Protección contra fallas a tierra, Interruptores diferenciales

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Según IEC 60364-4-41, se debe proporcionar protección adicional mediante Interruptores Diferenciales de alta sensibilidad (IΔn ≤30 mA) para los circuitos que alimentan tomas de corriente nominal ≤ 20 A en todas las ubicaciones y para los circuitos que alimentan equipos móviles con una corriente nominal ≤ 32 A para uso en exteriores sobre todo si la ubicación es húmeda y/o temporal.

 

El Interruptor Diferencial o RCD es esencialmente un interruptor mecánico con la característica de disparo de corriente residual adjunta. Entonces, básicamente, interrumpe el circuito solo cuando hay una corriente de fuga que fluye a tierra.
El tiempo de disparo es tal que minimiza los riesgos para la vida humana.
Como los RCD no pueden detectar o responder a sobrecorrientes o cortocircuitos, deben conectarse en serie con un dispositivo de sobrecorriente como un fusible o MCB (disyuntor en miniatura) como protector de back-up.
Los RCD suelen tener una capacidad de ruptura y falla de 1 kA. Esto significa que pueden manejar una falla de 1 kA por sí mismos si es una falla a tierra. Para sobrecargas y cortocircuitos de línea a neutro, las Reglas de cableado requieren dispositivos adicionales para brindar protección. El dispositivo utilizado para la protección contra cortocircuitos pude mejorar la clasificación de cortocircuito del RCD cuando operan juntos. Esto permite que un RCD clasificado en, por ejemplo, 1.000 A se use en circuitos donde el nivel de falla real es superior a 1.000 A.
En resumen, los RCD brindan protección contra fugas a tierra; sin embargo, un punto importante para recordar al aplicarlos es que siempre deben
instalarse junto con un Dispositivo de protección contra cortocircuitos (SCPD) con la clasificación adecuada.

Estándares de referencia

• IEC 61008-1: Interruptores automáticos operados por corriente residual sin protección integral contra sobrecorriente para usos domésticos y similares (RCCB) – Reglas generales

• IEC 61009-1: Interruptores automáticos de corriente residual con protección integral contra sobrecorriente para usos domésticos y similares (RCBO) – Reglas generales

Sensibilidad de un Interruptor Diferencial

30mA
Los diferenciales de alta sensibilidad (IΔn = 30mA) brindan protección contra los peligros de contacto indirecto y protección adicional contra los peligros de contacto directo, garantizando una protección completa!

300mA
Para los sistemas TT e IT, TN-S en los que puede aparecer corriente de fuga, el uso de un diferencial con sensibilidad de 300 mA proporciona una buena protección contra el riesgo de incendio debido a este tipo de falla.
Los diferenciales son dispositivos muy efectivos para brindar protección contra el riesgo de incendio causado por fallas de aislamiento porque pueden detectar corrientes de fuga (por ejemplo, 300 mA) que son demasiado bajas para otros dispositivos de protección, pero lo suficientemente fuertes para provocar un incendio (es decir, dispositivos de protección contra sobrecorriente).

Recomendación de Sensibilidad de acuerdo con los estándares:

Tipos de onda de un RCD
Los dispositivos de protección de corriente residual se distinguen entre sí por su capacidad para detectar diferentes formas de corriente residual.
A continuación, se muestra una tabla con la clasificación de los RCD según la forma de onda de las corrientes de fuga a tierra:

Funcionamiento correcto de los dispositivos de protección

de corriente residual según su tipo

Portafolio disponible

Tipo AC
Sensible solo a corriente alterna y son adecuados para todos los sistemas donde existen corrientes de tierra sinusoidal, es decir, el disparo se garantiza en caso de corrientes residuales alternas senoidales. No son sensibles a las corrientes de fuga impulsivas hasta un peak de 250A (forma de onda 8/20), como las que pueden ocurrir debido a impulsos de voltaje superpuestos en la red (p. Ej., Conmutación de lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, sistemas de procesamiento de datos, etc.).

Tipo B
El disparo se garantiza en caso de corrientes residuales continuas, aparte de corrientes residuales alternas senoidales hasta 1kHz, así como corrientes residuales unidireccionales pulsantes. Reconocer una derivación de corriente de forma continua con un nivel de baja onda.
Recomendado usar con Accionadores e inversores de motores, para bombas, ascensores, maquinaria textil, etc.

Tipo A
Sensible a la corriente alterna y/o pulsante con componentes de CC. El disparo se garantiza en caso de corrientes residuales alternas senoidales y de corrientes residuales unidireccionales pulsantes. Son especialmente indicados para la protección de sistemas en los que se dispone de dispositivos electrónicos para rectificar la corriente o ajuste de corte de fase de una magnitud física (velocidad temperatura, intensidad luminosa, etc.) alimentada directamente por la red sin la inserción de transformadores y con aislamiento clase I (La clase II está, por definición, libre de fallas a tierra). Estos dispositivos pueden generar una corriente de falla pulsante con componentes de CC que el RCD tipo A puede reconocer. Sus aplicaciones principales son para aparatos que puedan generar una derivación de la corriente pulsantes con componentes continua (circuitos de computación)

Tipo F
Con frecuencia nominal de 50 Hz o 60 Hz, está destinado a instalaciones en las que los convertidores de frecuencia se alimentan entre fase y neutro o fase y conductor intermedio puesto a tierra y son capaces de proporcionar protección en caso de alternancia sinusoidal residual a la frecuencia nominal, pulsando directo corrientes residuales y corrientes residuales compuestas que puedan producirse. Sus aplicaciones principales son para aparatos que puedan generar una derivación de la corriente pulsantes con componentes continua (circuitos de computación).

Selección de un RCD
Para seleccionar correctamente un interruptor diferencial, existen dos aspectos que debemos considerar:

Disparos no deseados y los RCD Super Inmunizados

La activación no deseada de los diferenciales es un problema que está aumentando en todo el mundo por muchas razones diferentes.
En los estándares de productos para diferenciales, las pruebas contra disparos no deseados son las mismas tanto para los RCD dependientes del voltaje como los independientes de voltaje.
Todos los fabricantes han desarrollado diferenciales independientes del voltaje especiales con una inmunidad extremadamente alta contra disparos no deseados. En el catálogo de ABB, estos RCD se denominan tipo “APR”. De acuerdo con nuestra larga experiencia, ¡los APR pueden eliminar el 99,9%
de los disparos no deseados!

Comparativa de los diferenciales Tipo A y Tipo A AP-R
1. Normas de Referencia para los RCD Tipo AC, A, F, B, etc: IEC 61008-1: Residual current operated circuit-breakers without integral overcurrent protection for household and similar uses (RCCBs) – General rules.

2. Normas de referencias para los RCD inmunizados; Desafortunadamente, no existe una clasificación en las normas IEC o EN para estos RCD (la única excepción es en la norma nacional austriaca: se denominan “Tipo G”)

3. ¿Qué significa AP-R? = Antiperturbazioni – Anti Perturbance – Diferencial Inmunizado a las perturbaciones (no tiene una traducción exacta, por eso preferimos decirle APR solamente)

4. ¿Qué significa que sea Inmunizado?; El diferencial previene los disparos no deseados.

5. ¿Qué significa un disparo no deseado?; El disparo debe considerarse “no deseado” cuando el RCD dispara sin la presencia de una corriente de falla a tierra o el contacto directo de una persona con partes vivas. El APR es diez veces más resistente (3.000A frente a 250A) a disparos no deseados que los tipos estándar (Tipo AC como Tipo A).

6. ¿Cuál es la forma de “medir” la resistencia a los disparos no deseados?; a través de la prueba de peak bajo la onda de pulso 8/20

7. ¿Los Tiempos de respuesta o retardo de un AP-¿R, perjudican la protección de las personas?
Se debe proporcionar protección a las personas contra descargas eléctricas para instalaciones de baja tensión en conformidad con las normas nacionales apropiadas y las reglamentaciones legales, códigos de práctica, guías y circulares oficiales, etc. Las normas IEC relevantes incluyen: serie IEC 60364, IEC 60479, IEC 60755, IEC 61008, IEC 61009 e IEC 60947-2.
La IEC 60479-1 “Efectos de la corriente en los seres humanos y el ganado” es una guía sobre los efectos de la corriente que fluye a través del cuerpo humano que se utilizará para definir los requisitos de seguridad eléctrica.

Esta Norma muestra, en un diagrama tiempo-corriente, cuatro zonas con las que se han relacionado los efectos fisiológicos de la corriente alterna (15 – 100 Hz) que atraviesa el cuerpo humano.

En la zona 2 no tendremos daños fisiológicos dañinos, por lo que es la zona donde debiese estar proyectado los dispositivos destinados a la protección de la vida humana.
La curva C1 muestra que cuando una corriente es superior a 30 mA y pasa a través del cuerpo humano a través de una mano a los pies, es probable que la persona muera, a menos que la corriente se interrumpa en un tiempo relativamente corto.
El punto 500ms/100mA próximo a la curva C1 corresponde a una probabilidad de fibrilación cardíaca igual al 0,14%

La IEC 61008 y 61009 establecen los tiempos de disparo en relación con el tipo de RCD y el IΔn.
Los RCD selectivos tienen una acción de disparo retardado y se instalan aguas arriba de otros interruptores rápidos operados por corriente residual para garantizar la selectividad y limitar la salida de energía solo a la parte del sistema afectada por una falla. El tiempo de disparo no es ajustable. Se establece de acuerdo con un tiempo predeterminado: característica de corriente con un retardo intrínseco para pequeñas corrientes, que tiende a desaparecer a medida que aumenta la corriente.

Los tiempos de disparo máximos indicados también son válidos para el RCD tipo A, pero incrementando los valores de corriente en un factor de 1,4 para los RCD con IΔn>0.01 A y de factor 2 para el RCD con IΔn ≤0.01
La gama de RCD de ABB también incluye dispositivos APR (anti-perturbación) que se disparan de acuerdo con los tiempos límite permitidos por las Normas para RCD instantáneos. Esta función se debe al ligero retardo de disparo (aprox. 10 ms) con respecto a los instantáneos estándar.

8. Las causas típicas de disparo no deseado del RCD pueden ser:
• Presencia de corriente de fuga con valor bajo, pero con alto nivel de armónicos o alta frecuencia;
• Presencia de corrientes impulsivas transitorias (Ej. provocadas por la apertura y cierre de cargas capacitivas o inductivas).
• Sobretensiones provocadas por rayos.
• Corrientes impulsivas transitorias agregadas a corrientes de fuga permanentes ya presentes (Ej. causadas por dispositivos electrónicos).
• Según IEC/TR 62350 (“Guía para el uso correcto de dispositivos de protección operados por corriente residual (RCD) para el hogar y similares”), las soluciones recomendadas son:
• Solución de “instalación”: dividir la instalación en varios circuitos diferentes, cada uno de ellos protegido por un RCD.
• Solución de “producto”: seleccione RCD que sean más resistentes a disparos no deseados.

9. ¿Cuál es la diferencia entre el Tipo A y Tipo A A-PR?
• El Tipo A es un diferencial del tipo instantáneo (@30mA de 30-35ms); El APR tiene un retardo de disparo (@30mA de 100-120ms)
• Mejor resistencia a las sobretensiones, armónicos y a impulsos de corriente.
• El gráfico muestra la comparación de las curvas de disparo cualitativas para:
• Un RCD instantáneo de 30 mA
• Un diferencial instantáneo APR de 30 mA
• Un RCD selectivo de 300 mA (tipo S)

Desde el punto de vista del estándar se debe hacer la referencia a los Tipo A y cumplir estos requerimientos como base.

i. Valores típicos de corriente de fuga a tierra de dispositivos electrónicos. Según IEC62350, se recomienda que la corriente de fuga permanente no supere los 0,3 IΔn del RCD de protección

• La suma de la corriente de fuga a tierra producida por estos dispositivos electrónicos (incluso considerando un factor de contemporaneidad), podría exceder la corriente residual no operativa Idn de un RCD (que se fija en 0,5 Idn)
• Con estos valores podemos tener una idea clara del número de cargas específicas que se pueden conectar a cada RCD para dimensionar de mejor forma.

ii. IEC61008/9 clasifica a los disparos no deseados como:
• RCD con resistencia normal a disparos no deseados (tipo general = instantáneo)
• RCD con mayor resistencia a disparos no deseados (tipo selectivo). No hay más tipos, como les había adelantado antes.
iii. Hay dos pruebas para los disparos no deseados:
• Onda de corriente de 0,5us/100kHz (para probar la capacidad de los RCD para resistir el encendido/apagado).
• Impulso de sobre corriente de 8/20us (para probar la capacidad de los RCD para resistir las descargas atmosféricas). Esta prueba simula la presencia de un rayo indirecto porque pueden dispararse también en caso de corrientes con valores bajos. Para esta prueba hay solo dos valores en el estándar:
• Valor peak de 250A para dispositivos instantáneos (Caso Tipo AC y Tipo A)
• Valor peak de 3000A para los dispositivos selectivos (Caso APR u otros)

10. ¿Qué significa la ruptura de 1kA o capacidad nominal de ruptura residual IΔm=Im?
• Im [Capacidad nominal de cierre y de corte]: es la capacidad del RCCB para hacer y transportar durante un tiempo específico y cortar corrientes de cortocircuito.
• Idm [Capacidad residual nominal de cierre y corte]: es la capacidad del RCCB para hacer, transportar durante un tiempo especificado y cortar las corrientes residuales de cortocircuito.
• No tiene nada que ver con la prueba bajo el peak de onda 8/20

11. ¿Qué significa la ruptura de 10kA o 6kA o corriente de cortocircuito condicional nominal IΔc=Ic?
• Inc [corriente de cortocircuito condicional nominal]: es el valor de corriente que un RCCB, protegido por un dispositivo de protección contra cortocircuitos, puede soportar en condiciones específicas (sin perder sus funciones).
• IΔc [corriente de cortocircuito residual condicional nominal]: es el valor de la corriente residual que un interruptor diferencial, protegido por un dispositivo de protección contra cortocircuitos, puede soportar en condiciones específicas (sin perder sus funciones). Inc e IΔc son asignados por el fabricante.

Coordinación de un RCD con un MCB

Los valores de Inc/IΔc según IEC/EN 61008 está relacionado con un dispositivo de protección contra cortocircuitos (SCPD).
Por lo general, para estos SCPD se considera un fusible debido a que la capacidad de corte y la limitación de un fusible no está vinculada a una marca, por lo que es posible coordinar los RCD con el fusible disponible en el mercado, independientemente de su marca.
La coordinación entre RCD y MCB debe probarse en laboratorio porque se debe verificar que el dispositivo de protección contra cortocircuitos utilizado proteja el RCD de los efectos de alta corriente que surgen en condiciones de cortocircuito.
La norma de producto IEC/EN 61008 proporciona algunas pruebas para verificar el comportamiento de los interruptores diferenciales en condiciones de cortocircuito. Los valores de Inc e IΔc deben estar relacionados con el tipo de SCPD para probar estos valores y su corriente nominal: los interruptores automáticos de la serie F200 han sido probado con un SCPD (un fusible) con corriente nominal de 100 A (Inc = 10 kA) y esta indicación se encuentra en la etiqueta del frente del F200

¿Qué ofrece ABB además? Tablas de coordinación
ABB suministra tablas con la corriente máxima de cortocircuito (kA) para la que los interruptores diferenciales resultan protegidos gracias a la coordinación con los interruptores automáticos instalados aguas arriba o aguas abajo.
Las pruebas se han realizado con SCPD con una corriente nominal (protección térmica) menor o igual a la corriente nominal del RCD asociado.

De acuerdo con el estándar, el interruptor debe estar marcado como:
1. Tensión nominal de funcionamiento (Ue): es el valor de la tensión, asignado por ABB, al que se refiere su rendimiento.
2. Corriente nominal (In): el valor de la corriente, asignado por ABB, que el RCCB puede transportar en servicio ininterrumpido.
3. Corriente de operación residual nominal (IΔn): el valor de la corriente de operación residual asignado al RCCB, al cual el RCCB funcionará bajo condiciones específicas.
4. Frecuencia nominal: la frecuencia nominal de un RCCB es la frecuencia de potencia para la que está diseñado el RCCB y a la que corresponden los valores de las demás características.
5. Capacidad nominal de cierre y de corte: es la capacidad del RCCB para hacer y transportar durante un tiempo específico y cortar corrientes de cortocircuito

Más información www.abb.com

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