Fallas de Origen Eléctrico

1. Fallas de Aislamiento o Fugas a Tierra

Se producen cuando la aislación es insuficiente, ya sea por una mala aislación o deterioro de la misma, y se establece una corriente que cierra el circuito a través de tierra. Esta corriente de fuga (10 A) no afecta al circuito, pero puede producir contacto indirecto, es decir, problemas de seguridad.

2. Sobreintensidad

• Sobrecarga: Es una falla que se produce al agregar más carga de la que fue diseñado el circuito, con lo cual se supera la corriente admisible (Iadm). Mientras más intensa es la sobrecarga, más corto será el tiempo que soporte el circuito. El elemento de protección no tiene que actuar rápidamente, sino que debe demorar un tiempo en actuar.
• Cortocircuito: Se produce cuando se anula la carga, es decir, conectando el vivo directamente al neutro, el vivo con tierra, o el vivo con vivo (sistema trifásico). Este tipo de fallas no la puede soportar ningún circuito, ya que lo único que limita la corriente es la resistencia de los conductores. En este caso, el elemento de protección deberá actuar lo más rápido posible.

3. Falsos Contactos

Es una mala conexión que produce una disipación de calor (calentamiento) en un lugar determinado que puede causar un incendio. No hay elementos que puedan proteger esta falla.

4. Tensión no Adecuada

Puede ser mayor o menor a la tensión nominal, y se llama sobretensión y bajatensión. Generalmente es ajena a nuestro circuito esta falla, se puede dar por un mal suministro de la fuente, por descargas atmosféricas, etc. Se puede dar en nuestro circuito solamente si tenemos un sistema trifásico donde la diferencia de potencial entre dos fases es 380V. Existen elementos de protección que cesan la tensión de entrada y si detectan una sobretensión o bajatensión, desconectan el circuito.

Protecciones

• Sobrecargas: Fusible común, llave térmica, llave termomagnética.
• Cortocircuitos: Llave magnética, fusible (cortocircuitos leves), llave termomagnética.
• Fuga a tierra: Interruptor diferencial.

Funcionamiento de la Llave Termomagnética (TM) Tipo C15

Consta de dos partes: térmica y magnética.

• Parte Térmica: Posee un bimetal (unión de dos metales) por el cual circula la corriente. Estos dos metales poseen distinto coeficiente de dilatación. Al superar la corriente nominal de la llave (C15), esta calienta la superficie del bimetal, curvándolo y accionando un gatillo que abre el circuito. El tiempo de accionamiento depende de cuánto se supere la corriente nominal (In), lo que genera una buena protección contra sobrecargas. Esta protección debe actuar después de un tiempo, ya que muchas de las cargas que conectamos a un circuito producen una sobrecarga transitoria. Este tiempo será menor cuanto mayor sea superada la In de la llave.
• Parte Magnética: Consta de un electroimán por el cual circula la corriente, generando un campo magnético. Cuando la corriente es superada de 5 a 10 veces (tipo C), el campo magnético generado es lo suficientemente grande como para mover un núcleo de hierro ferromagnético que acciona el gatillo, abriendo el circuito rápidamente.

Ventajas y Desventajas de la Llave Termomagnética frente al Fusible

1. La llave TM es un elemento de protección y maniobra, mientras que el fusible solo de protección.
2. Al tener un sensor específico para sobrecarga y otro para cortocircuito, la curva de accionamiento es más eficiente que la del fusible, sobre todo en cortocircuitos.
3. El costo final es menor que el del fusible porque al activarse no se destruye.
4. La principal ventaja del fusible frente a una llave TM es que esta última consta de un accionamiento indirecto y tiene más probabilidades de fallar.

Influencia de la Corriente Eléctrica sobre el Cuerpo Humano

• Zona 1: Por debajo de 0.5 mA es insensible, es decir, no se siente nada, sin importar el tiempo que esté sometido. Por esta zona se utiliza el buscapolo.
• Zona 2: Se siente un cosquilleo sin riesgo para la vida humana. Esta zona sí depende del tiempo y no causa daños irreversibles.
• Zona 3: Puede generar un principio de taquicardia sin que sea un riesgo para la vida humana.
• Zona 4: Existe fibrilación y tetanización, y sí se corre riesgo de vida.

Interruptor Diferencial

Es un elemento de protección y maniobra de accionamiento indirecto que protege contra fugas a tierra.

¿Puede un interruptor diferencial detectar cortocircuitos?

Un interruptor diferencial no puede detectar cortocircuitos, ya que lo único que detecta son fugas a tierra. Funciona actuando de forma independiente (midiendo la diferencia de corriente entre el vivo y el neutro). El interruptor diferencial funciona de la siguiente forma: Tanto el vivo como el neutro se enrollan en un núcleo ferromagnético. La corriente del conductor produce flujos magnéticos que se oponen. Si las corrientes son iguales, la diferencia del flujo magnético será 0. En cambio, si las corrientes son distintas, ya sea por alguna fuga a tierra, el flujo será distinto de cero y es captado por una tercera bobina, la cual activa un electroimán y acciona el gatillo, abriendo lo más rápido posible el circuito.

Para proteger la vida humana usamos este método. Los que vimos anteriormente (fusible, llave TM) son para proteger las instalaciones eléctricas.

El interruptor diferencial se elige por la corriente de fuga a tierra y por la corriente de trabajo de la carga. Además de actuar a 0.03 A, existen otros interruptores diferenciales cuya corriente de actuación contra fugas a tierra cambia:

• 10 mA: Se utiliza para proteger la vida humana en elementos puntuales.
• 30 mA: Se utiliza para proteger la vida humana en general.
• 300 mA: Protege cuando la suma de las fugas a tierra del circuito supera los 30 mA.

Características de la Aislación de un Conductor Domiciliario

• Resistividad mucho mayor a 10¹⁰ Ω.mm²/m.
• Protección física y química.
• Ser tan o más flexible que el conductor.
• Espesor en función de la tensión (U).
• No debe propagar el fuego.
• No generar humos tóxicos.
• Debe ser ecológico (sin plomo).

Como no se puede conseguir un aislante con todas estas características, se hacen con varias capas.

Fusible

Usa el principio de fusión de un metal, es decir, pasa del estado sólido al líquido en forma muy rápida. Se utilizan metales puros o aleaciones, de manera que el pasaje del estado sólido al líquido sea instantáneo sin pasar por un estado de transición. El fusible es una restricción controlada en la instalación que se calienta y se funde antes que llegue a la temperatura crítica de la instalación a proteger. Al fundirse, abre el circuito y no circula más corriente.

Estados del Fusible

• Si la corriente del circuito es menor a la corriente nominal del fusible, el calentamiento producido por el paso de la corriente no alcanzaría la temperatura y no llegaría al punto de fusión del fusible.
• Si la corriente del circuito sobrepasa la In del fusible, se alcanzará la temperatura de fusión en un tiempo que dependerá en cuánto se haya superado la In del fusible. Aunque se haya fundido la restricción, seguirá circulando una corriente hasta que se extinga el arco eléctrico. Por lo tanto, el tiempo de actuación de un fusible será la suma del tiempo de fusión y el tiempo de extinción del arco eléctrico. El fusible es buena protección contra sobrecarga, pero no muy bueno contra cortocircuitos intensos, debido al tiempo de extinción del arco.

Características del Fusible Común

• Elemento de protección contra sobrecargas y cortocircuitos leves.
• Accionamiento directo (el mismo elemento que corta la falla abre el circuito).
• Posee seguridad intrínseca (propia del mismo material del fusible que es el punto de fusión), debido a eso es el elemento de protección más seguro, aunque no es el más eficiente.
• g (uso general): GL (protege conductores), R (protege circuitos electrónicos), M (protege motores), B (usos especiales: minería, transformadores).
• a (usos especiales): R (circuitos electrónicos), M (motores).

Cálculos y Consideraciones en Instalaciones Eléctricas

Cálculo de la Corriente Admisible (Iadm)

Iadm (1mm²) = 9.6 (tabla 1) x tabla 2 (temperatura) x tabla 3 (cantidad de conductores)

Factores de los que depende la Iadm de un conductor: Forma, área o sección, aislante, cantidad de conductores, temperatura ambiente, medio ambiente, disposición de los conductores.

Cálculo de la Corriente del Circuito (Icirc)

Icirc = Potencia (W) / Tensión nominal de fase (V) = ___ (A)

El factor de utilización del 70% se utiliza para prever posibles sobrecargas de la instalación.

Cálculo de la Caída de Tensión en el Conductor (Ucond)

Ucond = Rcond x Icircuito = (1/58 x (largo conductor / sección)) x I

Cálculo de la Tensión en la Lámpara (Ulampara)

Ulampara = Tensión nominal de fase – Ucond1 – Ucond2…

Código de Colores en Conductores

• Neutro: Celeste.
• Tierra: Verde-amarillo o amarillo-verde.
• Vivo: Cualquiera excepto los anteriores, preferentemente marrón.
• Retorno: Cualquiera excepto los anteriores.

Diferencias entre Sobrecarga y Cortocircuito

En un cortocircuito, el aumento de la corriente (I) se produce por el contacto o puente entre el vivo y el neutro, el vivo y tierra, o vivo con vivo en un sistema trifásico. En una sobrecarga, se genera cuando se conectan muchas cargas a la instalación. En el caso del cortocircuito, la corriente nominal (In) es superada muy ampliamente, por lo tanto, el circuito debe ser abierto lo más rápido posible. En cambio, en una sobrecarga se debe esperar un momento para actuar, debido a que la In de muchos motores es superior a la I adm.

Diferencia entre Vivo y Retorno

El vivo siempre posee una diferencia de potencial del orden de la fuente con respecto a tierra. En cambio, el retorno puede tener o no esta diferencia con respecto a tierra, dependiendo del estado de las llaves.

• Retorno: Es todo conductor cuya diferencia de potencial con respecto a tierra depende del estado de los elementos de maniobra (llaves, interruptores, pulsadores, etc.).
• Vivo: Conductor que tiene una diferencia de potencial con respecto a tierra del orden de la tensión nominal de fase.

Rayo

Las descargas eléctricas conocidas como rayo son la igualación violenta de cargas de un campo eléctrico que se ha creado entre una nube y tierra, entre dos nubes o en la misma nube.

Lámpara de Prueba

Cuando no estamos seguros de qué tensión vamos a medir, es necesario que utilicemos dos lámparas en serie de similar potencia por si llegase a existir una diferencia de potencial de 380V correspondiente a dos fases distintas de un sistema trifásico. Si conectamos una lámpara hecha para 220V a 380V, ésta se quemará. En cambio, si conectamos 2 lámparas en serie de similar potencia, nos servirá para medir tanto en 220V como en 380V.

Buscapolo

Es una lámpara de prueba por la que circula una corriente tan pequeña que no afecta al cuerpo humano, que es por donde cierra el circuito a tierra. Está compuesto por una lámpara de neón y una resistencia de carbón que limita la corriente (en el orden del megaohm).

Diferencias entre Lámpara de Prueba y Buscapolo

• Lámpara de pruebas: Detecta diferencia de potencial entre 2 puntos. No detecta falsos vivos. Se utilizan las 2 manos. Puede determinar si la tensión es de 380V o 220V entre 2 conductores.
• Buscapolo: Detecta diferencia de potencial solo con respecto a tierra. Detecta falsos vivos. Solo se utiliza una mano para operarlo. Es práctico ya que tiene el tamaño de un destornillador.

Clasificación de Llaves o Interruptores

1. En función de la cantidad de estados estables:
   • Monoestable (pulsadores normalmente abiertos o normalmente cerrados).
   • Biestable (llave común).
   • Poliestable (llave selectora).
2. Según la cantidad de líneas o circuitos en paralelo que pueda gobernar:
   • Unipolar (gobierna una línea).
   • Bipolar (gobierna 2 líneas).
   • Tripolar (gobierna 3 líneas).
   • Tetrapolar (gobierna 4 líneas).
3. Según el tipo de accionamiento:
   • Manual.
   • Automático.