1.1- Introducción
Los dispositivos diferenciales son conocidos internacionalmente como dispositivos de protección de personas contra los riesgos eléctricos en baja tensión. Los diferenciales vigilan permanentemente el aislamiento de los cables y de los receptores eléctricos. Algún que otro modelo de diferencial se emplea a veces para señalizar una bajada del aislamiento o bien para reducir los efectos destructivos de una corriente de defecto.
El diferencial está generalmente asociado a un aparato de corte (interruptor, interruptor automático, contacto), para realizar la apertura automática del circuito con el defecto.1.2- Riesgos de la corriente eléctrica
El empleo de la corriente eléctrica en una instalación siempre supone unos riesgos, que hay que tener en cuenta. El objetivo de los diferenciales es protegernos de dichos riesgos.
Se puede producir por las siguientes causas:
- Rotura del aislamiento.
- Envejecimiento del aislante.
- Cables sometidos a sobrecarga.
-Destrucción de Receptores
Se da por las siguientes causas:
- Calor generado por el propio funcionamiento del aparato.
- Sobrecarga a la que está sometido.
- Agresiones del entorno donde está funcionando.
- Desgaste del material.
-Los efectos de la corriente eléctrica en las personas
Los efectos fisiopatológicos de la corriente eléctrica en las personas (tetanización, quemaduras externas, internas, fibrilación ventricular y paro cardíaco) dependen de diferentes factores: las particularidades
fisiológicas del ser humano afectado, el entorno (húmedo o seco, por ejemplo) y también las características de la corriente que atraviesa el cuerpo.
-La impedancia del cuerpo humano
Los daños sufridos por las personas que son atravesadas por una corriente eléctrica dependen esencialmente de su intensidad y del tiempo de paso. Esta corriente depende de la tensión de contacto que se aplica sobre la persona, así como de la impedancia que encuentra durante su recorrido a través del cuerpo humano. Esta relación no es lineal, pues esta impedancia depende del trayecto a través del cuerpo,
de la frecuencia de la corriente y de la tensión de contacto aplicada, así como de la humedad de la piel.
A modo orientativo se suelen considerar los siguientes valores medios para la resistencia del cuerpo humano a la frecuencia normal de 50 Hz:
- 1600 ohmios en medio seco.
- 800 ohmios en medio húmedo.
- 200 ohmios si el cuerpo está sumergido.
-Los efectos de la corriente alterna en función de la intensidad
Umbral o límite de percepción: valor mínimo de la corriente que provoca una ligera sensación sobre la persona por la que circula la corriente. Es del orden de 0,5 mA.
Umbral de “no soltar” o de agarrotamiento muscular: valor máximo de la corriente para la cual una persona que sostiene unos electrodos los puede soltar. Es del orden de 10 mA.
Umbral de fibrilación ventricular o cardíaca humana: este umbral depende de la duración del paso de la corriente. Se considera igual a 400 mA para una duración de exposición inferior a 0,1 s.
-Los efectos en función del tiempo de exposición
Los riesgos de agarrotamiento muscular, paro respiratorio o fibrilación cardíaca irreversible aumentan proporcionalmente con el tiempo de exposición del cuerpo humano a la corriente eléctrica.
Los efectos fisiopatológicos, tales como paro cardíaco, paro respiratorio y quemaduras graves, aumentan con el valor de la intensidad y el tiempo de exposición.
Por este motivo se admite que el empleo de los diferenciales con funcionamiento instantáneo con un umbral inferior a 30 mA impide alcanzar esta situación y evita estos riesgos.
-Tensión límite de seguridad (UL)
Según las condiciones del entorno, particularmente en presencia o no de agua, la tensión límite de seguridad UL (tensión por debajo de la cual no hay riesgo para las personas, según la norma UNE 20460) es en alterna, de:
- 50 V para los locales secos.
- 25 V para los locales húmedos.
- 12 V para los locales mojados, por ejemplo para las obras en el exterior.
-Contactos directos
Este tipo de contactos se produce cuando una persona entra en contacto directamente con elementos normalmente en tensión, son peligrosos para tensiones superiores a UL y las principales protecciones a considerar son el distanciamiento y el aislamiento.
En la ITC-BT-24 se reconoce el empleo de interruptores diferenciales de sensibilidad inferior o igual a 30 mA como medida de protección complementaria contra contactos directos.
-Contactos indirectos
Cuando se produce un contacto con una masa puesta accidentalmente en tensión, el umbral de peligro viene determinado por la tensión límite de seguridad (UL).
Para que no exista peligro cuando la tensión de red es superior a (UL), la tensión de contacto debe ser inferior a (UL).
-Los efectos de la corriente en función de la frecuencia
La norma indica que el factor de frecuencia, que es la relación entre la corriente a la frecuencia f y la corriente a la frecuencia de 50/60 Hz para un mismo efecto fisiológico considerado, aumenta
con la frecuencia. La corriente produce un daño máximo a la frecuencia de 50/60 Hz. Por ejemplo, la intensidad de tetanización, que es de 10 mA a 50 Hz, pasa a 90 mA en corriente continua y a 80 mA a 5 kHz.
-Efectos de la corriente continua.
La corriente continua es menos peligrosa que la alterna. Es más fácil de soltar la mano de objetos en tensión continua que de objetos en tensión alterna. En corriente continua, el umbral de fibrilación ventricular es mucho más elevado.
-Efectos de las corrientes con formas de onda especiales.
El desarrollo de la electrónica de mando, hace que se puedan crear, en caso de defecto de aislamiento,
corrientes cuya forma se componga de corriente alterna a la cual se superponga una componente continua. Los efectos de estas corrientes sobre el cuerpo humano son intermedios entre los de la corriente alterna y los de la corriente continua.
-Efectos de las corrientes de impulsión única de corta duración.
Provienen de las descargas de condensadores y pueden presentar ciertos peligros para las personas en caso de defecto de aislamiento.
-Riesgos de quemaduras
Otro riesgo importante ligado a la electricidad son las quemaduras. Estas son muy frecuentes cuando se producen accidentes domésticos y sobre todo industriales (estos últimos suponen más del 80 % de
las quemaduras provocadas por accidentes eléctricos).
Existen dos tipos de quemaduras:
– La quemadura por arco, que es una quemadura térmica debida a la intensa radiación calórica del arco eléctrico.
– La quemadura electrotérmica, es la única verdadera quemadura eléctrica, que es debida al paso de la corriente a través del organismo.
2- Protección contra defectos de aislamiento y regímenes de neutro.
2.1 Las normas de instalación.
Los Dispositivos Diferenciales Residuales (DDR) se emplean en instalaciones eléctricas domésticas, terciarias e industriales. Aquí se establecen tres Esquemas de Conexión a Tierra (ECT) básicos, también denominados
Regímenes de Neutro:
- Esquema TT.
- Esquema IT.
- Esquema TN.
La utilización de uno u otro es función de varios aspectos: el país, la continuidad de servicio necesaria, flexibilidad de ampliación de la instalación, mantenimiento de la instalación, etc.
-Reglas generales
Cualquiera que sea el ECT existente en una instalación, las normas exigen que:
- Cada masa esté conectada a una toma de tierra a través del conductor de protección.
- Las masas simultáneamente accesibles estén conectadas a una misma toma de tierra.
- Un dispositivo de corte desconecte automáticamente toda parte de la instalación donde se pueda generar una tensión de contacto peligrosa.
- El tiempo de corte de este dispositivo sea inferior al tiempo máximo definido.
-El riesgo de contacto directo
Cualquiera que sea el ECT, el riesgo que implica un contacto directo es idéntico para las personas. Las protecciones previstas por la normas son idénticas y aprovechan las posibilidades de los diferenciales de alta sensibilidad.
-La protección contra incendios
Para la protección contra incendios, para cualquier régimen de neutro, deberán emplearse dispositivos diferenciales de sensibilidad menor o igual a 300 mA, ya que está probado que una corriente de 300 mA puede calentar hasta la incandescencia dos piezas metálicas en contacto puntual (superficie de contacto
muy reducida), y si se tienen materiales inflamables en contacto se puede originar un incendio.
2.2 Esquema TT
Este tipo de esquema es el más utilizado en la actualidad. En España se emplea en todas las instalaciones domésticas y la mayoría del resto de instalaciones, llegando al 95% de las instalaciones aproximadamente.
Este esquema de conexión a tierra corresponde a las instalaciones alimentadas directamente por una red de
distribución en BT en las que el neutro del transformador de alimentación está conectado directamente a tierra, y las partes metálicas de los receptores están unidas a otra toma de tierra.
-La protección de los receptores eléctricos y de los circuitos
El nivel del umbral de disparo de los diferenciales necesario para la protección de personas en los esquemas TT es más bajo que el necesario para proteger los circuitos magnéticos de las máquinas (motor) o para proteger contra incendios.
Los DDR también pueden evitar, por lo tanto, los daños en receptores motivados por defectos de aislamiento. Simplemente habrá que tener la precaución, tal como se ha dicho antes, de utilizar diferenciales de 300 mA o menores.
2.3 Esquema IT (neutro aislado o impedante)
En este esquema nos encontramos que el neutro está aislado y no conectado a tierra, mientras que las masas están normalmente conectadas a la tierra de la instalación
-Utilización del régimen IT
El régimen IT en España se emplea en un reducido número de instalaciones. Este régimen posee la ventaja de que permite garantizar la máxima continuidad de servicio y seguridad para las personas,aunque requiere la presencia de personal de mantenimiento y un cálculo preciso de longitudes máximas de líneas que nos permita decidir si hay que utilizar o no un diferencial para efectuar la correcta protección en caso de segundo defecto.
2.4 Esquema TN
En este esquema el neutro del transformador está conectado a tierra y las masas metálicas de los receptores están conectadas al neutro. Existen tres variantes de régimen de neutro diferenciadas por una tercera letra:
Esquema TN-C: el conductor de neutro y el de protección PE son el mismo conductor.
Esquema TN-S: el conductor de neutro y el conductor de protección PE están separados.
Esquema TN-C-S: Es una combinación de los dos anteriores, empleada cuando la sección del conductor de neutro es insuficiente para servir de conductor de protección.
-Utilización del régimen TN
El régimen TN en España se emplea en un reducido número de instalaciones. La ventaja de este régimen es que los interruptores automáticos magnetotérmicos aseguran la protección, no solo contra sobrecargas y cortocircuitos, sino también contra defectos de aislamiento. El inconveniente es que para realizar cualquier
ampliación de la instalación, es obligatorio calcular para la nueva longitud de línea si
los dispositivos magnetotérmicos actuales garantizan la protección en caso de fuga a tierra, si no es así será necesario añadir protección diferencial.
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