrico nacional, para la aplicación de este sistema, se debern cumplir ciertas condiciones, dependiendo de si la instalación tiene, o no, el neutro conectado directamente a tierra.

&nstalaciones Con Neutro a Tierra 'TT ( &onsiste en tener una red de alimentación compuesta de un transformador en cone0ión delta E estrella aterrizado 4tierra de servicio del sistema6, y el neutro de la instalación también aterrizado 4tierra de servicio de la instalación6. !l conductor de protección de la instalación también va aterrizado, pero separado de la tierra de servicio de la instalación 4tierra de protección de la instalación6.


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Las condiciones que debe cumplir este sistema de protección son las siguientes# a corriente de "alla producto de una perdida de aislación de$er! tener una magnitud tal que asegure la operación del dispositivo de protección en un tiempo no superior a 4 segundos. •

:na masa cualquiera no puede permanecer con relación a una toma de tierra, a un potencial que e(ceda el valor de seguridad prescrito en la )C; 'lec <=><, cap#tulo ?, sección ?.5.@./. •

Aodas las masas de la instalación de$en estar conectadas a la misma toma de tierra. •

La primera condición que impone este sistema, es la ms difícil de cumplir, cuando el corte de suministro de la instalación o equipo en falla, depende de un dispositivo de corte automtico operado por corriente de falla. !s importante indicar que los dispositivos de corte automtico pueden ser disyuntores termomagnético, o bien, protectores fusibles. ;ctualmente las instalaciones interiores estn siendo protegidas por disyuntores termomagnéticos, razón por la cual, el anlisis de verificación del cumplimiento de la primera condición indicada en este punto 4tiempo de despeje no superior a < segundos6, se realizar en función de éstas protecciones. ;nte una falla de aislación la persona va a quedar e0puesta a una cierta tensión de contacto, que no debiera ser mayor a la tensión de seguridad.


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*#

1i suponemos que la instalación cuenta con un protector termomagnético monopolar de @B 4;6 * & * @- 4C;6, este necesita una corriente de B- 4;6 para que desconecte en < seg. 4seg2n curva característica de operación6, por lo tanto, si efectuamos la relación por ley de 5hm considerando una tensión de seguridad de $) 496, y la corriente de B- 4;6, tenemos que para que opere el termomagnético, ser necesario que la resistencia de tierra no supere los -,) 4> 6, valor que en la prctica resulta imposible de lograr a un costo adecuado.

&omo en la prctica no se cumple con el valor m0imo de la resistencia de puesta a tierra, la norma '&( !lec )*+) no dice que se podrn utilizar como dispositivos asociados a los de corte automtico los protectores diferenciales. !n este caso, al utilizar un protector diferencial la resistencia m0ima del sistema de puesta a tierra se podr determinar, y no deber ser mayor, que la relación 4ley de 5hm6, anteriormente descrita. La 2nica diferencia al aplicar la ley de 5hm, es que el valor de corriente a utilizar deber ser el de la corriente de sensibilidad del protector diferencial, bajo esta condición y al utilizar un protector diferencial de 3- 4m;6, el valor m0imo de la resistencia de la puesta a tierra no deber e0ceder los +-- 4> 6, valor que es ms real que el caso anterior. (ay que considerar que el tiempo de operación de los diferenciales esta normalizado, y no puede e0ceder de 3-- 4ms6, adems, que en forma general, estos dispositivos funcionan para tiempos inferiores a los )- 4ms6, tiempo varias veces menor que el establecido en la norma. 1eg2n la información anterior, vemos claramente que en este caso, este sistema de protección por si solo no brinda el grado de protección adecuado, mientras que si le incluimos un protector diferencial 4quien debe cortar suministro en caso de falla y no el termomagnético6, el sistema mejora considerablemente, aunque la resistencia de tierra sea ms elevada.

&nstalaciones con Neutro %lotante '&T( !ste sistema es solo aplicable a instalaciones interiores que cuenten con un transformador particular, es decir solo es aplicable a clientes denominados de ;.8. !l sistema consiste en tener el punto estrella del secundario del transformador aterrizado a través de una impedancia de un valor elevado y el conductor de protección de la instalación también conectado a tierra. ; diferencia del sistema anterior, el neutro no se vuelve a aterrizar en el tablero de la instalación. Las condiciones que debe cumplir este sistema son las mismas indicadas para el caso anterior. !n el caso donde no se pueda cumplir la primera condición, debern cumplirse las siguientes otras condiciones#


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*$

e$er! e(istir un dispositivo autom!tico de se%alización que muestre cuando se *aya presentado una nica "alla de aislación en la instalación. •

'n caso de "allas simult!neas que a"ecten la aislación de "ases distintas o de una "ase y neutro, la separación de la parte "allada de la instalación de$e asegurarse mediante dispositivos de corte autom!tico que interrumpan todos los conductores de alimentación, incluso el neutro 2es decir protecciones tetrapolares en caso tri"!sico y $ipolares en el caso mono"!sico6. •

e puede comprender de la "igura anterior, que este sistema se $asa en el principio de que al estar aislados lo neutros de la alimentación y de la carga, al e(istir una "alla de aislación, no *a$r#a corriente de "uga que cierre el circuito por tierra, con lo cual, realmente la "alla se evita.

na primera falla de aislación no hace operar las protecciones, manteniéndose la continuidad del servicio. Los conductores activos del sistema no presentan tensión respecto a tierra, luego, una falla a masa no energiza la carcaza del equipo fallado, con la consiguiente disminución de riesgos para usuarios y operarios. 8odas las ventajas mencionadas, desaparecen cuando se presenta una segunda falla de aislación, puesto que el sistema aislado se convierte en puesto a tierra al ocurrir la primera falla. Los dispositivos que permiten el funcionamiento del sistema, corrigiendo o detectando oportunamente estas anomalías, tienen un elevado costo propio y de instalación. ;l realizar la protección del usuario mediante los disyuntores termo magnéticos, se debe tener en cuenta que si las masas metlicas estn interconectadas, la corriente del segundo defecto se convierte en una corriente de corto circuito 4bifsico o monofsico6. 1i esta corriente es mayor a la corriente de desenclavamiento del magnético, el disyuntor operar. !n caso contrario la falla persiste. /ecordemos que la corriente de falla esta relacionada con la impedancia de falla en forma inversa 4ley de 5hm6, por lo tanto esta corriente variar dependiendo de la longitud y sección de los conductores, es decir, la protección termomagnética funcionar solo si la longitud y sección de los conductores es la adecuada. ;l utilizar un protector diferencial, se asegura la descone0ión inmediata al segundo defecto, solo necesitar una corriente que sea igual a su sensibilidad. 9erificamos una vez ms que es la protección diferencial la que nos asegura la protección adecuada de los usuarios de las instalaciones eléctricas.


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*%

!n el desarrollo de la información de los prrafos anteriores, se indico que las deficiencias de los sistemas nombrados se superaban con el uso de protectores diferenciales, elementos que la normativa nacional clasifica como dispositivos asociados a los de corte automtico. 8ambién la normativa indica que otros dispositivos asociados a los de corte automtico pueden ser los protectores de tensión, los que son dispositivos que abren un circuito en falla, cuando se eleva el potencial a tierra sobre el valor de tensión de seguridad. Los protectores de tensión son de uso muy poco frecuente en nuestro "aís, debido a que presentan algunos problemas como los detallados a continuación# '(iste la posi$ilidad de que se puentee la $o$ina de desenganc*e de+ando inoperante el protector. •

)ecesita una tierra au(iliar totalmente independiente de otras puestas a tierra, lo que no siempre es posi$le o$tener. •

Pueden circular corrientes de "alla relativamente altas sin que se alcance el valor de tensión que *aga operar el protector. '(iste riesgo de incendio. •

•

o$ré tensiones transitorias pueden da%ar la $o$ina de operación.

/especto a las protecciones diferenciales, estas sern descritas ms adelante.

Neutrali)ación 'TN( 'ste sistema consiste en unir las masas de la instalación al conductor neutro, de "orma tal que las "allas "rancas de aislación se trans"ormen en un cortocircuito "ase B neutro, provocando la operación de los aparatos de protección.

!ste sistema presenta dos posibilidades, seg2n si el neutro y el conductor de protección son uno solo 48'&6, o si éstos estn separados 48'16.

'acionalmente, este sistema de 'eutro se conoce como el de 'eutralización para &lientes con !mpalme de 78. 1i analizamos la figura anterior, podremos darnos cuenta que este sistema de neutralización, presenta principalmente el problema de que deja de ser eficaz cuando se corta la neutro, puesto que las carcazas quedan con la tensión de fase.


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*&

La norma nacional, respecto al problema anterior, indica lo siguiente# Para clientes con empalme en A, el conductor de protección se conectar! al neutro en el empalme, de$iendo adem!s, asociarse el sistema de neutralización a otro sistema de protección contra contactos indirectos que garantice que no e(istir!n tensiones peligrosas en un eventual corte de neutro de la red de distri$ución. 'l sistema A) es denominado en nuestro Pa#s, como )eutralización para Clientes con 'mpalme de &A. •

!ste sistema, a diferencia del anterior, supera el problema producidos por el corte del neutro, sin embrago, e0iste riesgo de incendio por la circulación de altas corrientes a través de las carcazas de la instalación, frente a una fuga primaria. La norma nacional respecto a este sistema, indica lo siguiente# - Para clientes con empalme en &A, el conductor de protección se conectar! directamente al $orne neutro del trans"ormador o la puesta a tierra de servicio del mismo. 'n este caso la resistencia de la puesta a tierra de servicio podr! ser como m!(imo de 35 2D 6. as condiciones generales que se de$en cumplir en el sistema de )eutralización segn nuestra reglamentación nacional, son las siguientes8

% !l conductor neutro se pondr a tierra en la pro0imidad de la subestación, en distintos puntos de la red a distancias no superiores a $-- mts. y en los e0tremos de líneas. 'o se podr usar la puesta a tierra de protección de ;8 en la subestación como puesta a tierra de servicio deber e0istir una separación mínima de $- mts. entre ambas puestas a tierra. - La resistencia total entre todas las puestas a tierra indicadas anteriormente no deber e0ceder de $ 4> 6

-

La resistencia de las puestas a tierra de servicio situadas en las pro0imidades de la subestación, así como las de los 2ltimos $-- mts. de los e0tremos de una línea, no deber e0ceder los < 4> 6.

-

Los dispositivos de protección debern ser disyuntores o fusibles.

-

La corriente de falla en el punto asegurar una operación de las protecciones en un tiempo no superior a < segundos.


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*'

-

8odas las carcazas de los equipos debern estar unidas a un conductor de protección, el que estar unido al neutro de la instalación.

-

La sección del conductor de protección ser igual a la del neutro.

-

!l conductor de protección ser aislado y de iguales características que el neutro.

a misma norma al "inal de esta sección 2?.3.E.4, cap#tulo ?6, recomienda emplear este sistema de neutralización con interruptores di"erenciales de alta sensi$ilidad, e"ectuando la unión entre el neutro y el conductor de protección antes del di"erencial.

Protectores i"erenciales Los protectores diferenciales son elementos destinados a abrir el circuito de alimentación a un equipo, cuando a través de una falla de aislación, circulen corrientes de valores que signifiquen riesgo para una persona que eventualmente pueda tocar el equipo fallado. 1on de elevada sensibilidad de modo que se pueden regular a valores de corrientes tan pequeAos como se quiera, las sensibilidades ms utilizadas son de# @-, 3- y 3-- 4m;6. "or su sensibilidad evitan totalmente el riesgo de incendio, puesto que las corrientes de falla no pueden alcanzar valores ni siquiera medianos. 1us 2nicas posibilidades de falla son que se trabe el mecanismo de operación y en el caso de los diferenciales de ms de 3-- 4m;6, que se corte el conductor de puesta a tierra.

Principio de %uncionamiento

!sicamente el di"erencial detecta corrientes de "uga producidas por alguna "alla de aislación. &l detectar que la corriente entrante al sistema no es igual a la saliente, signi"ica inmediatamente para el di"erencial una "uga, ante la cual de$e operar. 'l protector di"erencial, presenta principalmente tres varia$les de "uncionamiento, las cuales son8


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*(

1.

Corriente de funcionamiento (I S ). &orresponde a la corriente de sensibilidad del diferencial, a la cual debe operar en todos los casos .

2.

&orresponde a la corriente a la cual Corriente de no funcionamiento (I N /2). el diferencial no debe operar en ning2n caso, y es igual a la mitad del valor de la corriente de funcionamiento.

3. Tiemo de funcionamiento (t). !s el tiempo en el cual, a la corriente de funcionamiento, debe operar el diferencial. "or norma este tiempo no debe e0ceder de 3-4ms6 en la realidad, este tiempo no e0cede jams de los )- 4ms6.

Tipos de Protectores Diferenciales !n el mercado eléctrico e0isten diferentes tipos de protectores diferenciales, cada uno de ellos, adecuado para una aplicación en particular. Dentro de los tipos de diferenciales, podemos nombrar los siguientes# Interruptores i"erenciales Aradicionales. •

•

Interruptores i"erenciales con <o Poder de Inmunización.

•

locF i"erenciales.

•

isyuntores i"erenciales.

•

Relés i"erenciales.

&nterruptor Diferencial Tradicional !ste dispositivo comprende la función diferencial y la de interrupción, por medio del mecanismo de detección y el mecanismo de apertura, que le permite operar sobre si mismo.

1e les llama interruptores diferenciales tradicionales, debido a que su utilización est referida a cargas clasificadas como lineales, es decir, cargas que no alteran la onda de alimentación sinusoidal de la seAal alterna de alimentación, en otras palabras, consumos que no contienen elementos del tipo semiconductores 4diodos, triacs, etc.6.


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*)

La norma internacional ?!&, clasifica a estos diferenciales como clase ;&, es decir, dispositivos diferenciales solo sensibles a corrientes de fuga del tipo alterna. 5tra innovación en estos interruptores diferenciales, es que traen incorporados la protección contra disparos intempestivos, los que aseguran la continuidad de servicio frente perturbaciones tanto internas como e0ternas del sistema eléctrico. 8ambién es importante seAalar que gracias a las características anteriormente indicadas, se evita que los diferenciales no operen frente a un defecto de aislación, debido a que una perturbación e0terna o interna puede provocar el denominado cegado del elemento diferencial. !sto es importante si consideramos que el diferencial est indicado para proteger la vida de los usuarios de las instalaciones eléctricas.

&nterruptor Diferencial con Alto Poder de &nmuni)ación '*pi(

y

!stos dispositivos, al igual que los anteriores, comprenden la función diferencial la de interrupción.

!stos dispositivos, tienen la facultad de poder soportar cargas del tipo no lineal, como ser# computadores, variadores de frecuencia, alumbrado fluorescente con ballast electrónicos, etc., cargas que provocan falsas operaciones en los dispositivos diferenciales tradicionales. La norma internacional ?!&, clasifica a estos dispositivos diferenciales como clase ;, es decir, elementos que son capaces de detectar corrientes de falla sinusoidales y corrientes de falla con componente continua, como las generadas por los tiristores, triacs, amplificadores, etc. ;l igual que los diferenciales anteriores, estos son capaces también de evitar disparos intempestivos y cegado del elemento diferencial. 5tra gran ventaja de estos diferenciales, es que pueden trabajar con temperaturas de hasta E$< F&. 1i consideramos que los diferenciales tradicionales operan en lugares con temperaturas de hasta E

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locF i"erencial

!ste aparato incorpora solo el toroide de detección y el sistema de envío de seAal de defecto. 'o opera sobre si mismo 4no permite seccionamiento directo6, si no que envía la seAal de apertura a un disyuntor al cual se ha acoplado en forma directa.

!l disyuntor de acoplamiento utilizado para este tipo de diferenciales debe ser en el caso monofsico de dos polos 4bipolar6, y para el caso trifsico, cuatro polos 4tetrapolar6. !stos dispositivos son clase ;&, por lo tanto sus características principales son similares a lo indicado para el interruptor tradicional.

Disyuntor Diferencial !stos dispositivos que tienen clasificación ;&, unen en un solo elemento la función termomagnética y la función diferencial, es decir, protegen a las instalaciones y los usuarios de estas, en forma conjunta.

Rel+ Diferencial !ste tipo de protección se constituye de un toroide sensor de corriente de defecto, el que est separado físicamente del elemento de envío de seAal de apertura. Las líneas a censar pasan por dentro del toroide. ;l e0istir una falla, el toroide envía una seAal al relé 4que se encuentra a cierta distancia dentro del tablero6. !l relé a su vez, envía una seAal de apertura a un interruptor automtico aguas arriba de la falla, por medio de un contacto au0iliar y el automtico opera despejando la falla. !ste relé tiene la opción de poder variar su tiempo de operación y su corriente de sensibilidad.


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Corriente de Ruptura del Diferencial La norma ?!& @--+ establece que el poder de ruptura diferencial, es el valor de la componente alterna de la corriente diferencial que un protector diferencial puede soportar durante su tiempo de apertura e interrumpir bajo condiciones prescritas. Luego de la apertura el diferencial debe quedar operativo. !n este caso, la corriente diferencial corresponde a la corriente de cortocircuito que est pasando por el toroide de detección. !n la prctica este caso se puede dar cuando# Aenemos una "alla "ranca de aislación y la carcaza queda energizada con la tensión de "ase. •

'stamos en un sistema de neutralización y la cone(ión de la carcaza al neutro se *a desconectado. •

•

e produce una corriente de corto circuito que circula a través del

di"erencial. 'l poder de ruptura de los di"erenciales es $a+o 21455 &6, pero su$e notoriamente asoci!ndolos a los disyuntores.

Selecti#idad Diferencial &omo partida para el anlisis de la selectividad en la utilización de los dispositivos diferenciales, recordemos que los diferenciales tienen tiempos constantes de desenclavamiento, independiente de su sensibilidad. Lo anterior es un hecho real, ya que los fabricantes se ciAen a las normativas internacionales respecto a este punto, y dan tiempos iguales de desenclavamiento a todos los diferenciales, sin importar su sensibilidad. Ga se ha mencionado que por norma los diferenciales debern operara en un tiempo m0imo de 3-- milisegundos. 'ormalmente todos estn regulados para su operación en tiempos inferiores a )- milisegundos. "or ejemplo, para el caso de la figura, si la corriente de defecto en el punto de falla supera la sensibilidad del diferencial que est aguas arriba en la instalación 4H3-- m;6, en un instante 4no gradual, si no instantneo6, desconectarn los dos diferenciales al mismo tiempo, o en tiempos diferentes pero en forma aleatoria.


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Condiciones de Selecti#idad 1olamente se puede establecer una selectividad diferencial, en las dos condiciones siguientes# 1. i la corriente de de"ecto es mayor que la sensi$ilidad del di"erencial que protege el punto 2II6, y menor que la corriente de no "uncionamiento del di"erencial instalado aguas arri$a 2II6. ,- . & % . /0- mA

!ste caso se cumple en forma muy espordica y aleatoria, por lo que no nos da ninguna seguridad de funcionamiento en todos los casos de falla.

3. 1i instalamos un diferencial selectivo 4retardado6, aguas arriba del punto de protección por diferencial sin retardo.

!ste tipo de selectividad por tiempo, es ms seguro ya que funciona en todos los casos de falla. !n nuestro caso, solo podemos lograr el retardo si utilizamos los relés diferenciales. t op & 1 t op && 'n "orma general8 Los diferenciales tienen tiempo de desencla#amiento constante2 independiente de su sensiilidad3

Conexionado del Protector Diferencial !n ocasiones, producto del desconocimiento de la instalación correcta del diferencial, suceden problemas del tipo no%operación del dispositivo, lo que puede acarrear consecuencias peligrosas para los usuarios de las instalaciones.


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na de los errores comunes en la instalación del protector diferencial, es el mostrado en la siguiente figura#

!sta forma de conectar el protector diferencial monofsico no es correcta, debido a que la corriente del neutro no pasa por el diferencial. !n esta condición, el diferencial opera sin e0istir falla. La forma correcta de instalación, sería la indicada en la siguiente figura#

!n este caso anterior, las corrientes de fase y neutro pasan por el diferencial. !ste opera sólo al e0istir una fuga superior a su umbral. !n el sistema de alimentación trifsica mostrado en la siguiente figura, el relé diferencial opera al momento de funcionar el motor monofsico. 7ajo esta condición, este dispositivo de protección se encuentra mal conectado 4no e0iste cone0ión entre el toroide de detección del diferencial, con el neutro de la instalación6.

Lo correcto en el caso anterior, sería que por el toroide de detección pase el conductor neutro de la instalación.


Guía de Diferenciales

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