Sistemas Esenciales de Protección Eléctrica: Funcionamiento y Componentes

Conceptos Fundamentales de la Seguridad Eléctrica

Protecciones Eléctricas

Las protecciones eléctricas tienen el objetivo de proteger a las personas y a los bienes materiales de los riesgos inherentes a la electricidad.

Efectos del Paso de la Corriente Alterna (CA)

Los efectos del paso de la corriente dependen de varios factores:

• La intensidad de la CA.
• La duración del paso de la CA.
• El trayecto que sigue la corriente en el cuerpo.

Tipos de Contactos Eléctricos

Contactos Directos

Se producen por el contacto con partes activas de la instalación (normalmente bajo tensión).

Contactos Indirectos

Se producen cuando una masa conductora, que normalmente no debería estar bajo tensión, se somete accidentalmente a una tensión respecto a tierra debido a un fallo de aislamiento.

Sistemas de Puesta a Tierra y Fallos Comunes

Puesta a Tierra (PAT)

La puesta a tierra es una conexión eléctrica de las masas de un circuito que permite el paso de corrientes de defecto hacia tierra, facilitando la actuación de las protecciones y la descarga de tensiones peligrosas.

Tipos de Esquemas de Conexión a Tierra

• TN-S
• TN-C
• TN-C-S

Defectos en la Instalación

Sobrecarga

Se produce por un exceso de demanda de corriente al conectar demasiados aparatos. Aunque puede durar pocos segundos, genera un calentamiento excesivo que puede ocasionar incendios.

Cortocircuito

Se produce a consecuencia de un contacto accidental entre dos puntos de diferente potencial. La intensidad de cortocircuito puede alcanzar miles de veces su intensidad nominal, siendo extremadamente destructiva.

Dispositivos de Protección I: El Fusible

Definición y Ventajas

El fusible es un elemento de protección que protege la instalación de sobreintensidades (tanto por sobrecarga como por cortocircuito).

Los fusibles ofrecen:

• La eliminación rápida del defecto.
• Un funcionamiento seguro y silencioso.
• Un elevado poder de corte.

Componentes del Fusible

• Cuerpo del fusible: Es el armazón que permite el montaje y aloja los demás componentes.
• Material de relleno: Se utiliza arena de cuarzo para apagar el arco eléctrico y evacuar el calor generado.
• Contactos: Permiten la conexión entre el cartucho y las bases. Suelen ser de cobre y están protegidos contra la corrosión.
• Elemento de fusión: Está constituido por una cinta de cobre con estrechamientos en su sección, diseñada para fundirse ante una sobreintensidad.

Proceso de Fusión

Etapa de Prearco

Se produce el calentamiento del punto de fusión y la vaporización del elemento fusible.

Etapa de Arco

El arco eléctrico comienza y es rápidamente extinguido por el material de relleno (arena de cuarzo).

Tipos de Fusibles según su Curva

• Tipo gG (Uso General): Es capaz de cortar todas las corrientes que provoquen la fusión, protegiendo contra sobrecargas y cortocircuitos.
• Tipo aM (Acompañamiento de Motor): Es un cartucho limitador de corriente que solo corta el valor mínimo de la corriente de cortocircuito, requiriendo protección adicional contra sobrecargas.

Dispositivos de Protección II: Interruptores Automáticos

El Interruptor Magnetotérmico (IGA/PIA)

El interruptor magnetotérmico (a menudo denominado IGA o PIA) es un dispositivo de tipo mecánico capaz de interrumpir corrientes en condiciones anormales (sobrecarga y cortocircuito).

Componentes Principales

• Cuerpo y bornes de conexión.
• Palanca de rearme y contactos.
• Bobina magnética (protección contra cortocircuitos).
• Cámara apagachispas.
• Mecanismo térmico (protección contra sobrecargas).

Mecanismo de Disparo

Disparo Magnético (Cortocircuito)

Lo forma una bobina de varias espiras de cobre cuyo núcleo se encuentra en un cilindro. Cuando la corriente aumenta bruscamente (cortocircuito), el campo magnético generado acciona el mecanismo de disparo de forma instantánea.

Disparo Térmico (Sobrecarga)

Se compone de una tira bimetálica. Cuando se produce una sobrecarga, el bimetal se calienta por el paso de la corriente y se deforma hasta accionar un gatillo que provoca la apertura del circuito.

Curvas de Disparo (Magnetotérmicos)

• Curva B: Se utiliza principalmente en el sector doméstico. El disparo magnético es lento (sensible a picos bajos).
• Curva C: Se utiliza en el sector terciario y en edificios. El disparo térmico es lento y el disparo magnético es medio (adecuado para cargas con picos de arranque moderados).

Interruptor de Control de Potencia (ICP)

El ICP es un interruptor utilizado por las compañías eléctricas para realizar el control de la potencia consumida, limitando el suministro si se excede la potencia contratada.

Dispositivos de Protección III: El Interruptor Diferencial

Función Principal

El interruptor diferencial protege a las personas contra los contactos directos e indirectos, detectando fugas de corriente a tierra.

Partes del Diferencial

• Cuerpo y bornes de conexión.
• Palanca de rearme.
• Pulsador de prueba (para verificar su correcto funcionamiento).
• Contactos.
• Transformador toroidal (o toroide) para la detección de la corriente de fuga.

Principio de Funcionamiento

El diferencial opera bajo el principio de equilibrio de corrientes. Si hay un fallo de aislamiento y circula una corriente de fuga a tierra, el equilibrio de corrientes entre la fase y el neutro (o entre fases) se rompe. Esta diferencia de corriente genera un campo magnético en el toroide que, a su vez, induce una tensión en el devanado secundario, accionando el mecanismo de disparo y cortando el suministro eléctrico.

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