Interruptor de circuito por falla a tierra - Earth leakage circuit breaker

Un disyuntor de fuga a tierra ( ELCB ) es un dispositivo de seguridad que se utiliza en instalaciones eléctricas con alta impedancia de tierra para evitar descargas. Detecta pequeños voltajes parásitos en las carcasas metálicas de los equipos eléctricos e interrumpe el circuito si se detecta un voltaje peligroso. Una vez ampliamente utilizadas, las instalaciones más recientes utilizan en su lugar dispositivos de corriente residual (RCD, RCCB o GFCI) que, en su lugar, detectan la corriente de fuga directamente.

Objetivo

El propósito principal de los protectores contra fugas a tierra es evitar lesiones a humanos y animales debido a descargas eléctricas.

Historia

Esta es una categoría de dispositivos, que se utilizan para proteger instrumentos, circuitos y operadores, mientras que las fugas a tierra. Los primeros ELCB eran dispositivos operados por voltaje (VO-ELCB), que detectaban un aumento de voltaje entre la estructura metálica de la instalación y un electrodo externo. Estos ahora han sido reemplazados por dispositivos de detección de corriente (RCD / RCCB). En la literatura moderna, los dispositivos de detección de voltaje se denominan ELCB o VOELCB y los dispositivos de detección de corriente se denominan RCCB o RCD.

Los ELCB con detección de voltaje se introdujeron por primera vez hace unos sesenta años. Los ELCB de detección de corriente se introdujeron por primera vez hace unos cuarenta años. Durante muchos años, el ELCB operado por voltaje y el ELCB operado por corriente diferencial se denominaron ELCB porque era un nombre más simple de recordar. Pero el uso de un nombre común para dos dispositivos diferentes dio lugar a una confusión considerable en la industria eléctrica.

Si se usó el tipo incorrecto en una instalación, el nivel de protección dado podría ser sustancialmente menor que el previsto, en particular, el tipo operado por voltaje solo puede proteger contra fallas o golpes en la estructura metálica conectada a la tierra del circuito, conectada al VOELCB, no puede detectar la corriente que sale de un cable vivo y va a tierra por otro camino, como a través de una persona parada en la tierra.

Para eliminar esta confusión, la IEC decidió aplicar el término dispositivo de corriente residual (RCD) a los ELCB operados por corriente diferencial. La corriente residual se refiere a cualquier residuo cuando se compara la corriente en las corrientes de salida y de retorno en el circuito. En un circuito monofásico, esto es simplemente la corriente viva o de fase menos la corriente neutra. En un circuito trifásico se deben detectar todos los conductores que transportan corriente.

Operación

Un ELCB es un tipo especializado de relé de enclavamiento que tiene la alimentación de red entrante de un edificio conectada a través de sus contactos de conmutación de modo que el ELCB desconecta la alimentación cuando se detecta una fuga a tierra.

El ELCB detecta corrientes de falla de corriente al cable de tierra (tierra) dentro de la instalación que protege. Si hay suficiente voltaje aparece a través bobina de detección del interruptor diferencial, se apagará el poder , y permanecerá apagado hasta restablecer manualmente. Un ELCB con detección de voltaje no detecta las corrientes de falla de corriente a ningún otro cuerpo conectado a tierra.

Tipos

Hay dos tipos de disyuntores de fuga a tierra:

• operado por voltaje (referido como ELCB en este artículo) y,
• operado con corriente (referido como RCCB en este artículo).

Operado por voltaje (ELCB)

Los ELCB de voltaje se han utilizado ampliamente desde entonces, y muchos todavía están en funcionamiento, pero ya no se instalan en nuevas construcciones. Un ELCB operado por voltaje detecta un aumento en el potencial entre la estructura metálica interconectada protegida (marcos de equipos, conductos, envolventes) y un electrodo de referencia de tierra aislado distante. Operan a un potencial detectado de alrededor de 50 voltios para abrir un interruptor principal y aislar el suministro de las instalaciones protegidas.

Un ELCB operado por voltaje tiene un segundo terminal para conectarse a la conexión a tierra de referencia remota.

El circuito de tierra se modifica cuando se utiliza un ELCB; la conexión a la varilla de tierra se pasa a través del ELCB conectándose a sus dos terminales de tierra. Un terminal va a la instalación CPC de tierra ( conductor de protección del circuito , también conocido como cable de tierra) y el otro a la varilla de tierra (o, a veces, otro tipo de conexión a tierra).

Desventajas

En comparación con un sistema de detección de corriente, los sistemas de detección de voltaje tienen varias desventajas que incluyen:

• Una rotura de cable en la sección de falla a carga, o en la sección de tierra a tierra, inhabilitará el funcionamiento del ELCB.
• Requisito de un tercer cable adicional de la carga al ELCB.
• Los dispositivos separados no se pueden conectar a tierra individualmente.
• Cualquier conexión adicional a tierra en el sistema protegido puede desactivar el detector.
• El ELCB detecta fallas en el equipo y no puede detectar si una persona toca accidentalmente una parte energizada del ELCB.

Dispositivos de detección de corriente (RCD / RCCB)

RCD / RCCB es el tipo ELCB de uso común. Un RCCB generalmente consta de un transformador de corriente, que tiene múltiples devanados primarios y un devanado secundario. Los cables neutros y de línea (o líneas en sistemas de múltiples fases) actúan como devanados primarios. Una bobina de alambre es el devanado secundario. La corriente a través del devanado secundario es cero en la condición de equilibrio. En la condición balanceada, el flujo debido a la corriente a través del cable de fase será neutralizado por la corriente a través del cable neutro, ya que la corriente que fluye desde la fase volverá al neutro. Cuando ocurre una falla, una pequeña corriente fluirá hacia el suelo también. Esto crea un desequilibrio entre la línea y la corriente neutra creando un campo magnético desequilibrado. Esto induce una corriente a través del devanado secundario, que está conectado al circuito de detección. Esto detectará la fuga y enviará una señal al sistema de disparo.

Ventajas de la detección de voltaje

Los ELCB con detección de voltaje tienen algunas ventajas sobre los RCD con detección de corriente: 1) Son menos sensibles a las condiciones de falla y, por lo tanto, tienen menos disparos molestos. (Esto no significa que siempre lo hagan, ya que el rendimiento práctico depende de los detalles de la instalación y del filtrado que mejora la discriminación en el ELCB). Por lo tanto, al separar eléctricamente la armadura del cable del conductor protector del circuito del cable, se puede disponer un ELCB para proteger contra daños en el cable solamente, y no disparar por fallas en instalaciones de línea descendente. 2) Los ELCB con detección de voltaje también se dispararán en fallas de corriente CC a tierra que un RCD / RCCB con interfaz de transformador no puede detectar, con problemas similares con frecuencias significativamente por encima de la frecuencia de la red. Esto puede provocar fallas a tierra en los variadores de velocidad entre la electrónica del variador y el motor que no se detectan, por ejemplo.

Desventajas de la detección de voltaje

Los ELCB con detección de voltaje tienen algunas desventajas:

• No detectan fallas que no pasen corriente a través del CPC a la varilla de tierra .
• No permiten que un solo sistema de construcción se divida fácilmente en varias secciones con protección independiente contra fallas, porque los sistemas de puesta a tierra generalmente están conectados a las tuberías .
• Pueden ser disparados por voltajes externos de algo conectado al sistema de puesta a tierra, como tuberías metálicas, un TN-S de tierra o un TN-CS combinado de neutro y tierra.
• Al igual que con los RCD, los aparatos con fugas eléctricas, como algunos calentadores de agua , lavadoras y cocinas, pueden hacer que el ELCB se dispare.
• Los ELCB introducen resistencia adicional y un punto adicional de falla en el sistema de puesta a tierra .

Derivación de la tierra

No es inusual que una instalación protegida por ELCB tenga una segunda conexión involuntaria a tierra en algún lugar, una que no pase a través de la bobina de detección del ELCB. Esto puede ocurrir a través de tuberías metálicas en contacto con el suelo, estructuras estructurales metálicas , electrodomésticos exteriores en contacto con el suelo , etc.

Cuando esto ocurre, la corriente de falla puede pasar a la Tierra sin ser detectada por el ELCB. A pesar de esto, quizás de manera contraria a la intuición, el funcionamiento de la ELCB no se ve comprometido. El propósito del ELCB es evitar que las carpinterías metálicas conectadas a tierra se eleven a un voltaje peligroso durante las condiciones de falla, y el ELCB continúa haciendo esto de la misma manera, el ELCB aún cortará la energía al mismo nivel de voltaje CPC. (La diferencia es que entonces se necesita una corriente de falla más alta para alcanzar este voltaje).

Viajes molestos

Si bien el voltaje y la corriente en la línea de tierra suelen ser corrientes de falla de un cable vivo, este no siempre es el caso, por lo que hay situaciones en las que un ELCB puede provocar un disparo molesto.

Cuando una instalación tiene dos conexiones a tierra, un rayo cercano de alta corriente causará un gradiente de voltaje en el suelo, presentando la bobina de detección del ELCB con suficiente voltaje para hacer que se dispare.

Si la varilla de tierra de la instalación se coloca cerca de la varilla de tierra de un edificio vecino, una alta corriente de fuga a tierra en el otro edificio puede elevar el potencial de tierra local y causar una diferencia de voltaje entre las dos Tierras, disparando nuevamente el ELCB. Las varillas de tierra cercana no son adecuadas para el uso de ELCB por esta razón, pero en la vida real a veces se encuentran tales instalaciones.

Tanto los RCD como los ELCB son propensos a disparos molestos desde una fuga a tierra normal e inofensiva hasta cierto punto. Por un lado, los ELCB son en promedio más antiguos y, por lo tanto, tienden a tener un filtrado menos desarrollado contra los viajes molestos y, por otro lado, los ELCB son inherentemente inmunes a algunas de las causas de los viajes falsos que sufren los RCD y, en general, son menos sensibles que los RCD. En la práctica, los viajes molestos de RCD son mucho más comunes.

Otra causa de disparos molestos se debe a corrientes acumuladas o de carga causadas por elementos con resistencia de aislamiento reducida. Esto puede ocurrir debido a equipos más antiguos, o equipos con elementos calefactores, o incluso cableado en edificios en los trópicos donde condiciones prolongadas de humedad y lluvia pueden hacer que la resistencia del aislamiento disminuya debido al seguimiento de la humedad. Si hay un dispositivo de protección de 30 mA en uso y hay una carga de 10 mA de varias fuentes, la unidad se disparará a 20 mA. Cada uno de los elementos individuales puede ser eléctricamente seguro, pero se acumula una gran cantidad de pequeñas corrientes de carga y reduce el nivel de disparo. Esto era más un problema en instalaciones pasadas donde varios circuitos estaban protegidos por un solo ELCB.

Los elementos calefactores de forma tubular están llenos de un polvo muy fino que puede absorber la humedad si el elemento no se ha utilizado durante algún tiempo. En los trópicos, esto puede ocurrir, por ejemplo, si no se ha utilizado una secadora de ropa durante un año o si se ha almacenado una gran caldera de agua utilizada para el café, etc. En tales casos, si se permite que la unidad se encienda sin protección RCD, normalmente se secará y pasará la inspección con éxito. Este tipo de problema se puede observar incluso con equipos nuevos.

No responder

Algunos ELCB no responden a la corriente de falla rectificada. Este problema es el mismo en principio con los ELCB y los RCD, pero los ELCB son en promedio mucho más antiguos y las especificaciones han mejorado considerablemente a lo largo de los años, por lo que es más probable que un ELCB antiguo tenga alguna forma de onda de corriente de falla a la que no responderá.

Con cualquier dispositivo mecánico, ocurren fallas, y lo ideal es que los ELCB se prueben periódicamente para garantizar que aún funcionen.

Si cualquiera de los cables de tierra se desconecta del ELCB, ya no se disparará y, a menudo, la instalación ya no estará correctamente conectada a tierra.

Ver también

• Dispositivo de corriente residual
• Sistema de puesta a tierra

Referencias