dispositivos de protección (edebé)

u n i d a d d i d á c t i c a 5

Protección de las instalaciones eléctricas

¿Qué aprenderemos?Cuáles son los principales riesgos de la corriente eléctrica.

Qué dispositivos de protección se utilizan en las instalacioneseléctricas de interior.

Qué tipo de dispositivo utilizaremos en cada situación.

Cómo leer las curvas características de cada dispositivo.

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5.1.5.1. Introducción5.1.1.5.1.1. La importancia de la protección

en las instalaciones eléctricasComo has ido viendo a lo largo de todas las unidades, actualmente las protec-ciones eléctricas constituyen una parte indispensable en cualquier instalacióneléctrica.

Esto es debido a que las protecciones eléctricas tienen el objetivo de protegera las personas, a las propias instalaciones y a todo lo que las rodea, de los efec-tos que pueda desencadenar un funcionamiento anómalo de una instalación ocircuito eléctrico.

Siempre que ocurra cualquier anomalía, la función de una protección es ladetección y rápido aislamiento de la parte afectada.

Efecto del paso de la corriente eléctrica en el cuerpo humanoSi uno de los objetivos de las protecciones eléctricas es el de proteger a las per-sonas, es evidente que el estudio del paso de la corriente eléctrica a través delcuerpo humano ha permitido desarrollar mecanismos de protección muy fia-bles. Dos son fundamentalmente los parámetros que indican el grado de peli-grosidad:

La intensidad de la corriente eléctrica.

La duración del paso de la corriente eléctrica para un mismo trayecto.

La intensidad de la corriente eléctrica depende de la impedancia corporal. Lasdiferentes partes del cuerpo humano (la piel, la sangre, los músculos, otros teji-dos y articulaciones) son partícipes de esa impedancia, que no es constante yque depende del trayecto, la duración de paso, la frecuencia de la corriente, latensión de contacto, la humedad de la piel, la superficie de contacto y otrascaracterísticas fisiológicas de la persona accidentada.

A los efectos de la corriente eléctrica apreciables a 0,5 mA (cualquiera que seasu tiempo de paso) se les llama umbral de percepción. El umbral de no soltar(tetanización de los músculos o contracción que impide cualquier movimien-to) se alcanza a partir de los 10 mA. Por encima de 25 mA se alcanza el umbralde fibrilación ventricular. La fibrilación ventricular consiste en el movimientoanárquico del corazón, él cual deja de enviar sangre a los distintos órganos y,aunque esté en movimiento, no sigue su ritmo normal de funcionamiento.

unidad didáctica 5. Protección de las instalaciones eléctricas

Fig. 5.1.Las protecciones eléctricastienen la misión de protegera las personas y las instalaciones de los riesgosde la corriente eléctrica.


124

L1

L2

L3

N

Choque eléctrico. Tipos de contactos eléctricosPara que una persona sufra un choque eléctrico, su cuerpo debe conectarseentre dos puntos de diferente potencial eléctrico.

Los contactos eléctricos se pueden clasificar, en directos e indirectos:

El contacto directo se produce cuando se entra en contacto con partes acti-vas de la instalación o partes en tensión de los materiales eléctricos en ser-vicio normal.

El contacto indirecto se produce en una instalación con un defecto, cuandoa través de una masa conductora, que por un fallo de aislamiento se some-te a una tensión con respecto a tierra o a otras masas.

Puestas a tierra. Tipos de sistema de distribuciónLas puestas a tierra son esenciales en los sistemas de protección contra contac-tos indirectos.

Una puesta a tierra es una conexión eléctrica directa, de masas de un circuitoeléctrico o partes conductoras no pertenecientes al mismo, que permita el pasoa tierra de las corrientes de defecto y las de descarga de origen atmosférico.

La protección contra los contactos indirectos está ligada por los diferentesmodos de puesta a tierra de las redes de energía eléctrica y por la forma deconexión de las masas de la instalación. Para su identificación se utilizan dosletras:

La primera indica el tipo de puesta a tierra de la red eléctrica y puede ser:

T, si existe una conexión directa con tierra.

I, si están aisladas las partes activas o están conectadas a través de unaimpedancia a tierra.

Fig. 5.2. Contacto directo. Fig. 5.3. Contacto indirecto.


L1

L2

L3

N


125

La segunda la forma de la conexión de las masas de la instalación y puedeser:

T, cuando las masas están directamente conectadas a tierra.

N, cuando las masas están directamente unidas al punto de alimentaciónpuesto a tierra (normalmente el punto neutro).

Existen otras letras que indican la disposición del conductor del neutro ydel conductor de protección y pueden ser:

S, para indicar que las funciones de protección (PE) están aseguradaspor un conductor distinto del neutro (N) o desde el conductor de pues-ta a tierra (en sistema de corriente alterna, la fase a tierra).

C, para indicar que las funciones de neutro y protección están combina-das en un solo conductor (conductor PEN).

La ITC-BT-08 del REBT muestra los 3 diferentes sistemas de puesta a tierra delas redes de distribución de la energía eléctrica:

Esquema TN, que a su vez, se subdividen en:

Esquema TN-S. El conductor de neutro y el de protección son distintosen todo el esquema.

Esquema TN-C. Las funciones de neutro y protección están combinadasen un mismo conductor en todo el esquema.

Esquema TN-C-S. Las funciones de neutro y protección están combina-das en un solo conductor en una parte del esquema.

Alimentación Instalación receptora

Masa

CP

L1

L2

L3

CPN


Masa

CP

L1

L2

L3

N

CP


Masa

CP

L1

L2

L3

N

CP

Masa

CP

CPN


Fig. 5.6.Esquema TN-C-S.

Fig. 5.4. Esquema TN-S. Fig. 5.5. Esquema TN-C.


126 unidad didáctica 5. Protección de las instalaciones eléctricas

Esquema TT. Tiene un punto de la alimentación, generalmente el neutro ocompensador, conectado directamente a tierra. Las masas de la instalaciónreceptora están conectadas a una toma de tierra separada de la toma detierra de la alimentación.

Este es el sistema que se utiliza para las redes de distribución pública de bajatensión que tienen por prescripción reglamentaria un punto unido direc-tamente a tierra. Este punto es el punto neutro de la red.

Esquema IT. No tiene ningún punto de la alimentación conectado directa-mente a tierra. Las masas de la instalación receptora están puestas directa-mente a tierra.

5.1.2.5.1.2. Necesidades de protección eléctricaLa protección eléctrica de las instalaciones debe estar diseñada para respondera las diferentes anomalías que se puedan producir en la instalación. Las másfrecuentes son las que ocurren a causa de sobreintensidades, sobretensiones y loscontactos eléctricos.

Protección contra las sobreintensidadesEn los circuitos eléctricos pueden producirse dos tipos de sobreintensidades:sobrecargas y cortocircuitos.

Sobrecarga. Se produce por un exceso de demanda de corriente (conectar másaparatos o por una avería de uno de ellos). La duración de la sobrecargapuede variar desde unos pocos segundos hasta horas e incluso días. Si noexiste una protección adecuada, puede producirse la destrucción de la insta-lación por calor e incluso ocasionar un incendio en el lugar de la instalación.

Cortocircuito. Se produce a consecuencia de un contacto accidental entre dospuntos de diferente potencial en una instalación. El valor de la corrientepuede alcanzar hasta miles de veces la corriente asignada al circuito. Laduración del mismo puede variar desde unos pocos milisegundos hasta 1segundo. Al igual, que ocurre en una sobrecarga, la protección defectuosacontra cortocircuitos puede provocar la destrucción del material empleadoy ocasionar un incendio.

Protección contra las sobretensionesEl empleo de material eléctrico cada vez más sensible (ordenadores y otros apa-ratos electrónicos) ha obligado en los últimos años a la protección de los mis-mos de la caída de rayos, maniobras en las redes, etc. La duración de estos efec-tos es del orden de algunos microsegundos, lo cual implica que la protecciónutilizada debe tener un tiempo de respuesta de este orden.

Fig. 5.7. Esquema TT. Fig. 5.8. Esquema IT.


Masa

CP

L1

L2

L3

N


Masa

CP

z

L1

L2

L3


127

Protección contra los contactos eléctricosLas protecciones contra los contactos directos e indirectos se pueden dividir,atendiendo a la ITC-BT-023, de la manera que se adjunta en este cuadro. Unanálisis pormenorizado de estas protecciones se realiza en el módulo deSeguridad en las instalaciones eléctricas.

5.1.3.5.1.3. Dispositivos de protección eléctricaUna de las primeras protecciones utilizadas en un circuito fue la de colocar untrozo de hilo de menor sección que el cable utilizado. Si se producía un defec-to, esta era la parte que se fundía, eliminando el defecto y protegiendo el restodel circuito (generadores, receptores y cables de conexión). A esta protecciónelemental se la conoce con el nombre de fusible.

Han pasado 125 años de la aparición de este primer dispositivo de protección,que aun sigue utilizándose, pero han aparecido otros muchos debido al grandesarrollo de la energía eléctrica durante el siglo XX. En esta unidad didácticadescribiremos cuáles son estos dispositivos de protección, que enumeramos acontinuación, así como sus características y aplicaciones:

Fusibles.

Interruptores magnetotérmicos (ICP, IGA y PIA).

Interruptor diferencial.

Limitador de sobretensiones.


Protección conjunta contra contactos directos eindirectos. Se realiza mediante la utilización demuy baja tensión de seguridad MBTS, que debecumplir lo siguiente:

Tensión nominal en el campo I de acuerdo a lanorma UNE 20.481 y la ITC-BT-36.

Fuente de alimentación de seguridad paraMBTS de acuerdo lo indicado en la normaUNE 20.460-4-41.

Los circuitos de las instalaciones para MBTScumplirán lo que se indica en la norma UNE20.460-4-41 y en la ITC-BT-036.

Protección contra los contactos directos. Sebasa en tomar medidas para proteger a las perso-nas contra los peligros que aparecen de un con-tacto con partes activas de los materiales eléctri-cos. Se pueden clasificar en cinco tipos:

Protección por aislamiento de las partes activas.

Protección mediante obstáculos.

Protección por posición fuera de alcance, poralejamiento.

Protección mediante barreras o envolventes.

Protección complementaria por dispositivosde protección de corriente diferencial residual.

Protección contra los contactos indirectos. Sepuede realizar mediante la utilización de algunasde las medidas siguientes:

Protección por corte automático de la alimen-tación.

Protección por empleo de equipos de la claseII o por aislamiento equivalente.

Protección en los locales o emplazamientos noconductores.

Protección mediante conexiones equipoten-ciales locales no conectadas a tierra.

Protección por separación eléctrica.

1. Describe diferentes situaciones en las que se puedaproducir un contacto directo. Explica lo mismo paraun contacto indirecto. Indica qué medidas de protec-ción se pueden aplicar para evitarlos.

2. Explica cómo se puede producir un cortocircuito enuna instalación y qué consecuencias puede tener. Ex-plica lo mismo respecto a una sobrecarga.

aa cc tt ii vv ii dd aa dd ee ss


128

5.2.5.2. Fusibles5.2.1.5.2.1. Los fusibles y sus característicasComo ya hemos visto, el fusible tiene una larga vida como dispositivo de pro-tección. Alrededor de 1880, T. A. Edison solicitó la primera patente para unhilo fusible que servía como válvula de seguridad.

El fusible es un elemento de protección que se utiliza para proteger las instala-ciones de las sobreintensidades causadas por una sobrecarga o un cortocircuito.

Los fusibles ofrecen una combinación de características muy ventajosas como:

La eliminación obligatoria del defecto antes de poner en marcha. A dife-rencia de otros dispositivos de protección contra sobreintensidades, losfusibles no pueden ser utilizados de nuevo, una vez que se han fundido, loque obliga al usuario a identificar y corregir las causas del defecto antes devolver a utilizar un fusible nuevo y conectar el circuito.

Un funcionamiento seguro y silencioso. Los fusibles no emiten gases, lla-mas, arcos u otros materiales cuando eliminan las corrientes de cortocir-cuito más elevadas. Además, la gran velocidad de funcionamiento para lascorrientes de cortocircuito elevadas limita significativamente el peligro delarco eléctrico.

Un elevado poder de corte asignado. Capaz de detectar, soportar y elimi-nar corrientes de cortocircuito de hasta 120 kA o más.

5.2.2.5.2.2. Componentes de un fusibleUn fusible está compuesto de: cartucho fusible, base fusible y portafusible o em-puñadora (si es necesario).

El cartucho fusibleLa figura 5.10. muestra el diseño de un cartucho fusible cilíndrico característi-co de baja tensión para aplicaciones industriales. Las partes principales de uncartucho fusible son:

El cuerpo del fusible. Es el armazón o esqueleto quepermite el montaje y posicionado del elemento defusión. El material más empleado es la cerámica.

El material de relleno. Se utiliza normalmente arenade cuarzo, como medio para apagar el arco y evacuarel calor del elemento de fusión al exterior.

Los contactos del cartucho fusible. Los contactos per-miten una conexión eléctrica entre el cartucho fusibley las bases fusibles o portafusibles. Los contactos sonde cobre o aleaciones de cobre y normalmente estánprotegidos contra la corrosión ambiental medianteun recubrimiento de plata.

El elemento de fusión. El elemento fusible está usualmente constituido poruna cinta de plata o de cobre, con estrechamientos en su sección transver-sal. Estas reducciones de sección son una de las características importantesen el diseño de un fusible. Los puntos de soldadura añadidos en el elemen-to fusible son para asegurar el funcionamiento del fusible en el caso desobrecargas.

Fig. 5.9.Fusible

Fig. 5.10.Cartucho fusible cilíndrico

Arena de cuarzo

Contacto

Elementode fusión

Cuerpocerámico



129

Fig. 5.12. Curva de funcionamiento deun fusible.

ip

tp ta

t

I

Ic

A B C

tt

Fig. 5.11.Portafusible

tp = tiempo de prearco

ta = tiempo de arco

tt = tiempo total de funcionamiento

Ic = corriente cortada

ip = corriente prevista

(en ausencia de fusible)

A: instante del inicio del defecto

B: instane del inicio del arco

C: instante del fin del arco

Indicador de fusión y percutor. Algunos cartuchos fusibles están equipadoscon indicadores para permitir un conocimiento rápido del funcionamien-to del cartucho fusible o de percutores que, además, proporcionan unaactuación mecánica.

La base fusibleLa base fusible se compone de los contactos para el cartucho fusible, los bor-nes de conexión para los cables o las pletinas y el cuerpo o carcasa aislante.

Portafusible o empuñadoraEl portafusible o la empuñadora, donde se utilicen, permiten cambiar los car-tuchos fusibles en un sistema bajo tensión según las reglas de seguridad espe-cificadas. Están hechos de material aislante y sometidos a los ensayos requeri-dos para las herramientas de seguridad. En algunos sistemas, los portafusiblesestán integrados en la base fusible, eliminando la necesidad de utilizar unaempuñadora.

5.2.3.5.2.3. Funcionamiento de un fusibleCuando la corriente que circula a través de un fusible excede el valor permiti-do, el elemento de fusión se funde y se evapora (parcialmente), provocando unfuerte aumento de la temperatura (de varios miles de grados) y la interrupciónde la corriente.

La función de la arena de cuarzo es absorber la energía de arco cuando se pro-duce una sobrecarga o un cortocircuito y, además, permite una mejor y másrápida evacuación del calor generado en el elemento de fusión en condicionesde sobrecarga.

Durante un cortocircuito las secciones reducidas se funden simultáneamente,formando una serie de arcos igual al número de reducciones en el elementofusible. La tensión de arco resultante garantiza una rápida limitación de lacorriente y la restablece a cero.

El funcionamiento del fusible se divide en dos etapas:

La etapa de prearco (tp). Se produce el calentamiento de las secciones redu-cidas hasta el punto de fusión y vaporización del material.

La etapa de arco (ta). El arco comienza y después es extinguido por el mate-rial de relleno (arena de cuarzo).

Las dos etapas dan el tiempo total de funcionamiento (tt) = (tp + ta).



Para una mayor facilidad y comprensión de las caracte-rísticas de los fusibles se enumeran las definiciones quemás se utilizan.

Tensión asignada (tensión nominal, Un). Valor máxi-mo de tensión para el cual el fusible está diseñado. Enalterna es el valor eficaz.

Corriente asignada (corriente nominal) de un cartu-cho fusible (In). Valor de la corriente que el cartuchofusible es capaz de soportar de manera continuada sindeteriorarse y sin sobrecalentarse, en unas determina-das condiciones de uso normalizadas.

Tiempo de prearco (tp). Tiempo que transcurre desde elinstante en que empieza a circular una corriente sufi-ciente para fundir el elemento o elementos de fusión,hasta el instante en que comienza a formarse el arco.

Tiempo de arco (ta). Tiempo que transcurre desde elinicio del arco hasta el momento de extinción final delmismo.

Tiempo de total funcionamiento (tt). Suma del tiem-po de prearco y del tiempo de arco.

Intensidad convencional de no fusión (Inf). Valorespecificado de la corriente que el cartucho puede so-portar durante un tiempo determinado (tiempo con-vencional) sin fundir.

Intensidad convencional de fusión (If). Valor especi-ficado de la corriente que provoca la fusión del cartu-cho fusible en un tiempo determinado (tiempo con-vencional).

Potencia disipada por un cartucho fusible (Pd).Potencia liberada en un cartucho fusible cuando cir-cula su corriente asignada y ha alcanzado su tempera-tura de régimen, en determinadas condiciones de usonormalizadas.

Característica t/I. Curva que indica el tiempo de pre-arco o el tiempo de funcionamiento, en función de la

corriente prevista para determinadas condiciones defuncionamiento. Para tiempos mayores a 100 ms la di-ferencia entre el tiempo de prearco y el tiempo de fun-cionamiento es despreciable.

Corriente prevista en un circuito (Ip). Corriente quecircularía por el circuito si el fusible en él instaladofuese sustituido por una conexión de impedancia (re-sistencia) despreciable.

Energía específica pasante (I2t). Es la máxima energíaque deja pasar el fusible al eliminar un defecto. Si elvalor de esta energía es superior al que soporta el re-ceptor al que protege, se produce la destrucción térmi-ca del mismo.

Característica I2t: Indica los valores de energía especí-fica pasante I2t (I2t de prearco y/o de funcionamiento)en función de la corriente de cortocircuito prevista enun fusible.

Corriente cortada (Ic). Valor máximo instantáneo al-canzado por la corriente durante el funcionamientode un cartucho fusible, cuando éste actúa impidiendoque la corriente alcance el valor máximo al que llega-ría en ausencia del fusible.

Característica de limitación. Curva que indica lacorriente cortada (Ic) en función de la corriente pre-vista (Ip), en determinadas condiciones de funciona-miento.

Poder de corte I1 (kA). Valor (eficaz en corriente alterna)de la corriente prevista (Ip), que un cartucho es capaz deinterrumpir bajo una tensión especificada y en las condi-ciones determinadas de empleo y funcionamiento.

Balizas. Valores límite en el interior de los cualesdeben encontrarse las características, por ejemplo, lascaracterísticas tiempo/corriente. Cada tipo de fusibletiene una serie de balizas que delimitan la zona de fun-cionamiento del mismo para que cumpla lo especifi-cado en la norma para su fabricación.


Definición de las principales características técnicas

5.2.4.5.2.4. Elección y tipos de fusiblesLa mayoría de fabricantes de fusibles poseen un departamento para ayudar a laelección de la protección adecuada para cada tipo de aplicación, aunque lamayoría de veces, no es necesario recurrir a esta solución.

Por lo general, los catálogos de los fabricantes, nos dan unas condiciones de en-sayo tipificadas, que se adaptan a la mayoría de aplicaciones que nos podemosencontrar, y que enumeramos a continuación:

Temperatura ambiente entre –5 y + 40 ºC.

Corriente alterna de frecuencia f = 50 Hz.

Secciones de los conductores utilizados en el conexionado según las nor-mas vigentes.

Ventilación natural.


131unidad didáctica 5. Protección de las instalaciones eléctricas

La elección del fusible se complementa con las siguientes condiciones:

La tensión asignada (Un) del fusible ha de ser igual o mayor que la tensiónnominal de la aplicación.

La intensidad asignada (In) del fusible ha de ser igual o mayor que la inten-sidad nominal de la aplicación.

El poder de corte asignado (I1) al fusible ha de ser igual o mayor que laintensidad de cortocircuito prevista en el circuito de la aplicación.

De todas maneras en la mayoría de los casos, el tipo de fusible se elige ademásdependiendo de los receptores a proteger. Los tipos más utilizados se clasificande la manera siguiente:

Tipo gG. Fusibles de uso general (protec-ción de conductores). Es un cartucho limi-tador de la corriente que, bajo las condicio-nes especificadas, es capaz de cortar todaslas corrientes que provoquen la fusión delelemento fusible hasta su poder de corteasignado I1 (se marcan las característicastécnicas en el cuerpo del fusible en colornegro).

Tipo aM. Fusibles de acompañamiento de motor. Es un cartucho limitador de la corriente que, bajo las condiciones especificadas, es capaz de cortartodas las corrientes comprendidas entre el valor mínimo de la corriente,indicado en su característica tiempo/corriente, y su poder de corte asigna-do (I1). Estos fusibles deben ir necesariamente asociados a dispositivos deprotección térmica contra sobrecargas, como por ejemplo un relé térmico(se marcan las características técnicas en el cuerpo del fusible en colorverde).

Tipo gB. Fusibles para la protección de líneas muy largas. Fusible de uso ge-neral para las instalaciones mineras, donde los cables son muy largos. Actúaen un tiempo corto evitando un calentamiento excesivo del cable.

Tipo aD. Fusibles de acompañamiento de disyuntor. Fusible que necesaria-mente tiene que ir acompañado de un disyuntor para una correcta protec-ción. Previsto para funcionar normalmente entre el poder de corte nomi-nal del disyuntor y el poder de corte asignado (I1) al fusible.

Tipo aR y gR. Fusibles de protección de semiconductores.

Tipo gD y gN. Fusibles de protección de conductores utilizados en Américadel Norte.

Tipo gL, gF, gI y gII. Tipos de fusibles antiguos para la protección de con-ductores (sustituidos por el tipo gG).

Además debemos tener en cuenta los diferentes tamaños constructivos de fusi-bles que existen, como por ejemplo los cilíndricos, los de cuchilla (NH), los debotella (Neozed), etc.

Tabla.5.1. Corrientes y tiempos convencionales para los cartuchos fusibles tipo gG

Calibre Fusible tipo gGIn (A) Inf If tIn < 4 1,5 In 2,1 In 1 h

4 ≤ In < 16 1,5 In 1,9 In 1 h16 ≤ In ≤ 63 1,25 In 1,6 In 1 h

63 < In ≤ 160 1,25 In 1,6 In 2 h160 < In ≤ 400 1,25 In 1,6 In 3 h

400 < In 1,25 In 1,6 In 4 h

Tabla.5.2. Corrientes y tiempos convencionales para los cartuchos fusibles tipo aM

Balizas 4 In 6,3 In 8 In 10 In 12,5 In 19 In

t funcionamiento — 60 s — — 0,5 s 0,10 st prearco 60 s — 0,5 s 0,2 s — —



Tabla.5.3. Cuadro abreviado de los tipos y tamaños de fusibles

Rango Forma exterior Tipo Talla intensidad Tensión Poder de

asignada (A) asignada (V) corte (kA)

DO1 2 - 16

DO DO2 20 - 63 400 50

DO3 80 - 100

DII 2 - 25

D DIII 35 - 63 500 50

DIV 80 - 100

000 / 00 6 - 100 / 6 - 160

0 6 - 160

NH 1 80 - 250

De cuchilla 2 125 - 400 400 / 500 / 690 80 / 120

3 315 - 630

4 500 - 1000

4A 500 - 1250

8 x 31 2 - 20

Cilíndricos 10 × 38 2 - 25 / 32 400 / 500 / 690 80 / 120

14 × 51 16 - 40 / 50

22 × 58 32 - 100 / 125

En la Tabla 5.3 se indica abreviadamente una clasificación atendiendo a lostipos y tamaños de los fusibles.

4. Consulta un catálogo de un fabricante de fusibles yelige un cartucho fusible para enumerar las caracterís-ticas técnicas marcadas sobre el mismo (tensión asig-nada, intensidad asignada, tamaño, tipo, poder de corte,etc.). Explica qué significa cada una de ellas para estecartucho fusible en particular.

5. Desmontad un fusible (por ejemplo de cuchilla) eidentificad cada una de las piezas que lo componen.

6. Entre toda clase proveeros de fusibles de diferentestipos y tamaños. Analizad cada uno y completad latabla siguiente:


Tamaño del Tipo de Tensión Intensidad Poder de Color del Normas Aplicaciónfusible fusible asignada asignada corte marcado

Un(V) In(A) I1(kA)



Fig.5.13.Interruptores magnetotérmicos en una instalación de interiores.

5.3.5.3. Interruptores magnetotérmicos5.3.1.5.3.1. Los interruptores magnetotérmicos

y sus característicasEl interruptor magnetotérmico es un dispositivo de tipo mecánico capaz deestablecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones anormales (sobre-carga y cortocircuito).

En comparación con los fusibles, los interruptores magnetotérmicos tienen laventaja de que no hay que sustituirlos, cuando se desconectan al aparecer undefecto. Una vez eliminado, se rearman y la instalación puede continuar enfuncionamiento.

En un cuadro de mando y protección de la vivienda recuerda que existen trestipos de interruptores magnetotérmicos (dependiendo de su aplicación) lla-mados: ICP, IGA y PIA.

ICP. Se utiliza como elemento de control para limitarla potencia instantánea máxima que se puede utilizaren una vivienda. Es propiedad de la compañía eléc-trica suministradora y la intensidad asignada depen-de de la potencia contratada por el usuario.

IGA. Es utilizado como interruptor de protección generalde todos los circuitos de la instalación de la vivienda.

PIA. Protegen a cada uno de los circuitos interiores dela instalación de la vivienda.

5.3.2.5.3.2. Componentes de un interruptormagnetotérmico

Las partes principales de un interruptor magnetotérmico son las siguientes:

Cuerpo o carcasa de plástico. Está formado por dos medios cuerpos (dematerial plástico) que permiten el alojamiento de todas las piezas que con-forman este dispositivo.

Bornes de conexión. Hay dos bornes de conexión, uno de entrada y otro desalida que permiten la conexión en el circuito a proteger.

Palanca de rearme. Permite la conexión y la desconexión manualmente delinterruptor magnetotérmico o volver a cerrar el interruptor después de quese haya producido un disparo.

Contactos (fijo + móvil). El contacto móvil realiza la conexión y la descone-xión, sobre el contacto fijo, ya sea, por un defecto eléctrico (sobrecarga ocortocircuito) o por una manipulación manual. El material más empleadoes la plata (Ag), generalmente aleada con cadmio (Cd) o con wolframio(W) que aumentan su tiempo de vida.

Bobina de desconexión magnética. Está formada por una bobina realizadacon hilo de cobre aislado, con un número de espiras determinado y en suinterior se encuentra un cilindro de acero que realiza la función de percu-tor, golpeando el contacto móvil, para permitir su apertura.



Fig. 5.14. Interruptor magnetotérmico.

Fig.5.15. Esquema de funcionamiento.

Disparomagnético

Contactomóvil

N L

Cuando se produce uncortocircuito el núcleo dela bobina golpea elcontacto móvil provocandosu apertura

Disparo térmico

Cuando se produce unasobrecarga el bimetal sedobla provocando laapertura del contacto móvil

Bimetal de desconexión térmica. Se compone de una lámina bimetálica, for-mada por dos metales de diferente punto de dilatación lineal, que se defor-ma al paso de la corriente eléctrica y en determinadas condiciones de pasode corriente permite la desconexión del contacto móvil.

Cámara apagachispas. Está formada por una serie de láminas de acero, unaal lado de la otra, de un espesor de aproximadamente 0,8 mm y separadas1 mm que permiten dividir el arco en varios arcos más pequeños y facilitala eliminación más rápida de un cortocircuito.

5.3.3.5.3.3. Funcionamiento de un interruptormagnetotérmico

Como su nombre indica, dispone de dos mecanismos diferenciados, uno mag-nético (rápido) y otro térmico (lento).

El mecanismo magnético está formado por una bobina de varias espiras dehilo de cobre aislado, en cuyo núcleo interior se encuentra alojado un cilin-dro de acero.

Cuando se produce un cortocircuito, se crea un gran campo magnético queprovoca una fuerza que tiende a desplazar el cilindro de acero hacia el exte-rior que golpea el contacto móvil y provoca la apertura del circuito. Elmayor o menor número de espiras determina la rapidez o la lentitud de estemecanismo. El tiempo de desconexión puede ser del orden de milisegun-dos para corrientes muy elevadas de cortocircuito.

El mecanismo térmico se compone de una tirao lámina, también llamada bimetal (unión dedos metales de diferente coeficiente de dilata-ción lineal). Cuando se produce una sobre-carga, el bimetal se calienta por el paso de lacorriente eléctrica y se deforma hasta accio-nar un gatillo que libera el contacto móvil yprovoca la apertura del circuito.

La rapidez o lentitud de la desconexión esinversamente proporcional a la corrienteque circula. Para corrientes elevadas eltiempo de desconexión es de algunos se-gundos, mientras que para corrientes máspequeñas puede alcanzar hasta varias horas.



Para una mayor facilidad y comprensión de las caracte-rísticas de los interruptores magnetotérmicos se enume-ran las definiciones que más se utilizan.

Número de polos. Atendiendo al número de polos, losinterruptores magnetotérmicos se clasifican en unipo-lares, bipolares, tripolares y tetrapolares.

Tensión asignada (Un). Valor máximo de tensión parael cual el interruptor magnetotérmico está diseñado.Los valores normalizados de tensión asignada son:230 - 400 V.

Corriente asignada (In). Valor máximo de corrienteque puede soportar en servicio ininterrumpido uninterruptor magnetotérmico, a una temperaturaambiente normalizada. Los valores normalizados decorriente asignada son: 6 - 10 - 16 - 20 - 25 - 32 - 40 -50 - 63 - 80 - 100 - 125 A.

Corriente convencional de no desconexión (Int). Lacorriente convencional de no desconexión en un inte-rruptor magnetotérmico es de 1,13 veces la corrienteasignada Int = 1,13 In.

Corriente convencional de desconexión (It). Lacorriente convencional de desconexión en un interrup-

tor magnetotérmico es de 1,45 veces la corriente asig-nada It = 1,45 In.

Corriente de disparo instantáneo. Indica los límitesde disparo magnético para cada una de las curvas delos interruptores magnetotérmicos.

Poder de corte asignado (Icn). Es el valor eficaz delpoder de corte máximo que es capaz de interrumpir yeliminar un interruptor magnetotérmico. Los valoresnormalizados de poder de corte asignado son: 1500 -3000 - 4500 - 6000 - 10000 A.

Energía específica pasante (I2t). Es la máxima energíaque deja pasar el interruptor magnetotérmico al eli-minar un defecto. Si el valor de esta energía es superioral que soporta el receptor al que protege, se produce ladestrucción térmica del mismo.

Característica I2t: Indica los valores de energía especí-fica pasante I2t en función de la corriente de cortocir-cuito prevista en un interruptor magnetotérmico. Estedato es fundamental para el diseñador de las instala-ciones, para realizar una correcta selectividad entre lasprotecciones.

Definición de las principales características técnicas

5.3.4.5.3.4. Elección y tipos de interruptoresmagnetotérmicos

Por lo general, los catálogos de los fabricantes, nos dan unas condiciones deensayo tipificadas, que se adaptan a la mayoría de aplicaciones que nos pode-mos encontrar, y que enumeramos a continuación:



Secciones de los conductores utilizados en el conexionado según las nor-mas vigentes.


La elección del interruptor magnetotérmico se complementa con las siguientescondiciones:

Tensión asignada (Un) del interruptor magnetotérmico ha de ser igual omayor que la tensión nominal de la aplicación.

La intensidad asignada (In) del interruptor magnetotérmico ha de ser igualo mayor que la intensidad nominal de la aplicación.

El poder de corte asignado (Icn) al interruptor magnetotérmico ha de serigual o mayor que la intensidad de cortocircuito prevista en el circuito dela aplicación.

Generalmente el tipo de interruptor magnetotérmico se elige además depen-diendo de los receptores a proteger. Los tipos más utilizados se clasifican atendien-do a la rapidez o lentitud del disparo magnético y térmico (curva de respues-ta) y se clasifican en:



Tabla.5.4. Cuadro abreviado de los tipos de interruptores magnetotérmicos

Tipo curva Disparo térmico Disparo magnético Curva

B

C

D

ICP-M

Limitado hasta 3 In

2,55 In: t < 60 s (In ≤ 32 A)2,55 In: t < 120 s (In > 32 A)2,55 In: t > 1 s

Situado entre 3 In y 5 In

3 In: 0,1 < t < 45 s (In ≤ 32 A)3 In: 0,1 < t < 90 s (In > 32 A)5 In: t < 0,1 s

Limitado hasta 5 In




Limitado hasta 10 In




Limitado hasta 5 In



5 In: t > 0,1 s8 In: t < 0,1 s

Curva B. Se utilizan en el sector doméstico residencial. El disparo térmico eslento y el disparo magnético es rápido.

Curva C. Se utilizan en el sector terciario-industrial en edificios e industrias.El disparo térmico es lento y el disparo magnético es medio.

Curva D. Se utilizan en el sector terciario-industrial en edificios e industrias,en especial para la protección de motores con arranques muy exigentes y delarga duración. El disparo térmico es lento y el disparo magnético es muylento.

Curva K. Protección de motores. El disparo térmico es rápido y el disparomagnético es lento.

Curva Z. Protección de equipos informáticos y electrónicos. El disparo tér-mico es rápido y el disparo magnético es rápido.

Curva ICP-M. Es un interruptor magnetotérmico que utilizan las compañíaseléctricas para realizar un control de la potencia consumida. Se le conocecomo interruptor de control de potencia de rearme manual.

Curva U. Protección de motores y receptores en general, actualmente se hasustituido por los interruptores magnetotérmicos curva C.

Curva L. Protección de cables, actualmente se ha sustituido por los inte-rruptores magnetotérmicos de curva B.



Ejemplo 1. Interpretación de las curvas características

Fig. 5.16. Característica t/I Tipo gG.

Fig. 5.17. Característica de limitación Tipo gG.

Esta actividad nos ayudará a interpretar las curvas carac-terísticas más empleadas, especialmente para los fusibles y los interruptores magnetotérmicos. Nos permitirán unmayor conocimiento del funcionamiento de los mismos ypoder evaluar cuáles son sus límites de protección. El estu-dio incluye 4 tipos de curvas, que son:

Curva característica t / I

Un fusible (también se puede aplicar a los interruptoresmagnetotérmicos) debe actuar cuando la corriente que loatraviesa supera un valor dado y dentro de unos límites detiempo. Cuanto mayor es la corriente de defecto mayoresson los daños que puede causar a la instalación y menor esel tiempo permitido para que circule por el circuito. La carac-terística t/I es una gráfica que muestra el tiempo de prear-co en función de la corriente prevista. Se representa sobrepapel de escala logarítmica.

Para obtener información de estas gráficas se puede proce-der como sigue: (fig. 5.16)

Si seleccionamos un fusible tipo gG de una In = 10 A y queremos saber cuánto tiempo tardará enfundir con una corriente de I = 20 A, debemos buscaren el eje de abcisas la corriente I = 20 A (punto A) y conuna línea perpendicular a este eje hay que encontrar la curva del fusible de In = 10 A (punto B), posterior-mente trazamos una línea hasta el eje de ordenadasdonde obtendremos el tiempo de prearco (punto C) tp = 200 s.

Si seleccionamos un fusible tipo gG de una In = 63 A y que-remos conocer con qué intensidad fundirá en un tiem-po de 4 s, debemos buscar en el eje de ordenadas el

tiempo (punto D), con una línea perpendicular a este ejehay que encontrar la curva de dicho fusible (punto E).Finalmente trazamos una línea hasta el eje de abcisaspara obtener la corriente que buscamos (punto F) I =300 A.

Curva característica de limitación Un fusible (también se puede aplicar a los interruptoresmagnetotérmicos) tiene la característica de evitar que lacorriente alcance el valor de cresta de la corriente prevista.Esta corriente limitada es de un valor muy similar al valor dela corriente que circula por el fusible cuando comienza elarco.

Para obtener información de estas gráficas se puede proce-der como sigue: (fig. 5.17)

Si hemos seleccionado un fusible tipo gG de una In =25 A y queremos saber cuál será el valor de la corrien-te máxima (Ic) que alcanzará el circuito en caso de uncortocircuito de intensidad prevista Ip = 10 kA, debe-mos buscar en el eje de abcisas la corriente prevista Ip= 10 kA (punto A) y con una línea perpendicular encon-trar la curva del fusible de In = 25 A (punto B), poste-riormente trazamos una línea hasta el eje de ordenadasdonde obtendremos el valor máximo que alcanzará lacorriente cortada en el circuito protegido con ese fusi-ble (punto C) Ic = 2 kA. La corriente que alcanzaría elcircuito con ausencia de fusible sería de 25 kA (puntosD-E).

La importancia de limitar la corriente máxima o de pico enla protección de circuitos se debe a que las fuerzas electro-mecánicas si son muy elevadas pueden originar la destruc-ción del aparato.

Caracterísiticas t - I

Tipo gG

Ip (A)Corriente prevista simétrica (A ef)

Tiem

po d

e pr

earc

o t(

s)

t(s)

Caracterísiticas de limitación

Tipo gG

Corto

circu

ito a

simét

rico

K = 2

,5 x l

p

Corr

ient

e m

áxim

a (k

A c

rest

a)

Corriente prevista simétrica (kA) lp (kA)

Ic (kA)

ln (A)



Fig. 5.18. Característica I2t. . Fig. 5.19. Selectividad.

Curva característica I2t Las características I2t muestran los valores de I2t de prearco(mínimo) y de funcionamiento (máximo) en función de laintensidad asignada a cada fusible (también se puede apli-car a los interruptores magnetotérmicos). Los valores sonobtenidos en las condiciones de ensayo más severas quelas que se dan en la práctica (fig. 5.18)

La I2t determina la energía térmica del cortocircuito genera-da en el circuito que protege. El calor liberado en el circuitose puede calcular multiplicando la resistencia (Ω) por la I2t(A2s). Por ejemplo: Un circuito con un cable de resistencia0,05 Ω protegido por un fusible que permite una I2t de1000 A2s. Cuando se produzca un defecto, el fusible libe-rará solamente una energía de 1000 × 0,05 = 50 julios enel cable. De este ejemplo se deduce que el fusible es undispositivo muy efectivo para limitar los daños térmicos,incluso para elevadas corrientes de cortocircuito.

SelectividadLa selectividad entre dispositivos de protección tiene lugarcuando al producirse una corriente de defecto sólo funcio-na el dispositivo más próximo al fallo y que es el que estáprotegiendo el circuito donde aparece el defecto.

Selectividad: C2 > A1 + C1

La selectividad entre fusibles (también se puede aplicar alos interruptores magnetotérmicos) se verifica siempre quela I2t de funcionamiento del fusible F1 es inferior a la I2t deprearco del fusible F2 (Fig. 5.19.). Cuando la corriente dedefecto provoca que el tiempo de funcionamiento del fusi-ble sea superior a 10 ms, el tiempo de arco será despre-ciable frente al tiempo de prearco. En este caso la selectivi-dad se verificará comparando las I2t de prearco, así como lacaracterística t/I del fusible de mayor calibre que debe estara la derecha de la característica t/I del fusible de menor ca-libre.

7. Construye una tabla indicando las ventajas e incon-venientes de los interruptores magnetotérmicos conrespecto a los fusibles.

8. Desmonta un interruptor magnetotérmico e identi-fica cada una de las piezas que lo componen.

9. Utilizando las curvas t/I y las características de limi-tación del ejemplo 1, realiza los cálculos siguientes:

a) Determina el tiempo de prearco para un fusible tipogG de In = 25 A cuando es atravesado por unacorriente I = 200 A.

b) Determina la corriente I que tiene que circular paraun fusible tipo gG de In = 40 A, para que el tiempode prearco tp = 50 s.

c) Determina la corriente cortada Ic para un fusibletipo gG de In = 40 A para un cortocircuito de inten-sidad prevista Ip = 50 kA.

d) Determina la corriente cortada Ic para un fusibletipo gG de In = 80 A para un cortocircuito de inten-sidad prevista Ip = 20 kA.


F2

In1 In2 In

A2

C2

C1

F1

A1

I2t

C = I2t de prearcoA = I2t de arcoC + A = I2t de funcionamiento

Caracterísiticas I2t

Valo

r de

I2 t

(A

2 s)

I2t de funcionamiento

I2t de prearco

Corriente asignada (A)In (A)

I2t(A2s)


5.4.5.4. Interruptor diferencial5.4.1.5.4.1. El interruptor diferencial

y sus característicasEl interruptor diferencial (ID) es el encargado de proteger a las personas con-tra los contactos directos e indirectos y a las instalaciones eléctricas contraincendios.

Cuando aparece una corriente de fuga, (aquella que circula debido a un defec-to de aislamiento o contacto eléctrico), que alcanza el umbral de sensibilidadde disparo, el interruptor diferencial desconecta la instalación, quedando laprotección de las personas y las instalaciones asegurada.

5.4.2.5.4.2. Componentes de un interruptordiferencial

Podemos dividir la constitución de un interruptor diferencial en las siguientespartes:

Cuerpo o carcasa de plástico. Está formado por dos cuerpos (de materialplástico) que permiten el alojamiento de todas las piezas que conformaneste dispositivo.

Bornes de conexión. Hay dos conjuntos de bornes de conexión, unos de entra-da y otros de salida, que permiten la conexión en el circuito a proteger.

Palanca de rearme. Permite la conexión y la desconexión manualmente delinterruptor diferencial o volver a cerrar el interruptor después de que sehaya producido un disparo.

Pulsador de prueba. Se utiliza para comprobar el buen funcionamiento deldiferencial. Se compone de un circuito formado por una resistencia y unpulsador conectado entre la entrada de una fase y salida de otra fase. Losfabricantes recomiendan realizar esta prueba una vez al mes.

Contactos (fijo + móvil). El contacto móvil rea-liza la conexión y la desconexión, sobre elcontacto fijo, ya sea, por un defecto eléctrico(corriente de fuga) o por una manipulaciónmanual.

Transformador toroidal para la detección de lacorriente de fuga. Abraza a todos los conduc-tores necesarios para la conducción de lacorriente, así como, dado el caso, también elconductor de neutro.

Relé de disparo para la conversión de unamagnitud eléctrica variable (corriente defuga) en un desenclavamiento mecánico(desconexión o apertura de contactos).


Fig. 5.20.Interruptor diferencial

Fig. 5.21.Interruptor diferencial

L1N

IL1IN

R

Relé

Pulsadorde prueba



Definición de las principales características técnicasNúmero de polos. Atendiendo al número depolos, los interruptores diferenciales se clasificanen bipolares, tripolares y tetrapolares.

Tensión asignada (Un). Valor máximo de tensiónpara el cual el interruptor diferencial, está diseña-do. Los valores normalizados de tensión asignadason: 230 - 400 V

Corriente asignada (In). Valor máximo decorriente que puede soportar en servicio inin-terrumpido un interruptor diferencial, a unatemperatura ambiente normalizada. Los valoresnormalizados de corriente asignada son: 25 - 40 -63 A.

Corriente diferencial de funcionamiento asig-nada (I∆n). Los valores normalizados de la

corriente diferencial de funcionamiento son: 0,01- 0,03 - 0,1 - 0,3 - 0,5 - 1 A.

Corriente diferencial de no funcionamientoasignada (I∆no). Los valores de la corriente dife-rencial de no funcionamiento asignada es 0,5 I∆n.

Tiempo de funcionamiento máximo con unacorriente diferencial. Tiempo máximo que tardael interruptor diferencial entre la aparición deuna corriente diferencial de funcionamiento y elinstante en que se elimina, al extinguirse el arcoen todos sus polos.

Tiempo de no funcionamiento mínimo con unacorriente diferencial. Tiempo mínimo duranteel cual el interruptor diferencial al aparecer unacorriente diferencial no actúa.

5.4.3.5.4.3. FuncionamientoEn una instalación sin defectos (valor de la corriente de fuga igual a 0), los efec-tos magnéticos de los conductores que transportan la corriente eléctrica seanulan en el transformador toroidal, ya que la suma de todas las corrientes esigual a cero, de acuerdo, con las Leyes de Kirchhoff. No existe ningún campomagnético residual que pudiera inducir una tensión en el devanado secunda-rio que alimenta el relé de disparo.

En caso contrario, si hay un fallo de aislamiento ycircula una corriente de fuga, el equilibrio se desha-ce y aparece un campo magnético residual en eltransformador toroidal, que genera una tensión enel devanado secundario, la cual a través del relé dedisparo acciona el desenclavamiento mecánico, quepermite la apertura de los contactos y desconecta elcircuito afectado.

Para comprobar su correcto funcionamiento, los in-terruptores diferenciales llevan integrados un circui-to de prueba conectado entre dos fases (una en laentrada de una fase y la otra en salida de otra fase

diferente), con una resistencia y un pulsador. Al pulsarlo, aparece una corrienteaproximadamente 2,5 veces superior a la corriente de sensibilidad de disparo, siel aparato se encuentra en buen estado, se provoca la desconexión del mismo.

5.4.4.5.4.4. Tipos de interruptores diferencialesPor lo general, los catálogos de los fabricantes, nos dan unas condiciones de en-sayo tipificadas, que se adaptan a la mayoría de aplicaciones que nos podemosencontrar, y que enumeramos a continuación:



Secciones de los conductores utilizados en el conexionado (normas vigentes).


I entrada

I salida

I entrada

I salida

1A

! A

1,2 A

1A

If = 0,2 A

If = I entrada – I salidaIf = 1 – 1 = 0 A

CIRCUITO SIN DEFECTOS

DIFERENCIAL CONECTADO(EN SERVICIO)

If = I entrada – I salidaIf = 1,2 – 1 = 0,2 A

CIRCUITO CON UNA FUGADE CORRIENTE

SE DESCONECTAEL DIFERENCIAL

L1 L2

Fig. 5.22. Principio de funcionamientode un interruptor diferencial



Cuando se montaninterruptores diferenciales encascada (uno a continuacióndel otro), el primero se utilizadel tipo retardado, para queexista selectividad (cuando seproduce una corriente defuga se ha de desconectar elinterruptor diferencial máspróximo al defecto, sin queafecte a los otrosinterruptores diferenciales).

Valores normalizados del tiempode funcionamiento máximo y

del tiempo de no actuación conuna corriente diferencial igual a:

La elección del interruptor diferencial se complementa con las siguientes con-diciones:

La tensión asignada (Un) del interruptor diferencial ha de ser igual o mayorque la tensión nominal de la aplicación.

La intensidad asignada (In) del interruptor diferencial ha de ser igual omayor que la intensidad nominal de la aplicación.

La corriente diferencial de funcionamiento asignada (I∆n) se ha de elegirsegún las recomendaciones del REBT. Para las instalaciones eléctricas deinterior se utilizan los de I∆n = 30 mA o inferiores. En las instalaciones detipo industrial, se utilizan desde I∆n = 30 mA hasta 1 A.

Generalmente el tipo de interruptor diferencial se elige además dependiendode los receptores a proteger. Los tipos más utilizados en los interruptores dife-renciales se clasifican:

Según el comportamiento en presencia de componentes continuas. Pueden ser:

Tipo AC. Asegura la desconexión para corrientes diferenciales alternassenoidales (uso general).

Tipo A. Asegura la desconexión para corrientes diferenciales alternassenoidales o continuas pulsantes (si existen semiconductores en losreceptores, por ejemplo un ordenador personal).

Según el retardo en presencia de una corriente diferencial, pueden ser:

Tipo no retardado. Para uso general.

Tipo S o retardado. Son aquellos que durante un tiempo máximo sepuede aplicar una corriente diferencial de funcionamiento, sin provocarsu funcionamiento. Se aplican en lugares donde se producen descone-xiones no deseadas, debido a sobretensiones atmosféricas, líneas de granlongitud, etc.

Tabla 5.5. Cuadro de los tiempos de funcionamiento y no funcionamientode los diferentes tipos de interruptores diferenciales

Tipo Intensidad Intensidadasignada diferencial

In (A) asignadaI∆n (A)

I∆n 2 I∆n 5I∆n I∆t

Cualquier CualquierTiempo de

Generalvalor valor

0,30 0,15 0,04 0,04 funcionamientomáximo (s)Tiempo de

0,50 0,20 0,15 0,15 funcionamientoRetardado máximo (s)

«s»≥ 25 > 0,030

Tiempo de no0,13 0,06 0,05 0,04 actuación

mínimo (s)

10. Explica qué es una corriente de fuga, pon un ejem-plo, y explica cómo actúa el interruptor diferencialpara evitar los peligros que conlleva.

11. Desmontad un interruptor diferencial e identifi-cad cada una de las piezas que lo compone.




Fig. 5.23.Ondas características de

sobretensión.

Fig. 5.24.Limitador de sobretensiones.

5.5.5.5. Limitador de sobretensiones5.5.1.5.5.1. El limitador de sobretensiones

y sus característicasLas sobretensiones se originan como consecuencia de descargas atmosféricas,maniobras en las redes eléctricas y defectos que se producen en las mismas.

Cuando entre dos electrodos se supera el valor de rigidez dieléctrica del medioaislante que los separa, se produce una descarga eléctrica. El ejemplo más co-nocido es la caída de un rayo.

La duración de una sobretensión es del orden de algunos microsegundos yalcanza valores de diferencia de potencial de unos pocos kV. Este tipo de sobre-tensiones provocan unas formas de onda muy características que se indican enla figura 5.23.

La onda de corriente 8/20 µs, llega al 90 % del máximo de la intensidad en8 µs y disminuye al 50 % de su valor en 20 µs.

La onda de tensión 1,2/50 µs, llega al 90 % del máximo en 1,2 µs y dimi-nuye al 50% de su valor en 50 µs.

Así pues, podemos decir que los limitadores de sobretensiones son aquellosdispositivos protectores utilizados para limitar las sobretensiones transitorias yderivar las ondas de corriente no deseadas y peligrosas a tierra, sin que éstasafecten a los equipos que tenemos conectados en nuestra instalación eléctrica.

5.5.2.5.5.2. Componentes y funcionamiento de un limitador de sobretensiones

Un limitador de sobretensiones se compone básicamente de un varistor, que esel elemento responsable de la protección eléctrica, y un elemento de señaliza-ción del estado de los varistores (una vez agotados, se deben cambiar). Todoello montado en un módulo provisto de los bornes de conexión.

El varistor está compuesto de un material (generalmente óxido de zinc) quevaría su impedancia según la tensión a la que está sometido. Para valores deunos cientos de voltios, su impedancia es elevada y para valores de unos pocoskV, su impedancia se reduce a valores muy bajos. Si se conecta de una maneraadecuada, nos permite la protección de la instalación eléctrica.

10090

50

10

10090

50

30

10T1 = 8µsT2 = 20µs

T1 = Tiempo de subidaT2 = Tiempo de bajada

I(%)

I(%)

t t

T1 = Tiempo de subidaT2 = Tiempo de bajada

T1 = 1,2µs

Onda de tensión 1,2/50µs

T2 = 50µs

Onda de corriente 8/20µs



Fig. 5.25.Características del limitador de sobretensiones.

Definición de las principales características técnicasCorriente nominal de descarga In. Esel valor de cresta de la corriente de des-carga en forma de onda 8/20 µs que escapaz de descargar 20 veces sin dete-riorarse.

Corriente máxima de descarga Imáx.Es el valor de cresta máximo de unacorriente de descarga en forma deonda 8/20 µs que es capaz de descargarel limitador sin dañarse, en una solavez.

Nivel de protección. Es el valor de ten-sión Up que hay en los bornes del limi-tador cuando éste es recorrido por sucorriente nominal de descarga In.

Vía dechispas

Desconectadortérmico

Varistor Varistor

Señalizador de entrada

5.5.3.5.5.3. Elección y tipos de limitadores de sobretensiones

La elección de un limitador de sobretensiones depende:

De la zona geográfica en que se encuentra la instalación (zona rural o ur-bana, densidad de descarga de rayos, red de distribución aérea o subterrá-nea).

De la sensibilidad del material a proteger. Las categorías de las sobretensionespermiten clasificar los diversos grados de tensión soportada a las sobreten-siones en cada una de las partes de la instalación, equipos y receptores.

Las categorías indican los valores de tensión soportada a la onda de choque detensión por los equipos, determinando, a su vez, el valor límite de tensión resi-dual que deben permitir los dispositivos de protección de cada zona para evi-tar el daño a los equipos que protege.

Se pueden distinguir cuatro categorías, que indican el máximo nivel de tensiónsoportada a los impulsos por sus aislamientos, en función de la tensión nomi-nal de la instalación:

Categoría I. Equipos muy sensibles y destinados a conectarse a una instala-ción fija (ordenadores, equipos electrónicos, etc.).

Categoría II. Equipos destinados a conectarse a una instalación fija (electro-domésticos, herramientas portátiles, etc.).

Categoría III. Equipos y materiales que forman parte de la instalación eléctricafija (armarios de distribución, embarrados, interruptores, seccionadores,tomas de corriente, cables, cajas de derivación, etc.) y a otros equipos querequieren un alto nivel de fiabilidad (ascensores, máquinas industriales, etc.).

Categoría IV. Equipos y materiales que se conectan en el origen o muy pró-ximos al origen de la instalación (contadores de energía, aparatos de tele-medida, equipos principales de protección contra sobreintensidades, etc.).


144

Tabla 5.6. Valores mínimos de sobretensión a impulsosTensión nominal

Tensión soportada a impulsos 1,2/50 µs (kV)de la instalación (V)

Sistemas Sistemas Categoría IV Categoría III Categoría II Categoría I

trifásicos monofásicos230/400 230 6 4 2,5 1,5400/690 –

8 6 4 2,51000 –


Fig. 5.26.Tipos de conexión y tipos deprioridades de los limitadores

de sobretensión.

En la tabla 5.6 se recogen los valores mínimos de sobretensión a impulsos quehan de soportar los equipos en función de la tensión nominal de la instalacióny su categoría.

Los limitadores de sobretensiones se pueden conectar de dos maneras, depen-diendo del tipo de protección que deseemos:

En modo común. Cuando el limitador se conecta entre los conductores acti-vos y tierra. Se utiliza este método en las protecciones basta (cuadro gene-ral) y media (cuadros secundarios).

En modo diferencial. Cuando el limitador se conecta entre fase y neutro. Seutiliza este método para la protección final (fina) especialmente de apara-tos electrónicos muy sensibles.

Según el tipo de servicio que se desee, existen dos tipos de prioridades:

Prioridad a la continuidad de servicio. Cuando se funde el fusible se desco-necta la protección de sobretensiones, pero los equipos siguen en funcio-namiento. Se debe tener la precaución de sustituir la protección de sobre-tensiones, porque a partir de ese momento, los equipos están sin protec-ción.

Prioridad a la protección. Cuando se funde el fusible los equipos quedan des-conectados, y ya no pueden ser sometidos a una nueva sobretensión, hastala sustitución del limitador de sobretensiones.

Para conseguir una protección adecuada se utilizan dos o más protectores deforma coordinada. El primero se coloca al comienzo de la instalación y se uti-liza para conseguir el mayor poder de descarga posible Imax. Los siguientes secolocan lo más cerca de los equipos a proteger y su elección depende del nivelde protección Up. Se debe tener además, una buena toma de tierra para elimi-nar de una manera eficaz el defecto.

Receptor

Modo común

Modo diferencial

PRO

TEC

TOR

DE

SOB

RET

ENSI

ON

ES

PRO

TEC

TOR

DE

SOB

RET

ENSI

ON

ES

REC

EPTO

R A

PRO

TEG

ER

REC

EPTO

R A

PRO

TEG

ERPrioridad a la

continuidad de servicioPrioridad a la

protección

Receptor

L1

N

L1

N

U

U


EE ll pp rr oo yy ee cc tt oo

La memoria

Definición

La memoria es el documento justificativo y descriptivo de la solución adoptada en el proyecto.

La memoria sirve de introducción al proyecto y permite una rápida visión del contenido, a su vez, facilita launión entre todos los documentos del proyecto.

Un esquema de una memoria descriptiva genérica se podría componer de:

Objeto.

Alcance.

Antecedentes.

Normas y referencias.

Definiciones y abreviaturas.

Requisitos del diseño.

Análisis de soluciones.

Resultados finales.

Planificación.

Cálculos justificativos.

Ejemplo del índice de una memoria de un proyecto de electrificación de viviendasVeamos a continuación el índice de una memoria tipo de un proyecto de electrificación de viviendas:

Objeto del proyecto.

Normas de obligado cumplimiento.

Descripción del edificio.

Potencia total del edificio.

Suministro de energía.

Descripción y justificación de las canalizaciones elegidas.

Acometida.

Caja general de protección.

Línea general de alimentación.

Centralización de contadores.

Derivaciones individuales.

Cuadro general de mando y protección.

Instalaciones interiores para viviendas.

Instalaciones de servicios comunes.

Red de puesta a tierra del edificio.

Cálculos justificativos.




AA uu tt oo ee vv aa ll uu aa cc ii óó nn

1. Enumera e identifica los dispositivos de protección existentes en vuestro laboratorio de prácticas. Anota todaslas características indicadas sobre los mismos (tensión asignada, intensidad asignada, etc.).

2. Enumera e identifica los dispositivos de protección existentes en el cuadro de mando y protección de vuestravivienda. Anota todas las características indicadas sobre los mismos (tensión asignada, intensidad asignada,etc.).

3. Razona los motivos por los que el interruptor diferencial se conecta a continuación del interruptor magneto-térmico.

4. ¿Es adecuado montar un interruptor diferencial, en un circuito, sin conectar un interruptor magnetotérmi-co? ¿Por qué?

5. ¿Cuáles son las 3 curvas de disparo más utilizadas actualmente en los interruptores magnetotérmicos?

6. ¿Cuáles son los dos tipos de fusibles más utilizados? Aplicaciones de los mismos.

7. Con ayuda de catálogos de distintos fabricantes, compara las diferentes prestaciones (caída de tensión, poten-cia disipada, I2t máximo, etc.) para un mismo tipo de dispositivo de protección (por ejemplo: un interruptormagnetotérmico curva C de 16 A, un fusible tipo NH 1 gG 250 A, etc.).

8. Realiza un estudio y su correspondiente informe de los diferentes fabricantes europeos de dispositivos de pro-tección (fusibles, magnetotérmicos, diferenciales y limitadores de sobretensiones).

9. Indica el tipo de fusible y/o interruptor magnetotérmico más adecuado para la protección de un motor conarranque directo (I arranque motor = 6 In).

10. Indica el tipo de fusible y/o interruptor magnetotérmico más adecuado para la protección de cables.

11. Con ayuda de algún catálogo de un fabricante de fusibles, selecciona un fusible cilíndrico, tamaño 22 × 58,tipo gG, In = 80 A e interpreta sus características mediante las curvas que aparezcan en el catálogo, tal comose ha realizado en el ejemplo 1, de esta unidad.

12. Realiza el estudio indicado en el apartado anterior, para un fusible de cuchilla tipo NH, tamaño 00, tipo aMe In =100 A.

13. Con ayuda de algún catálogo de un fabricante de interruptores magnetotérmicos, selecciona un interruptormagnetotérmico bipolar, curva C, In =16 A e interpreta sus características mediante las curvas que aparez-can en el catálogo, tal como se ha realizado en el ejemplo 1, de esta unidad.

14. Realiza el estudio indicado en el apartado anterior, para un interruptor magnetotérmico bipolar, curva B, In = 20 A.



PPrráácctt iiccaa 2211

Prácticas de tal ler

Los cables serán flexibles e iránfijados al panel o cuadro, me-diante grapas o elementos simi-lares.

L1 N PE

S1

E1

S1

E1

L1

NPE

Instalación de un timbre, mandado por un pulsadorEsquema de instalación multifilar Esquema eléctrico funcional

Material necesario para la realización de la prácticaCantidad Designación Observaciones

1 Panel o cuadro de 60 × 50 cm1 Caja de conexiones1 Pulsador1 Timbre– Regletas de conexión– Cable negro de 1,5 mm2

– Cable azul de 1,5 mm2

Trabajos a realizar:

Sobre un panel, cuadro o tablero, realizar el montaje y conectar el circuito del esquema.

Probar a la tensión nominal.

Medir con el polímetro la resistencia interna de la bobina del timbre.

Comprobar la intensidad que absorbe de la red cuando funciona.


148


Instalación de un timbre, mandado por tres pulsadores

Esquema de instalación multifilar Esquema eléctrico funcional


1 Panel o cuadro de 60 × 50 cm3 Caja de conexiones3 Pulsadores1 Timbre– Regletas de conexión– Cable negro de 1,5 mm2




Probar a la tensión nominal accionando de forma aleatoria los pulsadores.

Si teniendo apretado un pulsador accionamos otro cualquiera, ¿que sucederá?, ¿por qué?

Si accionamos los tres pulsadores simultáneamente, ¿se producirá un cortocircuito?, ¿por qué?


Tener presente las observacionesdescritas en prácticas anteriores.

L1 N PE

S1 S2 S3

E1N

PE

L1

E1

S1 S2 S3



Instalación de dos timbres conmutados, accionados por un pulsador



1 Panel, cuadro o tablero de 60 × 50 cm2 Caja de conexiones1 Pulsador1 Conmutador2 Timbres– Regletas de conexión– Cable negro de 1,5 mm2



Dibujar el esquema funcional de la instalación.


Probar a la tensión nominal accionando de forma aleatoria el conmutador.

Si teniendo apretado el pulsador accionamos el conmutador, ¿qué sucederá?, ¿por qué?

Comprobar con el polímetro el consumo de cada uno de los timbres.

Con los datos de tensión e intensidad medidos, ¿qué resistencia corresponde a cada timbre?



L1 N PE

S1 S2E1 E2




Instalación de un circuito paralelo formado por una lámpara de incandescencia, un timbre y una toma de corriente



1 Panel, cuadro o tablero de 60 × 50 cm3 Cajas de conexiones1 Interruptor1 Pulsador1 Timbre1 Portalámpara1 Toma corriente1 Lámpara de incandescencia– Regletas de conexión– Cable negro de 1,5 mm2



Dibujar el esquema multifilar de la instalación.

Sobre un panel, cuadro o tablero, distribuir, montar y conectar el circuito según el esquema multifilar.

Probar a la tensión nominal accionando de forma aleatoria el interruptor y el pulsador.

Comprobar con el polímetro el aislamiento entre fase y neutro del circuito.

Si teniendo apretado el pulsador accionamos el interruptor, ¿que sucederá?, ¿por qué?

Comprobar que existe tensión en el enchufe con la lámpara encendida y apagada o cuando accionamosel pulsador

Si se produce un cortocircuito en el timbre ¿podría funcionar normalmente el enchufe y la lámpara si notocamos el pulsador?


PEN

E1

L1

S1

X1

S2

E2



Instalación de timbres en un edificio de cuatro plantas con un piso por planta, mando por centralización

de pulsadores en la planta baja y un pulsador en cada rellano de la escalera



1 Panel o cuadro de montajes4 Cajas de conexiones6 Pulsadores3 Timbres– Tubo corrugado– Regletas de conexión– Cable negro de 1,5 mm2



Dibujar el esquema multifilar de la instalación.

Sobre un panel, cuadro o tablero, distribuir, montar y conectar el circuito según el esquema multifilar.

Probar a la tensión nominal accionando de forma aleatoria los pulsadores.

Comprobar con el polímetro el aislamiento entre fase y neutro del circuito.

Si teniendo apretado un pulsador accionamos el otro que también alimenta al timbre, ¿que sucederá?,¿por qué?

Si accionamos los seis pulsadores simultáneamente, ¿se producirá un cortocircuito?, ¿por qué?



NPE

L1

S3

S2

S1

S6

S5

S4

E3

E2

E1

Agrupaciónde pulsadores

Plantabaja

Planta 1

Planta 2

Planta 3


dispositivos de protección (edebé)

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