¿Qué es el interruptor diferencial y cómo usarlo?

Todo el equipo utilizado en una planta o construcción debe tener protección contra descargas eléctricas. Una forma de brindar protección contra descargas eléctricas es asegurarse de que todos los equipos eléctricos reciban electricidad a través de un interruptor diferencial. En este artículo encontrará las mejores prácticas de selección e implementación de los interruptores diferenciales.

¿Qué es el interruptor diferencial?

El interruptor diferencial, también conocido como dispositivo de corriente residual, es un dispositivo que ha sido exclusivamente diseñado para proteger a las personas contra descargas eléctricas o máquinas contra incendios en una instalación.

Nota: Hay mucha gente que todavía está confundida sobre la función del interruptor diferencial y piensa que protege los cables. Esta función solo está destinada a interruptores automáticos.

¿Cuál es la composición interna del interruptor diferencial?

En la siguiente imagen No.1 podemos observar un interruptor diferencial monofásico de clase AC, que se compone de lo siguiente:

1. Toro magnético
2. Bobina de fase
3. Bobina de neutro
4. Electroimán

¿Cómo se comporta este interruptor diferencial?

Cuando se levanta la palanca del diferencial, el electroimán mantiene los contactos cerrados. El toro magnético y su bobina controlan la salida y la entrada de corriente. La corriente debe ser siempre la misma. Una vez que se genera la diferencia de corriente entre las líneas de fase y neutra, el electroimán deja de generar el campo magnético que hace que los contactos se abran y se baja la palanca.

Ejemplo:

Contamos con un equipo que requiere 5 amperios. 5 A ingresan al interruptor diferencial a través de la fase y la misma corriente se devuelve a través del neutro. Debido a que no hay diferencia entre la entrada y la salida de la corriente, el diferencial no se abrirá. Estos valores pueden comprobarse con la pinza amperimétrica. Cuando abrazamos ambas fases, debería salir 0. Sí, sale un valor superior a 0, significa que se está produciendo una fuga, por lo que el diferencial se abrirá, dependiendo de la sensibilidad del diferencial.

¿Cuáles son los tipos de protección de los interruptores diferenciales?

Veamos cómo los interruptores diferenciales nos protegen según las diferentes circunstancias de la vida real.

Contacto directo - descarga eléctrica recibida a través del contacto directo con la fuente.

Ejemplo: 1) Si hay un foco que está iluminando y que aún lleva corriente y tiene el  cable dañado. Si se toca, entrará en contacto directo con el cable. 2) Un niño que por curiosidad, mete los dedos en el tomacorriente.

Contacto indirecto - Descarga eléctrica recibida a través de un elemento conductor indirectamente.

Ejemplo: Estabas calentando el almuerzo en el microondas y cuando presionaste el microondas para que dejara de calentar, recibiste una descarga eléctrica.

¿Cuáles son los efectos de la corriente eléctrica en el cuerpo humano?

En la siguiente imagen No. 2 se puede apreciar los efectos de la corriente eléctrica en el cuerpo humano en relación con el tiempo de exposición.

La corriente máxima que puede manejar un cuerpo humano es de 30 mA. La descarga eléctrica es dañina y tiene graves consecuencias. Por esa razón, debe seleccionarse un interruptor diferencial con alta sensibilidad. Si la persona recibe una descarga igual o superior a 30 mA, se debe aperturar el diferencial para proteger a la persona.

Como se dimensionan interruptores diferenciales?

Es muy simple. El interruptor diferencial debe tener una capacidad de corriente igual o mayor que el interruptor automático ubicado aguas arriba. De esta forma garantizamos que el diferencial no se quemará.

Nota: Por razones de seguridad, los diferenciales siempre deben instalarse después del interruptor automático. Es posible instalar un diferencial antes del interruptor automático, pero recuerde: El diferencial no está diseñado para protección contra sobre corriente y cortocircuito que puede hacer que el diferencial se queme.

Ejemplo: En la imagen N ° 3 se aprecia un interruptor general de 32A y 4 circuitos derivados. Si decimos que el diferencial tiene que ser igual o mayor, podemos ver que estamos cumpliendo con la recomendación, porque todos los diferenciales son de igual o mayor capacidad de corriente. Veremos el primer circuito por el lado izquierdo. El circuito tiene un interruptor termomagnético de 25 A y un diferencial de 25 A. Si se requiere una carga mayor, por ejemplo 27 A, la carga pasa del transformador a través del interruptor general y luego se dispara el interruptor termomagnético de 25 A. De esta forma protegemos el diferencial en la instalación.

Recomendamos probar el funcionamiento correcto del interruptor diferencial presionando el botón de prueba. Si el diferencial funciona correctamente, presionando el botón se baja la palanca. En caso contrario, el diferencial está dañado y debe ser reemplazado. Esta prueba debe realizarse una vez al mes.

¿Cuáles son las clasificaciones de los interruptores diferenciales?

Dependiendo de la aplicación y las condiciones del entorno se utiliza un tipo de interruptor diferencial específico para garantizar la protección de las personas y la continuidad de servicio.

Clase AC  - Los interruptores diferenciales clase AC aseguran el comando y seccionamiento de los circuitos eléctricos así como:

• La protección de las personas contra los riesgos de descarga eléctrica (30mA)
• La protección de las instalaciones contra fallas de aislamiento y riesgos de incendio (300mA)
• Conforme con la norma internacional IEC 61008-1

Los interruptores diferenciales de la clase AC son estándar y los más utilizados. Se utilizan en distribución residencial o final. Ofrece la importante protección para las personas no solo en el ámbito residencial, sino también en el comercial y la industria.

Clase A  - Los interruptores diferenciales clase A se diferencia de los de Clase AC en que se utilizan un toroidal mejora, más energético, e incluye un bloque electrónico de detección de corrientes rectificadas o continuas pulsantes.

Hoy en día, todos los lugares cuentan con dispositivos electrónicos, que generan un efecto llamado armónicos. Estos armónicos distorsionan la onda sinusoidal.

Ejemplo : La oficina cuenta con 10 computadoras que están conectadas a la red de corriente alterna de 220V, pero las computadoras son dispositivos electrónicos y no funcionan con la corriente alterna que reciben. Deben convertir la corriente alterna (AC) en corriente continua (DC). Esta conversión genera impulsos de corriente. Este efecto se conoce como armónicos. Se prefiere el interruptor diferencial de Clase A ya que las computadoras tendrán fugas de corriente alterna con pulsos de DC.

Los interruptores diferenciales de la clase A se utilizan en el sector residencial e industrias (oficinas), donde no se conectan muchos dispositivos electrónicos como computadoras.

Clase A-SI (Superinmunizado)  - El "superinmunizado" es una patente de Schneider Electric. Los diferenciales "superinmunizados" de Clase A mejoran en gran medida la calidad de los diferenciales tradicionales. Se diferencian de la Clase A estándar en que cuentan con un toroide aún más mejorado, un bloque de filtro electrónico para altas frecuencias y una tecnología que permite acumular y disipar la energía para no sufrir daños en los conductores.

Ejemplo: La oficina cuenta con 15 computadoras y variadores de velocidad conectados a la red en la planta conectadas a la red de AC. Estos dispositivos electrónicos generan una distorsión de onda sinusoidal con niveles de frecuencia muy altos. El interruptor diferencial del Clase A no fue suficiente para la instalación ya que aún se estaba aperturando por este efecto. Por eso fue óptimo instalar el diferencial '' superinmunizado ''.

 

Clase B  - Los interruptores diferenciales de Clase B son ideales para su uso con cargadores de vehículos eléctricos (EV) trifásicos, para sistemas fotovoltaicos trifásicos, también se recomienda para proteger contra descargas eléctricas, debido al uso de convertidores DC / AC como variadores o sensores.

En general, todas las cargas que inyecten perturbaciones de DC o pueden generar frecuencias entre 16 y 4000 Hz en la red requieren de estos diferenciales de Clase B.

En la imagen No.5 puedes encontrar la tecnología de los diferenciales. Dependiendo de su clasificación, que ya hemos mencionado, diferenciales más sofisticados capaces de ofrecer mayores prestaciones y exigencias.

¿Qué son los armónicos en la red?

En la imagen No.6 tenemos una onda senoidal pura, este es el comportamiento de una corriente alterna, no tiene polaridad porque cambia de positivo a negativo, y de negativo a positivo todo el tiempo. 

La frecuencia de corriente alterna más demandada a nivel nacional es de 60 Hz, eso significa que por cada segundo se completan 60 ciclos. (Imagen No.7)

Los armónicos se producen por conectar cargas no lineales a la red, principalmente equipos electrónicos, que se alimentas de DC y que en el proceso de conversión de AC a DC ¿Pero qué pasa si comenzamos a inyectar las cargas eléctricas? Generan una distorsión de la onda senoidal y producen fugas transitorias de alta frecuencia o fugas permanentes. Ver imagen No. 8

¿Cuáles son el efecto de los armónicos?

Vamos a nombrar los efectos que pueden causar la presencia de armónicos en la red :

• Calentamiento anormal de los conductores
• Deterioro de transformadores.
• Mal funcionamiento de los equipos conectados a la red.
• Vibración en cuadros eléctricos y acoplamiento en redes de telefonía y datos.
• Disparos intempestivos de las protecciones termomagnéticas y diferenciales.

La solución para industrias y comercios que tienen muchos armónicos en la red es la implementación de un filtro reductor de armónicos Accusine +.

¿Cuáles son las distorsiones armónicas totales (THD) en comparación con las ideales?

• Alumbrado fluorescente, hasta un 26%
• Equipos de comunicaciones, hasta un 26%
• Controladores para edificios inteligentes hasta un 58%
• PC, impresoras, mini computadoras, etc., hasta un 124%
• Fuentes de energía interrumpida (UPS), hasta 26%

¿Cuál es la descripción de los interruptores diferenciales Acti 9?

¿Cómo lograr una coordinación total con los interruptores diferenciales?

No es cómodo si la instalación no ofrece una continuidad de servicio total.

Ejemplo: Tanto los tableros de distribución final como los tableros de alimentación secundaria, que alimentan otros tableros finales cuentan con los diferenciales de Clase AC con sensibilidad de 30mA. Si una persona recibe una descarga eléctrica, los diferenciales se aperturan en ambos tableros, se desconectan otros circuitos derivados a la instalación. Esto no permite la continuidad de servicio.

Diferentes sensibilidades y tiempos de apertura en diferentes niveles de la instalación pueden ofrecer la continuidad de servicio que queremos lograr. 

Los diferenciales cuentan con 3 tipos de retardo de disparo : Instantáneo, Selectivo[S] (60ms) y Retardo[R] (120ms) 

Ejemplo: Como se muestra en la imagen No. 11 En el tablero de distribución final, la instalación cuenta con un diferencial de 30mA con disparo instantáneo para proteger a las personas. En el tablero secundario de distribución aguas arriba, la instalación cuenta con un diferencial de 300 mA con disparo selectivo [S] que tarda más (60ms) en dispararse para evitar la desconexión del otro circuito aguas abajo. En el tablero general aguas arriba, la instalación tiene un diferencial de 1000 mA con Retardo[R] que se dispara incluso más tarde [150ms]. También apreciamos el tablero con diferencial de 100mA para aplicación de motor, donde solo personas calificadas tendrán acceso.

En la imagen No. 12 apreciamos una tabla de coordinación de protecciones de los diferenciales que nos mostrará cómo lograr la selectividad.

Las celdas verdes nos muestran que es posible lograr la coordinación total. Las celdas con guión significan que no es posible. Ejemplo: Si se  combina un diferencial instantáneo de 30 mA y un diferencial selectivo de 100 mA, lograremos la coordinación total. 

Ejemplo: En la imagen N ° 13, la instalación cuenta con un circuito derivado para tomacorriente, iluminación y computadoras. El circuito de tomacorriente utiliza el diferencial tradicional de clase AC con sensibilidad de 30mA para, al que se puede conectar fácilmente un televisor, frigorífico, lavadora, entre otros. Por otro lado, el circuito derivado para iluminacion  tiene el diferencial selectivo[S] '' superinmunizado '' con sensibilidad de 300mA ', ya que los fluorescentes están generando una inyección de armónicos en la red. El último circuito derivado para 10 computadoras cuenta con el diferencial "superinmunizado" de 30 mA para proteger la vida humana contra las fugas de AC y DC pulsantes.

Ya como conocemos todas las mejores prácticas de selección e implementación de los interruptores diferenciales, seremos capaces de construir un sistema eléctrico robusto, seguro para la vida humana y equipos según la necesidad de nuestro cliente o según la necesidad que necesita usted para su instalación.