Elementos de Protección Eléctrica
Las instalaciones eléctricas se diseñan para proporcionar energía segura y fiable a los usuarios. Sin embargo, existe el riesgo de que se produzcan fallos en los circuitos eléctricos que puedan causar daños a las personas, a los equipos y a las instalaciones. Por ello, se utilizan elementos de protección eléctrica con diferente propósito.
Es importante elegir los elementos de protección adecuados y mantenerlos en buen estado para que puedan cumplir con su función correctamente.
Por otro lado, la comprensión de las definiciones relacionadas con los elementos de protección de las instalaciones eléctricas es esencial para garantizar la seguridad. Así, analizamos algunas definiciones previas para poder comprender mejor el funcionamiento de estos elementos de protección eléctrica.
Índice
La Sobrecarga
Es una sobreintensidad que se produce cuando la corriente que circula en un circuito es superior a la nominal o admisible, sin que haya defectos de aislamiento.
Provoca en los conductores elevación de la temperatura. Implica el deterioro de los aislantes y disminución del tiempo de utilidad de los cables.
Para la protección se usa el interruptor automático o el fusible (condiciones de protección contra sobrecargas en guía técnica de ITC-BT-22).
Las causas de la sobrecarga son:
– Fenómenos transitorios: funcionamiento de algunos receptores (arranque de un motor).
– Sobreutilización de receptores: suministran más potencia de la nominal (sobrecarga de un motor).
– Sobreutilización de la instalación: se conectan receptores con más potencia de la prevista.
El Cortocircuito
Es una sobreintensidad que se produce cuando 2 puntos de distinta tensión se unen accidentalmente, provocando una intensidad muy elevada debido a la baja impedancia del contacto.
Provoca en los conductores un fuerte calentamiento pudiendo alcanzar su temperatura máxima admisible en milisegundos, llegando a destruirse (efecto térmico). Además, las elevadas corrientes producen campos magnéticos alrededor del conductor, apareciendo fuerzas de atracción o repulsión que pueden destruir cualquier elemento de la instalación (efecto electrodinámico).
Para la protección se usa el interruptor automático o el fusible (condiciones de protección contra cortocircuitos en guía técnica de ITC-BT-22).
Las causas del cortocircuito son:
– Fallos de aislamiento: por deterioro o pérdida del aislamiento de los conductores.
– Fallos en los receptores: por avería o conexión incorrecta de los receptores de la instalación.
La Sobretensión
Es un aumento de la tensión eléctrica en una línea de una instalación eléctrica, por encima del valor establecido como máximo.
Provoca graves problemas a los equipos conectados a esa línea, desde su envejecimiento prematuro hasta incendios o destrucción de los mismos.
Para la protección se usa el dispositivo de protección contra sobretensiones (DPS), limitador de tensión o descargador.
La Corriente de Defecto a Tierra
Son las corrientes de defecto que se producen debido a un fallo en la instalación eléctrica, como un fallo en el aislamiento de los conductores o un contacto accidental entre un conductor en tensión y una parte metálica con conexión a tierra. Por ejemplo, un cable pelado que entra en contacto con una tubería metálica conectada a tierra.
Estas corrientes pueden ser de gran intensidad y pueden causar daños a las personas, a los equipos eléctricos y a las instalaciones.
Para la protección se usa principalmente el interruptor diferencial o dispositivo diferencial residual (DDR).
La Corriente de Fuga a Tierra
En todas las instalaciones eléctricas, de forma inevitable, se producen corrientes de fuga a tierra naturales, debido a la capacitancia entre los conductores eléctricos y la tierra. Por ejemplo, la corriente que fluye a través del aislamiento de cables en perfectas condiciones.
Estas corrientes son de baja intensidad y no son peligrosas para las personas. No obstante, pueden indicar un envejecimiento del aislamiento y un posible futuro fallo.
La longitud del conductor es un factor importante a considerar en el diseño y mantenimiento de instalaciones eléctricas, ya que influye directamente en el valor de la corriente de fuga.
Estas corrientes no suelen llegar a disparar el interruptor diferencial, aunque depende de la sensibilidad de este y de la longitud de la instalación eléctrica.
El Valor Nominal
Define la capacidad de un dispositivo de protección para operar en condiciones normales de funcionamiento. Este valor se expresa en unidades de medida específicas tales como tensión, intensidad y frecuencia con los que el dispositivo puede funcionar permanentemente sin provocar efectos perjudiciales, según indicaciones del fabricante.
El valor nominal es fundamental para la selección adecuada de un elemento de protección eléctrica, ya que garantiza que este pueda soportar las condiciones de operación previstas sin sufrir daños o fallos.
Los valores nominales de los elementos de protección eléctrica están estandarizados y regulados por normas nacionales e internacionales, como las normas IEC y UNE.
El Poder de Cierre
El poder de cierre de un dispositivo es la intensidad máxima de corriente que puede establecer al cerrarse, bajo una tensión específica y en condiciones de uso y funcionamiento predefinidas. El poder de cierre se da en kA.
Cuando se cierra un elemento de protección, existiendo una anomalía en la instalación eléctrica, la intensidad de la corriente puede ser mayor de lo normal durante un breve periodo. Esto se debe al "transitorio de conexión o cierre", un fenómeno que ocurre al cerrar el dispositivo bajo condiciones anómalas. El dispositivo debe ser capaz de soportar esta intensidad sin dañarse.
El Poder de Corte
El poder de corte de un dispositivo es la intensidad máxima de corriente que es capaz de interrumpir o abrir, bajo una tensión determinada y en las condiciones prescritas de empleo y funcionamiento. El poder de corte se da en kA.
Un adecuado poder de corte es fundamental para la seguridad de la instalación eléctrica. Si el poder de corte del elemento de protección es inferior a la corriente de cortocircuito que puede circular en la instalación, el elemento podría fallar al interrumpir la corriente, poniendo en riesgo la seguridad de la instalación.
Es fundamental considerar el poder de corte del elemento de protección en relación con la corriente de cortocircuito máxima que puede ocurrir en su punto de instalación.
La Intensidad Máxima Admisible Iz de un Conductor
Un conductor que transporte corriente, siempre generará calor. Si este es excesivo, podría dañar el aislante del conductor.
Un aumento de la sección del conductor disminuirá el calor producido por el mismo. También afectará el tipo de conductor (cobre o aluminio), la forma de instalar los conductores (empotrado bajo tubo, directamente sobre pared, sobre bandeja perforada, etc.), o la forma de agrupar los conductores, que pueden ser:
● Unipolares: constituidos por un único hilo conductor con material aislante.
● Multiconductores o multipolares (mangueras): compuestos por conductores unipolares recubiertos por una cubierta exterior común (bipolares: 2 conductores, tripolares: 3 conductores, etc.).
La intensidad máxima admisible Iz de un conductor, para instalaciones no enterradas, se obtiene de la tabla de la ITC-BT-19:
NOTA: En esta tabla se indican como 3x los circuitos trifásicos y como 2x los monofásicos o de CC. Los cables con aislamiento termoplástico a base de poliolefina (Z1) son equivalentes a los cables con PVC o policloruro de vinilo (V).
Ejemplo: Tenemos un circuito monofásico con un cable de conductores unipolares, de sección de 10 mm2 de cobre, con aislamiento de PVC, instalado en tubo en montaje superficial. ¿Cuál es su corriente máxima admisible Iz?
Al ser de conductores unipolares y en tubo superficial, vemos que corresponde el montaje de la fila B1. Al ser monofásico con cable de PVC, nos desplazaremos hacia la derecha de la fila B1, hasta la celda 2x PVC. Ahora nos desplazamos hacia abajo y vemos que corresponde la columna 6a. Por tanto, la sección de S = 10 mm2 de cobre, tendrá una Iz = 46 A.
Los principales elementos de protección de una instalación eléctrica son: el interruptor automático (disyuntor), el fusible, el interruptor diferencial y el dispositivo de protección contra sobretensiones.
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