protecciones elctricas - Liceo Industrial "Vicente Pérez Rosales"

Protecciones eléctricas.
Disyuntores, guarda motores, fusibles.
LICEO: VICENTE PÉREZ ROSALES
PROFESOR: JUAN PLAZA LAGUNAS
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Disyuntor.
.
La utilización de este término puede variar en distintas regiones
para referirse a interruptores automáticos accionados por
sobrecargas de un circuito o para interruptores automáticos
accionados por pérdidas de energía fuera del circuito...
Un disyuntor o interruptor automático es un aparato capaz de
interrumpir o abrir un circuito eléctrico cuando la intensidad de la
corriente eléctrica que por él circula excede de un determinado
valor o, en el que se ha producido un cortocircuito, con el objetivo de
no causar daños a los equipos eléctricos. A diferencia de los fusibles,
que deben ser reemplazados tras un único uso, el disyuntor puede
ser rearmado una vez localizado y reparado el daño que causó el
disparo o desactivación automática.
Se fabrican disyuntores de diferentes tamaños y características lo
cual hace que sea ampliamente utilizado en viviendas, industrias y
comercios.
Características y tipos
Los parámetros más importantes que definen un disyuntor son:
Calibre o corriente nominal: Corriente de trabajo para la cual
está diseñado el dispositivo.
Tensión de trabajo: Tensión para la cual está diseñado el
disyuntor.
Poder de corte: Intensidad máxima que el disyuntor puede
interrumpir. Con mayores intensidades se pueden producir
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fenómenos de arco voltaico, fusión y soldadura de materiales
que impedirían la apertura del circuito.
Poder de cierre: Intensidad máxima que puede circular por el
dispositivo en el momento de cierre sin que éste sufra daños
por choque eléctrico.
Número de polos: Número máximo de conductores que se
pueden conectar al interruptor automático.
Los disyuntores más comúnmente utilizados son los que trabajan
con corrientes alternas, aunque existen también para corrientes
continuas.
Diagrama de un interruptor magneto-térmico.
Los tipos más habituales de disyuntores son:
Disyuntor magneto-térmico.
Disyuntor magnético.
Disyuntor térmico.
Disyuntor por corriente diferencial.
Guarda motor.
Funcionamiento
El disyuntor internamente.
Dispositivo térmico (presente en los disyuntores térmicos y
magneto térmicos)
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Está compuesto por un bimetal calibrado por el que circula la
corriente que alimenta la carga. Cuando ésta es superior a la
intensidad para la que está construido el aparato, se calienta, se va
dilatando y provoca que el bimetal se arquee, con lo que se consigue
que el interruptor se abra automáticamente. Detecta las fallas por
sobrecarga.
Dispositivo magnético (presente en los disyuntores
magnéticos y magneto térmicos)
Lo forma una bobina, un núcleo y una parte móvil. La intensidad que
alimenta la carga atraviesa dicha bobina, y en el caso de que ésta sea
muy superior a la intensidad nominal del aparato se crea un campo
magnético que es capaz de arrastrar a la parte móvil y provocar la
apertura del circuito de forma casi instantánea. Detecta las fallas por
cortocircuito que pueda haber en el circuito eléctrico.
Interruptor magneto térmico
.
Un interruptor termo magnético, o disyuntor termo magnético, es un
dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito
cuando ésta sobrepasa ciertos valores máximos. Su funcionamiento
se basa en dos de los efectos producidos por la circulación de
corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (efecto
Joule). El dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroimán
y una lámina bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la
corriente que va hacia la carga.
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Funcionamiento
.
Al circular la corriente por el electroimán, crea una fuerza que,
mediante un dispositivo mecánico adecuado (M), tiende a abrir el
contacto C, pero sólo podrá abrirlo si la intensidad I que circula por
la carga sobrepasa el límite de intervención fijado. Este nivel de
intervención suele estar comprendido entre 3 y 20 veces la
intensidad nominal (la intensidad de diseño del interruptor
magneto térmico) y su actuación es de aproximadamente unas 25
milésimas de segundo, lo cual lo hace muy seguro por su velocidad
de reacción. Esta es la parte destinada a la protección frente a los
cortocircuitos, donde se produce un aumento muy rápido y elevado
de corriente.
La otra parte está constituida por una lámina bimetálica
(representada en rojo) que, al calentarse por encima de un
determinado límite, sufre una deformación y pasa a la posición
señalada en línea de trazos lo que, mediante el correspondiente
dispositivo mecánico (M), provoca la apertura del contacto C. Esta
parte es la encargada de proteger de corrientes que, aunque son
superiores a las permitidas por la instalación, no llegan al nivel de
intervención del dispositivo magnético. Esta situación es típica de
una sobrecarga, donde el consumo va aumentando conforme se van
conectando aparatos.
Ambos dispositivos se complementan en su acción de protección, el
magnético para los cortocircuitos y el térmico para las sobrecargas.
Además de esta desconexión automática, el aparato está provisto de
una palanca que permite la desconexión manual de la corriente y el
rearme del dispositivo automático cuando se ha producido una
desconexión. No obstante, este rearme no es posible si persisten las
condiciones de sobrecarga o cortocircuito. Incluso volvería a saltar,
aunque la palanca estuviese sujeta con el dedo, ya que utiliza un
mecanismo independiente para desconectar la corriente y bajar la
palanca.
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El dispositivo descrito es un interruptor magneto térmico unipolar,
por cuanto sólo corta uno de los hilos del suministro eléctrico.
También existen versiones bipolares y para corrientes trifásicas,
pero en esencia todos están fundados en los mismos principios que
el descrito.
Se dice que un interruptor es de corte omnipolar cuando interrumpe
la corriente en todos los conductores activos, es decir las fases y el
neutro si está distribuido.
Las características que definen un interruptor termo magnético son
el amperaje, el número de polos, el poder de corte y el tipo de curva
de disparo (B,C,D,MA). (Por ejemplo, Interruptor termo magnético C16A-IV 4,5kA).
Guarda motor
Un guarda motor es un disyuntor magneto-térmico, especialmente
diseñado para la protección de motores eléctricos. Este diseño
especial proporciona al dispositivo una curva de disparo que lo hace
más robusto frente a las sobre intensidades transitorias típicas de
los arranques de los motores. El disparo magnético es equivalente al
de otros interruptores automáticos pero el disparo térmico se
produce con una intensidad y tiempo mayores. Su curva
característica se denomina D o K.
Las características principales de los guarda motores, al igual que de
otros interruptores automáticos magneto-térmicos, son la capacidad
de ruptura, la intensidad nominal o calibre y la curva de disparo.
Proporciona protección frente a sobrecargas del motor y
cortocircuitos, así como, en algunos casos, frente a falta de fase
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Interruptor diferencial
Un interruptor diferencial exponencial, también llamado disyuntor
por corriente diferencial o residual, es un dispositivo
electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con el
fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por
faltas de aislamiento entre los conductores activos y tierra o masa
de los aparatos.
En esencia, el interruptor diferencial consta de dos bobinas,
colocadas en serie con los conductores de alimentación de corriente
y que producen campos magnéticos opuestos y un núcleo o
armadura que mediante un dispositivo mecánico adecuado puede
accionar unos contactos.
Figura 1
Si nos fijamos en la Figura 1, vemos que la intensidad (I1) que circula
entre el punto a y la carga debe ser igual a la (I2) que circula entre la
carga y el punto b (I1 = I2) y por tanto los campos magnéticos creados
por ambas bobinas son iguales y opuestos, por lo que la resultante
de ambos es nula. Éste es el estado normal del circuito.
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Figura 2
Si ahora nos fijamos en la Figura 2, vemos que la carga presenta una
derivación a tierra por la que circula una corriente de fuga (If), por
lo que ahora I2 = I1 - If y por tanto menor que I1.
Es aquí donde el dispositivo desconecta el circuito para prevenir
electrocuciones, actuando bajo la presunción de que la corriente de
fuga circula a través de una persona que está conectada a tierra y
que ha entrado en contacto con un componente eléctrico del
circuito.
La diferencia entre las dos corrientes es la que produce un campo
magnético resultante, que no es nulo y que por tanto producirá una
atracción sobre el núcleo N, desplazándolo de su posición de
equilibrio, provocando la apertura de los contactos C1 y C2 e
interrumpiendo el paso de corriente hacia la carga, en tanto no se
rearme manualmente el dispositivo una vez se haya corregido la
avería o el peligro de electrocución.
Aunque existen interruptores para distintas intensidades de
actuación, el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT)
exige que en las instalaciones domésticas se instalan normalmente
interruptores diferenciales que actúen con una corriente de fuga
máxima de 30 mA y un tiempo de respuesta de 50 ms, lo cual
garantiza una protección adecuada para las personas y cosas.
La norma UNE 21302 dice que se considera un interruptor
diferencial de alta sensibilidad cuando el valor de ésta es igual o
inferior a 30 miliamperios.
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Las características que definen un interruptor diferencial son el
amperaje, número de polos, y sensibilidad, por ejemplo: Interruptor
diferencial 16A-IV-30mA.
Toma de tierra
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El hilo de tierra, también denominado toma de conexión a tierra,
puesta a tierra, pozo a tierra, polo a tierra, conexión a tierra,
conexión de puesta a tierra o simplemente tierra, se emplea en las
instalaciones eléctricas para evitar el paso de corriente al usuario
por un fallo del aislamiento de los conductores activos.
La puesta a tierra es una unión de todos elementos metálicos que,
mediante cables de sección suficiente entre las partes de una
instalación y un conjunto de electrodos, permite la desviación de
corrientes de falta o de las descargas de tipo atmosférico, y consigue
que no se pueda dar una diferencia de potencial peligrosa en los
edificios, instalaciones y superficie próxima al terreno
La toma a tierra es un sistema de protección al usuario de los
aparatos conectados a la red eléctrica. Consiste en una pieza
metálica, conocida como o electrodo, enterrada en suelo con poca
resistencia y si es posible conectada también a las partes metálicas
de la estructura de un edificio. Se conecta y distribuye por la
instalación por medio de un cable de aislante de color verde, que
debe acompañar en todas sus derivaciones a los cables de tensión
eléctrica, y debe llegar a través de los enchufes a cualquier aparato
que disponga de partes metálicas que no estén suficientemente
separadas de los elementos conductores de su interior.
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Cualquier contacto directo o por humedades, en el interior del
aparato eléctrico, que alcance sus partes metálicas con conexión a la
toma a tierra encontrará por ella un camino de poca resistencia,
evitando pasar al suelo a través del cuerpo del usuario que
accidentalmente pueda tocar el aparato.
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Tierra
El término "tierra", como su nombre indica, se refiere al potencial de la
superficie de la Tierra.
El símbolo de la tierra en el diagrama de un circuito es:
Para hacer la conexión de este potencial de tierra a un circuito eléctrico se
usa un electrodo de tierra, que puede ser algo tan simple como una barra
metálica (usualmente de cobre) anclada el suelo, a veces humedecida para
una mejor conducción.
Es un concepto vinculado a la seguridad de las personas, porque éstas se
hallan a su mismo potencial por estar pisando el suelo. Si cualquier
aparato está a ese mismo potencial no habrá diferencia entre el aparato y
la persona, por lo que no habrá descarga eléctrica peligrosa.
Por último hay que decir que el potencial de la tierra no siempre se puede
considerar constante, especialmente en el caso de caída de rayos. Por
ejemplo si cae un rayo, a una distancia de 1 kilómetro del lugar en que
cae, la diferencia de potencial entre dos puntos separados por 10 metros
será de más de 150 V en ese instante.
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Masa
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Una definición es que masa es la referencia de un conductor que es
usado como retorno común de las corrientes.
El símbolo de la masa en el diagrama de un circuito es el siguiente
(también es aceptable sin el rayado):
En la mayoría de las aplicaciones la masa del equipo o sea el chasis,
el soporte de los circuitos así como el valor 0 voltios deben, en
principio, ir conectados a tierra. Por lo que muchas veces cuando se
dice conexión a masa también significa conexión a tierra. En otras
pocas ocasiones la masa y la tierra en un circuito no tienen por qué
tener la misma tensión. Incluso la forma de onda de la masa respecto
a la tierra puede ser variable.
Elementos que forman una puesta a tierra
A los elementos que forman el conjunto de una puesta a tierra los
podemos clasificar de la siguiente forma:
Tierra: Necesitamos un terreno que será capaz de disipar las
energías que pueda recibir.
Toma de tierra: Esta es la instalación de conexión a tierra,
consta de las siguientes partes:
o Electrodos: Partes metálicas enterradas.
o Línea de enlace con tierra: Conductor conectado a los
electrodos.
o Bornes de puesta a tierra: conexión entre la línea de
enlace y los distintos conductores de protección.
o Conductores de protección: unen los distintos puntos de
la instalación con la línea de enlace.
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Fusible
En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo, constituido por
un soporte adecuado, un filamento o lámina de un metal o aleación
de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de
una instalación eléctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando
la intensidad de corriente supere, por un cortocircuito o un exceso
de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la
integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente
riesgo de incendio o destrucción de otros elementos.
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