guía de diferenciales

Las

Protecciones

Diferenciales

INACAP Profesor: Ricardo Vicencio MortecinosSEDE COLON Asignatura : Proyecto Eléctrico I – Instalaciones Eléctricas en BT

Introducción

La creciente utilización de la energía eléctrica, en todas las aplicaciones de la vida actual, aconseja crear la información precisa y dirigirla al usuario de la electricidad para que se familiarice con los medios de protección y contra los riesgos propios de este tipo de energía.

Debe considerarse el hecho de que contribuyen a la provocación de los accidentes mortales en las instalaciones interiores las descargas eléctricas, debidas al contacto de personas con partes metálicas accidentalmente en tensión o con partes eléctricas bajo tensión.

Estudios realizados sobre accidentes por descargas eléctricas demuestran que, en la mayoría de los casos, los medios de seguridad previstos no fueron suficientes para garantizar la seguridad de las personas, o bien no estuvieron correctamente aplicados e, incluso, que con el paso del tiempo su capacidad protectora había disminuido.

Para poder prevenir los accidentes debidos a la corriente eléctrica es necesario adoptar medidas de protección adecuadas a los posibles riesgos que puedan presentarse. Estas medidas implican la elección adecuada de los elementos preventivos que hagan a las instalaciones eléctricas fiables y seguras, tanto para las personas como para ellas mismas.

Origen del Riesgo para las Personas

La instalación eléctrica interior dejará de ser segura para las personas en dos casos:

1.- Cuando la persona entra en contacto directo con un conductor energizado, o con una parte de la instalación que esté energizada, ya sea por negligencia propia o por mala protección de las partes vivas de la instalación.

2.- Cuando una persona entra en contacto indirecto con una carcaza metálica puesta accidentalmente bajo tensión.

Los contactos accidentales del tipo indirecto, son los más difíciles de prevenir, puesto que no ocurren por negligencia del usuario, sino por una falla de la instalación, por lo tanto, son difícilmente evitables sin precauciones tomadas anteriormente en el diseño y la mantención de la instalación.

La solución más recomendable para evitar el contacto descrito anteriormente, es la instalación de dispositivos diferenciales en la instalación, asociados estos a una buena puesta a tierra.

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Contacto Directo

La Norma NCH Elec 4/84 en el capítulo 9, sección 9.0.2, indica que se entenderá que una persona queda sometida a una tensión por contacto directo, cuando toca con alguna parte de su cuerpo, una parte del circuito que en condiciones normales esta energizada

En el contacto directo se distinguen dos tipos; uno denominado persona aislada del suelo, y el otro, el no aislado del suelo.

Persona Aislada del Suelo

El caso corresponde a una persona que establece contacto entre el neutro y la fase de la instalación, estando aislada de tierra.

Realmente es el caso más desfavorable, ya que el individuo se comporta como una resistencia más al paso de la corriente, debido a lo cual, esta falla no es vista como un corto circuito desde el punto de la protección termomagnética, ni como una fuga de corriente desde el protector diferencial, ya que la corriente hacia tierra es prácticamente inexistente al estar el individuo asilado.

Según se muestra en la figura, si consideramos al utilizador como una resistencia de 3000 (Ohm ) (según normativa nacional de B.T.), y que el potencial de contacto entre ambas manos es igual al de la red de alimentación: 220 (V), podría circular por su cuerpo (según la ley de Ohm), una corriente de hasta 73,3 (mA) en el mejor de los casos, y que dependiendo del tiempo de exposición a ella, podrá ocasionar serias consecuencias.

En el párrafo anterior se menciono "en el mejor de los casos", esto es con respecto a la resistencia del individuo que entra en contacto, debido a que la resistencia del cuerpo humano depende de múltiples factores, pudiendo ser desde los 500 ( ) hasta los 4000 (Ohm ).

En este tipo de contacto, la protección deberá ser solo preventiva, tal como: aislamiento de las partes activas, o instalar las partes energizadas en una envolvente que impida el contacto (como es el caso de los tableros eléctricos), o la utilización de tensiones extrabajas, lo cual no es siempre posible.


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En el caso de aislamiento de las partes activas, tenemos el claro ejemplo de las tomas de corriente (enchufes), con alvéolos protegidos para el sector domiciliario.

Otro ejemplo es el de los bornes de los interruptores termomagnéticos y diferenciales, y en general, de todos los elementos que pueden ser energizados en un tablero.

Persona No Aislada del Suelo

Por norma, tanto a escala nacional como internacional, la red de distribución que alimenta las instalaciones interiores debe tener el neutro aterrizado a distancias no superiores a doscientos metros.

Si consideramos un contacto directo del utilizador con un conductor de nuestra instalación, se generará un flujo de corriente a través de él, que se cerrará por la tierra con el neutro de la distribución, el cual está aterrizado.

En este tipo de contacto, el cuerpo del utilizador se comporta también como una resistencia al paso de la corriente, con la diferencia que al cerrar el circuito por tierra y no directamente por el neutro de la instalación, se está produciendo lo que denominamos "corriente de fuga".

En el caso mostrado en la figura, los parámetros mencionados en el tipo de contacto anterior (persona aislada del suelo), se mantienen, por lo que las lesiones o consecuencias de éste, son también proporcionales al tiempo de contacto.

Los métodos de protección para estos contactos pueden ser los mismos empleados en el caso de persona aislada de tierra, o la utilización de algún mecanismo de desconexión automática que funcione ante corrientes de fuga.


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Contacto Indirecto

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

La Norma NCH Elec 4/84 en el capítulo 9, sección 9.0.3, indica que se entenderá que una persona esta sometida a una tensión por contacto indirecto, cuando toca con alguna parte de su cuerpo una parte metálica de un equipo eléctrico, que en condiciones normales está desenergizada pero en condiciones de falla se energiza.

En el caso de la figura, si ocurre que tenga una falla franca de fase a masa, la carcaza se energizará respecto de la tierra a un potencial de 220 (V), en el peor de los casos.

Al tocar la carcaza un individuo que tenga una resistencia corporal de 3000 (W ) (incluidos sus zapatos), pasará por él, una corriente de 73,3 (mA), que según lo revisado anteriormente, puede llegar a ser muy peligrosa si el tiempo de exposición es muy prolongado.

Los métodos de protección contra contactos indirectos son muy variados, clasificándolos la Norma NCH Elec 4/84 como sistemas clase A y sistemas clase B.


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Parámetros que Inciden en un Accidente Eléctrico

Existe una serie de parámetros que incidirán en un caso de riesgo de electrocución. Si consideramos que el utilizador se encontrará expuesto a una cierta tensión de contacto, durante un tiempo determinado, circulara por su cuerpo una cantidad de corriente que estará acotada por la resistencia corporal del individuo.

Tendremos entonces que el riesgo de electrocución dependerá de:

- Corriente que circula por el cuerpo y tiempo de exposición.

- Tensión aplicada al cuerpo.

- Resistencia del cuerpo.

Corriente que Circula por el Cuerpo y Tiempo de Exposición

Dependiendo de la amplitud de la corriente eléctrica que circula por el cuerpo de una persona que está sometida a un contacto eléctrico, y del tiempo de exposición a este, los efectos sobre el individuo pueden ser imperceptibles, o bien, mortales.

La norma IEC 479-1, estableció zonas de riesgo, en función de la magnitud de la corriente, y el tiempo de exposición a esta. Estas zonas de riesgo son mostradas en la siguiente gráfica:


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a. Zona 1. No se aprecia habitualmente ninguna reacción, debido a que no se percibe el paso de la corriente.

b. Zona 2. En esta zona comenzamos a percibir el paso de la corriente como un leve cosquilleo, que no deja ningún efecto psicológico grave como secuela. Se considera esta curva como el limite inferior de la corriente Pfisiopatológicamente peligrosa.

c. Zona 3. En esta zona habitualmente no existe ningún daño orgánico. Existe probabilidad de contracciones musculares y de dificultades de respiración; también perturbaciones reversibles en la formación y propagación de impulsos al corazón, comprendida la fibrilación auricular y paros temporales del corazón, sin fibrilación ventricular, aumentando con la intensidad de la corriente y el tiempo.

d. Zona 4. Además de los efectos de la zona 3, existe la posibilidad de fibrilación ventricular. Podrán producirse efectos patológicos como paro cardiaco y paro respiratorio ocasionado por la tetanización o quemaduras graves.

Cave señalar que a mayor corriente de circulación por el cuerpo humano, menor es el tiempo de exposición a esta corriente.

Tensión Aplicada al Cuerpo

Como la corriente que circula por el cuerpo es dependiente del nivel de tensión, una de las medidas para disminuir o eliminar los efectos dañinos de la corriente, es controlar el potencial de contacto.

La Norma NCH Elec 4/84 en el capítulo 9, sección 9.0.6.3, indica que 65 (V) es el máximo nivel de potencial que un individuo puede soportar en lugares secos, mientras que en lugares húmedos, este potencial es de 24 (V).

Los dos niveles de tensión indicados anteriormente se denominan tensiones de seguridad.


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Resistencia del Cuerpo

La resistencia corporal que presenta un individuo cuando está sometido a un potencial de contacto, provocara que circule por él un determinado valor de corriente, al que puede, o no, ser fatal.

La resistencia de un individuo es altamente variable, debido a que depende de múltiples factores, tales como los indicadas a continuación:

a) Espesor, estado de humedad y contenido salino de la piel. La resistencia aumenta con el espesor de la piel (callosidad), disminuye con la humedad

(transpiración), disminuye con la salinidad (alteración nerviosa). b) Presión y área de contacto. Si aumenta la presión y el área de contacto, disminuye la resistencia de la piel. La

excepción la constituye la presencia de extremos puntiagudos, que pueden perforar la piel, llevando el valor de resistencia de esta, a cero.

c) Intensidad del campo eléctrico, forma e intensidad de la corriente. La intensidad del campo eléctrico y el valor de la tensión (que es un parámetro dependiente

de ella), afectan directamente la resistencia de la piel que se comporta como un aislante, pudiendo por lo tanto, producirse la ruptura del dieléctrico en caso de tensiones superiores al valor nominal de soporte.

Para valores inferiores a 65 (V), no se presenta la ruptura, por lo que el comportamiento de la resistencia de la piel será lineal, dependiendo solo de los factores mencionados en los puntos a y b.

Entre 85 y 150 (V), comienzan a tomar importancia la forma, intensidad, densidad y duración de la corriente que circula por el cuerpo.

Para tensiones entre 150 y 250 (V), el dieléctrico de la piel seca se rompe en pocos segundos y en caso de piel húmeda, se rompe en forma casi instantánea.

Es importante mencionar que una vez que la corriente circula por el cuerpo, se producirán internamente efectos de elevación de temperatura y cambios en el balance electrolítico, logrando que aumente la conductividad corporal.

Para tensiones sobre 250 (V), la resistencia de la piel se hace cero y la resistencia corporal estará dada solo por la resistencia interna (entre 500 y 750 W ).


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Medidas de Protección Contra Contactos Directos

La Norma NCH Elec 4/84, entrega en el capitulo 9, sección 9.1, estas pautas, indicando que

se considerara suficiente protección contra los contactos directos con partes energizadas que funcionen a mas de 65 (V), la adopción de una de las siguientes medidas:

Colocación de las partes energizadas fuera de la zona alcanzable (2,5 mts sobre n.p.t. y 1,0 mts por debajo del n.p.t.). [n.p.t. : nivel de piso terminado]

Colocar partes activas en bóvedas o recintos accesibles a personal calificado solamente.

Separar partes energizadas mediante rejas, tabiques o similares para que solo personal calificado tenga acceso a ellas.

Recubrir partes energizadas con aislantes apropiados, capaces de conservar sus propiedades a través del tiempo y que limiten las corrientes de fuga a valores no superiores a 1 (mA) (las pinturas, barnices o laca y similares no se consideraran apropiados).

En general, las medidas adoptadas para evitar la ocurrencia del denominado contacto directo son solo preventivas, y serán eficaces si el o los usuarios de las instalaciones, cumplen con el régimen de seguridad necesario para evitar este tipo de contacto.

Medidas de Protección Contra Contactos Indirectos

La Norma NCH Elec 4/84, en el capitulo 9, sección 9.2, indica que la primera medida es

evitar que estos contactos se produzcan, por medio de conservar la aislación de la instalación en sus valores adecuados (mínimo 300 kW para instalaciones hasta 220 V y para tensiones superiores, 1 kW por Volt en instalaciones de hasta 100 mts.; sobre 100 mts. la instalación debe separarse en extensiones no superiores a este valor, cada uno de los cuales deberá cumplir con el valor de resistencia de aislación prescrito.

También la Norma habla de medidas complementarias, y las clasifica en medidas clase A y B.


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Medidas de Protección Clase A

Las medidas de protección clase A, persiguen suprimir el riesgo mismo, haciendo que los contactos no sean peligrosos, o bien impidiendo los contactos simultáneos entre las masas y elementos conductores entre los cuales puedan aparecer tensiones peligrosas.

La Norma NCH Elec 4/84 establece las siguientes medidas de protección clase A : Empleo de transformadores de aislación. Empleo de tensiones extrabajas. Empleo de doble aislación. Empleo de conexiones equipotenciales.

Empleo de Transformadores de Aislación

Consiste en transformar un sistema eléctrico conectado a tierra de servicio, en un sistema aislado de tierra, intercalando un transformador cuya razón de transformación es 1:1, y no conectando su secundario a tierra.

Un resultado similar se obtiene no conectando a tierra el neutro de un transformador de distribución. Este sistema es eficaz cuando hay un único aparato fallado; por ello se debe usar en instalaciones con muy pocos puntos de consumo. Este sistema pierde su eficacia para fallas dobles o múltiples.

La debilidad de este sistema se la puede superar utilizando detectores de fugas y de fallas de aislación, pero su elevado costo impide su utilización intensiva.

Empleo de Tensiones Extrabajas

Consiste en alimentar las instalaciones con tensiones de un valor lo suficientemente bajo como para poder ser tocadas directamente sin que exista riesgo (12 V ó 24 V, por ejemplo).

Este método es aplicable en una cantidad muy restringida de casos, y en general, para potencia pequeñas, puesto que exige grandes secciones de conductores.

Su desventaja principal es que es económicamente inconveniente como método de protección.

Empleo de Doble Aislación

Consiste en recubrir las carcazas metálicas con materiales aislantes o construir carcazas no conductoras.

Por la tecnología disponible es solo aplicable a artefactos electrodomésticos o, a máquinas herramientas portátiles.

Su elevado costo hace inaplicable su uso intensivo.

Empleo de Conexiones Equipotenciales Área Electricidad – Electrónica y Telecomunicaciones

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Consiste en interconectar todas las partes metálicas, como tuberías metálicas de agua potable, gas, canalizaciones eléctricas, partes principales, etc. con el objeto de evitar que entre ellas aparezcan diferencias de potencial.

Este método sirve solo como solución a problemas locales; necesita operar combinadamente con otros métodos de protección.

Hay serias dificultades para evitar que una elevación de potencial de la unión se transfiera a puntos remotos.

Medidas de Protección Clase B

Las medidas de protección clase B, persiguen principalmente cortar el suministro eléctrico de la instalación, o del sector en donde se produjo el defecto, para evitar que una persona quede sometida a un potencial peligroso durante un tiempo superior al normalizado.

La Norma NCH Elec 4/84 establece las siguientes medidas de protección clase B: Dispositivos automáticos de corte por corriente de falla asociados con

puesta a tierra de protección.

Neutralización.

Dispositivos Automáticos de Corte por Corriente de Falla Asociados con Puesta a Tierra de Protección

Consiste en unir a una puesta a tierra las carcazas metálicas de los equipos que se quieren proteger, y la protección de los circuitos mediante un dispositivo de corte automático sensible a las corrientes de falla, el que desconectará la instalación o equipo fallado.

Según dicta el reglamento eléctrico nacional, para la aplicación de este sistema, se deberán cumplir ciertas condiciones, dependiendo de si la instalación tiene, o no, el neutro conectado directamente a tierra.

Instalaciones Con Neutro a Tierra (TT )

Consiste en tener una red de alimentación compuesta de un transformador en conexión delta – estrella aterrizado (tierra de servicio del sistema), y el neutro de la instalación también aterrizado (tierra de servicio de la instalación).

El conductor de protección de la instalación también va aterrizado, pero separado de la tierra de servicio de la instalación (tierra de protección de la instalación).


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Las condiciones que debe cumplir este sistema de protección son las siguientes:

La corriente de falla producto de una perdida de aislación deberá tener una magnitud tal que asegure la operación del dispositivo de protección en un tiempo no superior a 5 segundos.

Una masa cualquiera no puede permanecer con relación a una toma de tierra, a un potencial que exceda el valor de seguridad prescrito en la NCH Elec 4/84, capítulo 9, sección 9.0.6.3.

Todas las masas de la instalación deben estar conectadas a la misma toma de tierra.

La primera condición que impone este sistema, es la más difícil de cumplir, cuando el corte de suministro de la instalación o equipo en falla, depende de un dispositivo de corte automático operado por corriente de falla.

Es importante indicar que los dispositivos de corte automático pueden ser disyuntores termomagnético, o bien, protectores fusibles.

Actualmente las instalaciones interiores están siendo protegidas por disyuntores termomagnéticos, razón por la cual, el análisis de verificación del cumplimiento de la primera condición indicada en este punto (tiempo de despeje no superior a 5 segundos), se realizará en función de éstas protecciones.

Ante una falla de aislación la persona va a quedar expuesta a una cierta tensión de contacto, que no debiera ser mayor a la tensión de seguridad.


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Si suponemos que la instalación cuenta con un protector termomagnético monopolar de 16 (A) / C / 10 (kA), este necesita una corriente de 60 (A) para que desconecte en 5 seg. (según curva característica de operación), por lo tanto, si efectuamos la relación por ley de Ohm considerando una tensión de seguridad de 24 (V), y la corriente de 60 (A), tenemos que para que opere el termomagnético, será necesario que la resistencia de tierra no supere los 0,4 (W ), valor que en la práctica resulta imposible de lograr a un costo adecuado.

Como en la práctica no se cumple con el valor máximo de la resistencia de puesta a tierra, la norma NCH Elec 4/84 no dice que se podrán utilizar como dispositivos asociados a los de corte automático los protectores diferenciales. En este caso, al utilizar un protector diferencial la resistencia máxima del sistema de puesta a tierra se podrá determinar, y no deberá ser mayor, que la relación (ley de Ohm), anteriormente descrita. La única diferencia al aplicar la ley de Ohm, es que el valor de corriente a utilizar deberá ser el de la corriente de sensibilidad del protector diferencial, bajo esta condición y al utilizar un protector diferencial de 30 (mA), el valor máximo de la resistencia de la puesta a tierra no deberá exceder los 800 (W ), valor que es más real que el caso anterior.

Hay que considerar que el tiempo de operación de los diferenciales esta normalizado, y no puede exceder de 300 (ms), además, que en forma general, estos dispositivos funcionan para tiempos inferiores a los 40 (ms), tiempo varias veces menor que el establecido en la norma.

Según la información anterior, vemos claramente que en este caso, este sistema de protección por si solo no brinda el grado de protección adecuado, mientras que si le incluimos un protector diferencial (quien debe cortar suministro en caso de falla y no el termomagnético), el sistema mejora considerablemente, aunque la resistencia de tierra sea más elevada.

Instalaciones con Neutro Flotante (IT)

Este sistema es solo aplicable a instalaciones interiores que cuenten con un transformador particular, es decir solo es aplicable a clientes denominados de A.T.

El sistema consiste en tener el punto estrella del secundario del transformador aterrizado a través de una impedancia de un valor elevado y el conductor de protección de la instalación también conectado a tierra.

A diferencia del sistema anterior, el neutro no se vuelve a aterrizar en el tablero de la instalación.

Las condiciones que debe cumplir este sistema son las mismas indicadas para el caso anterior. En el caso donde no se pueda cumplir la primera condición, deberán cumplirse las siguientes otras condiciones:


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Deberá existir un dispositivo automático de señalización que muestre cuando se haya presentado una única falla de aislación en la instalación.

En caso de fallas simultáneas que afecten la aislación de fases distintas o de una fase y neutro, la separación de la parte fallada de la instalación debe asegurarse mediante dispositivos de corte automático que interrumpan todos los conductores de alimentación, incluso el neutro (es decir protecciones tetrapolares en caso trifásico y bipolares en el caso monofásico).

Se puede comprender de la figura anterior, que este sistema se basa en el principio de que al estar aislados lo neutros de la alimentación y de la carga, al existir una falla de aislación, no habría corriente de fuga que cierre el circuito por tierra, con lo cual, realmente la falla se evita.

Una primera falla de aislación no hace operar las protecciones, manteniéndose la continuidad del servicio.

Los conductores activos del sistema no presentan tensión respecto a tierra, luego, una falla a masa no energiza la carcaza del equipo fallado, con la consiguiente disminución de riesgos para usuarios y operarios.

Todas las ventajas mencionadas, desaparecen cuando se presenta una segunda falla de aislación, puesto que el sistema aislado se convierte en puesto a tierra al ocurrir la primera falla.

Los dispositivos que permiten el funcionamiento del sistema, corrigiendo o detectando oportunamente estas anomalías, tienen un elevado costo propio y de instalación.

Al realizar la protección del usuario mediante los disyuntores termo magnéticos, se debe tener en cuenta que si las masas metálicas están interconectadas, la corriente del segundo defecto se convierte en una corriente de corto circuito (bifásico o monofásico). Si esta corriente es mayor a la corriente de desenclavamiento del magnético, el disyuntor operará. En caso contrario la falla persiste.

Recordemos que la corriente de falla esta relacionada con la impedancia de falla en forma inversa (ley de Ohm), por lo tanto esta corriente variará dependiendo de la longitud y sección de los conductores, es decir, la protección termomagnética funcionará solo si la longitud y sección de los conductores es la adecuada.

Al utilizar un protector diferencial, se asegura la desconexión inmediata al segundo defecto, solo necesitará una corriente que sea igual a su sensibilidad.

Verificamos una vez más que es la protección diferencial la que nos asegura la protección adecuada de los usuarios de las instalaciones eléctricas.


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En el desarrollo de la información de los párrafos anteriores, se indico que las deficiencias de los sistemas nombrados se superaban con el uso de protectores diferenciales, elementos que la normativa nacional clasifica como dispositivos asociados a los de corte automático.

También la normativa indica que otros dispositivos asociados a los de corte automático pueden ser los protectores de tensión, los que son dispositivos que abren un circuito en falla, cuando se eleva el potencial a tierra sobre el valor de tensión de seguridad.

Los protectores de tensión son de uso muy poco frecuente en nuestro País, debido a que presentan algunos problemas como los detallados a continuación:

Existe la posibilidad de que se puentee la bobina de desenganche dejando inoperante el protector.

Necesita una tierra auxiliar totalmente independiente de otras puestas a tierra, lo que no siempre es posible obtener.

Pueden circular corrientes de falla relativamente altas sin que se alcance el valor de tensión que haga operar el protector. Existe riesgo de incendio.

Sobré tensiones transitorias pueden dañar la bobina de operación.

Respecto a las protecciones diferenciales, estas serán descritas más adelante.

Neutralización (TN)

Este sistema consiste en unir las masas de la instalación al conductor neutro, de forma tal que las fallas francas de aislación se transformen en un cortocircuito fase – neutro, provocando la operación de los aparatos de protección.

Este sistema presenta dos posibilidades, según si el neutro y el conductor de protección son uno solo (TNC), o si éstos están separados (TNS).

Nacionalmente, este sistema de Neutro se conoce como el de Neutralización para Clientes con Empalme de BT.

Si analizamos la figura anterior, podremos darnos cuenta que este sistema de neutralización, presenta principalmente el problema de que deja de ser eficaz cuando se corta la neutro, puesto que las carcazas quedan con la tensión de fase.


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La norma nacional, respecto al problema anterior, indica lo siguiente:

Para clientes con empalme en BT, el conductor de protección se conectará al neutro en el empalme, debiendo además, asociarse el sistema de neutralización a otro sistema de protección contra contactos indirectos que garantice que no existirán tensiones peligrosas en un eventual corte de neutro de la red de distribución. El sistema TNS es denominado en nuestro País, como Neutralización para Clientes con Empalme de AT.

Este sistema, a diferencia del anterior, supera el problema producidos por el corte del neutro, sin embrago, existe riesgo de incendio por la circulación de altas corrientes a través de las carcazas de la instalación, frente a una fuga primaria.

La norma nacional respecto a este sistema, indica lo siguiente:

- Para clientes con empalme en AT, el conductor de protección se conectará directamente al borne neutro del transformador o la puesta a tierra de servicio del mismo.

En este caso la resistencia de la puesta a tierra de servicio podrá ser como máximo de 20 (W ).

Las condiciones generales que se deben cumplir en el sistema de Neutralización según nuestra reglamentación nacional, son las siguientes:

- El conductor neutro se pondrá a tierra en la proximidad de la subestación, en distintos puntos de la red a distancias no superiores a 200 mts. y en los extremos de líneas. No se podrá usar la puesta a tierra de protección de AT en la subestación como puesta a tierra de servicio; deberá existir una separación mínima de 20 mts. entre ambas puestas a tierra. - La resistencia total entre todas las puestas a tierra indicadas anteriormente no deberá

exceder de 2 (W )

- La resistencia de las puestas a tierra de servicio situadas en las proximidades de la subestación, así como las de los últimos 200 mts. de los extremos de una línea, no deberá exceder los 5 (W ).

- Los dispositivos de protección deberán ser disyuntores o fusibles.

- La corriente de falla en el punto asegurará una operación de las protecciones en un tiempo no superior a 5 segundos.


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- Todas las carcazas de los equipos deberán estar unidas a un conductor de protección, el que estará unido al neutro de la instalación.

- La sección del conductor de protección será igual a la del neutro.

- El conductor de protección será aislado y de iguales características que el neutro.

La misma norma al final de esta sección (9.2.7.5, capítulo 9), recomienda emplear este

sistema de neutralización con interruptores diferenciales de alta sensibilidad, efectuando la unión entre el neutro y el conductor de protección antes del diferencial.

Protectores Diferenciales Los protectores diferenciales son elementos destinados a abrir el circuito de alimentación a

un equipo, cuando a través de una falla de aislación, circulen corrientes de valores que signifiquen riesgo para una persona que eventualmente pueda tocar el equipo fallado.

Son de elevada sensibilidad de modo que se pueden regular a valores de corrientes tan pequeños como se quiera, las sensibilidades más utilizadas son de: 10, 30 y 300 (mA).

Por su sensibilidad evitan totalmente el riesgo de incendio, puesto que las corrientes de falla no pueden alcanzar valores ni siquiera medianos.

Sus únicas posibilidades de falla son que se trabe el mecanismo de operación y en el caso de los diferenciales de más de 300 (mA), que se corte el conductor de puesta a tierra.

Principio de Funcionamiento

Básicamente el diferencial detecta corrientes de fuga producidas por alguna falla de aislación.

Al detectar que la corriente entrante al sistema no es igual a la saliente, significa inmediatamente para el diferencial una fuga, ante la cual debe operar.

El protector diferencial, presenta principalmente tres variables de funcionamiento, las cuales son:

1. Corriente de funcionamiento (IS). Corresponde a la corriente de sensibilidad del diferencial, a la cual debe operar en todos los casos.


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2. Corriente de no funcionamiento (IN/2). Corresponde a la corriente a la cual el diferencial no debe operar en ningún caso, y es igual a la mitad del valor de la corriente de funcionamiento.

3. Tiempo de funcionamiento (t). Es el tiempo en el cual, a la corriente de funcionamiento, debe operar el diferencial. Por norma este tiempo no debe exceder de 300 (ms); en la realidad, este tiempo no excede jamás de los 40 (ms).

Tipos de Protectores Diferenciales

En el mercado eléctrico existen diferentes tipos de protectores diferenciales, cada uno de ellos, adecuado para una aplicación en particular.

Dentro de los tipos de diferenciales, podemos nombrar los siguientes: Interruptores Diferenciales Tradicionales.

Interruptores Diferenciales con Alto Poder de Inmunización.

Block Diferenciales.

Disyuntores Diferenciales.

Relés Diferenciales.

Interruptor Diferencial Tradicional

Este dispositivo comprende la función diferencial y la de interrupción, por medio del

mecanismo de detección y el mecanismo de apertura, que le permite operar sobre si mismo.

Se les llama interruptores diferenciales tradicionales, debido a que su utilización está referida a cargas clasificadas como lineales, es decir, cargas que no alteran la onda de alimentación sinusoidal de la señal alterna de alimentación, en otras palabras, consumos que no contienen elementos del tipo semiconductores (diodos, triacs, etc.).

La norma internacional IEC, clasifica a estos diferenciales como clase AC, es decir, dispositivos diferenciales solo sensibles a corrientes de fuga del tipo alterna.


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Otra innovación en estos interruptores diferenciales, es que traen incorporados la protección contra disparos intempestivos, los que aseguran la continuidad de servicio frente perturbaciones tanto internas como externas del sistema eléctrico.

También es importante señalar que gracias a las características anteriormente indicadas, se evita que los diferenciales no operen frente a un defecto de aislación, debido a que una perturbación externa o interna puede provocar el denominado cegado del elemento diferencial. Esto es importante si consideramos que el diferencial está indicado para proteger la vida de los usuarios de las instalaciones eléctricas.

Interruptor Diferencial con Alto Poder de Inmunización (Hpi)

Estos dispositivos, al igual que los anteriores, comprenden la función diferencial y la de interrupción.

Estos dispositivos, tienen la facultad de poder soportar cargas del tipo no lineal, como ser: computadores, variadores de frecuencia, alumbrado fluorescente con ballast electrónicos, etc., cargas que provocan falsas operaciones en los

dispositivos diferenciales tradicionales.

La norma internacional IEC, clasifica a estos dispositivos diferenciales como clase A, es decir, elementos que son capaces de detectar corrientes de falla sinusoidales y corrientes de falla con componente continua, como las generadas por los tiristores, triacs, amplificadores, etc.

Al igual que los diferenciales anteriores, estos son capaces también de evitar disparos intempestivos y cegado del elemento diferencial.

Otra gran ventaja de estos diferenciales, es que pueden trabajar con temperaturas de hasta –25 ºC.

Si consideramos que los diferenciales tradicionales operan en lugares con temperaturas de hasta –5ºC, el alcanzar –25ºC, permite su uso en lugares tan fríos como la zona austral de nuestro País.

Block Diferencial


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Este aparato incorpora solo el toroide de detección y el sistema de envío de señal de defecto. No opera sobre si mismo (no permite seccionamiento directo), si no que envía la señal de apertura a un disyuntor al cual se ha acoplado en forma directa.

El disyuntor de acoplamiento utilizado para este tipo de diferenciales debe ser en el caso monofásico de dos polos (bipolar), y para el caso trifásico, cuatro polos (tetrapolar).

Estos dispositivos son clase AC, por lo tanto sus características principales son similares a lo indicado para el interruptor tradicional.

Disyuntor Diferencial

Estos dispositivos que tienen clasificación AC, unen en un solo elemento la función termomagnética y la función diferencial, es decir, protegen a las instalaciones y los usuarios de estas, en forma conjunta.

Relé Diferencial

Este tipo de protección se constituye de un toroide sensor de corriente de defecto, el que está separado físicamente del elemento de envío de señal de apertura.

Las líneas a censar pasan por dentro del toroide. Al existir una falla, el toroide envía una señal al relé

(que se encuentra a cierta distancia dentro del tablero). El relé a su vez, envía una señal de apertura a un interruptor automático aguas arriba de la falla, por medio de un contacto auxiliar y el automático opera despejando la falla.

Este relé tiene la opción de poder variar su tiempo de operación y su corriente de sensibilidad. Corriente de Ruptura del Diferencial

La norma IEC 1008 establece que el poder de ruptura diferencial, es el valor de la

componente alterna de la corriente diferencial que un protector diferencial puede soportar durante su tiempo de apertura e interrumpir bajo condiciones prescritas. Luego de la apertura el diferencial debe quedar operativo.


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En este caso, la corriente diferencial corresponde a la corriente de cortocircuito que está pasando por el toroide de detección.

En la práctica este caso se puede dar cuando: Tenemos una falla franca de aislación y la carcaza queda energizada con

la tensión de fase.

Estamos en un sistema de neutralización y la conexión de la carcaza al neutro se ha desconectado.

Se produce una corriente de corto circuito que circula a través del diferencial.

El poder de ruptura de los diferenciales es bajo (1500 A), pero sube notoriamente asociándolos a los disyuntores.

Selectividad Diferencial Como partida para el análisis de la selectividad en la utilización de los dispositivos

diferenciales, recordemos que los diferenciales tienen tiempos constantes de desenclavamiento, independiente de su sensibilidad.

Lo anterior es un hecho real, ya que los fabricantes se ciñen a las normativas internacionales respecto a este punto, y dan tiempos iguales de desenclavamiento a todos los diferenciales, sin importar su sensibilidad.

Ya se ha mencionado que por norma los diferenciales deberán operara en un tiempo máximo de 300 milisegundos. Normalmente todos están regulados para su operación en tiempos inferiores a 40 milisegundos.

Por ejemplo, para el caso de la figura, si la corriente de defecto en el punto de falla supera la sensibilidad del diferencial que está aguas arriba en la instalación (>300 mA), en un instante (no gradual, si no instantáneo), desconectarán los dos diferenciales al mismo tiempo, o en tiempos diferentes pero en forma aleatoria.

Condiciones de Selectividad

Solamente se puede establecer una selectividad diferencial, en las dos condiciones siguientes:

1. Si la corriente de defecto es mayor que la sensibilidad del diferencial que protege


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el punto (II), y menor que la corriente de no funcionamiento del diferencial instalado aguas arriba (II).

30 < IF < 150 mA

Este caso se cumple en forma muy esporádica y aleatoria, por lo que no nos da ninguna seguridad de funcionamiento en todos los casos de falla.

2. Si instalamos un diferencial selectivo (retardado), aguas arriba del

punto de protección por diferencial sin retardo.

Este tipo de selectividad por tiempo, es más seguro ya que funciona en todos los casos de falla. En nuestro caso, solo podemos lograr el retardo si utilizamos los relés diferenciales.

top I > top II

En forma general: Los diferenciales tienen tiempo de desenclavamiento constante, independiente de su sensibilidad.

Conexionado del Protector Diferencial

En ocasiones, producto del desconocimiento de la instalación correcta del diferencial, suceden problemas del tipo no-operación del dispositivo, lo que puede acarrear consecuencias peligrosas para los usuarios de las instalaciones.

Una de los errores comunes en la instalación del protector diferencial, es el mostrado en la siguiente figura:


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Esta forma de conectar el protector diferencial monofásico no es correcta, debido a que la corriente del neutro no pasa por el diferencial. En esta condición, el diferencial opera sin existir falla.

La forma correcta de instalación, sería la indicada en la siguiente figura:

En este caso anterior, las corrientes de fase y neutro pasan por el diferencial. Este opera sólo al existir una fuga superior a su umbral.

En el sistema de alimentación trifásica mostrado en la siguiente figura, el relé diferencial opera al momento de funcionar el motor monofásico. Bajo esta condición, este dispositivo de protección se encuentra mal conectado (no existe conexión entre el toroide de detección del diferencial, con el neutro de la instalación).

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


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guía de diferenciales

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