Protección contra contactos indirectos.

®
Tipos de
protección
de
contactos
indirectos
Todos los componentes eléctricos deben estar
protegidos contra el peligro de contacto con las partes
metálicas accesibles, normalmente no energizadas,
pero que pueden tener un potencial peligroso después
de una falla o deterioro del aislamiento.
Esta protección se puede clasificar en dos tipos:
Protección pasiva: sin la interrupción automática de la
alimentación y sin puesta a tierra, si las condiciones del
componente o de la persona hacen que la falla no sea
peligrosa.
Protección activa: actúa a través de la interrupción
automática de la alimentación, mediante los aparatos
de protección de sobrecorriente ó diferencial.
La protección total contra los contactos indirectos
se puede hacer mediante el aislamiento de las partes
activas, dejando sin posibilidad de remover el aislamiento
mismo ó mediante cubiertas y barreras que aseguren
un grado adecuado de protección. En ambientes
especiales está permitido tener una protección parcial
contra los contactos indirectos, colocando barreras,
obstáculos ó estableciendo distancias que impidan el
contacto accidental con las partes energizadas. Además,
está prevista la instalación de la protección activa
mediante interruptores diferenciales con corriente
diferencial nominal no superior a 30 mA.
Protección pasiva mediante la separación eléctrica
Para garantizar la protección contra los contactos, se
recurre a circuitos en los cuales las partes activas son
alimentadas por un circuito eléctrico perfectamente
aislado de tierra.
En estas instalaciones no es posible cerrar el circuito a
través del contacto mano - pie de una persona y por eso
no se pueden presentar situaciones reales de peligro.
Este tipo de protección se puede hacer empleando
transformadores de seguridad (aislamiento) y líneas de
longitud limitada.
Guía para la selección de interruptores
Protección contra contactos indirectos.
Protección pasiva en instalaciones de seguridad,
de muy baja tensión.
En este caso la protección está garantizada cuando las
partes activas son alimentadas por tensiones no
superiores a 50 V, adoptando además las medidas para
impedir el contacto accidental entre los circuitos a
tensión muy baja. En algunos casos especiales está
permitida la protección mediante partes no conductoras
o conexiones equipotenciales locales no conectadas a
tierra.
37
GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE INTERRUPTORES
37
Guía para la selección de interruptores
Protección contra contactos indirectos.
Tipos de
protección
de
contactos
indirectos
Protección pasiva mediante doble aislamiento o
aislamiento reforzado. Todos los componentes
eléctricos tiene partes activas, aisladas de las partes
accesibles, además del aislamiento funcional también
presentan un aislamiento suplementario que hace
prácticamente imposible el incidente. Estos
componentes están definidos como de clase II. La
conexión del armario al conductor de protección, está
prohibido.
envolvente
metálico parcial
Símbolo gráfico
equipo con doble
aislamiento
aislamiento
principal
Protección activa mediante la interrupción de la
alimentación. La protección mediante la interrupción
automática de la alimentación se requiere cuando a
causa de una falla, se pueden presentar sobre las
cubiertas, tensiones de contacto de valor y duración
que puedan volverse peligrosas para las personas. La
norma IEC 364, considera peligrosa las tensiones de
contacto y de paso superiores a 50 VCA para los casos
ordinarios y de 25 VCA para los casos especiales.
Si las tensiones de contacto o de paso son superiores
a estos dos valores es necesario interrumpirlas en
tiempos muy rápidos, con el propósito de evitar daños
fisiológicos a las personas, como los que están definidos
en la norma IEC 479-1.
En estos casos es necesario escoger los dispositivos
de interrupción y de protección automáticos que tengan
las características de operación para garantizar un
nivel adecuado de seguridad. Las normas no ponen un
límite en la selección de los dispositivos de protección
empleados, que pueden ser del tipo térmico (fusibles),
termomagnéticos (interruptores termomagnéticos) ó
diferenciales (interruptores diferenciales), pero que
tengan los requisitos de protección requeridos.
aislamiento
suplementario
Vale la pena recordar que los interruptores diferenciales
con la sensibilidad adecuada son los aparatos más
empleados para una protección eficaz contra los
contactos indirectos, aunque no están excluidos otro
tipo de dispositivos.
Hoy se sabe que ningún dispositivo de sobrecorriente
es capaz de medir la corriente de falla a tierra de bajo
valor y de interrumpirla antes de que ocasionen incendios
para escoger el aparato que debe emplearse, es
necesario conocer las características de tiempocorriente, donde se indique cuántos segundos o
fracciones de segundo un determinado valor de tensión
de contacto se puede soportar.
Para determinar esta característica es indispensable
analizar los efectos que provoca la corriente al pasar por
el cuerpo humano, como se establece en la norma IEC
479-1.
La característica define 4 zonas de peligro en función
del valor de la corriente que circula en un cuerpo
humano, durante un tiempo determinado.
t(ms)
10000
5000
I∆n ≤ 30
2000
T
1000
500
200
1
2
3
4
100
50
20
10
0,2
Zona 1. Ninguna reacción al pasar la corriente.
Zona 2. Habitualmente ningún efecto fisiológico
peligroso.
Zona 3. Habitualmente ningún daño orgánico.
Probabilidad de contracción muscular y dificultad para
respirar; disturbios reversibles en la formación y
conducción de impulsos en el corazón, inclusive
0,5 1
2
5
10
20 30 50
100 200
500 1000 2000
I (mA)
fibrilaciones ventriculares, que aumentan con la
intensidad de la corriente y el tiempo.
Zona 4. Además de los efectos descritos para la zona
3, la probabilidad de fibrilaciones ventriculares puede
aumentar hasta el 50%. Se pueden tener efectos
fisiológicos como el paro cardio-respiratorio y graves
quemaduras.
Analizando las curvas de seguridad, se deduce que los interruptores diferenciales con rango de operación de 30
mA ofrecen un excelente nivel de protección contra contactos indirectos y son preferidos sobre otros dispositivos
de protección.
38
38
GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE INTERRUPTORES
®
En los sistemas TT, una falla entre fase y tierra provoca
una corriente de falla que afecta la red de tierras del
usuario y la del suministrador de energía eléctrica. Tal
corriente está en función de la impedancia del circuito de
falla RA que es la suma de las resistencias de tierra Rn
y RT.
La protección contra contactos indirectos por medio de
la interrupción automática de la alimentación en las
instalaciones tipo TT, se hace empleando interruptores
termomagnéticos o diferenciales, satisfaciendo las
siguientes condiciones:
Interruptor termomagnético: RA ≤ 50/Ia
donde:
Interruptor diferencial:
RA ≤ 50/I ∆n
El interruptor diferencial detecta directamente la
corriente de dispersión a tierra con la diferencia entre
las corrientes totales que circulan en los conductores
activos.
La corriente de operación (Ia = 50V/RT) que se introduce
en la condición de coordinación se identifica como la
corriente nominal diferencial
(I∆n = 50V/RT) cuando el tiempo de operación no
supera 1 segundo.
Las condiciones de coordinación están indicadas en la
siguiente tabla.
I∆n (A)
1
0.5
0.3
0.1
0.03
0.01
RA es la suma de las resistencias a tierra de los
conductores y de los electrodos, de puesta a tierra
(Rn+RT)
RA(ohms)
50
100
166
500
1666
5000
Ia es la corriente (A) que provoca el disparo automático
del interruptor termomagnético dentro de 5 segundos.
Protección con interruptor diferencial
Guía para la selección de interruptores
Protección contra contactos
indirectos en los sistemas TT.
I∆n Es la corriente diferencial nominal (A) del interruptor
diferencial.
50 Es el valor de la tensión de contacto (V) de seguridad
para los casos ordinarios (25V para los casos especiales,
agrícolas, de zootecnia, etc.)
Puesto que en los sistemas de distribución del tipo TT es
difícil encontrar con terrenos de calidad y superficie
suficiente para tener resistencias de la red de tierras
inferiores a 1 ohm; la coordinación resulta imposible con
interruptores con In > 10A.
Este tipo de protección es por tanto, solamente teórica
y se debe recurrir a la protección mediante dispositivos
diferenciales.
id
I∆n
RPE
Para una protección eficaz, la misma norma recomienda
el empleo de interruptores diferenciales que no necesitan
de consideraciones sobre la resistencia del dispersor,
que debe ser bajísima y constante todo el tiempo.
RA = RT + RPE
condición de interrupción de la alimentación
I∆n ≤ 50
RA
Protección con interruptor termomagnético
t
5s
RPE
RA = RT +RPE
RT
4,5
In
condición de interrupción de la alimentación
Ia ≤ 50
RA
39
GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE INTERRUPTORES
39
Guía para la selección de interruptores
Protección contra contactos
indirectos en los sistemas TN
En un sistema TN existen tantos puntos de falla, como
masas susceptibles de tener tensión.
Durante el proyecto es necesario calcular el circuito de
mayor impedancia Zs, tomando en consideración la
impedancia equivalente del transformador con sus
componentes (XE y RE), la impedancia de los conductores
de fase (XL y RL) y la impedancia del conductor de tierra
PE (XPE y RPE).
L1
L2
L3
N
PE
id
id
Una falla en el lado de baja tensión, es comparable a un
corto circuito que se cierra en el centro de la estrella del
transformador a través de los conductores de fase y de
tierra. En este caso es necesario emplear una protección
adecuada de modo que se satisfagan las siguientes
condiciones:
Condición de protección Ia ≤ U0/Zs
Donde:
U0 es la tensión nominal a tierra (de lado de
baja tensión) de la instalación.
Zs es la impedancia total más alta.
Ia es la corriente (A) que provoca el disparo
automático del dispositivo de protección en los
tiempos que se indican a continuación.
Tiempo de interrupción en función de V0
V0(V)
120
230
400
T(s)
Las normas IEC contemplan 4 casos aceptables de
interrupción de la falla a diferentes tiempos, no superiores
a 5 segundos. Los 4 casos particulares son:
1 Circuitos de distribución que comprende los conductores, tableros y equipos de protección y maniobra.
2 Circuitos finales que conectan cargas fijas, cuando el
circuito de distribución o al tablero del área que los
alimenta, no son circuitos principales destinados a
cargas movibles.
3 Circuitos finales, que conectan cargas fijas, no considerados en las condiciones indicadas en el punto 2,
porque la tensión a tierra que los alimenta no supere
50V, en las condiciones de falla más graves.
4 Circuitos terminales que alimentan equipos de consumo fijos, no considerados en las condiciones de
los puntos 2 y 3, porque todas las masas extrañas
presentes están conectadas de manera equipotencial; las conexiones equipotenciales suplementarias,
utilizadas para este fin deben ser de dimensiones
como si fueran conexiones equipotenciales
principales (S>6mm2).
0.8
0.4
40
En caso de que las condiciones de protección no fuesen
satisfechas con el empleo de interruptores
termomagnéticos es necesario recurrir a interruptores
diferenciales. El empleo de dispositivos diferenciales
satisface generalmente las condiciones de protección y
no se requiere el cálculo de la impedancia total de la
instalación Zs.
Los interruptores diferenciales no presentan ningún
problema de coordinación ya que para una I∆n elevada
(3A), admiten impedancias del circuito de falla del orden
de varias decenas de ohm (76), que no se alcanzan
nunca.
Para evitar disparos no necesarios de los diferenciales
conviene instalar en el circuito de distribución equipos
ajustables, ajustando a la máxima corriente nominal
diferencial y al máximo tiempo de retardo; sobre los
circuitos terminales instalar aparatos instantáneos con
la máxima sensibilidad permitida. Verificar siempre que
la capacidad interruptiva diferencial no sea inferior a la
corriente de falla prevista (U0/Zs).
Btdin
25
32
40
50
63
Zs(mohm)
1533
958
766
608
Interr
In(A)
Megatiker
80
125
160
250
400
630
800
1000
1250
1600
Zs(mohm)
287
143
92
57.5
36.5
28.7
38.3
30.6
23.9
GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE INTERRUPTORES
40
0.1
Zs =√ (RE+RL+RPE)2 + (XE+XL+XPE)2
Interr
In(A)
184
>400
Para calcular la impedancia del circuito de falla, se
propone la siguiente fórmula:
Más adelante se muestra una tabla que indica las
condiciones de coordinación para una protección
adecuada empleando interruptores termomagnéticos
BTicino en circuitos con U0 = 220V.
1197
0.2
®
En el sistema de distribución IT, el neutro está aislado
de tierra (o está conectado a través de una impedancia
de alto valor) y las masas metálicas están conectadas
directamente a tierra. En caso de falla de una masa, la
corriente de falla regresa a tierra a través de la capacidad
de los conductores de tierra que esten en buen estado.
Esta corriente de falla no alcanza valores peligrosos.
A la primera falla, las normas no requieren el disparo de
los dispositivos de protección, sin embargo en la segunda
falla es indispensable que las protecciones operen
rápidamente dentro de los tiempos indicados en la
siguiente tabla.
Tiempo de interrupción (s)
Tensión (V)
Neutro no distribuido
Neutro distribuido
L1
L2
L3
N
Uo
Control del
aislamiento
Ri
C
Guía para la selección de interruptores
Protección contra contactos
indirectos en el sistema IT.
PE
Neutro distribuido
120/240
230/400
0.8
0.4
5
0.8
400/690
580/1000
0.2
0.1
0.4
0.2
RT
Aunque no se requiere la operación de los dispositivos
de protección a la primera falla, es necesario contar con
dispositivos de señalización de funcionamiento continuo,
capaces de advertir el estado del aislamiento de la
instalación y señalar la falla a tierra de las fases o del
neutro (neutro distribuido).
Los dispositivos de protección usados en las
instalaciones tipo IT, son los interruptores de protección
por sobrecorriente o dispositivos diferenciales. En caso
de emplear los interruptores diferenciales se requieren
aparatos con una corriente diferencial de no disparo al
menos igual a la corriente prevista para una 1ª falla a
tierra.
Esta condición es necesaria para garantizar la máxima
continuidad de servicio. Las condiciones de protección
que deben respetarse para la coordinación de las
protecciones del sistema IT son:
RT x I∆ < UL donde:
RT es la resistencia del sistema de tierra (ohms)
ID es la corriente de falla para la primera falla,
de impedancia despreciable entre el conductor de
fase y la masa.
UL es la tensión límite de contacto, 50V para ambientes
ordinarios y de 25V para ambientes especiales.
En función de cómo se conecten las masas, todas
conectados entre sí y a un mismo punto o conectados
individualmente a electrodos de puesta a tierra, a la
primera falla a tierra, el sistema IT se transforma en un
sistema TN ó TT. En consecuencia para la protección
contra contactos indirectos deben tomarse en cuenta
las consideraciones, para estos dos tipos de sistemas.
41
GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE INTERRUPTORES
41
Guía para la selección de interruptores
Protección contra contactos indirectos
en el sistema IT
Conexión de las masas a un mismo punto. Si en un
sistema IT las masas de los equipos del usuario se
conectan a un mismo punto, como está ilustrado en la
figura. La segunda falla a tierra debe considerarse y
tratarse como una falla en un sistema TN. En este tipo
de instalación es posible emplear interruptores de
protección de sobrecorriente (termomagnéticos ó
electrónicos) con tal que se respeten las condiciones de
coordinación:
Neutro no distribuido
L1
L2
L3
U
Control del
aislamiento
C
Ri
Ia < U/2Zs
(instalaciones con neutro no distribuido)
Ia < U0/2Z´s (instalaciones con neutro distribuido)
Donde:
Ia es la corriente de disparo.
U es la tensión de fase a fase.
U0 es la tensión de fase.
Zs es la impedancia del sistema de tierras, formada
por el conductor de fase y el conductor PE.
Z´s es la impedancia del sistema de tierras,formada
por el conductor del neutro y el conductor PE.
PE
RT
El empleo de los dispositivos diferenciales no presenta
ningún problema de coordinación. La norma IEC 364
recomienda no distribuir el neutro por motivos de
seguridad.
Conexión individual de las masas de los equipos.
Si las masas de los equipos son conectados
individualmente a electrodos de puesta a tierra locales,
como está ilustrado en la figura; la segunda falla a tierra
debe ser considerada y tratada como una falla en un
sistema TT.
La condición de coordinación que debe respetarse en la
segunda falla es:
Puesta a tierra individual por equipo
Uo
Control del
aislamiento
Ri
id
id
C
Ia ≤ 50/Rt
El empleo de dispositivos de protección diferencial no
presenta problemas de coordinación en este tipo de
instalaciones y son indispensables para la interrupción
de la segunda falla. Esta solución es un poco cara, no
se aconseja en las normas y se limita a casos muy
especiales.
42
GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE INTERRUPTORES
42
RT
RT