Dispositivo de corriente residual - Residual-current device

Receptáculo GFCI típico que se encuentra en América del Norte

Un dispositivo de corriente residual ( RCD ) o disyuntor de corriente residual ( RCCB ) es un dispositivo de seguridad que rompe rápidamente un circuito eléctrico para proteger el equipo y reducir el riesgo de daños graves por una descarga eléctrica continua . Las lesiones aún pueden ocurrir en algunos casos, por ejemplo, si un humano recibe una breve descarga antes de que se aísle el circuito eléctrico, se cae después de recibir una descarga o si la persona toca ambos conductores al mismo tiempo.

RCD es el nombre utilizado en el Reino Unido . En los Estados Unidos y Canadá , se utilizan los términos interruptor de circuito de falla a tierra ( GFCI ), interruptor de falla a tierra ( GFI ) o interruptor de corriente de fuga de electrodomésticos ( ALCI ) (también conocido como interruptor de detección de corriente de fuga ( LCDI )). Si el dispositivo RCD tiene una protección de sobrecorriente adicional integrada en el mismo dispositivo, se denomina RCBO .

Un disyuntor de fuga a tierra (ELCB) puede ser un dispositivo de corriente residual, aunque también existe un tipo más antiguo de disyuntor de fuga a tierra operado por voltaje .

Estos dispositivos de cableado eléctrico están diseñados para aislar rápida y automáticamente un circuito cuando detecta que la corriente eléctrica está desequilibrada entre los conductores de suministro y retorno de un circuito. Cualquier diferencia entre las corrientes en estos conductores indica una fuga de corriente , que presenta un peligro de descarga. La corriente alterna de 110 voltios por encima de 20  mA (0,020 amperios) a través del cuerpo humano es potencialmente suficiente para causar un paro cardíaco o daños graves si persiste durante más de una pequeña fracción de segundo. Los RCD están diseñados para desconectar los cables conductores ("disparo") lo suficientemente rápido para prevenir potencialmente lesiones graves a las personas y para evitar daños a los dispositivos eléctricos.

Los RCD son dispositivos que se pueden probar y restablecer: un botón de prueba crea de manera segura una pequeña condición de fuga y otro botón restablece los conductores después de que se ha eliminado una condición de falla. Algunos RCD desconectan los conductores energizados y de retorno en caso de falla (bipolar), mientras que un RCD monopolar solo desconecta el conductor energizado. Si la falla ha dejado el cable de retorno " flotando " o no en su potencial de tierra esperado por cualquier motivo, entonces un RCD unipolar dejará este conductor aún conectado al circuito cuando detecte la falla.

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  Dispositivo de corriente residual bipolar o bipolar. El botón de prueba y el interruptor de conexión / desconexión son de color azul. Una falla disparará el interruptor a su posición hacia abajo (apagado), que en este dispositivo desconectaría ambos conductores.

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  Gráfico log-log del efecto de la corriente alterna I de duración T que pasa de la mano izquierda a los pies como se define en la publicación IEC 60479-1.

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  1: Electroimán con electrónica de ayuda
  2: Devanado secundario del transformador de corriente
  3: Núcleo del transformador
  4: Pulsador de prueba
  L: Conductor de línea
  N: Conductor neutro

Objeto y funcionamiento

Los RCD están diseñados para desconectar el circuito si hay una fuga de corriente. En su primera implementación en la década de 1950, las compañías eléctricas los usaron para prevenir el robo de electricidad donde los consumidores conectaban a tierra los circuitos de retorno en lugar de conectarlos a neutro para evitar que los medidores eléctricos registren su consumo de energía.

La aplicación moderna más común es como dispositivo de seguridad para detectar pequeñas corrientes de fuga (típicamente 5–30 mA) y desconectarse lo suficientemente rápido (<30 milisegundos) para evitar daños al dispositivo o electrocución . Son una parte esencial de la desconexión automática del suministro (ADS), es decir, apagarse cuando se desarrolla una falla, en lugar de depender de la intervención humana, uno de los principios esenciales de la práctica eléctrica moderna.

Para evitar la electrocución, los RCD deben funcionar dentro de 25 a 40 milisegundos con cualquier corriente de fuga (a través de una persona) superior a 30 mA, antes de que una descarga eléctrica pueda llevar al corazón a una fibrilación ventricular , la causa más común de muerte por descarga eléctrica. Por el contrario, los disyuntores o fusibles convencionales solo interrumpen el circuito cuando la corriente total es excesiva (que puede ser miles de veces la corriente de fuga a la que responde un RCD). Una pequeña fuga de corriente, como a través de una persona, puede ser una falla muy grave, pero probablemente no aumentaría la corriente total lo suficiente como para que un fusible o un disyuntor de sobrecarga aísle el circuito, y no lo suficientemente rápido como para salvar una vida.

Los RCD funcionan midiendo el equilibrio de corriente entre dos conductores utilizando un transformador de corriente diferencial . Mide la diferencia entre la corriente que fluye a través del conductor vivo y la que regresa a través del conductor neutro . Si estos no suman cero, hay una fuga de corriente a otro lugar (a tierra / tierra oa otro circuito), y el dispositivo abrirá sus contactos. La operación no requiere que una corriente de falla regrese a través del cable de tierra en la instalación; el viaje funcionará igual de bien si la ruta de retorno es a través de tuberías, contacto con el suelo o cualquier otra ruta de corriente. Por lo tanto, se sigue proporcionando la desconexión automática y una medida de protección contra golpes incluso si el cableado a tierra de la instalación está dañado o incompleto.

Para un RCD usado con energía trifásica , los tres conductores vivos y el neutro (si está instalado) deben pasar a través del transformador de corriente.

Solicitud

En ocasiones, se instalan enchufes eléctricos con RCD incorporado en electrodomésticos que podrían considerarse que representan un peligro de seguridad particular, por ejemplo, cables de extensión largos, que pueden usarse al aire libre, o equipos de jardín o secadores de pelo, que pueden usarse cerca de una bañera o lavabo. Ocasionalmente, se puede usar un RCD en línea para cumplir una función similar a la de un enchufe. Al colocar el RCD en el cable de extensión, se proporciona protección en cualquier toma de corriente que se utilice, incluso si el edificio tiene cableado antiguo, como pomo y tubo , o cableado que no contiene un conductor de conexión a tierra. El RCD en línea también puede tener un umbral de disparo más bajo que el edificio para mejorar aún más la seguridad de un dispositivo eléctrico específico.

En América del Norte, los receptáculos GFI se pueden usar en los casos en que no hay un conductor de conexión a tierra, pero deben etiquetarse como "sin conexión a tierra del equipo". Esto se menciona en la sección 406 (D) 2 del Código Eléctrico Nacional; sin embargo, los códigos cambian y alguien siempre debe consultar a un profesional autorizado y a los departamentos locales de construcción y seguridad. El código es Un receptáculo GFI sin conexión a tierra se disparará con el botón de "prueba" incorporado, pero no se disparará con un enchufe de prueba GFI, porque el enchufe prueba al pasar una pequeña corriente de la línea a la tierra inexistente. Vale la pena señalar que a pesar de esto, solo se necesita un receptáculo GFCI al comienzo de cada circuito para proteger los receptáculos aguas abajo. No parece haber riesgo de utilizar varios receptáculos GFI en el mismo circuito, aunque se considera redundante.

En Europa, los RCD pueden caber en el mismo riel DIN que los interruptores automáticos en miniatura ; sin embargo, las disposiciones de las barras colectoras en las unidades de consumo y los tableros de distribución pueden dificultar su uso de esta manera.

Los enchufes eléctricos con RCD incluidos son cada vez más comunes.

RCBO

Un RCD puro detectará el desequilibrio en las corrientes de los conductores de suministro y retorno de un circuito. Pero no puede proteger contra sobrecargas o cortocircuitos como lo hace un fusible o un disyuntor en miniatura (MCB) (excepto en el caso especial de un cortocircuito de vivo a tierra, no vivo a neutro).

Sin embargo, un RCD y un MCB a menudo vienen integrados en el mismo dispositivo, pudiendo detectar tanto el desequilibrio de suministro como la sobrecarga de corriente. Tal dispositivo se llama

• RCBO (para disyuntor diferencial con protección contra sobrecorriente) en Europa;
• Disyuntor GFCI (para interruptor de circuito de falla a tierra) en EE. UU. Y Canadá; y
• Interruptor de seguridad o RCD en Australia .

Diseño típico

Mecanismo interno de RCD

Dispositivo de corriente residual trifásico abierto

El diagrama muestra el mecanismo interno de un dispositivo de corriente residual (RCD). El dispositivo está diseñado para conectarse en línea en un cable de alimentación de electrodomésticos. Está clasificado para transportar una corriente máxima de 13 A y está diseñado para dispararse con una corriente de fuga de 30 mA. Este es un RCD activo; es decir, se engancha eléctricamente y, por lo tanto, se dispara en caso de falla de energía, una característica útil para equipos que podrían ser peligrosos en caso de una reenergización inesperada . Algunos de los primeros RCD eran completamente electromecánicos y se basaban en mecanismos de centro con resortes finamente equilibrados impulsados ​​directamente desde el transformador de corriente. Como estos son difíciles de fabricar con la precisión requerida y propensos a desviarse en la sensibilidad tanto por el desgaste del pivote como por el secado del lubricante, ahora predomina el tipo amplificado electrónicamente con una parte de solenoide más robusta, como se ilustra.

En el mecanismo interno de un RCD, la fuente de entrada y los conductores neutros están conectados a los terminales en (1), y los conductores de carga salientes están conectados a los terminales en (2). El conductor de tierra (no se muestra) está conectado desde el suministro hasta la carga de forma ininterrumpida. Cuando se presiona el botón de reinicio (3), los contactos ((4) y otro, escondido detrás (5)) se cierran, permitiendo que pase la corriente. El solenoide (5) mantiene los contactos cerrados cuando se suelta el botón de reinicio.

La bobina de detección (6) es un transformador de corriente diferencial que rodea (pero no está conectado eléctricamente a) los conductores vivo y neutro. En funcionamiento normal, toda la corriente que baja por el conductor vivo regresa por el conductor neutro. Por lo tanto, las corrientes en los dos conductores son iguales y opuestas y se anulan entre sí.

Cualquier falla a tierra (por ejemplo, causada por una persona que toca un componente activo en el aparato adjunto) hace que parte de la corriente tome una ruta de retorno diferente, lo que significa que hay un desequilibrio (diferencia) en la corriente en los dos conductores ( caso monofásico), o, más generalmente, una suma distinta de cero de corrientes de entre varios conductores (por ejemplo, conductores trifásicos y un conductor neutro).

Esta diferencia provoca una corriente en la bobina de detección (6), que es captada por el circuito de detección (7). El circuito de detección luego corta la energía del solenoide (5), y los contactos (4) son forzados a separarse por un resorte, cortando el suministro de electricidad al aparato. Una falla de energía también eliminará la energía del solenoide y hará que los contactos se abran, lo que provocará el comportamiento seguro de disparo en caso de falla de energía mencionado anteriormente.

El botón de prueba (8) permite verificar el correcto funcionamiento del dispositivo pasando una pequeña corriente a través del cable de prueba naranja (9). Esto simula una falla creando un desequilibrio en la bobina sensora. Si el RCD no se dispara cuando se presiona este botón, entonces el dispositivo debe ser reemplazado.

RCD con circuitería adicional de protección contra sobrecorriente (interruptor RCBO o GFCI)

Un ejemplo de RCBO montado en riel

La protección contra corriente residual y sobrecorriente se puede combinar en un dispositivo para su instalación en el panel de servicio; este dispositivo se conoce como disyuntor GFCI (interruptor de circuito de falla a tierra) en los EE. UU. y Canadá, y como RCBO (interruptor de circuito de corriente residual con protección contra sobrecorriente) en Europa y Australia. Son efectivamente una combinación de un RCD y un MCB. En los EE. UU., Los disyuntores GFCI son más costosos que los tomacorrientes GFCI.

Además de requerir entradas y salidas tanto activas como neutrales (o trifásicas completas), muchos dispositivos GFCI / RCBO requieren una conexión a tierra funcional (FE). Esto sirve para proporcionar inmunidad EMC y para operar de manera confiable el dispositivo si la conexión neutra del lado de entrada se pierde pero permanece vivo y tierra.

Por razones de espacio, muchos dispositivos, especialmente en formato de carril DIN, utilizan cables flotantes en lugar de terminales de tornillo, especialmente para la entrada neutra y las conexiones FE. Además, debido al pequeño factor de forma, los cables de salida de algunos modelos (Eaton / MEM) se utilizan para formar el devanado primario de la parte del RCD, y los cables del circuito de salida deben pasar a través de un túnel terminal especialmente dimensionado con el transformador de corriente. parte a su alrededor. Esto puede conducir a resultados incorrectos de disparo fallido cuando se prueba con sondas de medidor desde las cabezas de los tornillos de los terminales, en lugar de hacerlo desde el cableado del circuito final.

Por lo general, no es necesario que un RCD alimente a otro, siempre que se hayan cableado correctamente. Una excepción es el caso de un sistema de puesta a tierra TT , donde la impedancia del bucle de tierra puede ser alta, lo que significa que una falla a tierra puede no causar suficiente corriente para disparar un disyuntor o fusible ordinario. En este caso, se instala un RCD retardado de corriente de disparo especial de 100 mA (o más), que cubre toda la instalación, y luego se deben instalar RCD más sensibles aguas abajo para enchufes y otros circuitos que se consideren de alto riesgo.

RCD con circuitos de protección de falla de arco adicionales

Además de los interruptores de circuito de falla a tierra (GFCI), los interruptores de circuito de falla de arco (AFCI) son igualmente importantes, ya que ofrecen protección adicional contra fallas de arco potencialmente peligrosas que resultan de daños en el cableado del circuito derivado, así como extensiones a ramas tales como electrodomésticos y juegos de cables. Al detectar fallas de arco peligrosas y responder interrumpiendo la energía, los AFCI ayudan a reducir la probabilidad de que el sistema eléctrico de la casa sea una fuente de ignición de un incendio. Los dispositivos AFCI / GFCI de doble función ofrecen prevención de incendios eléctricos y prevención de descargas en un solo dispositivo, lo que los convierte en una solución para muchas habitaciones del hogar, especialmente cuando se reemplaza un receptáculo estándar existente o un receptáculo sin conexión a tierra existente.

Variaciones y características comunes

Diferencias en las acciones de desconexión

Existen diferencias importantes con respecto a la forma en que una unidad RCD actuará para desconectar la alimentación de un circuito o aparato.

Hay cuatro situaciones en las que se utilizan diferentes tipos de unidades RCD:

1. A nivel de distribución de energía del consumidor, generalmente junto con un disyuntor reiniciable RCBO;
2. Integrado en un enchufe de pared;
3. Enchufado a un enchufe de pared, que puede ser parte de un cable de extensión de energía; y
4. Integrado en el cable de un aparato portátil, como los destinados a ser utilizados en exteriores o áreas húmedas.

Las tres primeras de esas situaciones, se relacionan en gran medida con el uso como parte de un sistema de distribución de energía y casi siempre son de la variedad 'pasiva' o 'enganchada', mientras que la cuarta se relaciona únicamente con aparatos específicos y son siempre de la variedad 'activa'. o variedad 'sin enclavamiento'. «Activo» significa la prevención de cualquier «reactivación» del suministro de energía después de cualquier forma inadvertida de corte de energía, tan pronto como se restablezca el suministro de energía; 'pestillo' se refiere a un 'interruptor' dentro de la unidad que aloja el RCD que permanece como configurado después de cualquier forma de corte de energía, pero que debe reiniciarse manualmente después de la detección de una condición de error.

En la cuarta situación, se consideraría altamente indeseable, y probablemente muy inseguro, que un aparato conectado reanudara automáticamente el funcionamiento después de una desconexión de energía, sin la presencia del operador, ya que tal reactivación manual es necesaria.

La diferencia entre los modos de operación de los dos tipos diferentes de funcionalidad de RCD es que la operación para propósitos de distribución de energía requiere que el pestillo interno permanezca establecido dentro del RCD después de cualquier forma de desconexión de energía causada por el usuario que apaga la energía, o después de cualquier corte de energía; tales arreglos son particularmente aplicables para conexiones a refrigeradores y congeladores.

La situación dos se instala principalmente como se describió anteriormente, pero algunos RCD de toma de pared están disponibles para adaptarse a la cuarta situación, a menudo accionando un interruptor en el panel frontal.

Los RCD para la primera y tercera situación suelen tener una clasificación de 30 mA y 40 ms. Para la cuarta situación, generalmente hay una mayor variedad de clasificaciones disponibles, generalmente todas más bajas que las otras formas, pero los valores más bajos a menudo resultan en más disparos molestos. A veces, los usuarios aplican protección además de una de las otras formas, cuando desean anular aquellas con una calificación más baja. Puede ser aconsejable tener una selección de RCD de tipo 4 disponibles, porque las conexiones hechas en condiciones de humedad o usando cables de alimentación largos son más propensas a dispararse cuando se usa cualquiera de los valores nominales más bajos de RCD; Están disponibles clasificaciones tan bajas como 10 mA.

Número de polos y terminología de los polos

El número de polos representa el número de conductores que se interrumpen cuando ocurre una condición de falla. RCDs utilizados en los suministros monofásicos de corriente alterna (dos trayectorias de corriente), como la energía doméstica, son por lo general de uno o de dos polos diseños, también conocido como de un solo y de doble polo . Un RCD unipolar interrumpe solo el conductor energizado, mientras que un RCD bipolar interrumpe tanto el conductor energizado como el de retorno. (En un RCD unipolar, generalmente se anticipa que el conductor de retorno estará a potencial de tierra en todo momento y, por lo tanto, seguro por sí solo).

Los RCD con tres o más polos se pueden usar en suministros de CA trifásicos (tres rutas de corriente) o también para desconectar un conductor de tierra, con RCD de cuatro polos para interrumpir suministros trifásicos y neutros. Los RCD especialmente diseñados también se pueden utilizar con sistemas de distribución de energía de CA y CC.

Los siguientes términos se utilizan a veces para describir la manera en que los conductores están conectados y desconectados por un RCD:

• Unipolar o unipolar: el RCD desconectará solo el cable energizado.
• Bipolar o bipolar: el RCD desconectará los cables energizados y de retorno.
• 1 + N y 1P + N: términos no estándar utilizados en el contexto de los RCBO, a veces utilizados de manera diferente por diferentes fabricantes. Por lo general, estos términos pueden significar que el conductor de retorno (neutro) es solo un polo aislante, sin un elemento protector (un neutro desprotegido pero conmutado), que el RCBO proporciona una ruta conductora y conectores para el conductor de retorno (neutro) pero esta ruta permanece. ininterrumpido cuando ocurre una falla (a veces conocida como "neutro sólido"), o cuando ambos conductores están desconectados por algunas fallas (como una fuga detectada por RCD) pero solo un conductor está desconectado por otras fallas (como una sobrecarga).

Sensibilidad

La sensibilidad del RCD se expresa como la corriente operativa residual nominal, anotada I _Δn . Los valores preferidos han sido definidos por la IEC, por lo que es posible dividir los RCD en tres grupos según su valor I _Δn :

• alta sensibilidad (HS): 5 ** - 10-30 mA (para protección por contacto directo o lesiones personales),
• sensibilidad media (MS): 100 - 300 - 500 - 1000 mA (para protección contra incendios),
• baja sensibilidad (LS): 3 - 10 - 30 A (típicamente para protección de la máquina).

La sensibilidad de 5 mA es típica de los tomacorrientes GFCI.

Tiempo de descanso (velocidad de respuesta)

Hay dos grupos de dispositivos. Los RCD instantáneos G (uso general) no tienen retardo de tiempo intencional. Nunca deben dispararse a la mitad de la corriente nominal, pero deben dispararse dentro de los 200 milisegundos para la corriente nominal y dentro de los 40 milisegundos para cinco veces la corriente nominal. Los RCD S (selectivos) o T (retardados) tienen un retardo breve. Por lo general, se utilizan en el origen de una instalación de protección contra incendios para discriminar con dispositivos G en las cargas y en circuitos que contienen supresores de sobretensión. No deben dispararse a la mitad de la corriente nominal. Proporcionan un retardo de disparo de al menos 130 milisegundos a la corriente nominal, 60 milisegundos a dos veces la clasificación y 50 milisegundos a cinco veces la clasificación. El tiempo máximo de interrupción es de 500 ms a la corriente nominal, 200 ms a dos veces la nominal y 150 ms a cinco veces la nominal.

Se encuentran disponibles relés de falla a tierra programables para permitir instalaciones coordinadas para minimizar las interrupciones. Por ejemplo, un sistema de distribución de energía podría tener un dispositivo de 300 mA, 300 ms en la entrada de servicio de un edificio, alimentando varios tipos S de 100 mA en cada subplaca y tipo G de 30 mA para cada circuito final. De esta manera, una falla de un dispositivo para detectar la falla eventualmente será eliminada por un dispositivo de nivel superior, a costa de interrumpir más circuitos.

Tipo o modo (tipos de problemas de fugas actuales detectados)

La norma IEC 60755 ( Requisitos generales para dispositivos de protección operados por corriente residual ) define tres tipos de RCD según las formas de onda y la frecuencia de la corriente de falla.

• Los RCD de tipo CA se disparan con una corriente residual sinusoidal.
• Los RCD de tipo A también responden a la corriente continua pulsante o continua de cualquier polaridad.
• Los RCD de tipo B también responden a CC constante y corriente de mayor frecuencia, o para combinaciones de corriente alterna y continua que se pueden encontrar en circuitos rectificadores monofásicos o multifásicos, como todas las fuentes de alimentación de conmutación utilizadas en el hogar, o por ejemplo lavadoras etc., equipadas con motores DC.

El Manual BEAMA RCD - Guía para la selección y aplicación de RCD resume esto de la siguiente manera:

• Los RCD de tipo CA se disparan con una corriente residual sinusoidal alterna, aplicada repentinamente o aumentando suavemente.
• Los RCD de tipo A se disparan con la corriente residual sinusoidal alterna y con la corriente continua pulsante residual, aplicada repentinamente o aumentando suavemente.
• Los interruptores diferenciales tipo F se disparan en las mismas condiciones que el tipo A y además:
  • para corrientes residuales compuestas, ya sean aplicadas repentinamente o aumentando lentamente, destinadas a circuitos alimentados entre fase y neutro o fase y conductor intermedio puesto a tierra;
  • para corrientes continuas pulsantes residuales superpuestas a corrientes continuas suaves.
• Los interruptores diferenciales tipo B se disparan en las mismas condiciones que el tipo F y además:
  • para corrientes alternas sinusoidales residuales hasta 1 kHz;
  • para corrientes alternas residuales superpuestas a una corriente continua suave;
  • para corrientes continuas pulsantes residuales superpuestas a una corriente continua suave;
  • para corriente continua rectificada pulsante residual que resulta de dos o más fases;
  • para corrientes continuas suaves residuales, ya sea que se apliquen repentinamente o aumenten lentamente, independientemente de la polaridad.

y señala que estas designaciones se han introducido porque algunos diseños de tipo A y RCD de CA pueden desactivarse si hay presente una corriente de CC que satura el núcleo del detector.

Resistencia a la sobretensión

La sobretensión se refiere a la corriente máxima que un RCD está diseñado para soportar mediante un impulso de prueba de características específicas. Las normas IEC 61008 e IEC 61009 requieren que los RCD resistan un impulso de "onda de anillo" de 200 A. Los estándares también requieren que los RCD clasificados como "selectivos" soporten una sobrecorriente de impulso de 3000 A de una forma de onda especificada.

Prueba de funcionamiento correcto

Botón de prueba

Los RCD se pueden probar con un botón de prueba incorporado para confirmar la funcionalidad de forma regular. Es posible que los RCD no funcionen correctamente si se conectan incorrectamente, por lo que generalmente el instalador los prueba para verificar que funcionan correctamente. Uso de un comprobador multifunción en la UE o un voltímetro de solenoide en los EE. UU. Esto introduce una corriente de falla controlada de vivo a tierra y mide el tiempo de operación del RCD. Esto prueba si el dispositivo está operativo y puede probar el cableado al RCD. Tal prueba se puede realizar en la instalación del dispositivo y en cualquier salida "aguas abajo". (Los tomacorrientes aguas arriba no están protegidos). Para evitar disparos innecesarios, solo se debe instalar un RCD en cada circuito (excluyendo los RCD con cable, como los pequeños electrodomésticos de baño).

Limitaciones

Un disyuntor de corriente residual no puede eliminar todo el riesgo de descarga eléctrica o incendio. En particular, un RCD por sí solo no detectará condiciones de sobrecarga, cortocircuitos de fase a neutro o cortocircuitos de fase a fase (consulte energía eléctrica trifásica ). Se debe proporcionar protección contra sobrecorriente ( fusibles o disyuntores ). Los disyuntores que combinan las funciones de un RCD con protección contra sobrecorriente responden a ambos tipos de fallas. Estos se conocen como RCBO y están disponibles en configuraciones de 2, 3 y 4 polos. Los RCBO suelen tener circuitos separados para detectar el desequilibrio de corriente y para la sobrecarga de corriente, pero utilizan un mecanismo de interrupción común.

Un RCD ayuda a proteger contra descargas eléctricas cuando la corriente fluye a través de una persona desde una fase (viva / línea / caliente) a tierra. No puede proteger contra descargas eléctricas cuando la corriente fluye a través de una persona de fase a neutral o de fase a fase, por ejemplo, cuando un dedo toca los contactos tanto vivos como neutros en una lámpara; un dispositivo no puede diferenciar entre el flujo de corriente a través de una carga prevista y el flujo a través de una persona, aunque el RCD aún puede dispararse si la persona está en contacto con el suelo (tierra), ya que algo de corriente todavía puede pasar a tierra a través del dedo y el cuerpo de la persona .

Las instalaciones completas en un solo RCD, común en instalaciones más antiguas en el Reino Unido, son propensas a viajes "molestos" que pueden causar problemas secundarios de seguridad con pérdida de iluminación y descongelación de alimentos. Con frecuencia, los disparos son causados ​​por el deterioro del aislamiento de los elementos calefactores, como los calentadores de agua y los elementos o aros de la cocina. Aunque se considera una molestia, la falla es del elemento deteriorado y no del RCD: el reemplazo del elemento infractor resolverá el problema, pero el reemplazo del RCD no lo hará.

En el caso de los RCD que necesitan una fuente de alimentación, puede surgir una condición peligrosa si el cable neutro se rompe o se apaga en el lado de suministro del RCD, mientras que el cable vivo correspondiente permanece ininterrumpido. El circuito de disparo necesita energía para funcionar y no se dispara cuando falla la fuente de alimentación. El equipo conectado no funcionará sin un neutro, pero el RCD no puede proteger a las personas del contacto con el cable energizado. Por esta razón, los interruptores automáticos deben instalarse de manera que se asegure que el cable neutro no se pueda apagar a menos que el cable vivo también se apague al mismo tiempo. Cuando sea necesario desconectar el cable neutro, se deben utilizar interruptores de dos polos (o de cuatro polos para trifásicos). Para proporcionar cierta protección con un neutro interrumpido, algunos RCD y RCBO están equipados con un cable de conexión auxiliar que debe conectarse a la barra colectora de tierra del cuadro de distribución. Esto permite que el dispositivo detecte el neutro faltante del suministro, lo que hace que el dispositivo se dispare, o proporciona una ruta de suministro alternativa para los circuitos de disparo, lo que le permite continuar funcionando normalmente en ausencia del neutro del suministro.

Relacionado con esto, un RCD / RCBO de un solo polo interrumpe el conductor energizado solamente, mientras que un dispositivo bipolar interrumpe tanto el conductor energizado como el de retorno. Por lo general, esta es una práctica estándar y segura, ya que el conductor de retorno se mantiene a potencial de tierra de todos modos. Sin embargo, debido a su diseño, un RCD unipolar no aislará ni desconectará todos los cables relevantes en ciertas situaciones poco comunes, por ejemplo, cuando el conductor de retorno no se mantiene, como se esperaba, al potencial de tierra, o cuando se produce una fuga de corriente entre los cables. conductores de retorno y tierra. En estos casos, un RCD bipolar ofrecerá protección, ya que el conductor de retorno también estaría desconectado.

Historia y nomenclatura

El primer sistema de protección de fugas a tierra de alta sensibilidad del mundo (es decir, un sistema capaz de proteger a las personas de los peligros del contacto directo entre un conductor vivo y la tierra) fue un sistema de equilibrio de núcleo de amplificador magnético de segundo armónico, conocido como magamp, desarrollado en Sudáfrica por Henri Rubin . Los peligros eléctricos eran una gran preocupación en las minas de oro de Sudáfrica , y Rubin, un ingeniero de la empresa CJ Fuchs Electrical Industries de Alberton Johannesburg, desarrolló inicialmente un sistema de cátodo frío en 1955 que operaba a 525 V y tenía una sensibilidad de disparo de 250 mA. . Antes de esto, los sistemas de protección de fugas a tierra de equilibrio del núcleo funcionaban a sensibilidades de aproximadamente 10 A.

El sistema de cátodo frío se instaló en varias minas de oro y funcionó de manera confiable. Sin embargo, Rubin comenzó a trabajar en un sistema completamente nuevo con una sensibilidad muy mejorada y, a principios de 1956, había producido un prototipo de sistema de equilibrio de núcleo de tipo amplificador magnético de segundo armónico (Patente de Sudáfrica No. 2268/56 y Patente de Australia No. 218360 ). El magamp prototipo tenía una potencia nominal de 220 V, 60 A y una sensibilidad de disparo ajustable internamente de 12,5 a 17,5 mA. Se lograron tiempos de disparo muy rápidos a través de un diseño novedoso, y esto, combinado con la alta sensibilidad, estaba dentro de la envolvente de tiempo de corriente segura para la fibrilación ventricular determinada por Charles Dalziel de la Universidad de California, Berkeley , EE. UU., Quien había estimado los peligros de descargas eléctricas Inhumanos. Este sistema, con su disyuntor asociado, incluía protección contra sobrecorriente y cortocircuito. Además, el prototipo original podía dispararse a una sensibilidad más baja en presencia de un neutro interrumpido, protegiendo así contra una causa importante de incendio eléctrico.

Tras la electrocución accidental de una mujer en un accidente doméstico en la aldea minera de oro de Stilfontein, cerca de Johannesburgo , se instalaron unos cientos de unidades de protección contra fugas de tierra FWJ 20 mA magamp en las casas de la aldea minera durante 1957 y 1958. FWJ Electrical Industries, que más tarde cambió su nombre a FW Electrical Industries, continuó fabricando unidades magamp monofásicas y trifásicas de 20 mA.

En el momento en que trabajó en el magamp, Rubin también consideró el uso de transistores en esta aplicación, pero concluyó que los primeros transistores disponibles en ese momento eran demasiado poco fiables. Sin embargo, con la llegada de transistores mejorados, la empresa para la que trabajaba y otras empresas produjeron versiones transistorizadas de protección contra fugas a tierra.

En 1961, Dalziel, trabajando con Rucker Manufacturing Co., desarrolló un dispositivo transistorizado para protección de fugas a tierra que se conoció como un interruptor de circuito de falla a tierra (GFCI), a veces abreviado coloquialmente a Interruptor de falla a tierra (GFI). Este nombre para protección de fugas a tierra de alta sensibilidad todavía se usa comúnmente en los EE. UU.

A principios de la década de 1970, la mayoría de los dispositivos GFCI de América del Norte eran del tipo disyuntor. Los GFCI integrados en el receptáculo de salida se convirtieron en algo común a partir de la década de 1980. El tipo de disyuntor, instalado en un panel de distribución , sufrió disparos accidentales causados ​​principalmente por un aislamiento deficiente o inconsistente en el cableado. Los disparos falsos eran frecuentes cuando los problemas de aislamiento se veían agravados por las largas longitudes de los circuitos. Se filtró tanta corriente a lo largo del aislamiento de los conductores que el interruptor podría dispararse con el menor aumento del desequilibrio de corriente. La migración a la protección basada en receptáculos de salida en las instalaciones de América del Norte redujo los viajes accidentales y proporcionó una verificación obvia de que las áreas húmedas estaban bajo protección requerida por el código eléctrico . Las instalaciones europeas continúan utilizando principalmente RCD instalados en el cuadro de distribución, lo que brinda protección en caso de daños en el cableado fijo; En Europa, los RCD basados ​​en enchufes se utilizan principalmente para reequipamiento.

Regulación y adopción

Las regulaciones difieren ampliamente de un país a otro. En la mayoría de los países, no todos los circuitos de una casa están protegidos por RCD. Si se instala un solo RCD para una instalación eléctrica completa, cualquier falla puede cortar toda la energía en las instalaciones.

Australia

En Australia, los dispositivos de corriente residual son obligatorios en los circuitos de potencia desde 1991 y en los circuitos de iluminación desde 2000. Se requiere un mínimo de dos RCD por instalación doméstica. Todas las tomas de corriente y los circuitos de iluminación deben distribuirse sobre los RCD de circuito. Solo se pueden conectar un máximo de tres subcircuitos a un solo RCD.

Austria

Austria reguló los dispositivos de corriente residual en la norma ÖVE E8001-1 / A1: 2013-11-01 (revisión más reciente). Se requiere en viviendas particulares desde 1980. El tiempo máximo de activación no debe superar los 0,4 segundos. Debe instalarse en todos los circuitos con enchufes de alimentación con una corriente de fuga máxima de 30 mA y una corriente nominal máxima de 16 A.

Se colocan requisitos adicionales en circuitos en áreas húmedas, sitios de construcción y edificios comerciales.

Bélgica

Las instalaciones domésticas belgas deben estar equipadas con un dispositivo de corriente residual de 300 mA que proteja todos los circuitos. Además, se requiere al menos un dispositivo de corriente residual de 30 mA que proteja todos los circuitos en "cuartos húmedos" (por ejemplo, baño, cocina) así como los circuitos que alimentan ciertos aparatos "húmedos" (lavadora, secadora, lavavajillas). La calefacción eléctrica por suelo radiante debe estar protegida por un RCD de 100 mA. Estos RCD deben ser de tipo A.

Brasil

Desde NBR 5410 (1997) se requieren dispositivos de corriente residual y conexión a tierra para nuevas construcciones o reparaciones en áreas húmedas, áreas al aire libre, salidas interiores utilizadas para electrodomésticos externos o en áreas donde el agua es más probable, como baños y cocinas.

Dinamarca

Dinamarca requiere RCD de 30 mA en todos los circuitos que tienen una clasificación de menos de 20 A (los circuitos con una clasificación mayor se utilizan principalmente para la distribución). Los RCD se hicieron obligatorios en 1975 para los edificios nuevos y luego para todos los edificios en 2008.

Francia

Según la normativa NF C15-100 (1911 -> 2002), es obligatorio un RCD general que no supere los 100 a 300 mA en el origen de la instalación. Además, en estancias donde haya agua, alta potencia o equipos sensibles (baños, cocinas, informática ...), cada toma de corriente debe estar protegida por un RCD que no supere los 30 mA. El tipo de RCD requerido (A, AC, F) depende del tipo de equipo que se conectará y la potencia máxima de la toma de corriente. Las distancias mínimas entre los dispositivos eléctricos y el agua o el suelo se describen y son obligatorias.

Alemania

Desde el 1 de mayo de 1984, los RCD son obligatorios para todas las habitaciones con bañera o ducha. Desde junio de 2007, Alemania requiere el uso de RCD con una corriente de disparo de no más de 30 mA en tomas de hasta 32 A que son para uso general. ( DIN VDE 0100-410 Nr. 411.3.3). No está permitido utilizar RCD de tipo "AC" desde 1987, para proteger a los seres humanos contra descargas eléctricas. Debe ser tipo "A" o tipo "B".

India

Según el Reglamento 36 del Reglamento de Electricidad de 1990

a) Para un lugar de entretenimiento público, la protección contra la corriente de fuga a tierra debe ser proporcionada por un dispositivo de corriente residual de sensibilidad que no exceda los 10 mA.

b) Para un lugar donde es probable que el piso esté mojado o donde la pared o el cerramiento sean de baja resistencia eléctrica, la protección contra la corriente de fuga a tierra debe ser proporcionada por un dispositivo de corriente residual de sensibilidad que no exceda los 10 mA.

c) Para una instalación donde es probable que se utilicen equipos, aparatos o artefactos portátiles, la protección contra la corriente de fuga a tierra debe ser proporcionada por un dispositivo de corriente residual de sensibilidad que no exceda los 30 mA.

d) Para una instalación diferente a la instalación en (a), (b) y (c), la protección contra la corriente de fuga a tierra debe ser proporcionada por un dispositivo de corriente residual de sensibilidad que no exceda los 100 mA.

Italia

La ley italiana (n. 46 de marzo de 1990) prescribe RCD con no más de 30 mA de corriente residual (informalmente llamado "salvavita" - salvavidas, después de los primeros modelos BTicino , o disyuntor diferencial para el modo de funcionamiento) para todas las instalaciones domésticas para proteger todas las líneas. La ley se actualizó recientemente para exigir al menos dos RCD separados para circuitos domésticos separados. La protección contra cortocircuitos y sobrecargas es obligatoria desde 1968.

Malasia

En el manual más reciente de pautas para cableado eléctrico en edificios residenciales (2008), el cableado residencial en general debe estar protegido por un dispositivo de corriente residual de sensibilidad que no exceda los 100 mA. Además, todas las tomas de corriente deben estar protegidas por un dispositivo de corriente residual de sensibilidad que no exceda los 30 mA y todos los equipos en lugares húmedos (calentador de agua, bomba de agua) deben estar protegidos por un dispositivo de corriente residual de sensibilidad que no exceda los 10 mA.

Nueva Zelanda

A partir de enero de 2003, todos los circuitos nuevos que se originen en el cuadro de alimentación de iluminación o enchufes (tomas de corriente) en edificios domésticos deben contar con protección RCD. Las instalaciones residenciales (como pensiones, hospitales, hoteles y moteles) también requerirán protección RCD para todos los circuitos nuevos que se originen en las tomas de alimentación de la centralita. Estos RCD normalmente estarán ubicados en el cuadro de distribución. Proporcionarán protección para todo el cableado eléctrico y los aparatos conectados a los nuevos circuitos.

Norteamérica

Un enchufe Leviton GFCI "Decora" en una cocina norteamericana. El código eléctrico local requiere un enchufe a prueba de manipulaciones en los hogares y requiere un GFCI para el enchufe a 1 metro de un fregadero. La ranura en T indica que este dispositivo tiene una clasificación de 20 A y puede admitir un enchufe NEMA 5-15 o NEMA 5-20, aunque este último tipo es poco común en los electrodomésticos.

En América del Norte, los enchufes ubicados en lugares donde existe un camino fácil a tierra, como áreas húmedas y habitaciones con pisos de concreto al descubierto, deben estar protegidos por un GFCI. El Código Eléctrico Nacional de EE. UU. Exige que los dispositivos en ciertos lugares estén protegidos por GFCI desde la década de 1960. A partir de las luces subacuáticas para piscinas (1968), las sucesivas ediciones del código han ampliado las áreas donde se requiere que los GFCI incluyan: sitios de construcción (1974), baños y áreas al aire libre (1975), garajes (1978), áreas cercanas a jacuzzis o spas. (1981), baños de hotel (1984), enchufes de encimeras de cocina (1987), espacios de arrastre y sótanos sin terminar (1990), cerca de fregaderos de bar (1993), cerca de fregaderos de lavandería (2005) y en cuartos de lavado (2014).

Los GFCI suelen estar disponibles como parte integral de un enchufe o un disyuntor instalado en el tablero de distribución. Los enchufes GFCI invariablemente tienen caras rectangulares y aceptan las denominadas placas frontales Decora, y se pueden combinar con enchufes o interruptores regulares en una caja de varios grupos con placas de cubierta estándar. Tanto en Canadá como en los EE. UU., Los enchufes NEMA 1 de dos cables sin conexión a tierra más antiguos se pueden reemplazar por enchufes NEMA 5 protegidos por un GFCI (integral con el enchufe o con el disyuntor correspondiente) en lugar de volver a cablear todo el circuito con un conductor de conexión a tierra. En tales casos, los enchufes deben estar etiquetados como "sin conexión a tierra del equipo" y "protegido con GFCI"; Los fabricantes de GFCI suelen proporcionar etiquetas para la descripción de instalación adecuada.

GFCI aprobados para protección contra descargas eléctricas a 5 mA en 25 ms. Un dispositivo GFCI que protege equipos (no personas) puede disparar hasta 30 mA de corriente; esto se conoce como Dispositivo de protección de equipo (EPD) . Los RCD con corrientes de disparo de hasta 500 mA a veces se implementan en entornos (como centros de computación) donde un umbral más bajo conllevaría un riesgo inaceptable de disparos accidentales. Estos RCD de alta corriente sirven para equipos y protección contra incendios en lugar de protección contra los riesgos de descargas eléctricas.

En los Estados Unidos, el American Boat and Yacht Council requiere tanto GFCI para enchufes como interruptores de circuito de fuga de equipos (ELCI) para todo el barco. La diferencia es que los GFCI se disparan con 5 mA de corriente, mientras que los ELCI se disparan con 30 mA después de hasta 100 ms. Los valores más altos están destinados a brindar protección y minimizar los viajes molestos.

Noruega

En Noruega, se exige en todos los hogares nuevos desde 2002 y en todos los enchufes nuevos desde 2006. Esto se aplica a los enchufes de 32 A e inferiores. El RCD debe dispararse después de un máximo de 0,4 segundos para circuitos de 230 V o 0,2 segundos para circuitos de 400 V.

Sudáfrica

Sudáfrica ordenó el uso de dispositivos de protección contra fugas a tierra en entornos residenciales (por ejemplo, casas, apartamentos, hoteles, etc.) desde octubre de 1974, y las regulaciones se refinaron en 1975 y 1976. Los dispositivos deben instalarse en nuevas instalaciones y cuando se realicen reparaciones fuera. Se requiere protección para las tomas de corriente y la iluminación, con la excepción de la iluminación de emergencia que no debe interrumpirse. El dispositivo estándar utilizado en Sudáfrica es de hecho un híbrido de ELPD y RCCB.

Taiwán

Taiwán requiere circuitos de receptáculos en baños, balcones y receptáculos en la cocina a no más de 1.8 metros del fregadero, el uso de disyuntores de fuga a tierra. Este requisito también se aplica al circuito de calentador de agua en baños y circuitos que involucran dispositivos en agua, luces en marcos de metal, bebederos públicos, etc. En principio, los ELCB deben instalarse en circuitos derivados, con una corriente de disparo no superior a 30 mA en 0,1 segundos de acuerdo con la ley taiwanesa.

pavo

Turquía requiere el uso de RCD con no más de 30 mA y 300 mA en todas las casas nuevas desde 2004. Esta regla se introdujo en RG-16/06 / 2004-25494.

Reino Unido

La edición actual (18a) de las Regulaciones de cableado eléctrico de la IEE requiere que todas las tomas de corriente en la mayoría de las instalaciones tengan protección RCD, aunque existen excepciones. Los cables no blindados enterrados en las paredes también deben estar protegidos por RCD (nuevamente con algunas exenciones específicas). La provisión de protección RCD para circuitos presentes en baños y duchas reduce el requisito de uniones adicionales en esos lugares. Se pueden utilizar dos RCD para cubrir la instalación, con iluminación y circuitos de alimentación en el piso superior y en la planta baja repartidos entre ambos RCD. Cuando se dispara un RCD, la energía se mantiene en al menos un circuito de iluminación y energía. Se pueden emplear otros arreglos, como el uso de RCBO, para cumplir con las regulaciones. Los nuevos requisitos para los RCD no afectan a la mayoría de las instalaciones existentes a menos que se vuelvan a cablear, se cambie el tablero de distribución, se instale un nuevo circuito o se realicen alteraciones como tomas de corriente adicionales o nuevos cables enterrados en las paredes.

Los RCD utilizados para la protección contra descargas eléctricas deben ser del tipo de funcionamiento "inmediato" (no retardado) y deben tener una sensibilidad de corriente residual no superior a 30 mA.

Si un disparo espurio causaría un problema mayor que el riesgo de accidente eléctrico que se supone que el RCD debe prevenir (por ejemplo, un suministro a un proceso crítico de fábrica o al equipo de soporte vital), se pueden omitir los RCD, siempre que los circuitos afectados estén claramente etiquetado y el balance de riesgos considerado; esto puede incluir la provisión de medidas de seguridad alternativas.

La edición anterior de las regulaciones requería el uso de RCD para enchufes que podían ser utilizados por electrodomésticos al aire libre. La práctica normal en las instalaciones domésticas era usar un solo RCD para cubrir todos los circuitos que requieren protección RCD (típicamente enchufes y duchas) pero tener algunos circuitos (típicamente iluminación) sin protección RCD. Esto fue para evitar una pérdida de iluminación potencialmente peligrosa en caso de que se disparara el RCD. Las disposiciones de protección para otros circuitos variaron. Para implementar esta disposición, era común instalar una unidad de consumo que incorpora un RCD en lo que se conoce como una configuración de carga dividida, donde un grupo de interruptores automáticos se alimenta directamente desde el interruptor principal (o RCD de retardo de tiempo en el caso de una tierra TT ) y un segundo grupo de circuitos se alimenta a través del RCD. Esta disposición tenía los problemas reconocidos de que las corrientes de fuga a tierra acumuladas del funcionamiento normal de muchos elementos del equipo podrían provocar un disparo espurio del RCD, y que el disparo del RCD desconectaría la alimentación de todos los circuitos protegidos.

Ver también

• Enchufes y enchufes de alimentación de CA domésticos
• Lesión eléctrica
• Dispositivo de control de aislamiento
• Relé de protección
• Interruptor de circuito por falla de arco
• Transformador de aislamiento

Referencias

enlaces externos

• Hoja de datos de GFCI (Comisión de seguridad de productos de consumo de EE. UU.)
• Prueba de RCCB según IEC 61008/61009 (Prueba de dispositivo de corriente residual)
• ¿Por qué se dispara el RCD? - Explicación de las causas molestas de los disparos.