Protección diferencial, de falla a tierra o GFCI (Ground Fault Circuit interrupter)
Son equipos, que protegen a las personas contra electrocución, y a la instalaciones de la presencia de pequeñas corrientes de falla a tierra por fallas en los aislamientos, estas protecciones producen la desconexión del circuito provocando la apertura de un interruptor, estas fallas de aislamiento se pueden presentar por la falla en el aislamiento de un elemento conductor, o también debido a un contacto accidental, este tipo de fallas presenta disparo, de acuerdo a un valor establecido o programado que suele oscilar entre los 10 mA y los 2 A.
¿Todos los interruptores termomagnéticos y electrónicos se disparan cuando existe una falla en el aislamiento?
La respuesta es no!, existen muchos casos en los cuales las fallas de aislamiento ocasionan que se presenten corrientes de fallas de tierra de baja corriente, que no provocan el disparo de la protección termomagnética convencional.
El caso más extremo, es que una persona, o incluso un niño puede tocar un elemento conductor de forma accidental, los circuitos de tomas tienen en general interruptores termomagnéticos de 20 A, y si el usuario toca de forma accidental un elemento energizado, la corriente en general no supera los 30 mA, debido a que la corriente es muy pequeña, el interruptor del circuito no se va a disparar, y esto puede causar la muerte de la persona o usuario.
¿Cuales son causas más frecuentes de la perdida de aislamiento en el circuito?
Se pueden presentar varias causas:
– Cuando no hay conductor de tierra, cualquier electrodoméstico o aparato eléctrico, al que se le realice una mala manipulación, o mal mantenimiento, puede causar que elementos metálicos queden energizados, lo cual puede causar que los usuarios queden sometidos a la tensión de la red, y realicen con su cuerpo una falla a tierra.
– la manipulación de aparatos eléctricos o electrodomésticos, en lugares con mucha humedad, por ejemplo, azoteas, sótanos, cocinas y baños.
– Cuando los cables se ven sometidos a estrés térmico, mecánico o eléctrico, es posible que se presenten leves fracturas en el aislamiento, las cuales no dan como resultado la perdida completa del aislamiento y por consiguiente no se presenta un corto circuito pleno, en estos casos las corrientes son muy bajas, con corrientes que rondan los miliamperios, o unos cuantos amperios como máximo.
– Daños en el aislamiento de empalmes entre dos conductores, por ejemplo, la cinta o el empalme pierde su capacidad aislante.
– Daños en elementos electrónicos, como por ejemplo IGBTs, Triacs, Tiristores, los cuales presentan fugas a falla a tierra
¿Como puedo proteger un circuito o una instalación contra corrientes de falla a tierra?
El circuito se puede proteger con relés de falla a tierra, Interruptores con protección GFCI y tomacorrientes GFCI en este ultimo caso se protege solo la salida a el electrodoméstico.
Como funcionan los elementos de protección GFCI?
Utilizan un transformador de corriente tipo toroidal, que el caso de los interruptores GFCI, y la toma, lo tienen instalado internamente, el transformador en el caso de los relés de falla a tierra se debe instalar de forma que todos los conductores del circuito fases y neutro (excepto el de tierra), pasen por el mismo transformador.
Cuando el circuito no presenta falla a tierra, la suma vectorial de las fases y del neutro es cero, y por consiguiente la corriente en el secundario del transformador toroidal también es cero. Cuando se presenta una falla a tierra la suma vectorial de las corrientes no es cero, y vamos a medir una corriente en el secundario del transformador toroidal.
El transformador toroidal le da una señal a un circuito electrónico, que cuando evalúa el valor medido frente a sus límites establecidos (solo en algunos equipos este valor es ajustable), cuando se supera el límite, proporciona una señal para el disparo de un interruptor interno en el interruptor GFCI, y la toma GFCI y a un contacto de control en el caso del relé de falla a tierra.
En el caso del relé diferencial o GFCI, Esta señal del contacto del relé diferencial, se debe conectar a una bobina de disparo del interruptor general o del circuito a proteger.
Diferencias entre los las diferencias protecciones GFCI:
Relé de falla a tierra, se deben instalar en forma separada los 3 componentes:
transformador toroidal por el cual pasan todos los conductores y el neutro; dependiendo del tamaño y de la cantidad de los conductores, se debe instalar un transformador adecuado a la necesidad.
Relé de montaje a riel omega, o para montar en la puerta de un tablero.
Se requiere una bobina de disparo en el interruptor del circuito.
Ventajas
- Se puede proteger cualquier circuito sin importar las corriente bajas o altas, permite la instalación para proteger un tablero completo.
- Perite el ajuste de la corriente de disparo en mA o A
- bajos costos, fácil instalación.
Desventajas
- Se requiere la instalación y cableado de diferentes equipos.
- Se debe cablear control hasta un interruptor termomagnético que tenga bobina de disparo.
- Puede existir limitación en la selección del transformador diferencial, debido a el tamaño de los conductores y la cantidad de los mismos.
Interruptor diferencial para riel omega o enchufable,
el interruptor para montaje en riel o el interruptor automático enchufable, usualmente no tiene protección diferencial instalada internamente, por esto debe pedirse específicamente un interruptor automático de riel, o enchufable con GFCI, cuando es suministrado con esta protección, no requiere ningún accesorio adicional, sin embargo, hay que llevar un cable de neutro al interruptor.
hay tres tipos de interruptores GFCI:
interruptor que no presenta protección ni térmica ni diferencial, son interruptores de protección exclusivamente GFCI, no tiene protección de cortocircuito ni de sobrecarga.
Interruptor con protección de sobrecarga adicional a la protección GFCI, no cuenta con protección de cortocircuito.
Interruptor con protección GFCI, con protección de sobrecarga y de cortocircuito.
En el caso de los interruptores GFCI de tipo riel, se debe utilizar en general en serie un interruptor termomagnético, para tener una combinación de protección termomagnética y GFCI
Ventajas
- Disponible para corriente bajas
- Fácil instalación
Desventajas
- Interruptores que no siempre cuentan con protección termomagnética, por esto se requiere de un interruptor termomagnético adicional.
- Disponible solo para corriente bajas.
- Se debe llevar el neutro hasta el interruptor, para que la corriente de neutro pase por el interior del interruptor.
- No permite el ajuste de la corriente de disparo.
Interruptor diferencial en caja moldeada MCCB y de potencia o ACB, el interruptor MCCB y ACB convencional, no tiene protección diferencial instalada internamente, se deben pedir expresamente con protección diferencial incorporada, cuando se solicita de esta forma, sin embargo, se requiere el pedido e instalación de un transformador de neutro adicional, cuando la red así lo requiere.
Ventajas
- No requiere la instalación externa de transformadores para las fases, sus transformadores internos brindan la información de las fases a la unidad de disparo.
- Permite el ajuste de la corriente de disparo.
- Fácil instalación.
Desventajas
- Requiere un transformador adicional para la medición de la corriente de neutro.
- Suelen ser muy costosos, frente a interruptores similares sin falla a tierra.
- Se pueden utilizar para corrientes bajas y altas.
Toma diferencial, la toma ya tiene protección diferencial instalada internamente, y también tiene internamente un relé que realiza la desconexión interna.
Ventajas
- Fácil instalación para una carga
Desventajas
- Suelen ser muy costosos, si se quiere instalar protección para un circuito de tomas, ya que cada una de las tomas debe tener protección de falla a tierra.
- Se pueden utilizar solo para corrientes bajas.
Mantenimiento de la protección diferencial
Usualmente los interruptores de pequeñas corrientes y las tomas tienen dos pulsadores, PUSH TO TEST y otro RESET.
Los manuales aconsejan la verificación después de cada tormenta eléctrica del correcto funcionamiento de la protección GFCI, o al menos una vez al año.
El procedimiento es el siguiente: se presiona el pulsador PUSH TO TEST, en ese momento en caso de que esté funcionando bien, el pulsador RESET se moverá, para quedar sobresaliendo del nivel de la tapa o superficie del aparato, para volver a poner en servicio el elemento se pulsa RESET para que quede al nivel de la tapa o superficie del aparato.
En el caso de que el pulsador RESET no sobresalga, el equipo electrónico esta dañado y se debe cambiar la toma o el interruptor.
Para el relé, los interruptores MCCB Y ACB´s , se debe verificar la información suministrada por medio de un led ubicado en la parte frontal del equipo, el led generalmente está acompañado de un mensaje que indica si el relé está funcionando bien, o está presentando un daño la parte electrónica.
AULA TECNICA VINCERE