(21) El interruptor diferencial en AC

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jeopardize
Vaca Forera
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#1 (21) El interruptor diferencial en AC

Mensaje por jeopardize » 04 Mar 2019, 13:07

Un interruptor diferencial (ID) o dispositivo diferencial residual (DDR) es un interruptor que corta automáticamente el suministro eléctrico en caso de deriva a tierra de una de las fases; siempre y cuando es AC en esquema TT o TN (con el neutro puesto a tierra).
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Fig.1 Funcionamiento de un interruptor diferencial

El funcionamiento de un interruptor diferencial es simple; la línea de suministro pasa a través de un transformador toroidal. En condiciones normales "Ie" = "Is", por lo que el flujo magnético neto en el toroide es cero. Si hay alguna fuga en una de las fases, las dos corrientes (entrada y salida; cable azul y cable marrón o negro) ya no son iguales, por lo que el magnetismo generado engendra una corriente en el bobinado "EI" que vence la fuerza del imán permanente "Ip", liberando la paleta móvil "A" y cortando los contactos eléctricos.
A la diferencia de "Ie" e "Is" que provoca el disparo del diferencial, la llamaremos “sensibilidad”. En entorno doméstico, la sensibilidad de un ID suele ser de 30mA y en entorno industrial puede llegar a 300mA. Esta diferencia entre corrientes puede estar originada por:
• Defectos generales de aislamiento en cualquier parte del circuito, incluyendo aparatos, motores, cables…
• Contacto humano accidental con uno de los conductores
• Corrientes de fuga transitorias o debidas a perturbaciones. Estas corrientes son generadas principalmente por: sobretensiones de maniobra, sobretensiones atmosféricas (rayos), puesta en tensión de circuitos que poseen una elevada capacidad respecto a tierra
• Corrientes de fuga originadas por los filtros antiparásitos de los diversos equipos. Cabe considerar que los filtros antiparásitos capacitivos, dispuestos sobre los microordenadores, onduladores, balastos electrónicos y otros aparatos

Este último caso es uno de los que más nos afectará en el campo que nos ocupa. La presencia de condensadores (clase Y) en los filtros antiparásitos, induce corrientes no simétricas de alta frecuencia (HF) que pueden hacer disparar intempestivamente nuestro diferencial. Una tabla típica de las corrientes que pueden originar diversos dispositivos:
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Fig.2: Corrientes de fuga HF para algunos dispositivos

Contrariamente a las corrientes de fuga de 50-60 Hz, donde la suma vectorial es nula, estas corrientes de alta frecuencia no están sincronizadas sobre las tres fases y, de este modo, su suma constituye una corriente de fuga neta. Para evitar los disparos intempestivos o el bloqueo de los diferenciales, debido a estas corrientes de alta frecuencia, los diferenciales deben estar insensibilizados a las corrientes de alta frecuencia (equipados con filtros paso bajos). Ello nos lleva a la necesidad de contar con los famosos diferenciales superinmunizados.
La clasificación de los interruptores diferenciales de acuerdo a la forma de onda creada de las corrientes de derivación son :
• Tipo ‘AC’. Son para sistemas que tienen una corriente de tierra senoidal. El interruptor diferencial con protección clase ‘AC’ son habituales en viviendas.
• Tipo ‘A’. Son para las corrientes diferenciales alternas senoidales o continuas pulsantes. El interruptor diferencial con protección clase ‘A’ está permitido para cualquier instalación y es especialmente recomendado en caso de intensidades distorsionadas (armónicos, picos de tensión).
• Interruptor diferencial superinmunizado ‘SI’ es un dispositivo diferencial del tipo ‘A’ mejorado. Evita las desconexiones intempestivas por corrientes de alta frecuencia producidas entre otros; por los circuitos informáticos, circuitos con reactancias electrónicas o las corrientes inducidas por las descargas de origen atmosférico. Evitan de esta manera los saltos intempestivos debidos a elementos externos a la instalación que protege.
• Tipo ‘B’. Son para las corrientes diferenciales alternas senoidales o continuas pulsantes y fallo constante de la corriente. El interruptor diferencial con protección clase ‘B’ son recomendados para su uso con accionadores e inversores de motores para bombas, ascensores, maquinaria textil entre otros. Los interruptores diferenciales del tipo ‘AC’ y ‘A’ cumplen con la normativa IEC/EN 61008/61009, mientras que el tipo ‘B’ no están de momentos cubiertos por ningún estándar para los sectores doméstico e industrial.
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Fig.3: Esquemas de IDs clase AC, A y A-SI

Simplificando mucho, podemos decir que un diferencial superinmunizado es uno común al que se ha añadido unos filtros paso bajo (generalmente activos) que lo vuelve más insensible a las fugas de alta frecuencia originadas por aparatos que utilizan semiconductores en conmutación. En instalaciones fotovoltaicas son de suma utilidad, especialmente cuando hay onduladores o híbridos de cierta potencia y se presentan disparos intempestivos con un diferencial normal.

Especial atención debe prestarse a la toma de tierra; si esta no es buena o está compartida, se pueden originar disparos incluso por elementos ajenos a nuestra instalación; por ejemplo el caso de un circuito colindante (vecino, fábrica…) que induce corrientes en su toma de tierra, éstas se pueden propagar a nuestro circuito, haciéndo disparar al ID.

Otro tema bastante visto, es la concatenación de diferenciales en serie. Es una práctica absurda a erradicar. Un solo diferencial de calidad bien elegido es suficiente para proteger nuestra instalación. La forma natural de disponer los diferenciales en una instalación compleja es la denominada “selectividad horizontal”:
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Fig.4: Concatenación de dos IDs en paralelo

Si se desean poner varios IDs en serie (selectividad vertical), deben cumplirse 3 condiciones:
• Selectividad amperimétrica: Esta condición debe cumplir que el valor de sensibilidad del diferencial conectado aguas arriba (IΔN1) sea superior al doble de la sensibilidad del diferencial situado aguas abajo (IΔN2).
• Selectividad cronométrica: Esta condición debe garantizar que un diferencial conectado aguas arriba (t1) no actúe antes que el diferencial de aguas abajo (t2) para cualquier valor de corriente, por lo que el interruptor situado aguas abajo completa su apertura antes de que dispare el situado aguas arriba. Los diferenciales normales actúan de forma inmediata, en cambio los diferenciales selectivos (tipo ‘S’ o retardados), tienen un tiempo de retardo tarado.
• Selectividad de tipo: Para garantizar la selectividad vertical, el tipo del diferencial aguas arriba debe ser superior o igual del diferencial instalado aguas abajo. Debido a la mayor exigencia en las protecciones diferenciales de las instalaciones, se requieren cada vez más protecciones tipo ‘A’ y tipo ‘B’, lo que hace necesario respetar la selectividad vertical según el tipo instalado aguas abajo.
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Fig.5: Concatenación de IDs en serie (no recomendado)

De cualquier forma, e insistiendo nuevamente, con un diferencial basta. La aliteración de ellos suele provocar disparos por conexiones-desconexiones de modo de trabajo del ondulador y otros problemas “inexplicables”.

Pregunta: Entonces, en instalaciones FV, debemos instalar siempre un diferencial superinmunizado?
Respuesta: No, y no sólo por el coste. El procedimiento es asegurarse primero que en condiciones normales de trabajo no exista una corriente de fuga, es decir que el diferencial se dispare “con razón”. Este vídeo lo explica muy bien:


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Simbolo superinmunizado.JPG
Simbolo superinmunizado.JPG (11.28 KiB) Visto 219 veces
Fig.6: Símbolo diferencial superinmunizado

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Otra mala praxis muy frecuente en instalaciones, es el uso de diferenciales para corriente contínua, para intentar proteger a los usuarios de la línea que va de los paneles al convertidor. Dicho en corto, no existen diferenciales para corriente contínua. Una explicación más prolija, nos lleva a razonar que como hemos visto, la protección diferencial se basa en toroidales diferenciales, es decir en la realización de la suma vectorial de las fases decaladas "x" grados. Una corriente contínua no puede inducir nada en una bobina o toroidal, por tanto es absolutamente ineficaz, aunque sea del tipo "B" (que detecta derivaciones de alterna y corriente contínua pulsante).
Asurdamente, el reglamento publicado en el Real Decreto 1663/2000, sobre conexión de instalaciones foto-voltaicas a la red de baja tensión, pide específicamente un diferencial en la zona de los paneles FV:
Artículo 11.Protecciones.
El sistema de protecciones deberá cumplir las exigencias previstas en la reglamentación vigente. Este cumplimiento deberá ser acreditado adecuadamente en la documentación relativa a las características de la instalación a que se refiere el artículo 3, incluyendo lo siguiente:
2. Interruptor automático diferencial, con el fin de proteger a las personas en el caso de derivación de algún elemento de la parte continua de la instalación


No es más que otro despropósito legislativo. Para paliar esto, existen los llamados "vigilantes de aislamiento", que no son más que un diferencial electrónico adaptado para medir la contínua con, por ejemplo, sensores Hall. Proat es una de las marcas especializadas que lo ofrecen:

http://www.proat.es/es/nuestros-product ... islamiento

Otras marcas son Bender y Cirprotec. El coste de adquisición de un protector de este tipo suele ser bastante elevado.

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Un ejemplo práctico de como un ID protege a las personas, en AC con esquema TT/TN
Pongamos que una persona entre en contacto con la fase (cable marrón o negro) o con el neutro (cable azul) de una instalación con esquema TT o TN. Eso puede pasar, por ejemplo, si un cortacesped eléctrico, por descuido, pasa por el cable, cortándolo. O también, si se ha soltado un cable en un dispositivo eléctrico, haciendo contacto con el chasis metálico - y si se ha olvidado de poner este chasis a tierra
En estos casos, por la persona que empuja el cortacesped o que toca el dispositivo defectuoso, pasará una corriente hacia la tierra. La razón es, porque en esquema TT o TN, el neutro está puesto a tierra y la persona también está tocando el suelo (la tierra), con los pies. Es decir, se trata de un circuito cerrado y por la persona pasará una intensidad de XmA a 230Vac, según la resistencia individual de la persona. Sin ID, esta intensidad puede causar daños graves e incluso la muerte. Con ID, saltará éste al superar la intensidad los 30mA (la sensibilidad del ID) y la persona solo notará una molestia momentánea, como mucho

Una pregunta que se suele hacer con frecuencia en este punto:
"Vale, entiendo que esto pasa si se toca a la fase. Pero con el neutro no debería pasar, ya que está puesto a tierra?"
Pues el ID salta igual con el neutro que con la fase! Recordemos que la puesta a tierra del neutro se ha hecho aguas arriba del ID, pero todas las cargas están aguas abajo del ID! Esto significa, que cuando hay un contacto entre neutro y tierra, aguas abajo del ID, parte de la intensidad cogerá este segundo camino hacia la tierra y la intensidad que entra en el ID será diferente a la que sale: El ID saltará, interrumpiendo el circuito. Esto pasará igual, tanto si el contacto con tierra es por la fase o por el neutro
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#2 Re: (21) El interruptor diferencial en AC

Mensaje por Homo_non_sapiens » 06 Mar 2019, 09:31

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