Consideremos el transformador trifásico con el secundario en estrella, como
se muestra en la Fig.1. El
neutro del transformador está puesto a tierra por la Distribuidora de
electricidad. Los usuarios monofásicos reciben en sus domicilios línea y neutro,
con 220V entre ambos cables.
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Fig.1 – Secundario del transformador de
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Ahora supongamos que uno de los usuarios monofásicos tuvo un problema: por
una falla en su heladera, el gabinete de ella ha quedado internamente conectada
a 220V en forma directa. El hombre, que no es adivino, no se enteró, porque no
tiene ninguna protección en su instalación más que la puesta a tierra, con un
valor de resistencia a tierra bien bajo. No tiene interruptor diferencial, ni
interruptor termo magnético, ni fusible, ni nada en absoluto, salvo la puesta a
tierra. Entonces se acercó a su heladera y se apoyó sobre ella. Esta situación
la podemos esquematizar como se indica en la Fig.2 , donde hemos incorporado todos los
elementos que intervienen sin ningún tipo de simplificación.
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Fig.2 – Incidente eléctrico. La puesta a tierra de la instalación, Rt, es
la única protección incluída.
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Aplicando la ley de Ohm en la Fig.2, tenemos:
220V= I Rn+ I {[Rt (Rc+Rct)]
/ [ Rt +( Rc+Rct)]}
Despejando la corriente:
220
I = --------------------------------------------------------
Rn+
{ [ Rt .( Rc+Rct)] / [ Rt +( Rc+Rct)] }
La tensión aplicada al cuerpo humano será:
220
{ [ Rt .( Rc+Rct)] / [ Rt +( Rc+Rct)] }
Vc = -------------------------------------------------------------------- (1)
Rn+ { [ Rt .(
Rc+Rct)] / [ Rt +( Rc+Rct)] }
La corriente que circulará por el cuerpo humano, será:
220 { [ Rt .(
Rc+Rct)] / [ Rt +( Rc+Rct)] } 1
I c = Vc / Rc =
--------------------------------------------------------- x
---------- (2)
Rn+
{ [ Rt .( Rc+Rct)] / [ Rt +( Rc+Rct)] } Rc
Vamos a ponerles valores a los distintos componentes del circuito para
calcular la tensión con la (1) y la
corriente con la (2) sobre el cuerpo
humano, suponiendo que no tenemos instalado el interruptor diferencial, ni la
llave térmomagnética, ni fusibles. La única protección es la puesta a tierra:
Rn = 1Ω
Rt = 5 Ω
Rc = 1.000 Ω
Rct = 100 Ω
Obtenemos:
Vc = 183 V
Vc = 183 V
I c = 183 mA
Veamos ahora en la Tabla siguiente el efecto de esta corriente
circulando por el cuerpo humano:
Tetanización: movimiento incontrolado
de los músculos debido a la acción de la corriente eléctrica, con pérdida de
control generalmente de brazos y piernas. - Asfixia: si el centro nervioso que
regula la respiración se ve afectado por la corriente, puede llegar a
producirse un paro respiratorio. - Quemaduras: el pasaje de la corriente por el
cuerpo humando es acompañado de disipación de calor por efecto joule,
produciendo quemaduras internas y externas. - Fibrilación ventricular: en cardiología se denomina “fibrilación” a
una sucesión de contracciones rápidas y desordenadas de las fibras del
miocardio, cuando la fibrilación afecta a los ventrículos es rápidamente
mortal. En la mayoría de los accidentes eléctricos fatales, la muerte del
afectado se produce por esta causa. La fibrilación ventricular se desencadena
cuando una corriente de amplitud suficiente excita las fibras de los
ventrículos durante la fracción del ciclo cardíaco en la que se produce la
relajación del miocardio. Este período de relajación se denomina “período
vulnerable” y abarca una fracción relativamente pequeña del ciclo cardíaco
(entre un 10 y 20%). - Otros efectos: efectos fisiológicos tales como las
contracciones musculares, dificultades de respiración, incremento en la presión
arterial, perturbaciones en la formación y propagación de los impulsos en el
corazón, incluida la fibrilación auricular y paros cardíacos temporales. Estos
efectos usualmente no son mortales y son reversibles.
Es evidente que en las condiciones supuestas, con una
buena puesta a tierra como única protección, la persona de la Fig. 2 no la va a pasar muy
bien, sobre todo si su estado físico no es muy bueno.
Ud puede aplicar las ecuaciones (1) y (2) para diferentes valores de los parámetros en juego y analizar el resultado sobre el cuerpo humano.
Ud puede aplicar las ecuaciones (1) y (2) para diferentes valores de los parámetros en juego y analizar el resultado sobre el cuerpo humano.
Por ejemplo, si la puesta a tierra de la instalación no
existiera:
I c = 220V / (Rc
+ Rct +Rn) = 220/ (1000+100+1) = 200mA
Vc = 200V
Vemos que la situación para la persona de la Fig.2 empeora.
Le advierto que en las distintas tablas va a encontrar
ligeras diferencias en las consecuencias de la corriente sobre el cuerpo
humano, ya que es de suponer que ninguno de los autores de ellas ha matado
personas para confeccionarlas. No obstante hay coincidencia en los aspectos
fundamentales.
Entonces hay que agregar un interruptor diferencial para
que, actuando en conjunto con la puesta a tierra, corte el suministro de tensión
a la entrada de la instalación monofásica y nos salve la vida de las personas.
Como veremos enseguida, hacen falta ambas cosas.
Veamos
ahora una animación, para entender como funciona un interruptor diferencial. En
la Argentina ,
al interruptor diferencial le suelen llamar “disyuntor” y en EEUU “Ground-Fault
Circuit Interrupters” (GFCI).
Cuando la corriente de entrada a la instalación es igual
a la corriente de salida, los flujos magnéticos que ellas producen sobre el
toroide son iguales y de sentido contrario. Por lo tanto el flujo resultante es
nulo dentro de la bobina de detección y la tensión inducida en ella es cero, no
accionándose el electroimán y permaneciendo cerrados los contactos del
dispositivo. |
Fig.3 – Animación que muestra el principio de
funcionamiento de un interruptor diferencial
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Cuando se produce una conexión a tierra de la carga, las corrientes de entrada y salida del dispositivo dejan de ser iguales, aparece un flujo resultante en el toroide y se acciona el electroimán, abriendo los contactos y dejando a la instalación sin suministro de energía eléctrica.
Se recomienda usar interruptores diferenciales que corten
cuando la diferencia entre las corrientes de entrada y salida sea de 30 mA, que lo hagan a los 200 mseg
y que dispongan de botón de prueba.
¿Qué ocurriría
si tuviéramos instalado el protector diferencial y no existiera puesta a tierra en la instalacíon?
Lo que ocurriría es que al quedar conectada la heladera a 220V, el
protector diferencial no actuaría desconectando el suministro, hasta que el
hombre de la Fig.2
la toque y la conecte a tierra, recibiendo en su cuerpo los 30mA durante 200 mseg, que necesita el interruptor
para actuar. En efecto, el interruptor diferencial para actuar necesita que las
corrientes de entrada y salida sean diferentes y para que esto ocurra, debe
existir una pérdida de corriente a tierra en la instalación. Si no existe la
puesta a tierra, la heladera va a quedar aislada de tierra y no se va a
conectar a ella hasta que el hombre de la Fig.2 la toque y la conecte a tierra a través de
su cuerpo. Esta “patada” que va a recibir, de 30 mA, no lo va a matar, por lo
general, si está en buen estado físico, pero seguramente no va a experimentar
un placer al recibirla y según la tabla, tampoco va a resultar muy favorable.
Si la instalación tiene puesta a tierra, aunque su valor en ohms no sea muy
bajo, va a hacer que el interruptor diferencial actúe antes de que el hombre
toque la heladera, cortando la energía eléctrica de la instalación.
Conclusión: Las instalaciones eléctricas deben
contar con puesta a tierra e interruptor diferencial, ya que ambos se
complementan.
Aquellos que dicen que teniendo instalado el protector
diferencial, no es necesaria la instalación de tierra, tienen razón, pero hay
que avisarles que para que ella actúe van a tener que actuar ellos como tierra
y hasta que no lo hagan, van a tener la puerta de su heladera con 220V. Si están
dispuestos a recibir una “patada”, no tendrán problemas. No obstante, hay que
recomendarles que miren las tablas de los efectos de la corriente eléctrica
sobre el cuerpo de las personas.
Los parámetros principales que hay que tener en cuenta
para seleccionar un interruptor diferencial son:
Corriente
nominal: llamada In por
las normas IEC.
Tensión
nominal: Vn
Sensibilidad:
llamada IΔn por las Normas
IEC. Es la diferencia en el valor de las corrientes de entrada y salida en que
actuará el dispositivo.
Valor mínimo de
la diferencia de corrientes de entrada y salida de no actuación: debe ser 0,5 IΔn, según lo admitido por las normas. O sea que si elegimos una sensibilidad
de 30mA, el valor de corte podrá actuar entre 15 y 30mA.
Tiempo de
actuación: normalmente viene indicado con una curva que da el tiempo de actuación en
función de la relación entre la corriente de fuga del defecto Id y la sensibilidad IΔn (Id/ IΔn).
Los interruptores diferenciales tienen como misión cortar el suministro
ante una pérdida a tierra en la carga y no actuar ante un cortocircuito entre
fase y neutro, de modo que siempre
deberán ir acompañadas por un interruptor termomagnético, que cumpla la función
de corte en ese caso y que proteja al interruptor diferencial.
Los interruptores diferenciales no protegen a quien tome con una mano un
cable de fase y con la otra un cable de neutro.
Referencias:
Buenas tardes mi nombre es Victor, las consultas serian en las Fig N°1-2
ResponderEliminarLa puesta a tierra del Neutro es mas para una proteccion de la empresa prestataria de energia?
Las PAT Ra y Rn deberian estar separada una distancia de X Mts.?
Tambien en la Fig N°2 la alimentacion ( 220 Vca )no entiendo el dibujo del Neutro como una PAT Rn
Gracias