Protección contra contactos indirectos.

Transcripción

1 Protección contra contactos indirectos. Tipos de protección de contactos indirectos Todos los componentes eléctricos deben estar protegos contra el peligro de contacto con las partes metálicas accesibles, normalmente no energizadas, pero que pueden tener un potencial peligroso después de una falla o deterioro del. Esta protección se puede clasificar en dos tipos: Protección pasiva: sin la interrupción automática de la alimentación y sin puesta a tierra, si las condiciones del componente o de la persona hacen que la falla no sea peligrosa. Protección activa: actúa a través de la interrupción automática de la alimentación, mediante los aparatos de protección de sobrecorriente ó diferencial. La protección total contra los contactos indirectos se puede hacer mediante el de las partes activas, dejando sin posibilad de remover el mismo ó mediante cubiertas y barreras que aseguren un grado adecuado de protección. En ambientes especiales está permito tener una protección parcial contra los contactos indirectos, colocando barreras, obstáculos ó estableciendo distancias que impan el contacto accental con las partes energizadas. Además, está prevista la instalación de la protección activa mediante interruptores diferenciales con corriente diferencial nominal no superior a 30 ma. Protección pasiva mediante la separación eléctrica Para garantizar la protección contra los contactos, se recurre a circuitos en los cuales las partes activas son alimentadas por un circuito eléctrico perfectamente aislado de tierra. En estas instalaciones no es posible cerrar el circuito a través del contacto mano - pie de una persona y por eso no se pueden presentar situaciones reales de peligro. Este tipo de protección se puede hacer empleando transformadores de segurad () y líneas de longitud limitada. Protección pasiva en instalaciones de segurad, de muy baja tensión. En este caso la protección está garantizada cuando las partes activas son alimentadas por tensiones no superiores a 50 V, adoptando además las medas para impedir el contacto accental entre los circuitos a tensión muy baja. En algunos casos especiales está permita la protección mediante partes no conductoras o conexiones equipotenciales locales no conectadas a tierra. GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE INTERRUPTORES 37

2 T Protección contra contactos indirectos. Tipos de protección de contactos indirectos Protección pasiva mediante doble o reforzado. Todos los componentes eléctricos tiene partes activas, aisladas de las partes accesibles, además del funcional también presentan un suplementario que hace prácticamente imposible el incente. Estos componentes están definos como de clase II. La conexión del armario al conductor de protección, está prohibo. Símbolo gráfico equipo con doble envolvente metálico parcial principal suplementario Protección activa mediante la interrupción de la alimentación. La protección mediante la interrupción automática de la alimentación se requiere cuando a causa de una falla, se pueden presentar sobre las cubiertas, tensiones de contacto de valor y duración que puedan volverse peligrosas para las personas. La norma IEC 364, consera peligrosa las tensiones de contacto y de paso superiores a 50 VCA para los casos ordinarios y de 25 VCA para los casos especiales. Si las tensiones de contacto o de paso son superiores a estos dos valores es necesario interrumpirlas en tiempos muy rápos, con el propósito de evitar daños fisiológicos a las personas, como los que están definos en la norma IEC En estos casos es necesario escoger los dispositivos de interrupción y de protección automáticos que tengan las características de operación para garantizar un nivel adecuado de segurad. Las normas no ponen un límite en la selección de los dispositivos de protección empleados, que pueden ser del tipo térmico (fusibles), termomagnéticos (interruptores termomagnéticos) ó diferenciales (interruptores diferenciales), pero que tengan los requisitos de protección requeros. Vale la pena recordar que los interruptores diferenciales con la sensibilad adecuada son los aparatos más empleados para una protección eficaz contra los contactos indirectos, aunque no están excluos otro tipo de dispositivos. Hoy se sabe que ningún dispositivo de sobrecorriente es capaz de medir la corriente de falla a tierra de bajo valor y de interrumpirla antes de que ocasionen incendios para escoger el aparato que debe emplearse, es necesario conocer las características de tiempocorriente, donde se indique cuántos segundos o fracciones de segundo un determinado valor de tensión de contacto se puede soportar. Para determinar esta característica es indispensable analizar los efectos que provoca la corriente al pasar por el cuerpo humano, como se establece en la norma IEC La característica define 4 zonas de peligro en función del valor de la corriente que circula en un cuerpo humano, durante un tiempo determinado. I n 30 t(ms) ,2 0, I (ma) Zona 1. Ninguna reacción al pasar la corriente. Zona 2. Habitualmente ningún efecto fisiológico peligroso. Zona 3. Habitualmente ningún daño orgánico. Probabilad de contracción muscular y dificultad para respirar; disturbios reversibles en la formación y conducción de impulsos en el corazón, inclusive fibrilaciones ventriculares, que aumentan con la intensad de la corriente y el tiempo. Zona 4. Además de los efectos descritos para la zona 3, la probabilad de fibrilaciones ventriculares puede aumentar hasta el 50%. Se pueden tener efectos fisiológicos como el paro cardio-respiratorio y graves quemaduras. Analizando las curvas de segurad, se deduce que los interruptores diferenciales con rango de operación de 30 ma ofrecen un excelente nivel de protección contra contactos indirectos y son preferos sobre otros dispositivos de protección. 38 GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE INTERRUPTORES

3 Protección contra contactos indirectos en los sistemas TT. En los sistemas TT, una falla entre fase y tierra provoca una corriente de falla que afecta la red de tierras del usuario y la del suministrador de energía eléctrica. Tal corriente está en función de la impedancia del circuito de falla RA que es la suma de las resistencias de tierra Rn y. La protección contra contactos indirectos por medio de la interrupción automática de la alimentación en las instalaciones tipo TT, se hace empleando interruptores termomagnéticos o diferenciales, satisfaciendo las siguientes condiciones: Interruptor termomagnético: RA 50/Ia Interruptor diferencial: RA 50/I n donde: RA es la suma de las resistencias a tierra de los conductores y de los electrodos, de puesta a tierra (Rn+) Ia es la corriente (A) que provoca el disparo automático del interruptor termomagnético dentro de 5 segundos. El interruptor diferencial detecta directamente la corriente de dispersión a tierra con la diferencia entre las corrientes totales que circulan en los conductores activos. La corriente de operación (Ia = 50V/) que se introduce en la condición de coordinación se entifica como la corriente nominal diferencial (I n = 50V/) cuando el tiempo de operación no supera 1 segundo. Las condiciones de coordinación están indicadas en la siguiente tabla. I n (A) RA(ohms) Protección con interruptor diferencial I n Es la corriente diferencial nominal (A) del interruptor diferencial. 50 Es el valor de la tensión de contacto (V) de segurad para los casos ordinarios (25V para los casos especiales, agrícolas, de zootecnia, etc.) Puesto que en los sistemas de distribución del tipo TT es difícil encontrar con terrenos de calad y superficie suficiente para tener resistencias de la red de tierras inferiores a 1 ohm; la coordinación resulta imposible con interruptores con In > 10A. Este tipo de protección es por tanto, solamente teórica y se debe recurrir a la protección mediante dispositivos diferenciales. Para una protección eficaz, la misma norma recomienda el empleo de interruptores diferenciales que no necesitan de conseraciones sobre la resistencia del dispersor, que debe ser bajísima y constante todo el tiempo. Protección con interruptor termomagnético RA = + RPE condición de interrupción de la alimentación I n 50 RA I n RPE t 5s RA = +RPE RPE condición de interrupción de la alimentación Ia 50 RA 4,5 In GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE INTERRUPTORES 39

4 Protección contra contactos indirectos en los sistemas TN En un sistema TN existen tantos puntos de falla, como masas susceptibles de tener tensión. Durante el proyecto es necesario calcular el circuito de mayor impedancia Zs, tomando en conseración la impedancia equivalente del transformador con sus componentes (XE y RE), la impedancia de los conductores de fase (XL y RL) y la impedancia del conductor de tierra PE (XPE y RPE). Una falla en el lado de baja tensión, es comparable a un corto circuito que se cierra en el centro de la estrella del transformador a través de los conductores de fase y de tierra. En este caso es necesario emplear una protección adecuada de modo que se satisfagan las siguientes condiciones: L1 L2 L3 N PE Condición de protección Ia U0/Zs Donde: U0 es la tensión nominal a tierra (de lado de baja tensión) de la instalación. Zs es la impedancia total más alta. Ia es la corriente (A) que provoca el disparo automático del dispositivo de protección en los tiempos que se indican a continuación. Tiempo de interrupción en función de V0 V0(V) >400 T(s) Las normas IEC contemplan 4 casos aceptables de interrupción de la falla a diferentes tiempos, no superiores a 5 segundos. Los 4 casos particulares son: 1 Circuitos de distribución que comprende los conductores, tableros y equipos de protección y maniobra. 2 Circuitos finales que conectan cargas fijas, cuando el circuito de distribución o al tablero del área que los alimenta, no son circuitos principales destinados a cargas movibles. 3 Circuitos finales, que conectan cargas fijas, no conserados en las condiciones indicadas en el punto 2, porque la tensión a tierra que los alimenta no supere 50V, en las condiciones de falla más graves. 4 Circuitos terminales que alimentan equipos de consumo fijos, no conserados en las condiciones de los puntos 2 y 3, porque todas las masas extrañas presentes están conectadas de manera equipotencial; las conexiones equipotenciales suplementarias, utilizadas para este fin deben ser de dimensiones como si fueran conexiones equipotenciales principales (S>6mm2). Para calcular la impedancia del circuito de falla, se propone la siguiente fórmula: Zs = (RE+RL+RPE) 2 + (XE+XL+XPE) 2 En caso de que las condiciones de protección no fuesen satisfechas con el empleo de interruptores termomagnéticos es necesario recurrir a interruptores diferenciales. El empleo de dispositivos diferenciales satisface generalmente las condiciones de protección y no se requiere el cálculo de la impedancia total de la instalación Zs. Los interruptores diferenciales no presentan ningún problema de coordinación ya que para una I n elevada (3A), admiten impedancias del circuito de falla del orden de varias decenas de ohm (76), que no se alcanzan nunca. Para evitar disparos no necesarios de los diferenciales conviene instalar en el circuito de distribución equipos ajustables, ajustando a la máxima corriente nominal diferencial y al máximo tiempo de retardo; sobre los circuitos terminales instalar aparatos instantáneos con la máxima sensibilad permita. Verificar siempre que la capacad interruptiva diferencial no sea inferior a la corriente de falla prevista (U0/Zs). Más adelante se muestra una tabla que indica las condiciones de coordinación para una protección adecuada empleando interruptores termomagnéticos BTicino en circuitos con U0 = 220V. Interr Btdin In(A) Zs(mohm) Interr Megatiker In(A) Zs(mohm) GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE INTERRUPTORES

5 Protección contra contactos indirectos en el sistema IT. En el sistema de distribución IT, el neutro está aislado de tierra (o está conectado a través de una impedancia de alto valor) y las masas metálicas están conectadas directamente a tierra. En caso de falla de una masa, la corriente de falla regresa a tierra a través de la capacad de los conductores de tierra que esten en buen estado. Esta corriente de falla no alcanza valores peligrosos. Uo Neutro distribuo L1 L2 L3 N A la primera falla, las normas no requieren el disparo de los dispositivos de protección, sin embargo en la segunda falla es indispensable que las protecciones operen rápamente dentro de los tiempos indicados en la siguiente tabla. Ri C Control del Tiempo de interrupción (s) Tensión (V) Neutro no distribuo Neutro distribuo 120/ / / / Aunque no se requiere la operación de los dispositivos de protección a la primera falla, es necesario contar con dispositivos de señalización de funcionamiento continuo, capaces de advertir el estado del de la instalación y señalar la falla a tierra de las fases o del neutro (neutro distribuo). Los dispositivos de protección usados en las instalaciones tipo IT, son los interruptores de protección por sobrecorriente o dispositivos diferenciales. En caso de emplear los interruptores diferenciales se requieren aparatos con una corriente diferencial de no disparo al menos igual a la corriente prevista para una 1ª falla a tierra. Esta condición es necesaria para garantizar la máxima continuad de servicio. Las condiciones de protección que deben respetarse para la coordinación de las protecciones del sistema IT son: x I < UL donde: es la resistencia del sistema de tierra (ohms) ID es la corriente de falla para la primera falla, de impedancia despreciable entre el conductor de fase y la masa. UL es la tensión límite de contacto, 50V para ambientes ordinarios y de 25V para ambientes especiales. En función de cómo se conecten las masas, todas conectados entre sí y a un mismo punto o conectados indivualmente a electrodos de puesta a tierra, a la primera falla a tierra, el sistema IT se transforma en un sistema TN ó TT. En consecuencia para la protección contra contactos indirectos deben tomarse en cuenta las conseraciones, para estos dos tipos de sistemas. PE GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE INTERRUPTORES 41

6 Protección contra contactos indirectos en el sistema IT Conexión de las masas a un mismo punto. Si en un sistema IT las masas de los equipos del usuario se conectan a un mismo punto, como está ilustrado en la figura. La segunda falla a tierra debe conserarse y tratarse como una falla en un sistema TN. En este tipo de instalación es posible emplear interruptores de protección de sobrecorriente (termomagnéticos ó electrónicos) con tal que se respeten las condiciones de coordinación: Ia < U/2Zs (instalaciones con neutro no distribuo) Ia < U0/2Z s (instalaciones con neutro distribuo) Donde: Ia es la corriente de disparo. U es la tensión de fase a fase. U0 es la tensión de fase. Zs es la impedancia del sistema de tierras, formada por el conductor de fase y el conductor PE. Z s es la impedancia del sistema de tierras,formada por el conductor del neutro y el conductor PE. Neutro no distribuo Ri U C Control del PE L1 L2 L3 El empleo de los dispositivos diferenciales no presenta ningún problema de coordinación. La norma IEC 364 recomienda no distribuir el neutro por motivos de segurad. Conexión indivual de las masas de los equipos. Si las masas de los equipos son conectados indivualmente a electrodos de puesta a tierra locales, como está ilustrado en la figura; la segunda falla a tierra debe ser conserada y tratada como una falla en un sistema TT. Uo Puesta a tierra indivual por equipo La condición de coordinación que debe respetarse en la segunda falla es: Ri C Control del Ia 50/Rt El empleo de dispositivos de protección diferencial no presenta problemas de coordinación en este tipo de instalaciones y son indispensables para la interrupción de la segunda falla. Esta solución es un poco cara, no se aconseja en las normas y se limita a casos muy especiales. 42 GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE INTERRUPTORES