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Cuadro general de protección - Contenido educativo
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Vamos a ver qué es el cuadro general de protección y cómo funcionan los elementos que lo componen.
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En un cuadro general de protección típico tenemos por un lado el interruptor de control de potencia ICP,
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que es un interruptor magnetotérmico y que debe ir en una caja precintada.
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El segundo elemento, que sólo está en las instalaciones más recientes, es el interruptor general automático,
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que también es un magnetotérmico.
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El tercer elemento es el interruptor diferencial, que normalmente es un interruptor general, pero que en viviendas de electrificación elevada puede haber más de uno.
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Y finalmente tenemos unos cuantos pequeños interruptores automáticos, PIA, que son los magnetotérmicos que protegen cada una de las líneas de la instalación.
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A continuación vamos a ver para qué sirve cada uno de estos elementos.
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El interruptor automático magnetotérmico protege contra las sobrecargas y los cortocircuitos y se utiliza en lugar de los fusibles.
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El interruptor diferencial protege contra derivaciones y fugas a tierra.
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Y aunque no esté diseñado para ello, también protege contra el contacto de las personas con los circuitos eléctricos.
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Vamos a ver qué es una sobrecarga.
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Decimos que hay una sobrecarga cuando circula una corriente superior a la que admite el circuito.
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Las posibles causas son la conexión de más aparatos de los que toleran la instalación,
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el arranque de motores de potencia y otros elementos,
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la sobrecarga mecánica en motores y las averías en aparatos que están conectados.
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Como consecuencia de la sobrecarga, los cables y otros elementos del circuito se pueden quemar.
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Así pues, es necesario desconectarlo.
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Habrá que desconectarlo más deprisa cuanto mayor sea la corriente que está circulando.
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Veamos ahora lo que es un cortocircuito.
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En un cortocircuito circula una corriente muy fuerte a causa de que dos hilos de la instalación entran en contacto.
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Como consecuencia, los cables, interruptores y otros elementos del circuito se ven sometidos
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a importantes fuerzas que tienden a romperlos.
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Por otro lado, la fuerte corriente da lugar a rápidos calentamientos de los cables y
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otros elementos que pueden quemarlos.
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Así pues, el cortocircuito debe desconectarse inmediatamente.
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Finalmente, veamos lo que es una fuga a tierra.
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Uno de los bornes, en principio el neutro, de los generadores y transformadores acostumbra
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conectarse a tierra para poder así tener referidas las tensiones de los demás puntos
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con respecto a tierra. La puesta a tierra se realiza clavando o enterrando conductores
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en el terreno. Si uno de los conductores de la instalación entra en contacto con el suelo,
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las paredes o el terreno, circulará corriente por estos en dirección al transformador o
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al generador. Esta circulación de corriente puede ser debida a un fallo de aislamiento
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en cables o aparatos o bien al contacto de personas o animales con partes activas de
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la instalación. Las consecuencias de las fugas a tierra pueden ser incendios, la corrosión
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de elementos metálicos enterrados o empotrados y también el riesgo para la vida cuando son
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las personas o los animales los que están dejando pasar la corriente.
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Una vez vistos los diferentes defectos en una instalación, vamos a ver los medios de
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protección. Empecemos por los fusibles. Un fusible cilíndrico, por ejemplo, consta
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de un cilindro cerámico de cristal relleno de arena y con un par de capuchones terminales.
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Entre los dos terminales hay una cinta o lámina fusible que tiene unos estrechamientos distribuidos uniformemente.
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En caso de sobrecarga o cortocircuito, la cinta se fundirá por los estrechamientos y la arena contribuirá a dispersar el material fundido.
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Existen varias tipologías de fusibles.
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Hemos visto el cilíndrico con capuchones de presión y ahora vemos el cilíndrico con conexión por dos hilos.
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En el caso de los fusibles de cartucho, el diámetro del cuerpo y el diámetro de la cabeza son distintos para cada corriente nominal y aumentan con el valor de esta.
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De esta forma, no es posible sustituir el fusible por otro mayor.
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En la base del fusible hay una pequeña placa circular cuyo color nos señala la corriente nominal del fusible.
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Cuando el fusible funde, esta placa salta, indicando la fusión del fusible.
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En los fusibles de cuchillas, la conexión se hace por presión sobre las dos cuchillas extremas.
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En la parte frontal hay unos engarces en los que se puede acoplar un mango para poder sacar los fusibles cómodamente y sin riesgo.
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En este caso el indicador de fusión es un vástago que sale despedido hacia afuera
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y tiene fuerza suficiente para accionar unos contactos eléctricos que nos sirvan de indicación o incluso nos paren la máquina.
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Veamos ahora cómo funciona un magneto térmico.
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En cada polo del magneto térmico la corriente entra por un tornillo y sale por otro.
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Por el camino encuentra el contacto del interruptor, accionado por una pieza basculante, la bobina con su vástago que hace de núcleo y un bimetal que con un tornillo de regulación va a accionar la pieza basculante.
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El bimetal se encarga de la parte térmica del magneto térmico.
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Un bimetal son dos metales distintos soldados en toda su longitud.
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Cuando el bimetal se calienta, los dos metales se dilatan diferentemente.
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dado que están soldados no pueden alargarse uno más que el otro
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y lo que resulta es que el bimetal se dobla
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así pues en caso de sobrecarga el bimetal se calentará y se doblará
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y provocará la desconexión del interruptor más rápidamente cuanto mayor sea la corriente
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la parte magnética está compuesta por una bobina y un vástago que le hace de núcleo
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en funcionamiento normal la corriente de la bobina no es capaz de atraer al vástago
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en caso de cortocircuito la fuerte corriente provoca una fuerza de atracción suficiente
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para atraer al vástago bruscamente
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lo que provoca la desconexión instantánea del interruptor.
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Observemos las distintas piezas en un interruptor real.
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Tenemos la entrada, la salida, los contactos fijo y móvil, la bobina con el vástago, el bimetal y el tornillo de regulación.
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Y podemos ver cómo cambia la posición del contacto móvil al conectar el interruptor.
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Hemos visto los elementos en un interruptor de pequeña corriente.
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Al aumentar la corriente nominal aparecen nuevos elementos, las láminas apagachispas y los reductores de arco.
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El tiempo que tarda, en función de la intensidad, la parte térmica del magneto térmico a desconectar es una curva parabólica debido al calentamiento del bimetal.
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Fijémonos que el eje horizontal de la curva está en valor relativo a la corriente.
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De esta forma, la misma curva sirve para cualquier corriente nominal.
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Con la corriente nominal, el magneto térmico no debe desconectar, es decir, el tiempo de desconexión debe ser infinito.
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La curva de la parte magnética es una recta ligeramente inclinada que corresponde al funcionamiento de la bobina.
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Hay distintas curvas de interruptores magnetotérmicos.
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La más típica es la curva C, que es la que se instala como pía y como interruptor general automático en la mayoría de los casos,
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y cuyo disparo magnético empieza alrededor de 4 a 8 veces la corriente nominal.
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Si interesa mayor protección contra cortocircuitos, se utiliza la curva B,
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cuyo disparo magnético empieza entre 2,6 y 3,85 veces la corriente nominal.
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Las curvas B y C no son adecuadas para proteger líneas que tienen motores potentes,
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ya que el arranque de los motores puede hacer saltar el magneto térmico.
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En estos casos se utiliza la curva D, cuyo disparo magnético empieza entre 10 y 14 veces la corriente nominal.
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Finalmente, como interruptor de control de potencia, se utiliza la curva ICP.
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En esta curva, para la misma corriente, el disparo es mucho más rápido.
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Así se garantiza que no se consume más potencia que la que se tiene contratada
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Las curvas que nos da el fabricante para un magnetotérmico real suelen ser dobles
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La curva real del magnetotérmico estará situada entre las dos curvas que nos dan
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Fijémonos que en sobrecargas pequeñas el tiempo de desconexión es de horas o minutos
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En sobrecargas fuertes es de segundos y en el caso de cortocircuitos es de milésimas de segundo
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La zona lenta de la curva corresponde a la parte térmica y la zona rápida corresponde a la parte magnética
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Vamos a ver la desconexión real de un magneto térmico en caso de cortocircuito
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Cuidado, el experimento que sigue se ha realizado en un laboratorio acondicionado
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Utilizando tensión reducida y corriente controlada
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Hacer este experimento en casa puede causarle lesiones
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Y puede dejar sin suministro eléctrico su vivienda y a las vecinas
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Vamos a provocar un cortocircuito
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Si lo hiciéramos con un pulsador normal, destruiríamos el pulsador
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Por eso, en lugar de un pulsador normal, utilizaremos un aparato como el de la figura
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que puede conectar y desconectar corrientes de cortocircuito.
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En el momento en que apretemos el pulsador negro,
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provocaremos el cortocircuito y el magneto térmico desconectará instantáneamente.
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Ahora vamos a ver cómo desconecta el magneto térmico en caso de sobrecarga.
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Atención, el experimento que sigue se ha realizado en un laboratorio acondicionado
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y utilizando corriente controlada.
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Hacer este experimento en casa puede causarle lesiones
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y puedes dejar sin suministro eléctrico su vivienda en las vecinas.
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Hemos tomado un magneto térmico de corriente nominal pequeña
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y a su salida hemos conectado un enchufe al que hemos enchufado un radiador eléctrico.
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Al poner en marcha el radiador, empezará a circular corriente y calentará el bimetal del térmico
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y al cabo de un tiempo este desconectará.
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En este caso la sobrecarga era muy fuerte para este magneto térmico
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que ha tardado unos 35 segundos a desconectar.
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Veamos ahora cómo funciona el interruptor diferencial.
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Se tiene un núcleo magnético por el que pasan todos los conductores de la instalación.
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Sobre este núcleo se ha enrollado una bobina conectada a un disparador.
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El disparador consta de un electroimán combinado con un imán.
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En funcionamiento normal, el imán mantiene cerrados los contactos del interruptor.
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Cuando circula corriente por la bobina del electroimán, se contrarresta el flujo magnético del imán y se produce la abertura de los contactos.
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Veamos cómo funciona.
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Cerramos el interruptor y circulará corriente por los cables principales.
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Como la corriente de los dos cables es igual y de signo contrario porque una entra y la otra sale,
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la corriente en la bobina de salida y en el disparador será cero.
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Si hay una fuga a tierra, la corriente en uno de los dos cables principales será mayor que la del otro.
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Por tanto, en este caso sí que aparecerá corriente en la bobina de salida y actuará el disparador.
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El interruptor diferencial es un dispositivo muy sensible cuya misión es proteger a las personas y a las instalaciones.
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Por tanto, es muy importante conocer su estado.
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Por ello, los interruptores diferenciales incorporan una resistencia con un pulsador que hace pasar una pequeña corriente por fuera del núcleo toroidal.
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Al apretar el pulsador, el interruptor debe desconectar.
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Así pues, es altamente recomendable probar periódicamente el diferencial pulsando este pulsador, por ejemplo una vez al mes, y comprobar que desconecta.
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Veamos por dentro un interruptor diferencial.
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Debajo de la primera tapa tenemos el disparador y el mecanismo que hace abrir el interruptor.
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El disparador es el elemento más delicado, por lo que va encerrado dentro de una pequeña caja.
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Si bajamos un nivel, encontramos los contactos del interruptor.
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En este caso se trata de un interruptor tetrapolar para instalaciones trifásicas con neutro.
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En el último nivel, encontramos la bobina y el núcleo, que también van protegidos, y la resistencia.
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Ahora vamos a ver la desconexión real de un diferencial.
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Atención, el experimento que sigue se ha realizado en un laboratorio acondicionado y utilizando corriente controlada.
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Hacer este experimento en casa puede causarle lesiones y puedes dejar sin suministro eléctrico su vivienda en las vecinas.
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A la salida del diferencial hemos conectado una bombilla que a través del pulsador vamos a conectar a tierra.
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Al apretar el pulsador circula corriente por la bombilla hacia tierra y el interruptor diferencial desconecta instantáneamente.
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- Autor/es:
- Oriol Boix
- Subido por:
- Antonio S.
- Licencia:
- Reconocimiento
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- Fecha:
- 23 de diciembre de 2020 - 10:34
- Visibilidad:
- Público
- Centro:
- IES ANTONIO MACHADO
- Duración:
- 11′ 46″
- Relación de aspecto:
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