INTRODUCCIÓN - · PDF fileINTRODUCCIÓN: No es descabellado pensar en un mundo "Todo Eléctrico" pero ésto no es posible imaginarlo sin seguridad en el uso de la electricidad

INTRODUCCIÓN:

No es descabellado pensar en un mundo "Todo Eléctrico" pero ésto no es posible imaginarlo sin

seguridad en el uso de la electricidad.

Las investigaciones y experiencias sobre los efectos del pasaje de la corriente eléctrica a través

del cuerpo humano y de su gravedad. Quien alguna vez no ha recibido un "aviso", y si el toque

fue leve todo pasó, y se olvidó. Sin embargo debemos pensar en ello seriamente.

Cada año en nuestro país mueren aproximadamente 300 personas por electrocución (sin incluir

los incendios originados por las diversas fallas de las instalaciones eléctricas), algunas de estas

causas tan solo por corrientes bastante pequeñas.

La determinación de los límites técnicos de utilización de materiales conductores y aislantes en

instalaciones y en los artefactos, sin producir sobrecalentamiento y cortocircuitos, han permitido

que se construyan elementos que cumplan con las protecciones necesarias en la actualidad.

Nuestro trabajo se referirá a los distintos tipos de seguridad en instalaciones en baja tensión (50

a 1000 Volt/AC), tratando de mostrar la importancia, sus ventajas y desventajas para una mejor

utilización de los mismos y sus combinaciones de acuerdo a sus características, disminuyendo

costos debido a conveniencias. Además de tratar de comprender su funcionamiento.

INTEGRACIÓN ELÉCTRICA – TP PROTECCIONES ELECTRICAS

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PROTECCIONES ELÉCTRICAS

FUSIBLES

QUÉ ES CORTOCICUITO? Un cortocircuito se manifiesta por un aumento excesivo de corriente, que alcanza en pocos milisegundos un valor igual a centenas de veces la corriente de empleo. Los circuitos deben estar todos protegidos contra los accidentes que pueden sobrevenir, y contra la persistencia de ciertas condiciones de funcionamiento anormales que sin poderse llamar accidentes, no son admisibles. Las protecciones utilizadas en las instalaciones comunes se conectan en serie, y son mecanismos que actúan sacando de servicio la sección averiada, porque la persistencia de esas condiciones provoca la inutilización de elementos, o incendios. Los elementos de seguridad pueden agruparse en dos tipos: los fusibles y los automáticos. A su vez estos últimos pueden funcionar por desenganche térmico o magnético. El fusible es comparativamente más económico, pero presenta la desventaja de que una vez que actuó debe reemplazarse, y de que como su funcionamiento involucra su destrucción, es imposible ensayarlo. Las protecciones en serie se caracterizan por sus curvas de funcionamiento, que son representaciones como las de figura 1. en los catálogos comerciales, estas curvas se dibujan en escalas logarítmicas, por comodidad. Todos los valores que se encuentran dentro del área de protección, corresponden a estados para los cuales el sistema actúa, sacando de servicio el circuito. Si se aplica una intensidad cualquiera I1 , la protección actúa cuando pasó el tiempo t1. para el tiempo t´1 no funcionará, y para el t´´1 lo


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hará con toda seguridad. La I L es la intensidad límite, valor crítico que si sobrepasa, hace actuar al mecanismo en tiempo finito. La intensidad nominal I N es la que se indica en el aparato, y suele relacionarse por medio de: Fusibles hasta 10 Amper I L = 1,8 I n Fusibles desde 15 a 25 Amper I L = 1,57 I n Fusibles desde 35 a 60 Amper I L = 1,45 I n Fusibles desde 80 a 200 Amper I L = 1,45 I n

(figura 1)

La I A 1 es la intensidad de acción instantánea. Los fusibles a emplearse deben tener la cámara de fusión de “tipo cerrado”. Pueden ser de varios tipos constructivos, pero en nuestro medio y para las instalaciones comunes se usan los de “tapón” y los de “cartucho”. Los de tapón, tan conocidos en las instalaciones domiciliarias, consisten en un cuerpo de porcelana, dentro del cual se aloja un trozo de alambre por el cual pasa la corriente a proteger, cuando ésta toma un valor peligroso, este hilo se funde, cortando en vínculo. Para que el arco producido por este corte se apague rápidamente, se lo llena a veces con arena de cuarzo seca. Estos tapones se colocan sobre un cuerpo de porcelana con rosca, llamado interceptor, que puede tener varias formas comerciales. En la figura 2 vemos un tapón común, y en la 3 y 4 dos interceptores muy difundidos.

(figura 2) (figura 3) (figura 4)


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El interceptor a rosca, tan común en las instalaciones domiciliarias, se aprecia en la figura 5 para observar la disposición eléctrica y completando lo ya visto en la figura 4.

Una forma más evolucionada y segura son los fusibles de cartucho, consistentes en un cuerpo de porcelana, parecido al del tapón, pero dentro de él se coloca un cartucho, como en la figura 6, dentro del cual está el hilo fusible. Estos cartuchos se venden con el hilo, y ofrecen dificultades para repararlos, asegurando así que el que se instala es de la capacidad requerida, porque debe ser nuevo. En la parte superior de dichos cartuchos hay una chapita de colores convencionales de acuerdo con la intensidad nominal. En los catálogos se encuentran los fusibles “tabaquera”, consistente en una caja dentro de la cual está el hilo fusible, tomado de una saliente de la tapa. También hay tipo “roseta” con análogos temas, pero la tapa a rosca. En EE.UU, se usa mucho el fusible de lámina, consistente en una pieza de esa forma colocada dentro de un cilindro, de material aislante, salvo los extremos. Dicha pieza se coloca a presión entre dos horquillas, y la lámina es fácilmente recambiable. El Reglamento señala todas las prescripciones que deben cumplir estos elementos. En la figura 8 vemos el corte y una vista lateral del fusible a lámina con su portafusible. Y en la figura 7 tenemos un cartucho colocado dentro de su tapa, y ésta roscada en el interceptor.

(figuras 5 y 6)

(figura 7) (figura 8)


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Corriente de fusión en Amper Diámetro del

hilo en milímetros

Plomo

Plata

Cobre

Estaño-plomo

0,10 - 2 - - 0,20 - 6 - - 0,30 1 8 - - 0,40 2 10 20 - 0,50 3 15 30 - 0,60 4 20 40 - 0,70 5 25 50 - 0,80 6 30 60 - 0,90 7 40 70 - 1,00 8 50 80 13,3 1,25 12 80 110 19,8 1,50 16 120 135 25,4 1,75 20 - - 32,0 2,50 40 - - - 4,00 85 - - -

(Tabla I) Según el criterio del investigador W. H. Perece, indicado por el Standard Handbook for Electrical Engineers, la relación entre la corriente de fusión en Amper, y el diámetro en milímetros es: 3/2

I = C . d Que es válida para trozos largos. El valor de C se obtiene de la tabla siguiente:

Material

Valor de C

Cobre .......................................................... 80 Aluminio .................................................... 60 Platino ........................................................ 40 Plata alemana .............................................. 40 Estaño ........................................................ 13 Plomo ......................................................... 11 Plomo; estaño ............................................ 10

(Tabla II)

Los fusibles del tipo a cartucho pueden ser “rápidos” (aM) o “lentos” (gL), según la figura 11. los primeros se prefieren en circuitos de luz, y los segundos en los circuitos de fuerza motriz. Los lentos pueden soportar la corriente de arranque de los motores sin fundirse, y proteger convenientemente en marcha. Se fabrican fusibles de alto poder de ruptura, que presentan el aspecto de la figura 9. estos fusibles aseguran protección en caso de cortocircuito y también en caso de sobrecargas de larga duración. El elemento fusible suele ser de plata pura, con un interior relleno de polvillo de cuarzo, para extinguir rápidamente el arco. Los hay de corrientes del orden de 600 A bajo tensiones de 500 V alternada. Para colocarlos o quitarlos, vienen provistos de una herramienta


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especial aislada. En la figura 10 tenemos el croquis de lo que se suele llamar seccionador fusible. Es una combinación de llave con su fusible, que también se conoce como seccionador bajo carga. Se los puede encontrar hasta unos 600 A bajo tensión de 500 V.

El contactor y el térmico son aparatos muy importantes y valiosos, por eso, deben ser protegidos en caso que se produzca una falla. El mejor medio para lograrlo por su velocidad de actuación y por su capacidad sin límites es el fusible; siempre que éste sea de calidad, responda a normas en vigencia y no haya sido abierto. ATENCIÓN: un fusible no se puede reparar. La segunda función muy importante del fusible es la de seleccionar cuál es el circuito con falla y separarlo de la red para permitir que ésta continúe en servicio. ATENCIÓN: por sus características una termomagnética no es adecuada para proteger una combinación contactor + térmico.


(figura 11)


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PUESTA A TIERRA Para que las medidas de seguridad sean eficientes, es necesario también poner a tierra toda la estructura metálica protectora de los conductores, llaves, etc., o sea, de todas las partes que eventualmente puedan quedar al alcance de la mano. La “tierra” se hace en un lugar determinado, por lo regular cerca del tablero de entrada, y para asegurar que toda la tubería y sus accesorios queden al potencial cero, es menester que haya continuidad eléctrica, para lo cual el Reglamento señala que los empalmes de caños deben hacerse con manguitos, y otras precauciones.

En dibujo de figura12 mostramos dos formas de poner a tierra un aparato electrodoméstico, como por ejemplo, un refrigerador o un lavarropa. A la izquierda, si la instalación no es la reglamentaria y no tiene el polo tierra, la masa metálica expuesta a la mano de las personas, se debe poner a tierra. En cambio, si la instalación es reglamentaria, se lleva la masa metálica al terminal de tierra. Para estos fines, se coloca un conductor desnudo, flexible, hasta alcanzar la toma de tierra elegida. Se hace la tierra con una placa de cobre colocada en un pozo, según indica la figura 13, tratando de llegar a la primera napa de agua. Si esta napa es muy profunda, se usan caños ¾´´ de hierro galvanizado o jabalinas de cobre que se ofrecen en todos los comercios. Los empalmes a los cables de tierra deben hacerse remachados o con métodos similares, no debiéndose usar soldaduras.

(figura 12)


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(figura 13) Las puestas a tierra que el comercio ofrece se ven el la figura 14 y en figura 15 tenemos la disposición de una jabalina de puesta a tierra, que

(figura 14) (figura 15) Alcanza la primera napa de agua. Hay casos muy importantes, como grandes edificios, estaciones transformadoras o centrales eléctricas, en que la puesta a tierra se lleva acabo por medio de una malla de puesta a tierra como se ve en la figura 16, compuesta por cuerdas de cobre empalmadas y soldadas todas ellas entre sí y que tienen un determinado número de jabalinas de puesta a tierra. La instalación alcanza esa malla a través de un adecuado cable, que pasa por una caja de registro, con la cual, es posible separar temporariamente la red de tierra y hacer mediciones para verificar el valor de la instalación.


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En caso de un cortocircuito, la corriente de la falla circula a tierra por lo que tiene importancia la llamada resistencia de la puesta a tierra. Si la corriente del defecto alcanza un orden de 10.000 Amper, al pasar por una resistencia de 0,01 Ohm provoca una tensión del orden de 100 Volt. Por lo tanto, para mantener la tensión entre un elemento y tierra por debajo de los 100 Volt, sería menester que la resistencia de la puesta a tierra no superase el centésimo de Ohm. Es natural que en el caso de un cortocircuito de la intensidad señala, el sistema tendrá las protecciones (fusibles o automáticos) que sacarán de servicio todo la instalación en forma rápida, de tal modo que la persistencia de los 100 Volt peligrosos es transitoria. Se desprende de estos razonamientos el criterio que adoptó el Reglamento de la Asociación Electrónica Argentina, que nos señala que el valor máximo de la resistencia a tierra, no debe sobrepasar de los 10 Ohm y en el caso de viviendas colectivas debe ser inferior a los 2 Ohm. Para el cálculo de la resistencia a tierra, debe tenerse en cuenta que de lo que se habla es de la “resistencia equivalente entre el punto de partida de la línea que va a tierra, y la masa de tierra propiamente dicha”, conforme se trata de ilustrar en el dibujo de la figura 17. En la parte superior de la figura tenemos un circuito monofásico conectado a una resistencia de carga Rc. La caja de protección del artefacto está conectada, desde un punto marcad con la letra T hacia tierra. Si se produce un accidente y uno de los conductores de entrada toca a la caja metálica de protección, se produce una situación peligrosa. En la parte inferior de la figura hemos supuesto que el contacto accidental defectuoso se produce en el punto marcado con la letra F, lo que supone la peor situación.

(figura 16)


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Como la caja está unida al potencial del otro conductor, dado que está a tierra lo mismo que él, se produce la circulación de la corriente de falla If. Para mejor interpretación en ese mismo dibujo hicimos el “circuito equivalente”, mostrando las resistencias que encontrará la corriente de falla. Primero encontramos la resistencia de la línea (uno de los conductores), luego la resistencia de falla Rf que comprende el valor en Ohm de todos los elementos que accidentalmente forman el camino de la corriente desde el punto de contacto hasta el punto T en que comienza el circuito de tierra. Desde allí tendremos la resistencia de la puesta a tierra Rp , y finalmente el circuito se cerrará por tierra hasta la fuente por medio de la resistencia del terreno representada por Rt . Este último valor es en muchos casos de difícil determinación. Para el caso de tener que hacer alguna estimación, aunque sólo sea aproximada, puede tomarse la tabla III.

Tipo de suelo Resistencia de una varilla de 15 mm por 1,5m en Ohm

Resistividad en Ohm7cm3

Rellenos de ceniza, escorias, desechos salinos.

14

2370

Arcilla, esquistos, humus. 24 4060 Igual que el anterior, pero con diversas proporciones de arena y grava.

93

15800

Grava, arena, piedras con poca arcilla.

554

94000

(tabla III) Estos valores, obtenidos de un informe técnico de la oficina de normas norteamericana (EE.UU), nos hacen ver la amplia gama de variación que se puede presentar, dado que la resistencia a tierra que debe valer menos de 10 Ohm por Reglamento, debe ser:

RT = Rf + Rp + Rt Donde: RT = resistencia total de la toma de tierra. Rf = resistencia de falla. Rp = resistencia del sistema de puesta a tierra. Rt = resistencia del terreno hasta el punto a tierra.

(figura 17)


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Debe agregarse que la humedad influye en forma muy notoria sobre Rt, de tal manera que muchas tomas de tierra importantes se recomienda mantenerlas húmedas por medio de un regado sistemático. A su vez, la baja temperatura favorece la resistencia, porque la disminuye, lo mismo que la humedad. La puesta a tierra de las instalaciones eléctricas tiene otras ventajas. La forma recomendada de evitar los accidentes a las personas es con el empleo de los interruptores diferenciales. Largo jabalina (m) Resistividad (ohm, m) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1,50 7,12 10,68 14,24 17,80 21,36 24,48 28,48 32,04 35,60 39,16 2,00 5,57 8,35 11,14 13,92 16,71 19,49 22,28 25,06 27,87 30,63 3,00 3,93 5,89 7,86 9,82 11,78 13,75 15,71 17,68 19,64 21,60 4,50 2,76 4,14 5,52 6,91 8,29 9,67 11,05 12,43 13,81 15,19 6,00 2,15 3,22 4,30 5,37 6,44 7,52 8,59 9,67 10,74 11,81

(tabla IV)


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PROTECCIÓN EN CONDUCTORES CONDUCTOR SIMPLE AISLADO Los conductores para usos generales en las instalaciones pueden ser un alambre único o bien una cuerda compuesta por varios alambres. Cuando la aislamiento es de goma, el conductor está recubierto por una capa de estaño. Pero en la actualidad las cubiertas de goma se emplean muy poco y los conductores comerciales comunes tienen cubierta de material plástico, cuyo componente predominante es el policloruro de vinilo, denominado comercialmente como PVC. Las gomas empleadas todavía en algunos tipos, son compuestos a base de caucho, natural o sintético, que presentan buena elasticidad. Las aislaciones termoplásticas a base de policloruro de vinilo (PVC) son mezclas pastosas, tenaces y algo elásticas. Con el frío endurecen y se tornan frágiles, lo que es una evidente desventaja. Con la temperatura se ablandan pero cuando la temperatura vuelve a sus valores normales, el plástico retoma sus propiedades normales. Estas cualidades hacen que, cuando los conductores se instalan en lugares con elevada temperatura, sea necesario tomar recaudos apropiados, porque las aislaciones pueden deformarse y alcanzar dimensiones inadecuadas para asegurar una correcta aislamiento. Por lo dicho, una temperatura del orden de los 60 grados centígrados se considera la máxima recomendable, sin descartar que algunos tipos de plásticos pueden tolerar temperaturas del orden de los 100º C.

Para las instalaciones comunes en domicilios, las normas IRAM que llevan los números 2183, 2220, 2261 y 2262 indican los valores y condiciones requeridas. Por lo regular, los productos disponibles en el comercio pueden resistir 1000 Volt de servicio entre fases y 60º C de temperatura. Las figuras 18 y 19 nos muestran esquemáticamente este tipo de conductor y la tabla permite apreciar algunos valores y que aparecen en los catálogos comerciales.

Intensidad admisible en Ampere (A) para caso de servicio

continuado.

Sección en Mm2 (cobre)

Cantidad de alambres y diámetro de cada componente en mm.

Espesor del plástico en mm.

Diámetro exterior en mm.

Al aire

En caño

0,75 1 x 0,98 0,6 2,2 5 5 1 1 x 1,13 0,7 2,5 7 7 1,5 1 x 1,35 0,7 2,8 10 10 2,5 1 x 1,78 0,7 3,2 16 16 4 7 x 0,85 0,8 4,2 22 22 6 7 x 1,05 0,8 4,8 31 30 10 7 x 1,35 1 6,1 47 42 16 7 x 1,70 1 7,1 66 57 35 7 x 2,52 1,2 8,9 88 77 50 19 x 1,85 1,4 12,1 135 114

(tabla V)



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Puede verse que, a partir de la sección 4 mm2 , la composición del conductor cambia, ya que se emplea el tipo de cuerda formada por varios alambres. Este tipo de conductor es apto para interiores en edificios y también en industrias, colocado dentro de tuberías o también a la vista sobre aisladores. No es aconsejable colocarlo sin elementos aislantes de soporte sobre mampostería de yeso o materiales semejantes, como tampoco en ambientes húmedos. Este tipo de conductor también se fabrica del tipo llamado deslizante que permite una fácil colocación dentro de los tubos de acero o de plástico. En la tabla puede apreciarse que la densidad d corriente en Ampere/mm2 varía entre unos 7 A/mm2 para los tipos más pequeños, hasta unos 2,5 A/mm2 n los tipos mayores. Estos conductores se pueden emplear –en las secciones menores- para los circuitos de baja tensión, telefonía, timbres, portero eléctrico, etc. También para los circuitos de luz y tomas de las viviendas y para los circuitos de fuerza motriz de ascensores, bombas de agua, aire acondicionado, etc. CABLES SUBTERRÁNEOS Las fábricas productoras de conductores ofrecen una amplia variedad de cables del tipo unipolar, bipolar, tripolar y tetrapolar, aptos para montaje en condiciones desfavorables y variadas. Puede haber cables subterráneos aislados, conductor por conductor, con papel impregnado en aceite mineral y también aislados conductor por conductor, con materiales plástico. Los hay también con diversas soluciones para crear el campo eléctrico dentro del cable, según la forma y lugar de empleo. También con varias formas de protección mecánica, para adaptarlos a los diversos lugares en que se instalen estos cables. En la figura 20 tenemos el croquis de un cable tetrapolar, que puede ser cobre o de aluminio.

Cada conductor está aislado con PVC, todo envuelto con material sintético y una vaina exterior de PVC negro de muy buenas cualidades mecánicas y de estabilidad química. La temperatura de trabajo puede ser de hasta 80º C, y se fabrican bajo las normas IRAM 2220 y 2289. los materiales utilizados no propagan la llama, razón por la que se los llama contra fuego . pueden ser utilizados en posición horizontal o vertical y en el agua, en edificios de vivienda, oficinas e industrias. Se los puede instalar inclusive donde hay ambientes corrosivos, sobre paredes, en bandejas, canaletas conductos . hay tipos de cable subterráneo cuyas aislaciones les permiten trabajar hasya con temperaturas de 90º C y en emergencias, sobrecargados hasta 130º C y más aún. Las aislaciones también pueden ser de polietileno reticulado cumpliendo la norma IRAM 2261, presentando bajas pérdidas dieléctricas, bajo factor de potencia y mucha resistividad eléctrica.

(figura 20)


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En la figura 21 tenemos un cable tetrapolar, de cobre o de aluminio, con su aislamiento individual de PVC y relleno del mismo material, pero se diferencia del anterior, en que hay una armadura formada por un eje de acero, antes de la vaina exterior. Con este aditamento, el cable puede instalarse aun en aquellos lugares en que hay alto riesgo de daño mecánico o la acción de los roedores.

En la figura 22 tenemos el croquis de un cable tripolar de cobre o de aluminio, en que cada componente es de forma sectorial. Esta forma de conductor se fabrica por lo regular, en secciones de 25 mm2 o mayores, ya que las menores, son de sección circular. Esta disposición permite una reducción del diámetro y del costo. En la figura 23 tenemos un cable más complejo. Al cobre o al aluminio se lo aísla con polietileno reticulado pero antes y después de esa aislamiento, hay una capa de material semiconductor y además, sobre la aislamiento, una pantalla de cobre. El material semiconductor y la pantalla de cobre forman, en conjunto, un blindaje eléctrico. Es por esta causa, que estos cables se emplean preferentemente para media y alta tensión, donde el campo eléctrico producido queda confinado a las aislaciones y toma una configuración radial adecuada. La pantalla de cobre formada por alambres de cobre protege contra peligrosas tensiones de servicio en caso de avería, ya que dicha malla se conecta a tierra en ambos extremos del cable.

(figura 21)

(figura 22)


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Las secciones más corrientes, se explicitan en la siguiente tabla.

Tipo Sección nominal en

mm2

Diámetro exterior

aprox. en mm

Peso total aprox. en

Kg/Km

Unipolar 1 x 4 8,2 100 1 x 6 8,8 130 1 x 10 9,7 170 1 x 16 10,7 245 1 x 25 12,5 360 1 x 35 13,6 465 1 x 50 15,7 645

Bipolar 2 x 4 14,3 282 2 x 6 15,5 352 2 x 10 17,3 479 2 x 16 19,8 671 2 x 25 24,1 1024 2 x 35 26,3 1291 2 x 50 30,9 1808

Tripolar 3 x 4 15,0 335 3 x 6 16,3 427 3 x 10 18,3 591 3 x 16 21,7 877 3 x 25 25,5 1290 3 x 35 27,9 1646 3 x 50 28,6 1921

Tetrapolar 4 x 4 16,20 405 4 x 6 17,6 522 4 x 10 20,2 749 4 x 16 23,5 1088 3 x 25 + 1 x 16 27,0 1491 3 x 35 + 1 x 16 29,6 1865

(figura 23)


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3 x 50 + 1 x 25 31,7 2296 3 x 70 +1 x 35 35,2 3124 3 x 95 + 1 x 50 39,9 4151 3 x 120 + 1 x 70 45,7 5243 3 x 150 +1 x 70 48,4 6176 3 x 185 + 1 x 95 53,6 7806 3 x 240 + 1 x 120 59,8 9967 3 x 300 + 1 x 150 66,9 12404

(tabla VI)

En esta tabla notamos que los cables tetrapolares, a partir de la sección 25 mm2, el cuarto conductor destinado al neutro, es de sección menor. CONDUCTOR COLECTOR Conductor de Protección y colector: Conceptos generales. La puesta a tierra de las masas se efectuará mediante un conductor de protección, conectado al borne de puesta a tierra de los tomacorrientes, cuando se utilizan estos, o al aparato, o máquina o artefacto cuya puesta a tierra deba realizarse. Tendrá una sección no menor que la determinada por: S = I ∆t K S = Sección real del conductor de protección en mm2. I = El valor eficaz de la corriente máxima de falla a tierra, en Amper. t = Tiempo de activación del dispositivo de protección, en segundos. K = Factor que depende del material del conductor de protección. Tipos de conductores de protección: Puede ser:

1) Los conductores aislados que integran cables multipolares. 2) Los conductores unipolares de cobre aislados con la misma aislamiento que los activos

y de color verde-amarillo. 3) Los elementos conductores tales como armazones metálicas de barras blindadas

(blindobarras) y bandejas portacables siempre que se respete: 3.1 Su continuidad eléctrica. 3.2 Su sección transversal conductora de la corriente (1) de fuga a tierra. 3.3 No deben desmontarse secciones, si ello se hiciera colocar puentes que garanticen la continuidad eléctrica. 4) Los caños metálicos de las instalaciones eléctricas no deben ser considerados como

conductor de protección (no garantizan la continuidad eléctrica). Sin embargo deben estar conectados a tierra, mediante el conductor de protección en cada caja de paso.

Reglas de instalación del conductor de protección. Regla Nº 1: Está prohibido utilizar los conductores de protección para doble función como por ejemplo de protección y neutro. Regla Nº 2: Los conductores de protección y uniones equipotenciales deben protegerse contra los deterioros mecánicos y químicos y contra los esfuerzos electrodinámicos. Deben ser visibles y accesibles.


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Regla Nº 3: No deben intercalarse en el conductor de protección los siguientes elementos: fusibles – interruptores o seccionadores. Se admite que sean interrumpidos por un dispositivo mecánico para realizar mediciones o comprobaciones. DISPOSICINES PARTICULARES a)- Usar tomacorriente con tierra, según IRAM 2071, cuyo borne de tierra será conectado con el conductor de protección en el borne de la caja respectiva si la hubiere, sino se hace aparte la conexión. b)- En conexiones fijas de motores de centrífugas o aire acondicionado, etc., se conectará la masa de los mismos al conductor de protección, el que podrá estar en lo posible en el mismo cable o sino caño con una sección mínima de 2,5 mm2, o según la potencia de los motores, adecuada a estos por la corriente presunta de Icc. c)- Todos los caños, cajas, tableros metálicos deben conectarse al conductor de protección para lo cual tendrán un borne adecuado o regleta de bornes en caso de cajas principales o seccionales. Conductor de protección Es el que une eléctricamente las masas a la puesta a tierra. Será de cobre electrolítico, aislado de color verde-amarillo y de sección mínima no inferior a 2,5 mm2. Ingresará al sistema de cañerías de instalación por el Tablero Principal.


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CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS Y APARATOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS EN RELACIÓN A LA PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ELÉCTRICAS

Clases de Equipos: Equipo Clase 0: Equipo en el cual la protección contra shock eléctrico se hace solo con aislamiento Básica, esto significa que no hay medios para la conexión o partes conductivas accesibles de un conductor de protección.

Aislamiento Básica

Superficie Externa

Equipo Clase I: Equipo en el cual la protección contra el shock eléctrico no se realiza solamente con aislamiento Básica, masas que incluye una protección adicional de tal forma que se permite la conexión de las (Masas) conductivas accesibles al conductor de protección (conectado a tierra) de tal manera que dichas partes no alcancen un potencial eléctrico en caso de falla de aislamiento Básica.

Puesta a Tierra

Aislamiento Básica

Superficie Externa

Equipo Clase II: Equipo en el cual la protección contra el shock eléctrico no se realiza solamente con la aislamiento Básica, sino que incluye una protección adicional consistente en: doble aislamiento reforzada y que no permiten la provisión de una conexión a tierra.

Aislamiento Básica Doble Aislamiento o Reforzada

Superficie Externa

Equipo Clase III: Equipo en el cual la protección contra shock eléctrico se logra con un voltaje extra bajo de la alimentación.

(figura 24)

(figura 25)

(figura 26)


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CONTACTOS DIRECTOS E INDIRECTOS Contactos Directos: Se define como el contacto de persona con partes activas de los materiales y equipos de una instalación.

Contactos Indirectos: Son los que se producen entre contacto de personas y masa, puestas éstas últimas accidentalmente bajo tensión. Para evitar los riesgos de accidentes o muerte por electrocución en ambos casos (contactos directos y contactos indirectos) la protección más efectiva es la que se brinda con un interruptor diferencial.

Contactos Indirectos: Es una solución óptima ya que con una puesta a tierra de las masas metálicas de 5r a 10r, con valores de cote de fuga a tierra de 30 mA interrumpe el circuito. Debe usarse del tipo electromagnético, y no el electrónico que cuando se interrumpe el neutro no actúa y deja con tensión toda la instalación. La forma de identificar si el diferencial es electrónico es:

• Interrumpir la alimentación del neutro, si no salta, es electrónico. • Entre la salida del vivo alimentado y tierra (caja de paso) a través de una campana de 40

a 60 W comprobar el funcionamiento, si no actúa, es electrónico. Si un diferencial es de ∆In = 0,030 (A) significa que puede actuar entre límite Inferior = ∆In = 0,015 (A) no actúa por debajo de los 15 (mA). 2 Límite Superior = ∆In = 0,030 (A) Se debe garantizar el 100% de los accionamientos en cotes mayores o iguales a los 0,030 (A) y tiempo disparo no mayor de 0,2 seg.

(figura 27)

(figura 28)


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MEDIDAS DE SEGURIDAD PERSONAL CONTRA CONTACTOS ELÉCTRICOS Los contactos eléctricos pueden ser Directos o Indirectos. Protección contra Contactos Directos Se producen cuando las personas tocan partes de la instalación que están con tensión eléctrica en uso normal, por ejemplo: bornes de una termomagnética, portafusibles, portalámparas, etc. Entonces, para prevenir debemos proceder a:

1. Aislar todas las partes con tensión que sean accesibles con el dedo de prueba.

2. Recubrir las partes activas con cubiertas o blindajes que tengan protección mecánica

adecuada. Ver la siguiente figura:

3. Separaciones con distancias aislantes en aire que cumplan con ensayos de tensión y

longitudes adecuadas. Aislamiento:

Esta es la aislamiento funcional, por ejemplo: aislamiento de un cable, protección de bornes de un interruptor, culote aislante de la rosca de un portalámparas, etc.

(figura 29)

(figura 30)


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Recubrimientos:

La aislamiento funcional no es suficiente en muchos casos por lo que se requiere de protecciones mecánicas, por ejemplo:

a. Cañería que protege los conductores activos de una instalación; b. Vaina externa del recubrimiento de conductores, c. Tapa sobre borneras de conexiones de un motor, d. Malla metálica que protege una resistencia, e. Tapa aislante de tomacorrientes o distancias internas de contacto, f. Fajas que alojan protecciones de una línea principal o seccional.

Separaciones:

En casos tales como líneas aéreas de entrada a inmuebles, se deben respetar distancias que impiden al usuario el contacto con las mismas. Las normas IRAM 2444 clasifica las protecciones por tres cifras:

IPXXX La primera cifra significa la protección que tiene el producto contra el ingreso de cuerpos sólidos de 80 mm de longitud y diámetros tales como los indicados. La segunda cifra significa la protección que tiene el producto contra el ingreso de líquidos.

IPO sin protección IPXO sin protección

IP1 protege a cuerpos Mayores de 50 mm (contacto involuntario

de las manos)

IPX1 protege contra caída vertical de gotas de agua.

IP2 protege a cuerpos mayores de 12 mm (dedo de la mano)

IPX2 protege contra caídas verticales de gotas hasta 15º de la

vertical.

IP3 protege a cuerpos Mayores de 2,5 mm (destornillador, etc)

IPX3 protege contra

caída vertical de gotas hasta 60º de la vertical.

IP4 protege a cuerpos mayores de 1 mm (clavos, etc.)

IPX4 protege contra proyección de agua

en todas las direcciones.

IP5 protege contra polvo. Se admite el ingreso que no perju- dica el funcionamien

to.

IPX5 protege contra chorros de agua en todas las direccio-

nes.

(tabla VII)


22

INTERUPTORES TERMOMAGNÉTICOS

INTERRUPTORES TERMOMAGNÉTICOS: GENERALIDADES Son aparatos destinados a la protección de los conductores en las instalaciones eléctricas domésticas donde la temperatura ambiente está comprendida entre 0 y 40º C (rango de la temperatura operativa). Se lo define como un aparato interruptor provisto de un comando manual destinado a desconectar automáticamente de la red una instalación eléctrica o una parte de ella cuando la corriente sobrepasa un valor determinado. Cada interruptor termo debe poseer tres elementos:

1. Disparo térmica 2. Disparo magnético. 3. Macanismo de desconexión.

La función del disparo térmico es proveer protección contra las corrientes de sobrecarga que son las producidas en un circuito eléctrico sano o sin fallas cuando la corriente eléctrica sobrepasa por lo menos en uno de los conductores la intensidad admisible, durante un tiempo tal que pueda provocar deterioros en la instalación.


23

(figura 31)

Qué es sobrecarga? La sobrecarga es el defecto más frecuente sobre las máquinas. Se manifiesta por un aumento de la corriente absorbida por el motor y por sus efectos térmicos. Por ejemplo, la vida de un motor es reducida en un 50% si su temperatura de funcionamiento (definida por su clase de aislamiento) se sobrepasa en 10º C de manera permanente. Disparador térmico: Está formado por una pieza bimetal que se deflexiona al ser calentada, en proporción al valor de la corriente y a su duración, actuando sobre el mecanismo de desconexión. El ajuste y calibrado del disparo bimetálico es hecho en fábrica lo que asegura su precisión e invariabilidad. El disparo magnético: Actúa en forma instantánea sobre el mecanismo de desconexión en caso de un corto circuito, proporcionando una protección contra el mismo independientemente del disparo térmico. Las corrientes de cortocircuito son las sobre intensidades producidas por una falla de impedancias despreciables entre dos puntos de un circuito.


24

El disparo magnético consiste en principio en una bobina atravesada por la corriente del circuito. En caso de producirse un corto circuito en el mismo, la bobina atrae a un núcleo en el momento en que la corriente alcanza un valor predeterminado, actuando sobre el mecanismo de desconexión. Como consecuencia de esto los contactos se abren en un intervalo de tiempo muy corto. Mecanismos de Desconexión: El disparo térmico es el elemento que protege al circuito contra sobrecarga y requiere un cierto período de tiempo para operar. A su vez el disparo magnético asegura protección contra cortocircuitos y sobrecargas elevadas y peligrosas que no podían ser interrumpidas en forma lo suficientemente rápida por el disparo térmico. Los dos disparos actúan sobre el mecanismo de desconexión en forma independiente sobre su elemento de traba. A su vez los dos disparos se protegen mutuamente el uno al otro. El disparo magnético protege a la pieza del bimetal de ser sobrecalentada peligrosamente para su elasticidad, actuando inmediatamente sobre el mecanismo de desconexión y el disparo térmico protege al alambre de la bobina del disparo magnético contra sobrecargas excesivas. Disparo Térmico Puede ser atravesado durante una hora sin desconectar por una corriente igual a 1,05 veces la corriente nominal. Luego en la hora siguiente debe producirse la desconexión por una corriente igual a 1,35 veces la corriente nominal. Disparo Magnético Por una corriente comprendida entre3 y 10 veces la corriente nominal debe producirse la desconexión en forma instantánea( menos de 0,5 seg.) Las características de disparo, o sea el tiempo( en segundos) de disparo en función del valor seleccionado por encima de la intensidad nominal del circuito o aparato, y viene suministrada en los catálogos de los fabricantes. Normalmente los fabricantes elaboran dos tipos de llaves(tipo L o tipo G). Unas pueden ser para proteger instalaciones solamente( por ejemplo circuitos de iluminación y control para oficinas o requerimientos similares en industrias livianas) y otras para protección de instalaciones con aparatos eléctricos. Construcción: Los automáticos N tienen disparador térmico para la protección contra sobrecargas y disparador magnético para la protección contra cortocircuitos, ambos son ajustados en fábrica. Los aparatos tienen desconexión libre, es decir que cuando se produce el disparo (bien por sobrecarga o por cortocircuito) el automático desconecta aunque se sujete la palanca de accionamiento. Los automáticos multipolares tienen desconexión interna, independiente del accionamiento que une los distintos polos. TIPOS DE TERMOMAGNÉTICAS SEGÚN: TIPO L Para la protección de instalaciones. Este tipo es usado para proteger circuitos de iluminación y control. Se usan principalmente es instalaciones de edificios, oficinas o similares requerimientos en industrias livianas.


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La corriente nominal de los interruptores es equivalente a las corrientes nominales y a las curvas intensidad / tiempo de los fusibles, de acuerdo a la norma VDE 0636. La elección de la corriente nominal del interruptor a colocar , se hace en base a la sección y al número de conductores eléctricos existentes en la canalización. El interruptor debe permitir el paso de corrientes eléctricas que no dañen la aislamiento de los conductores que constituyen la instalación. Como valor de referencia, la intensidad permanente máxima del interruptor debe ser menor o igual que la intensidad máxima admisible del conductor. El margen de acción del disparo magnético comprende valores entre 3,5 y 5 veces la corriente nominal del interruptor. TIPO G: Protección de instalaciones y aparatos eléctricos. La intensidad permanente máxima prácticamente es igual a la corriente nominal. En la protección de conductores contra sobrecargas, la corriente nominal del interruptor debe ser igual o menor que la intensidad máxima admisible del conductor. El disparo magnético se produce cuando la corriente alcanza valores entre 6 y 10 veces la corriente nominal del interruptor. Son adecuados para la protección de motores contra cortocircuitos, empleados en combinación con contactores y relevos de protección por falta de fase. ACCIÓN TÉRMICA

a) Los tipos B, C y D son sobrecargas de 1,13 In no desconectan en tiempos mayores que 1 hora (hasta 36 A).

b) En cambio con 1,45 In – corta en un tiempo menor a 1 hora (hasta 63 A). El comportamiento frente a sobrecargas instantáneas de 3 a 50 In es distinto según el tipo, y el instalador debe saber cual utilizar según sea el tipo de carga de su instalación. Tipo B:

Con 3 In d sobrecarga, no desconecta. Con 5 In de sobrecarga, desconecta. Aplicación:

En líneas con cargas fuertemente (horno eléctrico) resistivas o con alumbrado fluorescente (de bajas corrientes de conexión). Tipo C:

Con 5 In de sobrecarga, no desconecta. Con 10 In de sobrecarga, desconecta. Aplicación:

En líneas con cargas del tipo de alumbrado y aparatos electrodomésticos (sin preponderancia de motores). Tipo D:

Con 10 In de sobrecarga, no desconecta. Con 50 In de sobrecarga, desconecta. Aplicación:

En caso de circuitos que alimentan motores que pueden arrancar con I corrientes d 6 a 7 veces la In (con cuples resistentes de arranque importantes). Los tiempos de desconexión son menores de 0,1 seg.


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Los ensayos que más caracterizan la calidad de un termomagnético son: Ensayo de vida:

• Mecánica (sin carga) • Eléctrica (con carga) 10.000 accionamientos • Cortocircuito, 1500, 3000, 4500, 6000, 10.000 KA (en una instalación normal, la Icc en

bornes de la termomagnética en el tablero principal. Electrificación media, no supera los 3000 A de Icc.

CURVAS DE DISPARO: Una sobrecarga, caracterizada por un incremento paulatino de la In, puede deberse a una anomalía permanente que se empieza a manifestar (falla de aislamiento), o transitoria (por ejemplo, corriente de arranque de motores). Tanto cables como receptores están dimensionados para admitir una carga superior a la normal durante un tiempo determinado sin poner en riesgo sus características aislantes. Cuando la sobrecarga se manifiesta de manera violenta (varias veces la In) de manera instantánea estamos frente a un cortocircuito, el cual deberá aislarse rápidamente para salvaguardar los bienes. Dos protecciones independientemente están asociadas en un aparato de protección para garantizar:

� Protección contra sobrecarga. Su característica de disparo es a tiempo dependiente o inverso, es decir que a mayor valor de corriente es menor el tiempo de actuación.

� Protección contra cortocircuitos. Su característica de disparo es a tiempo independiente, es decir que a partir de cierto valor de corriente de falla de protección actúa, siempre en el mismo tiempo.

Las normas IEC 947.2 y 898 fijan las características de disparo de las protecciones de los interruptores automáticos

(figura 32)

Capacidad de ruptura:

En todas las instalaciones que requieran el uso de interruptores termomagnéticos del sistema N, prácticamente sin excepción, el nivel del cortocircuito en los bornes del automático no supera los 3000 A, debido a la impedancia propia dl transformador y de los elementos de conexión entre la fuente y el automático.


27

Si el nivel de cortocircuito excede la capacidad de interrupción al automático, pueden colocarse fusibles como protección de respaldo. Con fusibles tipo GI / GT según VDE o IEC el valor de los mismos puede ser de hasta 100ª, con lo que el nivel de cortocircuito manejable por la combinación alcanza los 25 KA, sin afectar el posterior funcionamiento del automático. En corriente cintínua la capacidad de ruptura s de más de 20 KA a 60 VCC o a 110 VCC para la versión bipolar (para constantes de tiempo a 4ms.) Con interruptores de respaldo se pueden emplear hasta un nivel de cortocircuito de 6 KA. Selectividad:

La selectividad entre automático y fusible antepuesto se da si el valor de l2 t de actuación total del automático es menor que el valor l2 t de prearco del fusible. La generalidad de las fallas ocurren en el consumo o en sus cercanías, lo que equivale a una distancia considerable al automático. Esas fallas son considerablemente menores que la capacidad de interrupción del automático, por lo que el automático actuará individualmente sin la activación del fusible. Influencia de la temperatura ambiente:

El disparador sobreintensidad (bimetal) está ajustado para una temperatura de 20 º+_5º C. temperaturas de ambiente más elevadas (por ejemplo, armarios donde la temperatura es alta), obligan a una corrección de la carga.


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INTERRUPTOR DIFERENCIAL

Accidentes contra las personas – Accidentes eléctricos: El accidente eléctrico es de baja frecuencia pero de gravísimas consecuencias cada vez que se produce, tanto por mortalidad como por lesiones orgánicas. Es ocasionado por el pasaje de la corriente eléctrica a través del cuerpo humano; provoca las lesiones y accidentes. Existe una clasificación que relaciona el valor de la corriente y los efectos provocados.

Mili Amper Efectos sobre el organismo O,5

Hasta 10

Mayor de 10 y hasta 20 Mayor de 20 y hasta 30

Mayor de 50

Mayor de 70 y hasta 140

Mayor de 140 y hasta 300

Mayor de 300

. se percibe sin reacción.

. sin efectos peligrosos, puede desprenderse la persona del contacto. . produce contracción de los músculos y no se desprende del contacto. . produce asfixia con tiempos mayores a 1 segundo. . probabilidad de fibrilación en un 5% con un segundo. . probabilidad de fibrilación en un 50% con un segundo. . probabilidad de fibrilación en un 95 % en un segundo. . probabilidad de fibrilación mayor del 95 % en un segundo.

(tabla VII) Nota: ya que el ciclo de bombeo de la sangre es de 0,75 segundos y en él hay una zona crítica donde puede causar fibrilación (aproximadamente 0,25 segundos), se definió


29

para una protección diferencial un máximo de 0,2 segundos y una corriente máxima de 30 mA. Resistencia del cuerpo humano: Puesto que las instalaciones de inmuebles domiciliarias las tensiones nominales son normalmente de 220 V de corriente alterna o a lo sumo 380 V, las resistencias del cuerpo varían según la tensión que recibe. La siguiente tabla ilustra este fenómeno considerando la piel seca entre mano y pié y con una superficie de contacto de 50 a 100 cm2.

Tensión de contacto en Volt. Impedancia en OHM 25 3250 50 2625 75 2200 100 1875 220 1350 380 1250

(tabla VIII) Notas:

• Con la piel húmeda estos valores bajan en un 10 y 25 % hasta 50 V de contacto. • Con la piel húmeda disoluciones conductivas, los valores bajan un 50%. • Con tensiones de contacto de 150 V la resistencia depende poco de la humedad.

Parámetros que crean el riesgo eléctrico:

1) Corriente máxima a través del cuerpo, mayor a 10 mA y menor a 30 mA crean asfixia.

2) Tensión de contacto máxima (con piel seca) no mayor de 24 V de corriente alterna.

3) Corriente máxima sin riesgo cardíaco severo igual a 30 mA. 4) Tiempo de circulación de la corriente no mayor a 200 m segundos (0,2

seg.) 5) Tensión de contacto máxima (con cuerpo sumergido) no mayor a 12 V

de corriente alterna.

TABLA Zonas Efectos Fisiológicos. Zona I Normalmente sin reacción. Zona II Usualmente sin efectos fisiológicos. Zona III Usualmente no se esperan daños orgánicos. Aparecen contracciones musculares y dificultad en la respiración, disturbios reversibles de impulsos en el corazón. Paros cardíacos transitorios sin fibrilación ventricular se incrementan con la corriente y el tiempo. Zona IV En adición a los efectos de la Zona III, la probabilidad de fibrilación ventricular se incrementa hasta un 5% sobre (curva C2), y hasta un 50% (curva C3), y arriba de un 50%, por encima de la curva c3. los efectos de paros cardíacos, respiratorios y quemaduras pueden ocurrir con el incremento de la corriente y el tiempo.

(tabla IX)


30

(figura 33)


31

FUNCIONAMIENTO

La ASOCIACIÓN ELECTRÓNICA ARGENTINA, en su Reglamentación para la Ejecución de Instalaciones Eléctricas en Inmuebles, edición de agosto d 1984, insiste en el uso de las llamadas PROTECCIONES DIFERENCIALES, que más propiamente debemos llamar Interruptor Automático por Corriente Diferencial de Fuga, conforme a la norma IRAM 2301. En la figura anterior tenemos el esquema de estas protecciones y en ese dibujo se trata de explicar su acción aplicada a una plancha común de uso doméstico, que sufre una falla en su aislamiento. La resistencia de calefacción marcada con R, ocasiona el calor necesario para cumplir su función. Si por accidente falla la aislamiento del artefacto, por accidente falla la aislación del artefacto, por ejemplo en el punto F a la derecha, la corriente I que toma no regresa completa al neutro de la red por el conductor de la izquierda. Una parte que señalamos con ∆I pasa a las partes exteriores, de allí a tierra y de allí se cierra por el neutro a la red. El valor de I es la corriente normal del artefacto y ∆I la corriente de falla. Nótese muy particularmente que los dos conductores de alimentación atraviesan un núcleo magnético de forma anular o toroidal. Si la corriente de falla no existe, es decir ∆I = 0, las dos corrientes principales I son exactamente iguales y de sentido contrario. Al atravesar juntas el núcleo, sus efectos magnéticos se contraponen, se anulan y el resultado no produce

(figura 34)


32

ningún efecto en la bobina que está arrollada sobre el núcleo anular. Pero si hay una falla, por uno de los conductores (el de la derecha del dibujo), pasa la corriente principal I y la de falla ∆I. Dicho de otra manera: Por el conductor de la izquierda pasa I Por el conductor de la derecha pasa I + ∆I Al existir la falla, el desequilibrio señalado ocasiona una fuerza electromotriz alterna

inducida en la bobina del núcleo, porque el flujo alterno abarcado por el núcleo no es

nulo. Esa fuerza electromotriz da lugar a una corriente en la bobina exterior del mismo

circuito, la que acciona su núcleo y destraba el mecanismo del cerrojo y hace abrir el

interruptor, que había sido cerrado con anterioridad y de ese modo, tenía la energía

acumulada en sus resortes como para hacer una apertura rápida.

La corriente de falla se puede producir, por simple pasaje a tierra a causa de estar

apoyado o vinculado un artefacto con tierra o a través del cuerpo de una persona que

tome el objeto y esté apoyada en tierra. En este último caso, la corriente atravesará el

cuerpo de la persona. Por lo tanto, el interruptor de acción diferencial debe actuar bajo

dos condiciones fundamentales:

� Con una corriente que no alcance a dañar a la persona.

� Con un tiempo muy breve, para que ese efecto no sea perjudicial.

Todos los interruptores diferenciales que ofrece el comercio actual cumplen esas

condiciones y están correctamente dimensionados para sus fines específicos. Sólo resta

que sean instalados bajo las condiciones que sus especificaciones ordenan. Deben

cuidarse que el conductor neutro no esté conectado a tierra, después del interruptor. Para

mayor seguridad, estos interruptores viene provistos de un sistema que permite verificar

su eficaz acción. En la figura que se da a continuación representa a la misma anterior,

pero en su esquema eléctrico únicamente y conforme las normas IRAM 2010 Parte I de

setiembre de 1979 y 2010 Parte II de abril de 1977. es muy conveniente consultar estas

dos normas, para no continuar haciendo las representaciones gráficas conforme normas

superadas y estar alineado conforme las normas internacionales. Por otra parte, estos

interruptores vienen provistos de un dispositivo de prueba. En la figura siguiente, si se

oprime el pulsador de prueba, pasa una corriente por una resistencia ohmica que simula

un defecto por la corriente que toma y hace actuar el protector. Este ensayo, las

especificaciones de los catálogos recomiendan hacerlo una vez al mes.


33

(figura 35)

La corriente de falla ∆I debe ser nula si todo está en orden. Pero cuando el protector funciona, el valor de la corriente de falla debe ser tal que permita actuar al sistema y desconectar. Sin embargo, esa corriente de falla ha de pasar por la persona que ha tocado el artefacto defectuoso y llegar a tierra por el cuerpo humano. Por lo tanto, esa corriente debe ser lo suficientemente baja como para no producir ningún efecto fisiológico perjudicial y actuar por un tiempo breve, por las mismas razones. El valor de la corriente de falla aceptable es de: ∆I = 0,03 Ampere = 30 miliAmpere = 30 mA El tiempo de corte debe ser menor que 30 milisegundos, es decir: ∆ t = 30 milisegundos = 30 ms. Estos valores corresponden a las prescripciones de la IEC.


34

Instalación exenta de defectos ( trifásico)

(figura 36)


35

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS DISTINTOS SISTEMAS

EN INSTALACIONES DOMICILIARIAS

Fusibles Interruptor Automático Diferencial con protección contra sobrecarga y cortocircuito

Ventajas

Desventajas

Ventajas

Desventajas

a. Protege contra cortocircuito y sobrecarga.

a. No protege a las personas contra accidentes eléctricos por contacto con partes bajo tensión.

b. No protege contra incendios producidos por pequeñas descargas a tierra.

c. Reposición dificultosa y riesgosa, hay que sustituir el elemento fusible.

d. Posibilidad de usar un fusible adecuado luego de la fusión (quemado) del fusible original.

e. Según el tipo, carecen de indicación fácilmente visible de su fusión.

f. Debe cambiarse el elemento fusible cada vez que acciona.

g. Exige la necesidad de mantener un stock para

a. protege a las personas contra accidentes eléctricos, por contacto con partes bajo tensión.

b. Protege contra incendios producidos por pequeñas descargas a tierra.

c. Protege contra cortocircuito y sobrecarga.

d. Fácil reposición y sin riesgo cada vez que acciona.

e. Imposibilidad de usar un calibre indebido luego de su accionamiento.

f. No es necesario cambiar la unidad cada vez que acciona.

g. Elimina la necesidad de mantener un stock para recambio.

h. No necesita interruptor adicional.


36

recambio. h. Necesita

interruptor adicional.

(tabla X)

OTRAS POSIBILIDADES DE CONEXIÓN

(figura 37)


37

RELEVO TÉRMICO

Así como el contactor es el aparato encargado de maniobrar al motor, el relé térmico es el encargado de protegerlo. Es un método indirecto de protección ya que mide la corriente que el motor está tomando de la red. En base a ella supone un determinado estado de calentamiento del arrollamiento dl motor. Se basa en la particularidad que tiene los bimetales, de doblarse según la temperatura que tengan y en la ley física que dice que toda corriente eléctrica produce calor y, por consiguiente, eleva la temperatura. El relé térmico es un excelente medio de protección pero tiene el inconveniente d no proteger al motor cuando el calentamiento de éste se produce por causas ajenas a la corriente que está tomando de la red. Como por ejemplo, el caso de falta de refrigeración en ambientes muy calientes como salas de calderas, falta de agua en bombas sumergidas, tuberías en ventilación forzada. En esos casos s recomienda el uso de sensores PTC en los bobinados del motor, capaces de medir exactamente la temperatura del mismo.


38

(figura 38)

Un caso muy particular es el de falta de fase. En ese caso se calienta el motor por pérdidas en el hierro y no por problemas en el arrollamiento. Por suerte hay un aumento del consumo, el cual hace actuar al térmico. Un ingenioso dispositivo de doble corredera permite aumentar la sensibilidad del térmico en el momento que falta una fase. De esta manera, logramos reducir a la mitad los tiempos de actuación y proteger así muy efectivamente al motor también en el caso de falta de fase. El térmico siempre debe estar regulado al valor de servicio del motor (el valor de leído con pinza), solo si está a plena carga al valor de chapa del motor y nunca a un valor superior al nominal. Los térmicos de Siemens tienen señalización de relé disparado, botón de disparo, botón de reposición automática o bloqueo de reconexión, y dos contactos auxiliares para desconexión del contactor y para señalizar a distancia.

8

1-Bimetal 2-Resist. Calefactora 3-Corredera de disparo 4-Comp.de temp. amb. 5-Disparador 6-Regulación 7-Boton con o sin reset (azul) 8-Boton de Reset


39

(figura 39)

PULSADOR DE PRUEBA El botón rojo permite accionar sobre el contacto normalmente cerrado y así probar si el conjunto está perfectamente cableado. Además puede usarse como pulsador de desconexión. INDICADOR DEL ESTADO DEL RELÉ El hombre de mantenimiento verá con agrado que un indicador verde (al lado del botón azul) le informe si el térmico disparó o no. ZONA DE PROTECCIÓN Sea por ejemplo un aparato eléctrico que trabaja un int. Nominal de 10ª, suponiendo que trabaje en condiciones normales absorbiendo una intensidad comprendida entre el valor inferior al 20% de valor nominal y un 10% superior al mismo. A esta zona comprendida entre los 8 y los 11A, se llama zona de trabajo. De 8 hacia abajo está la zona de baja intensidad, para su protección se dispondrá de un relé de mínima corriente. De 11 A hacia arriba está la zona de sobreintensidad, y para protegerlo se dispone por lo general de cortacircuitos. Ahora bien, los corta circuitos o fusibles son de efecto instantáneo. Por lo que teniendo en cuenta que un motor en el arranque directo absorbe de 5 a 7 veces la intensidad nominal, el fusible habrá de estar preparado para que actúa a unas 8 veces la intensidad normal. La zona comprendida entre la zona de funcionamiento normal y la zona de protección de los fusibles es la zona de protección de relé con lo que para que el circuito esté protegido será necesario disponer de relés y fusibles.


40

8A 11A 25A

1 2 3 4

1- Zona de baja intensidad. (figura 40) 2- Zona de funcionamiento normal. 3- Zona de protección del relé. 4- Zona de protección de los fusibles.

CURVA CARACTERÍSTICA DE DISPARO La corriente límite de disparo está comprendida entre 1.05 y 1,2 veces la corriente ajustada Ir, para un tiempo de disparo de 2h. El curso de las curvas características de disparo de los interruptores de potencia de Siemens para la protección de motores (guardamotores) pasa, para una corriente de 6 veces Ir, escasamente por debajo de 10 s. Esto permite que los motores con arranque normal (no pesado) puedan ser cargados plenamente y protegidos correctamente. Dispersión Las tolerancias de los materiales y de fabricación dan origen a dispersiones de los tiempos de disparo. Por tanto, cada rango de ajuste tiene una banda de dispersión propia. Las curvas características de disparo de los relés y disparadores contra sobrecargas, dadas en los catálogos para cada rango de ajuste, están afectadas, para corrientes entre 3 y 8 veces la corriente de ajuste Ir, por una banda de dispersión de +- 20% del tiempo de apertura.


41

(figura 41)

TERMICO CON O SIN RESET Generalmente es conveniente que el térmico una vez que halla actuado no vuelva automáticamente a su posición de conectado. Sobre todo en automatismos que puedan llevar a una serie de maniobras no deseadas, por ejemplo bombas-elevación de agua. Cuando el motor es accionado vía pulsadores, de cualquier forma debe ser puesto en marcha nuevamente vía su pulsador conexión. En este caso es practico que el relé vuelva solo a su posición de conectado. Ambas variantes están previstas en el relevo térmico de la fotografía. Una traba/botón azul permite: conectarlo en automático “A” o sea sin reset, o conectarlo en manual “H” con reset. El mismo botón azul permite reconectar el contactor. Y un detalle de seguridad: aun estando el botón azul pulsado o trabado, el disparo en caso de falla se produce de todos modo( disparo libre). COMPENSACIÓN DE LA TEMPERATURA Para lograr una correcta desconexión debe eliminarse la influencia de la temperatura ambiente sobre los bimetales, esto se logra por un dispositivo compensador. Las curvas de desconexión son independientes de la temperatura ambiente entre 25 y +55º C. CLASES DE RELÉ DE PROTECCIÓN Los relés pueden ser:

1. Térmicos 2. Magnetotérmicos


42

3. Magnéticos. Los relés térmicos están constituidos por una lámina bimetálica, formada por dos metales formadas entre sí. Al ser calentada y tener los dos metales diferentes coeficientes de dilatación se dobla en un sentido lo que se aprovecha para accionar el contacto que realiza la apertura del circuito a proteger. La figura siguiente se muestra el bimetal con el elemento calefactor que es el mismo conductor que transporta la corriente arrollada en el bimetal, estando aislado del bimetal por una capa de amianto, al dilatarse se curva accionado el contacto.

(figura 42)


43

GUARDAMOTORES

CARACTERÍSTICAS

El guardamotor es un aparato que permite reunir todas las necesidades d un arranque directo en un solo aparato. Se trata de un interruptor cuya característica de disparo es exactamente igual a la del térmico. Incluye el disparo sensible a la falta de fase, la compensación de temperatura ambiente y un disparador magnético ajustado para proteger adecuadamente al térmico. Por eso el guardamotor, dentro de ciertos límites, reemplaza al conjunto: contactor + térmico + fusibles. Decimos “dentro de ciertos límites” porque, si bien logra reunir en un solo aparato, todas las cualidades de tres, con las consecuentes ventajas de espacio, tiempo de armado y cableado, tiene una limitada capacidad de ruptura, que le impide ser colocado en cualquier punto de la industria. Para instalaciones domiciliarias, inclusive edificios, el guardamotor satisface todo requerimiento. Su condición de interruptor le da una reducida vida útil, y una limitada frecuencia de maniobras. Su accionamiento es manual por lo que es necesario estar frente a él para poderlo accionar. De esta manea son muy limitadas las posibilidades de realizar automatismos con él. Para evitar esto existen dos soluciones: usar algunos de la larga lista de accesorios o realizar la combinación contactor + guardamotor y, de esta manera, aprovechar las bondades de ambos aparatos. Esta combinación sólo es posible con algún guardamotor, es ya que éstos tienen la propiedad de limitar las corrientes de cortocircuito protegiendo de esta manera al contactor. Cosa que otros interruptores no pueden hacer ya que su reducida velocidad de actuación permite la destrucción del contactor.


44

(figura 43)


45

(figura 44)


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Tabla comparativa de distintos métodos de maniobra y protección de motores Combinación Maniobra del motor Protección del motor Protección del circuito

Contactor Térmico Fusible

guardamotor guardamotor guardamotor

contactor guardamotor guardamotor

Circuito unifilar

Maniobra

Frecuencia de maniobras. Vida útil. Automatismo / Mando a distancia. Enclavamientos/ Señalización.

Elevada

Elevada SI SI

Reducida

Reducida NO

Limitado

Elevada

Reducida

SI SI

Protección motor

Contra sobrecargas. Falta de fase.

Optima

SI

Óptima.

SI

Óptima.

SI

Protección del

circuito.

Corto circuito. Limitación corriente.

Excelente SI

Limitado

SI

Limitado

Si Costo

Precio. Montaje. Espacio. Mantenimiento. Ingeniería

Normal. Complejo. Grande. Algo. Poca

Reducido. Simple. Pequeño. Poco. Mucha

Normal. Regular. Reducido. Poco. Mucha (tabla XI)


47

Curvas características de disparo:

(figura 45)


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SELECTIVIDAD

INTRODUCCIÓN

Se trata de lograr que ante una falla, actúe la protección más próxima “aguas arriba”, de modo de aislar la falla a costa de desconectar la mínima parte del sistema. Cuando no se ha realizado una buena selectividad o se han alterado los valores de la instalación original (fusibles de recambio de otro calibre o por otro de mala calidad) y ocurre una falla, es posible que desconecten mayores partes que las necesarias para aislar la falla. Por ejemplo una falla en el sistema de bombeo, o en el sistema de ascensores, termine desconectando la línea general de todos los servicios por actuación no selectiva de una protección general. Un ejemplo de selectividad bien aplicada sería el que se muestra en la figura siguiente.

(figura 46)

Las líneas de alimentación y las derivaciones salientes de las barras colectoras conducen corrientes de servicio de diferentes intensidades y tienen, por tanto, diferentes secciones, razón por la cual los fusibles de protección tienen intensidades nominales diferentes. Por otra parte en caso de falla detrás del fusible subordinado fluye por ambos la misma corriente. Como regla general debe considerarse primeramente: Dos fusibles conectados en serie se comportan selectivos, cuando sus curvas características de fusión, más exactamente sus bandas de dispersión, no se tocan y corren a suficiente distancia la una de la otra.

ASOCIACIÓN DE APARATOS Las cuatro funciones de base que debe cumplir una salida motor (seccionamiento, protección contra cortocircuito, protección contra sobrecarga y conmutación), deben ser aseguradas de tal manera que en el o los aparatos a asociar se tengan en cuenta la potencia del receptor a comandar la coordinación de protecciones (en caso de cortocircuito) y la categoría de empleo.


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Coordinación de protecciones: La coordinación de las protecciones es el arte de asociar un dispositivo de protección contra cortocircuitos, con un contactor y un dispositivo de protección contra sobrecarga. Tiene por objetivo interrumpir a tiempo y sin peligro para las personas e instalaciones una corriente de sobrecarga (1 a 10 veces la In del motor) o una corriente de cortocircuito. Tres tipos de coordinación son definidos por la norma IEC 947, dependiendo del grado de deterioro para los aparatos después de un cortocircuito. Las diferentes coordinaciones se establecen para una tensión nominal dada y una corriente de cortocircuito Iq, elegida por cada fabricante. Coordinación tipo 1: En condición de cortocircuito, el material no debe causar daños a personas e instalaciones. No debe existir proyección de materiales encendidos fuera del arrancador. Son aceptados daños en el contactor y el relé de sobrecarga; el arrancador puede quedar inoperativo. El relé de cortocircuito del interruptor deberá ser reseteado o, en caso de protección por fusibles, todos ellos deberán ser reemplazados. Coordinación tipo 2: En condición de cortocircuito el material no deberá ocasionar daños a las personas e instalaciones. No debe existir proyección de materiales encendidos fuera del arrancador. El relé de sobrecarga no deberá sufrir ningún daño. Los contactos del contactor podrán sufrir alguna pequeña soldadura fácilmente separable, en cuyo caso no se reemplazan componentes, salvo fusibles. El reseteado del interruptor o cambio de fusibles es similar al caso anterior. Coordinación total: En condición de cortocircuito, el material no debe causar daños a las personas e instalaciones. No debe existir proyección de materiales encendidos fuera del arrancador. Según la norma IEC 947-6-2, en caso de cortocircuito ningún daño ni riesgo de soldadura es aceptado sobre todos los aparatos que componen la salida. Esta norma valida el concepto de “continuidad de servicio”, minimizado los tiempos de mantenimiento. Asociaciones típicas: Para cumplir con las 4 funciones de una salida y la coordinación deseada existen varias alternativas. Mencionamos aquí solamente las que garantizan la seguridad durante la explotación para personas e instalaciones, omitiendo las que utilizan fusibles.


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Asociación de 2 productos

Un guardamotor GV2M, GV2P, GV3M, o GV7R garantiza las funciones de seccionamiento, protección contra cortocircuitos y sobrecarga. Un contactor garantiza la función de conmutación. En estos casos la protección térmica, si bien es compensada y sensible a la pérdida de una fase, no tiene la posibilidad de realizar el rearme automático que en algunos casos es necesaria (excepto GV7R). Dependiendo del guardamotor y contactor elegidos se puede obtener una coordinación tipo 1 ó 2.

(figura 46)


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Asociación de 3 productos:

Un guardamotor magnético GV2 L, GV2LE, GK3 o NS..HMA garantiza las funciones de seccionamiento y protección contra cortocircuitos. Un contactor garantiza la función conmutación. Un relé de protección térmica garantiza la protección contra sobrecarga. En este caso el relé de protección térmica, compensado y diferencial, también tiene la posibilidad de realizar el rearme manual o automático. La discriminación de falla, sobrecarga, cortocircuito se realiza fácilmente. Esta asociación se adapta también a los térmicos clase 20 o clase 30 y cuando los motores no son estándar (Dahlander, doble bobinado, etc.)

(figura 47) ¿Cómo elegir los dispositivos de protección? Si deseáramos elegir los dispositivos de protección para un motor, se recomendaría consultar documentación (catálogos e instrucciones) de la marca que se desee utilizar, ya que al no existir normas generales no se puede determinar que para tal tipo de maniobra y motor corresponde el contactor B, por ejemplo. Dichas tablas recomiendan para un motor de cierto consumo el contactor, el relé térmico con su zona de reglaje y el guardamotor también con su zona de regulación de corriente. Estas tablas, como las que se muestran a continuación, pueden ser de asociaciones de dos o tres productos:


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En este caso las tablas pertenecen a GROUPE SCHNEIDER- MYCE - 98

POTENCIAS DE MOTORES TRIFÁSICOS

220V

380 V

500 V

FUSIBLES ACONSEJADOS

KW CV KW CV KW CV

PLACA DE REGULACIÓN DEL RELEVO

(A)

AM(A) gl(A) 0.06 1/12 0,16 a 0,24 0,25 0,5 0,06 1/12 0.09 1/8 0,22 a 0,34 0,5 1 0,06 1/12 0,09 1/8 0,12 1/6 0,30 a 0,45 0,5 1 0,09 1/8 0,12 1/6 0,18 ¼ 0,40 a 0,65 1 2 0,12 1/6 0,18- ¼-1/3 0,25- 1/3-1/2 0,60 a 0,90 1 4


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0,25 0,37 0,18 1 / 4 0,37 ½ 0,55 ¾ 0,80 a 1,3 2 6 0,25 1/3 0,55 ¾ 0,75 1 1,2 a 1,8 2 8 0,37 1 / 2 0,75 1 1,1 1,5 1,6 a 2,4 2 10 0,55 3 / 4 1,1 1,5 1,5 2 2,2 a 3,4 4 12 0,75 1 1,5-1,8 2-2,5 1,8-2,2 2,5-3 3 a 4,5 6 12 1,1-1,5 1,5-2 2,2 3 3 4 4 a 6,5 8 16 1,8-2,2 2,5-3 3-3,7 4-5 4 5,5 6 a 9 10 20 3 4 4-5,5 5,5-7,5 5,5 7,5 8 a 13 16 25 3,7-4,4 5-5,5 7,5 10 7,5-9 10-12,5 12 a 18 20 32 5,5 7,5 9ª11 12,5-15 10-15 13,5-20 16 a 24 20 50 5,5 7,5 9-10-11 12,5-

13,5-15 10-15 13,5-20 17 a 29 32 83

7,5-9-10 10-12,5-13,5

13-15-18,5

17,5-20-25

17-20-22 23-27-30 25 a 40 40 80

11-13-15 15-17,5-20

20-22-25 27-30-35 25-30-40 35-40-55 35 a 55 63 100

17-18-20 23-25-27 30-33-37 40-45-50 45-50-55 60-70-75 45 a 75 80 100

(tabla XII)

Ahora, en este caso esta tabla pertenece a ttubío. Selección de aparatos de protección en una vivienda tipo, de acuerdo a su grado de electrificación. El grado de electrificación está definido por la demanda aproximada de la potencia a suministrar a la vivienda (potencia máxima simultánea), y la superficie cubierta. De acuerdo a estos dos factores tendremos tres grados de electrificación:

- Electrificación mínima: si la demanda de potencia no excede los 3000 VA y la superficie es de hasta 60 m2.

- Electrificación media: si la demanda de potencia no excede los 6000 VA y la superficie es de hasta 150 m2.

- Electrificación elevada: si la demanda de potencia excede los 6000 VA y la superficie es mayor a 150 m2.

Verificamos que el grado de electrificación obtenido en el paso anterior concuerde con la superficie cubierta del inmueble. En caso de que sea mayor tomaremos como grado de electrificación el que corresponda a la superficie. A su vez este grado de electrificación determina la cantidad de circuitos mínimos de tomas , tomas especiales e iluminación que debe haber en la vivienda. De acuerdo a esto, el tablero seccional en cada caso estará compuesto por los siguientes aparatos:


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1) VIVIENDA ( GRADO DE ELECTRIFICACIÓN MINIMA)

(figura 48)


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2) VIVIENDA ( GRADO DE ELECTRIFICACIÓN MEDIA)

(figura 49)


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3) VIVIENDA ( GRADO DE ELECTRIFICACIÓN ELEVADA)

(figura 50)


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4) DISPOSICIÓN EN UN LOCAL COMERCIAL:

(figura 51)

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INTRODUCCIÓN - · PDF fileINTRODUCCIÓN: No es descabellado pensar en un mundo "Todo Eléctrico" pero ésto no es posible imaginarlo sin seguridad en el uso de la electricidad