Particularidades de la puesta en marcha de los interruptores diferenciales

Diversos fenómenos pueden perturbar el buen funcionamiento de los dispositivos diferenciales residuales (DDR) y provocar disparos intempestivos. Estos fenómenos se exponen seguidamente.

Corrientes de fuga permanentes

Toda instalación eléctrica de BT posee una corriente de fuga a tierra, debida, por una parte importante, a la capacidad fase-tierra de los conductores. Es tanto más elevada cuanto más extensa es la red. Siendo aumentada por las capacidades incorporadas o por los filtros de determinados receptores electrónicos (ofimática, informática, etc.). La corriente de fuga permanente puede ser evaluada sobre la base siguiente:

-          Canalizaciones mono o trifásicas: 1,5 mA/100 m

-          Filtros mono o trifásicos: del orden de 3 mA/receptor

-          Calefacción de suelo radiante: 1 mA/kW.

Estas corrientes pueden provocar el funcionamiento intempestivo de los dispositivos diferenciales residuales con alto nivel de sensibilidad.

Corrientes de fuga transitorias

La puesta en tensión de las capacidades mencionadas anteriormente genera corrientes llamadas transitorias muy cortas que pueden ser modelizadas por una onda oscilatoria de corriente 0,5 µs/100 kHz (ver fig. 1). En la puesta en tensión pueden generarse amplitudes superiores a 10 A con frente de subida del orden de 1 µs.

La aparición de un primer defecto de aislamiento es el origen de corrientes transitorias que corresponden al cambio brutal de la tensión aplicada a las capacidades de la instalación. Se produce la descarga de la capacidad de la fase en defecto y la carga de las capacidades de las fases sanas.

Estas corrientes, por naturaleza desequilibradas, pueden suponer el funcionamiento intempestivo de los dispositivos diferenciales residuales.

Figura 1: Onda de corriente normalizada 0,5 𝜇s/100 kHz

Influencia de las sobretensiones

Las redes eléctricas son el asentamiento de sobretensiones de origen atmosférico o debido al funcionamiento de dispositivos de protección (corte de cargas inductivas por ejemplo).

Su análisis ha establecido que los niveles, en baja tensión, sean en general inferiores a 6 kV y pueden ser representadas por la onda convencional 1,2/50 µs (ver fig. 2).

Figura 2: Sobretensión normalizada 1,2/50 𝜇s

Estas sobretensiones son el origen de corrientes representadas por la onda convencional 8/20 µs de valor de cresta de varias decenas de amperios (ver fig. 3).

Estas se cierran por tierra a través de las capacidades de la instalación, los pararrayos o por avería de los puntos débiles de la instalación y pueden provocar el funcionamiento de los dispositivos diferenciales.

Figura 3: Onda de corriente normalizada 8/20 𝜇s

Soluciones

Las fugas capacitivas y corrientes transitorias mencionadas así como las conmutaciones (bobinas de contactor, relés, etc…), las descargas electrostáticas y las ondas electromagnéticas radiadas, generan corrientes diferenciales que pueden provocar el funcionamiento de los dispositivos residuales sensibles.

Sera necesario que estos tengan un nivel de inmunidad suficiente al respecto (ver fig. 4).

Figura 4: Símbolo normalizado de inmunidad ante disparos indeseables

Todo DDR instalado debe tener un nivel de inmunidad mínimo, el símbolo representado en la figura 4 garantiza un comportamiento correcto del dispositivo en presencia de las perturbaciones definidas en la tabla 1.

Las corrientes de fuga permanentes, aguas abajo de un DDR, deben ser objeto de evaluación, en particular en el caso de redes extensas, en presencia de materiales con filtros o en el esquema IT.

La norma UNE 20460 recomienda que el nivel de estas corrientes de fuga, aguas abajo de un DDR, no sobrepase 0,5 I Δn.

En la práctica, la limitación de corriente de fuga permanente a 0,25 I Δn, por subdivisión de circuitos, elimina, prácticamente, la influencia de todas las corrientes transitorias correspondientes.

Perturbación	Tipo de ensayo	Resistencia requerida
Sobretensión	Onda de tensión 1,2/50 µs	6 kV
Corriente transitoria	Onda de corriente 0,5 µs/100 kHz. Onda de corriente 8/20 µs	200 A 200 A 60 A para los 10 mA 5 kA para los tipos S O retardo intencionado
Conmutación	Transitorios rápidos en rachas IEC 801-4	4 kV
Descargas electrostáticas	Descargas electrostáticas IEC 801-2	6 kV
Ondas radioeléctricas	Campos electromagnéticos IEC 801-3	3 V/m

Tabla 1: Niveles de resistencia a los test de compatibilidad electromagnética requeridos para los DDR

Componentes continuas

Están presentes en la alimentación de potencia de ciertos aparatos que contienen dispositivos rectificadores (diodos, tiristores, triac, etc.).

En caso de defecto de aislamiento aguas abajo de estos dispositivos, la corriente de fuga a tierra, medida aguas arriba de estos equipos, comporta, en ciertos casos, una componente continua, que puede provocar la saturación de los circuitos magnéticos de los DDR y perturbar su funcionamiento. Conviene en tales casos emplear DDR adaptados a estas situaciones.

Para solucionar este problema, La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) ha clasificado los dispositivos diferenciales en tres tipos según sus aptitudes a funcionar cuando las corrientes de defecto presente una componente continua:

-          DDR clase AC : Diferencial sensible a corriente residual alterna pura

-          DDR clase A   : Diferencial sensible a  corriente residual pulsada

-          DDR clase B   : Diferencial sensible a corriente residual continua pura.

Recomendaciones de instalación de los DDR con toroide separado

Siendo el captador un toroide magnético, una corriente de arranque importante tal como la corriente de arranque de un motor puede saturarlo localmente y ser el origen de disparos indeseables.

La instalación sin precauciones particulares, de un dispositivo con toroide separado, no permite un reglaje de I Δn inferior al 1/1000 de la corriente máxima por fase:

Este límite puede ser sensiblemente disminuido tomando las medidas adjuntas, ilustradas en la figura 5 y descritas en la tabla 2:

-          Centrar los cables en el toro

-          Instalar un toro más grande que el necesario

-          Disponer un manguito magnético para canalizar el flujo

Figura 5: Medios para mejorar el funcionamiento de un DDR instalado con toro separado

Medidas		margen
Centrado ordenado de los cables en el toroide		3
Sobredimensionamiento del toroide	ᶲ 50(1) → ᶲ 100(2)	2
	ᶲ 80   →  ᶲ 200	2
	ᶲ 120 →  ᶲ 200	6
Utilización de manguito en acero o hierro dulce	ᶲ 50	4
• de espesor 0,5 mm	ᶲ 80	3
• de longitud equivalente al diámetro del toroide	ᶲ 120	3
• circundando completamente el cable con  recubrimiento en las extremidades	ᶲ 200	2
(1)     Diámetro suficiente para el cable considerado (2)     Diámetro utilizado

Tabla 2: Medios para disminuir la relación I Δn / I _{fase máx.}

Recomendaciones de empleo de los dispositivos diferenciales residuales (DDR) de alta sensibilidad

■  Desequilibrio de corrientes capacitivas (ver fig. 6)

Las cargas y las canalizaciones monofásicas suponen naturalmente desequilibrios de corrientes capacitivas que pueden provocar el funcionamiento de los dispositivos diferenciales de alta sensibilidad (I Δn ≤ 30 mA).

Este problema se soluciona subdividiendo los circuitos instalados aguas abajo de un DDR de alta sensibilidad de esta manera se reduce el desequilibrio y así se evitan disparos intempestivos.

Se recuerda que el desequilibrio de las corrientes capacitivas de los circuitos instalados aguas abajo de un DDR no debe sobrepasar la mitad de la corriente de tarado del DDR.

Por ejemplo:

I_{desequilibrada} ≤ 15 mA para I Δn = 30 mA

Figura 6: Desequilibrios de corrientes capacitivas

■   Disparos por simpatía (ver fig. 7 y 8)

En un defecto de aislamiento la corriente capacitiva se reparte en las salidas sanas y puede de esta forma provocar la desconexión de los dispositivos diferenciales instalados en estas salidas.

La solución consiste en limitar la longitud de las canalizaciones y el número de receptores instalados aguas abajo de un dispositivo diferencial de alta sensibilidad.

Se recuerda que la corriente capacitiva de una salida no debe sobrepasar la cuarta parte del nivel de tarado del DDR que asegura su protección.

Esta regla permite tener en cuenta las corrientes capacitivas transitorias que se originan durante la puesta en tensión de receptores y durante un defecto de aislamiento, también permite resolver el problema que crean los desequilibrios de las corrientes capacitivas.

Los valores de las corrientes capacitivas que se cierran por una salida sana pueden ser evaluados por medio de las expresiones siguientes:

-          Esquema IT trifásico sin neutro                    I_C = 3 CwV

-          Esquema IT trifásico + neutro                       I_C = 4 CwV

-          Esquema IT monofásico                                I_C = 2,5 CwV máx.

-          Esquema TT trifásico sin neutro                   I_C = 3 CwV

-          Esquema TT trifásico + neutro                      I_C = 4 CwV máx.

-          Esquema TT monofásico                               I_C = CwV máx.

-          Esquema TN trifásico sin neutro                   I_C ≅ CwV

-          Esquema TN trifásico + neutro                     I_C = CwV

-          Esquema TN monofásico                               I_C = CwV

Figura 7: Red trifásica – disparos por simpatía

Figura 8: Red monofásica – disparos por simpatía

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

Normas: IEC 60364-4-41 (UNE-HD-60364-4-41) Instalaciones eléctricas de baja tensión. Parte 4-41: Protección para garantizar la seguridad. Protección contra los choques eléctricos

Guía de diseño de instalaciones eléctricas. Schneider Electric

             
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