Podemos dividir la protección de circuitos en elementos de protección y sistemas de protección.

Los elementos de protección (fusibles, magnetotérmicos, diferenciales...) se encargan de la salvaguardia de personas y bienes frente a perturbaciones de la instalación. Su función consiste en detectar la anomalía y dejar fuera de servicio lo más rápidamente posible la parte afectada.

Los sistemas de protección se encargan de prevenir accidentes eléctricos eliminando los contactos (tanto directos como indirectos) entre las personas y las partes de la instalación sometidas a tensión.

El fuerte incremento del consumo eléctrico en las últimas décadas, unido al hecho de que la electricidad no es perceptible por los sentidos (no se ve, ni se oye, ni huele, ni tiene gusto...), hace que exista un elevado riesgo de accidentes eléctricos.

Los accidentes que podemos sufrir al utilizar la corriente eléctrica son los siguientes:

1. Choque eléctrico o contacto eléctrico, por contacto con elementos en tensión (contacto eléctrico directo), o con masas puestas accidentalmente en tensión (contacto eléctrico indirecto), que dan lugar a una corriente de choque.
2. Quemaduras por choque eléctrico, o por arco eléctrico.
3. Caídas o golpes como consecuencia de choque o arco eléctrico.
4. Incendios o explosiones originados por la electricidad.

En caso de accidente, la corriente eléctrica tiene efectos perjudiciales, que pueden recaer sobre las personas o sobre los materiales.

Los accidentes eléctricos se producen fundamentalmente por el arco eléctrico accidental y por el paso de corriente a través del organismo. Las lesiones mas graves originadas como consecuencia de un accidente eléctrico, se producen cuando hay paso de corriente eléctrica a través del organismo.

Si no hay paso de la corriente a través del organismo, las lesiones que pueden producirse son:

• quemaduras directas por arco eléctrico, proyecciones de partículas, etc.,
• lesiones oftalmológicas por radiaciones de arcos eléctricos (conjuntivitis, cegueras)
• lesiones debidas a explosiones de gases, iniciadas por arcos eléctricos.

Cuando sí hay paso de la corriente a través del organismo, puede ocurrir:

• muerte por fibrilación ventricular.
• muerte por asfixia.
• quemaduras internas y externas (mortal o no).
• efectos tóxicos de las quemaduras (bloqueo renal).
• embolias por efecto electrolítico en la sangre (raras).
• lesiones físicas secundarias por caídas, golpes, etc.

La magnitud de estos daños, depende principalmente de la intensidad de corriente que atraviese el cuerpo humano y de la duración del paso de la misma, aunque también intervienen múltiples factores como la resistencia del cuerpo, la frecuencia de la corriente, la humedad, la tensión de contacto, la superficie de contacto y otras características fisiológicas de la persona.

Para una frecuencia estándar de 50 Hz, los efectos de la corriente eléctrica son apreciables aproximadamente a partir de 0,5 mA. Este valor mínimo de la corriente que pasa a través de una persona y provoca una sensación reconocible se denomina umbral de percepción.

A partir de aproximadamente los 10 mA aparece la tetanización muscular, que puede impedir cualquier movimiento y por tanto puede impedir que una persona se separe del contacto eléctrico por sus propios medios. El valor máximo de la corriente para una persona que tiene sujetos unos electrodos o elementos activos y es capaz de soltarlos se denomina umbral de no soltar.

Superando los 25 mA, entramos en el umbral de fibrilación ventricular, es decir, a partir de este valor, la persona puede entrar en fibrilación ventricular. Durante este proceso, el corazón deja de latir rítmicamente, con lo cual deja de enviar sangre a los distintos órganos y se pueden producir daños irreversibles en el cerebro e incluso la muerte.

Esquema de la relación entre la duración y la corriente a través del cuerpo

La gravedad del accidente depende también del recorrido de la corriente a través del cuerpo humano. Una trayectoria que atraviese órganos vitales (principalmente el corazón) provoca lesiones mucho más graves.

Los efectos de la corriente eléctrica sobre los materiales son fundamentalmente consecuencia de un calentamiento excesivo, siendo los incendios y las explosiones las consecuencias más extremas.

Los riesgos más comunes son:

• Destrucción de materiales y equipos: Cuando se produce una anomalía, los equipos instalados pueden deteriorarse para siempre.
• Incendio: Si debido a un defecto en el aislamiento, se produce un calentamiento excesivo en algún punto de la instalación ó salta un arco eléctrico, podemos encontrarnos con incendios o explosiones.
• Corte de suministro de energía: Cuando aparece una perturbación, las protecciones deben desconectar la parte del circuito afectada. Además de la incomodidad que esto supone, en algunas ocasiones puede implicar un enorme gasto económico (por ejemplo en la desconexión de una cadena de montaje).

Existen dos tipos de grados de protección descritos en la norma UNE 20324 en función del nivel de estanqueidad y robustez que proporcione una envolvente.

• Código IP es un sistema de codificación para indicar los grados de protección proporcionados por una envolvente contra el acceso a partes peligrosas, la penetración de cuerpos sólidos extraños y la penetración de agua.

Se identifica mediante las siglas IP seguidas de dos cifras, que pueden ser sustituidas por la letra "X" cuando no se precisa disponer de información especial de alguna de ellas. Opcionalmente, las cifras pueden ir seguidas de una o dos letras que proporcionan información adicional

• Código IK es un sistema de codificación para indicar el grado de protección proporcionado por una envolvente contra los impactos mecánicos.

Se identifica mediante las siglas IK seguidas de una cifra de dos dígitos, representativa de la resistencia a una determinada energía de impacto que una envolvente puede soportar sin sufrir deformaciones peligrosas.

IK	Energía de impacto en Julios
00	Ninguna protección
01	Resistente a una energía de choque de 0,15 J
02	Resistente a una energía de choque de 0,20 J
03	Resistente a una energía de choque de 0,35 J
04	Resistente a una energía de choque de 0,50 J
05	Resistente a una energía de choque de 0,70 J
06	Resistente a una energía de choque de 1 J
07	Resistente a una energía de choque de 2 J
08	Resistente a una energía de choque de 5 J
09	Resistente a una energía de choque de 10 J
10	Resistente a una energía de choque de 20 J

Mediante códigos fácilmente interpretables que deben estar indicados en los aparatos el usuario o instalador puede conocer las características de los envolventes y determinar su instalación, según el nivel de riesgo existente en el local o emplazamiento.

• Clase 0: Son los aparatos que no llevan dispositivos que permitan unir las partes metálicas accesibles a un conductor de protección. Su aislamiento es un aislamiento funcional.

• Clase I: Estos aparatos llevan dispositivos que permiten unir las partes metálicas accesibles a un conductor de protección. Cuando la alimentación al aparato se realiza por medio de un conductor flexible, éste debe incluir el conductor de protección, y su clavija de toma de corriente debe incluir el contacto para dicho conductor. Su aislamiento es un aislamiento funcional.

• Clase II: Las partes accesibles están separadas de las partes en tensión por un aislamiento reforzado o por doble aislamiento, y por tanto no necesita de dispositivo para unir las masas a un conductor de protección.

• Clase III: Estos aparatos están previstos para ser alimentados a tensiones no superiores a 50 V. No tienen ningún circuito (interno o externo) que funcione a tensión superior a 50 V. Por lo tanto, tampoco necesitan dispositivos para unir sus partes metálicas accesibles a un conductor de protección.

Las perturbaciones más frecuentes son sobretensiones, sobreintensidades y contactos eléctricos.

Sobretensión

Decimos que existe una sobretensión, cuando la tensión del circuito supera la tensión nominal.

El ejemplo más conocido que origina una sobretensión es la descarga de un rayo, pero también pueden producirse sobretensiones transitorias debido a conmutaciones en las redes o defectos en las mismas. La utilización de ordenadores y aparatos electrónicos muy sensibles, a veces nos obliga a proteger los circuitos contra sobretensiones.

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Generalmente, la sobretensión tiene una duración cortísima, apenas unos milisegundos, pero sus efectos son demoledores, lo cual implica que las protecciones utilizadas deben tener un tiempo de respuesta acorde.

Las sobretensiones producidas por la caída del rayo generan unas formas de onda muy características:

• Onda de corriente 8/20 μs: la intensidad llega al 90% de su valor máximo en 8 μs y disminuye hasta el 50% de su valor máximo 20 μs.
• Onda de tensión 1,2/50 μs: en 1,2 μs la tensión llega al 90% de su valor máximo y en 50 μs disminuye hasta el 50%

Sobreintensidad

Decimos que existe una sobreintensidad, cuando por el circuito circula una corriente mayor que la nominal.

Cuando por el circuito circula una corriente ligeramente mayor que la nominal, decimos que se ha producido una sobreintensidad de tipo sobrecarga. El origen puede ser por una avería o por un exceso de demanda, es decir, conectar más receptores de los previstos en el diseño de la instalación. La duración de la sobrecarga puede ser desde unos instantes, hasta incluso días. Estas sobrecargas producen un calentamiento en los conductores con lo que se puede deteriorar su aislamiento.

Cuando por un circuito circula una corriente mucho mayor que la nominal debido a la conexión accidental entre dos puntos de diferente potencial, decimos que se ha producido una sobreintensidad de tipo cortocircuito. El valor de la intensidad se dispara durante unos instantes hasta que se destruye la instalación.

Contactos eléctricos

Se producen contactos eléctricos cuando el cuerpo de una persona entra en contacto con dos puntos de diferente potencial eléctrico. Esto puede ocurrir si cualquier parte del cuerpo toca directamente una instalación eléctrica, o bien, a través de un elemento conductor como una herramienta, una escalera metálica, etc.

Se pueden clasificar en directos e indirectos:

• Contactos eléctricos directos son aquellos en que la persona entra en contacto con una parte activa de la instalación.
• Contactos eléctricos indirectos son aquellos en que la persona entra en contacto con algún elemento que no forma parte del circuito eléctrico y que en condiciones normales no debería tener tensión pero que la ha adquirido accidentalmente por algún fallo del aislamiento.

Aparte de la Ley 31/1995, de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales que constituye el elemento de referencia sobre el que se fundamenta toda la normativa sobre la seguridad y salud en el trabajo, existe legislación de aplicación exclusiva al ámbito de las instalaciones eléctricas.

Se consideran más importantes las dos siguientes:

El Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión y sus Instrucciones Técnicas Complementarias.

Aunque todo el REBT establece las condiciones y garantías de seguridad y calidad para las instalaciones, aparatos y materiales eléctricos y también, por supuesto, para las personas, hay algunas ITC que tratan específicamente sobre los temas que nos ocupan en esta unidad: Riesgos eléctricos y Protecciones.

• ITC-BT-17: Instalaciones de enlace. Dispositivos generales e individuales de mando y protección. Interruptor de control de potencia.
• ITC-BT-22: Instalaciones interiores o receptoras. Protección contra sobreintensidades.
• ITC-BT-23: Instalaciones interiores o receptoras. Protección contra sobretensiones.
• ITC-BT-24: Instalaciones interiores o receptoras. Protección contra los contactos directos e indirectos

El R.D. 614/2001, de 8 de junio, sobre disposiciones mínimas para la protección de la salud y seguridad de los trabajadores frente al riesgo eléctrico. Este Real Decreto establece obligaciones de carácter general para que la utilización o presencia de la energía eléctrica en los lugares de trabajo no se derive en riesgos para la salud y seguridad de los trabajadores y remite a la normativa específica aplicable en cada caso particular.

Las normas de seguridad a tener en cuenta para la realización de trabajos eléctricos dependerán de la tensión nominal de la instalación, y de si dichos trabajos se ejecutan en ausencia de tensión o con tensión. Es evidente que las normas de seguridad deberán extremarse más en los trabajos con tensiones elevadas.

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En la siguiente tabla reflejamos las perturbaciones más frecuentes y los elementos de protección más adecuados para cada una.

ANOMALÍA	SISTEMA DE PROTECCIÓN
Sobretensión	Limitadores de sobretensiones Pararrayos de punta Franklin Jaulas de Faraday Tendido eléctrico
Sobrecarga y cortocircuito	Interruptores automáticos Relé térmico Cortacircuitos fusibles
Contacto indirecto	Protección por corte automático de la alimentación. Protección por empleo de equipos de la clase II o por aislamiento equivalente. Protección en los locales o emplazamientos no conductores Protección mediante conexiones equipotenciales locales no conectadas a tierra. Protección por separación eléctrica. Utilización de muy baja tensión de seguridad.
Contacto directo	Protección por aislamiento de las partes activas. Protección mediante obstáculos Protección por posición fuera de alcance, por alejamiento. Protección mediante barreras o envolventes. Protección complementaria por dispositivos de protección de corriente diferencial residual. Utilización de muy baja tensión de seguridad.

Otra protección que se pueden emplear para salvaguardar las instalaciones eléctricas es tener una adecuada sección de los conductores, conforme a:

• La máxima caída de tensión permitida en la línea
• Al máximo calentamiento admisible del conductor.
• A la corriente de cortocircuito prevista

Fue una de las primeras protecciones utilizadas en los circuitos eléctricos.

Su funcionamiento se basa en utilizar un hilo metálico fino que se funda antes que los cables de la instalación. Si se produce un defecto, ésta es la parte que se rompe, abriendo el circuito y por tanto protegiendo al resto de componentes.

Los fusibles, generalmente están formados por un cartucho protector en cuyo interior se encuentra un elemento fusible rodeado de un material que funciona como medio de extinción. El cartucho se introduce en un soporte portafusible que lo protege y facilita su reposición.

• Elemento de fusión: suele tener sección circular cuando la corriente es pequeña, y estar formado por una lámina con ligeros estrechamientos en su sección transversal cuando la corriente es grande. En cualquiera de los dos casos, está formado por un material con bajo punto de fusión como plomo, estaño, zinc, etc.
• Material de relleno: como medio de extinción para apagar el arco y disipar el calor, habitualmente se utiliza arena de cuarzo.
• Cuerpo del fusible: normalmente fabricado en un material cerámico, es el armazón que permite el montaje del fusible.
• Contactos: sirven para conectar el elemento de fusión con los portafusibles. Suelen ser de cobre con un recubrimiento de plata.

Características técncias del fusible:

• Intensidad nominal o corriente asignada (I_n): Valor de la corriente que el fusible es capaz de soportar de manera continuada sin sobrecalentarse ni deteriorarse. Es la intensidad de funcionamiento para la que se diseñó el fusible.
• Poder de corte: Valor de la corriente que un cartucho fusible es capaz de interrumpir bajo una tensión especificada y en las condiciones determinadas de empleo y funcionamiento. Es la intensidad máxima de cortocircuito que puede interrumpir el fusible.
• Curva de fusión: es la representación gráfica de la relación existente entre la intensidad y el tiempo de fusión. Cuando la intensidad crece, el tiempo de fusión es menor. Esta gráfica es proporcionada por el fabricante y se consigue con los valores medios obtenidos en pruebas.

Esta curva nos permite clasificar los fusibles en extra-lentos, lentos, rápidos y extra-rápidos.

Como principales ventajas podríamos destacar:

• Eliminación del defecto: como los fusibles que se han fundido no se pueden volver a utilizar, el usuario se ve obligado a identificar y corregir el defecto antes de volver a conectar el circuito.
• Elevado poder de corte: los fusibles son capaces de detectar y eliminar elevadas corrientes de cortocircuito (hasta del orden de 120kA), y además actúan con gran velocidad con las corrientes de cortocircuito elevadas.
• Funcionamiento seguro y silencioso: aunque eliminen corrientes de cortocircuito elevadas, los fusibles no emiten gases, llamas o arcos eléctricos.

Como inconvenientes resaltamos:

• Imprecisión de su curva característica de fusión: frente a otros dispositivos que cumplen el mismo fin (como los interruptores automáticos), los fabricantes de fusibles sólo son capaces de facilitar la curva media.
• Independencia de actuación en líneas trifásicas: la fusión de uno de ellos deja a la línea con dos fases, con los inconvenientes que ello conlleva.
• Gasto derivado de la autodestrucción. En caso de fusión, el fusible debe reponerse y requiere la compra de un cartucho nuevo y su colocación en el portafusible.

Los fusibles se clasifican atendiendo a dos letras, la primera minúscula y la segunda mayúscula. Como ejemplos podemos citar los fusibles tipo gG, gL, gI, gR, aM, aR, etc.

Según la primera letra podemos encontrar fusibles tipo "g" y tipo "a".

• Tipo "g": son fusibles limitadores de corriente. Este tipo de fusible está diseñado para responder de forma lenta frente a las sobrecargas y rápida frente a los cortocircuitos.

• Tipo "a": son fusibles limitadores de corriente que actúan únicamente en presencia de corrientes de cortocircuito, ya que en situaciones de sobrecarga su respuesta es extremadamente lenta. Esta es la razón de que deban ir acompañados a dispositivos de protección térmica contra sobrecargas, como un relé térmico.

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La segunda letra indica el tipo de circuito a ser protegido:

• G: fusible para protección de circuitos de uso general
• L: fusible para la protección de líneas
• M: fusible para la protección de motores
• R: fusible de protección de semiconductores

Para elegir un fusible debemos tener en cuenta la tensión asignada, la intensidad asignada, el poder de corte y el receptor a proteger.

Además de elegir el tipo de fusible adecuado, es importante tener en cuenta la selectividad entre fusibles, es decir, en caso de tener varios aparatos de protección entre la fuente de energía y el lugar de defecto, debe actuar siempre el fusible más próximo al lugar del defecto. Si este fusible no responde correctamente, debe actuar el siguiente y así sucesivamente.

La selectividad entre dos fusibles se determina mediante la comparación entre sus curvas características. Para un correcto diseño, las curvas no deberían cortarse ni ser tangentes. En caso de que se presenten grandes corrientes de cortocircuito, solo podemos conseguir esta premisa si utilizamos valores de intensidades nominales diferentes.

Tenemos cuatro tipos de curvas:

• Curva t/I

Un fusible (también se puede aplicar la misma explicación para los interruptores magnetotérmicos) debe actuar si la corriente que lo atraviesa supera su valor de corriente asignada dentro de unos límites de tiempo. Cuanto más elevada es la corriente de defecto, mayores serán los daños en la instalación y por tanto el tiempo que circule debe ser lo más pequeño posible.

La característica t/I es un gráfico que representa el tiempo que tarda el fusible en llegar al punto de fusión en función de la corriente prevista. Se representa en escala logarítmica.

• Curva característica I²t

Esta curva determina la energía térmica generada en un cortocircuito. Esta energía corresponde al paso de la corriente de cortocircuito durante el tiempo de intervención t.

El fusible es un elemento muy efectivo para limitar los daños térmicos producidos en un circuito, incluso en el caso de grandes corrientes de cortocircuito

• Selectividad

La selectividad entre dispositivos de protección, significa que al producirse un defecto debe funcionar el dispositivo más próximo al fallo y sólo en caso de que éste falle, funcionará el siguiente.

Llamamos "C" a la I²t correspondiente al tiempo que tarda en fundirse el elemento fusible, y "A" a la I²t correspondiente al tiempo transcurrido desde que se inicia el arco en el interior del fusible hasta que el material de relleno extingue por completo el arco.

Para que se produzca la selectividad se debe cumplir que el tiempo de prearco del fusible 2 debe ser inferior al tiempo de funcionamiento total del fusible 1.

C2 > A1+C1

Presentan una gran ventaja frente a los fusibles, ya que no hay que sustituirlos cuando se produce el defecto, únicamente necesitamos rearmarlo y la instalación puede continuar funcionando.

Las partes fundamentales de un interruptor magnetotérmico son las siguientes:

• Carcasa: Está construida con material plástico y sirve para alojar y proteger el resto de piezas.
• Bornes: Para la conexión del interruptor al circuito, contamos con dos bornes, uno de entrada y otro de salida.
• Palanca para rearme: es el mecanismo que permite la conexión y desconexión manual del interruptor. Cuando el interruptor se dispara, nos servimos de esta palanca para volver a cerrar el circuito.
• Cámara de extinción: Sirve para eliminar más rápidamente el cortocircuito. Está formada por láminas de acero que dividen el arco eléctrico en varios arcos más pequeños.
• Bobina: Es un solenoide de cobre en cuyo interior se aloja un cilindro de acero. Se utiliza para provocar la desconexión en caso de cortocircuito.
• Lámina bimetálica: Es una lámina formada por dos metales con diferente punto de dilatación lineal. Se utiliza para provocar la desconexión en caso de sobrecarga.
• Contacto fijo y contacto móvil: Construidos normalmente de plata, el contacto móvil realiza la desconexión y la conexión sobre el contacto fijo.

En la siguiente imagen puedes ver las partes por las que se compone el magnetotérmico:

El funcionamiento de los interruptores magnetotérmicos se basa en dos efectos que produce la corriente eléctrica: el efecto térmico o efecto Joule y el efecto magnético.

El interruptor magnetotérmico posee tres sistemas de desconexión, que actúan independientemente uno de los otros. Estos sistemas son: sistema de desconexión manual (accionado por el usuario), desconexión magnética y desconexión térmica.

• Mecanismo térmico: Es la parte del interruptor que protege frente a las sobrecargas. Está formado por una lámina bimetálica que, al producirse la sobreintensidad, se calienta por el paso de la corriente eléctrica y se deforma hasta liberar un contacto y provocar la apertura del circuito.

Si la corriente es elevada, el tiempo de desconexión es de pocos segundos, pero si la corriente es pequeña, pueden pasar varias horas hasta que el circuito se desconecte.

Una vez que el interruptor se ha disparado debido al efecto de una sobrecarga, no podemos rearmarle hasta que la lámina bimetálica se haya enfriado y por tanto haya vuelto a su posición inicial.

• Mecanismo magnético: Es la parte del interruptor que protege frente a los cortocircuitos. Está formado por una bobina en cuyo núcleo se aloja un cilindro de acero. Cuando se produce un cortocircuito, se crea un campo magnético que provoca una fuerza que desplaza el cilindro hasta golpear un contacto móvil que abre el circuito.

El número de espiras de la bobina determina el tiempo de desconexión del interruptor.

Al igual que los fusibles, las propiedades principales que definen un interruptor magnetotérmico son la intensidad nominal, la curva de disparo y el poder de corte.

• Definimos la intensidad nominal como la intensidad de funcionamiento donde el interruptor no actúa.
• Poder de corte: es la intensidad máxima de cortocircuito que puede interrumpir el interruptor. Como regla fundamental, el poder de corte de un interruptor será superior al de la corriente de cortocircuito que pueda producirse en un punto de la instalación.
• Las curvas de disparo son la representación gráfica de la relación entre la intensidad y el tiempo de disparo.

Cuando se supera el valor del interruptor magnetotérmico, éste se dispara, pero el tiempo de respuesta no es el mismo para pequeñas sobretensiones que para grandes intensidades de cortocircuito.

Las curvas de disparo están formadas por dos zonas diferenciadas: una zona corresponde al disparo de la protección térmica y la otra zona corresponde al disparo instantáneo de la protección magnética.

Los tipos de interruptores más utilizados se clasifican atendiendo a la rapidez del disparo (curva de disparo) y podemos encontrar los siguientes tipos:

• Curva B: Estos magnetotérmicos actúan entre 1,1, y 1,4 veces la intensidad nominal en la zona térmica y entre 3 y 5 veces la intensidad nominal en la zona magnética (su disparo magnético es rápido). Se utilizan para la protección de cables y circuitos óhmicos (iluminación, calefacción, etc.), protección general de personas, grandes longitudes de cable y generadores.

• Curva C: Disparo de 1,13 a 1,45 veces la intensidad nominal en la zona térmica y de 5 a 10 veces la intensidad nominal en la zona magnética (su disparo magnético es medio). Se utilizan en aplicaciones generales tanto del sector industrial como doméstico.

• Curva D: Disparo de 1,1 a 1,4 veces la intensidad nominal en la zona térmica y de 10 a 14 veces la intensidad nominal en su zona magnética (disparo magnético muy lento). Se utilizan para la protección de receptores con intensidad elevada durante el arranque (motores con arranques exigentes o circuitos muy inductivos).

• Curva K: Tienen un disparo térmico rápido y un disparo magnético lento. Se utilizan en la protección de motores.
• Curva Z: Tienen un disparo térmico rápido y un disparo magnético también rápido. Se utilizan en la protección de equipos electrónicos e informáticos.

• Curva ICP: Disparo de 1,13 a 1,45 veces la intensidad nominal en la zona térmica y de 3,9 a 8,9 veces la intensidad nominal en la zona magnética. Es el interruptor magnetotérmico que utilizan las compañías eléctricas para controlar la potencia consumida.

• PIA: Pequeño Interruptor Automático. Se utiliza para proteger los distintos circuitos de la instalación eléctrica interior.

Para evitar que se deterioren los conductores en caso de sobrecargas y cortocircuitos, los calibres de los PIA deben ir relacionados con la sección de los conductores.

Para una vivienda:

Sección del conductor	Intensidad nominal del PIA
1,5 mm2	10 A
2,5 mm2	16 A
4 mm2	20 A
6 mm2	25 A
10 mm2	32 A

 

• ICP: Interruptor de Control de Potencia. Se utiliza para limitar la potencia contratada y no se puede considerar como elemento de protección de los conductores eléctricos. (Es un elemento de control, no de seguridad).

Es un interruptor magnetotérmico que se conecta al principio de la instalación y que se dispara cuando la potencia de la instalación supera la potencia de contratación, ya que la factura de la luz se paga no sólo por la energía consumida, sino también por la potencia contratada (a mayor potencia, mayor número de aparatos se pueden tener encendidos en un momento dado).

Habitualmente, el ICP lo coloca y es propiedad de la compañía eléctrica suministradora, y pagamos una cuota por su alquiler en la factura eléctrica, dentro de un apartado denominado "Alquiler del equipo de medida", en el que se incluyen el contador de energía y el ICP.

El ICP va alojado en una caja específica que debe ser precintable y debe ir separada de cualquier otro cuadro eléctrico, aunque lo más cerca posible del cuadro de mando y protección.

Si sobrepasamos el consumo permitido, el ICP "salta", pero para rearmarlo necesitamos disminuir el consumo, es decir, desenchufar algún receptor.

• IGA: Interruptor General Automático. Sirve de protección de los conductores que llegan al Cuadro General de Mando y Protección. Es el interruptor automático magnetotérmico que detecta altas intensidades de corriente y cortocircuitos, y que salta automáticamente, desconectando todo el sistema eléctrico de la vivienda cuando se produce un fallo serio.

En los interruptores magnetotérmicos, la detección de sobreintensidad puede realizarse sólo en las fases ó en todos los polos (incluido el neutro, aunque no es obligatorio). De esta forma podemos encontrar interruptores:

• Unipolares.
• Unipolar + Neutro (P+N)
• Bipolar (2P)
• Tripolar + Neutro (3P+N)
• Tetrapolar (4P)

En los casos de los polos + neutro, el dispositivo interno correspondiente al neutro no detecta la sobreintensidad.

En los casos 2P y 4P el dispositivo interno de detección de sobreintensidades en el neutro es el mismo que en las fases. A estos interruptores que seccionan las fases y el neutro, los denominamos de corte omnipolar.

El interruptor diferencial (también conocido como DDR ó RCD) se desconecta cuando aparece una  corriente de fuga que supera el umbral de sensibilidad de disparo.

La sensibilidad de disparo es el valor de la corriente de fuga a partir de la cual "salta" el diferencial. Podemos encontrar en el mercado diferenciales de varias sensibilidades:

• Muy alta sensibilidad: 10 mA
• Alta sensibilidad: 30 mA.
• Sensibilidad normal: 100 y 300 mA
• Baja sensibilidad: 0,5 y 1 A.

En las viviendas se utilizan los diferenciales de alta sensibilidad (30 mA).

Las partes fundamentales de un interruptor diferencial son las siguientes:

• Carcasa: Está construida con material plástico y sirve para alojar y proteger el resto de piezas.
• Bornes: Para la conexión del interruptor al circuito, contamos con dos bornes, uno de entrada y otro de salida.
• Palanca para rearme: Es el mecanismo que permite la conexión y desconexión manual del diferencial. Cuando el interruptor se dispara, nos servimos de esta palanca para volver a cerrar el circuito.
• Transformador toroidal: Sirve para la detección de las corrientes de fuga. Rodea todos los conductores del circuito a proteger (incluido el neutro).
• Relé de disparo: Es el mecanismo encargado de producir un desenclavamiento mecánico cuando aparece la corriente de fuga y abrir los contactos.
• Contacto fijo y contacto móvil: Construidos normalmente de plata, el contacto móvil realiza la desconexión y la conexión sobre el contacto fijo.
• Test de prueba: Se utiliza para comprobar el funcionamiento del diferencial. Al pulsar este botón, el diferencial debe dispararse.

El interruptor diferencial continuamente está vigilando las corrientes de entrada y salida del circuito. Cuando no tienen el mismo valor, significa que la diferencia entre una y otra se está fugando por algún punto de la instalación. Si esa corriente de fuga supera el valor de la intensidad de sensibilidad del diferencial, el interruptor se dispara y desconecta la instalación.

I_∆=I_L1+I_L2+I_L3-I_N

Cuando I_∆>I_∆n se produce el disparo

Siendo,

I_∆= Corriente diferencial de fuga

I_∆n=Corriente de disparo nominal del interruptor diferencial instalado

• Cuando la corriente de fuga es nula:

La corriente que entra al receptor es igual a la que sale, por lo que los efectos magnéticos de los conductores se anulan en el transformador de núcleo toroidal, es decir, no hay campo magnético que pueda producir una tensión en el relé de disparo.

• Cuando la corriente de fuga supera el umbral de sensibilidad de disparo:

La corriente que entra al receptor no es igual a la corriente de salida por lo que el equilibrio se deshace. Aparece en el transformador toroidal un campo magnético residual capaz de inducir una tensión en el devanado secundario, constituido por un arrollamiento situado en el núcleo. Esta tensión alimenta al relé de disparo el cual acciona el desenclavamiento mecánico que produce la apertura de los contactos.

• Funcionamiento del test de prueba:

Los interruptores diferenciales disponen de un circuito de prueba que simula un defecto en la instalación para comprobar si el aparato se encuentra en buen estado.

Este circuito consiste en una resistencia y un pulsador (indicado con una letra T o P) que se conectan entre la entrada de una fase y la salida de la otra fase.

Cuando accionamos este pulsador se produce una corriente mayor que el umbral de disparo y si el aparato funciona correctamente se debe desconectar.

Podemos clasificar los interruptores diferenciales atendiendo a varios aspectos:

Según su comportamiento en presencia de componentes continuas:

• Tipo AC: Asegura la desconexión para corrientes diferenciales alternas senoidales, por lo que su uso es general.

• Tipo A: Asegura la desconexión para corrientes diferenciales alternas senoidales o para corrientes continuas pulsantes. Se utilizan cuando existen semiconductores en los receptores, por ejemplo en un ordenador personal.

• Tipo B: es sensible, además de los dos tipos de corriente vistos, a las ondas de corriente continua puras o semipuras. Son muy poco utilizados en la práctica, ya que no existen muchas instalaciones que trabajen con corriente continua pura.

Gama superinmunizada: estos diferenciales está dotados de fritos de altas frecuencias y acumuladores de energía para evitar el problema del disparo por simpatía de los diferenciales. Son idóneos para instalaciones con muchos ordenadores, balastros electrónicos, variadores de velocidad, y en general cualquier instalación que introduzca sobretensiones y altas frecuencias en las líneas de alimentación.

Según el retardo en presencia de una corriente diferencial:

• Tipo S, selectivo o retardado: Son aquellos interruptores que permiten que durante un tiempo se pueda aplicar una corriente diferencial sin provocar su disparo. Se utilizan en lugares donde se producen desconexiones no deseadas como sobretensiones atmosféricas, líneas de gran longitud, etc.
• Tipo estándar ó no retardado: Su disparo es instantáneo. Son los interruptores diferenciales para uso general.

Cuando se montan interruptores diferenciales en cascada, la desconexión debe ser selectiva, y en caso de producirse una corriente de fuga, el primer interruptor que se ha de desconectar es el que esté más próximo al defecto. Esto se consigue utilizando el primer diferencial de tipo retardado.

También intervienen en la elección del diferencial otros valores:

• Tensión asignada: (U_n). Es el valor máximo de tensión para el cual el interruptor diferencial está diseñado. Los valores normalizados de tensión asignada son: 230-400V. El valor de la tensión asignada del diferencial debe ser igual o mayor que la tensión nominal del circuito.
• Intensidad asignada: (I_n). Es el valor máximo de corriente en servicio ininterrumpido que puede soportar un diferencial a una temperatura ambiente. Los valores normalizados de corriente asignada son 25, 40 y 63 A. La intensidad asignada del diferencial debe ser igual o mayor que la intensidad nominal del circuito al que protege.

• Corriente diferencial de funcionamiento asignada: (I_∆n). Es el valor de la corriente umbral de sensibilidad de disparo del interruptor. Los valores normalizados son 10mA, 30mA, 100mA, 300mA, 0,5A y 1A. Esta sensibilidad debe ser elegida según las pautas del REBT.

Todos los parámetros mencionados se deberían (aspectos ideales) llevar a cabo con clima seco, que es cuando la resistencia de tierra alcanza su valor más elevado. En cualquier caso, y siguiendo con aspectos idóneos, estos parámetros deberían ser comprobados:

• Después de cada disparo, o
• después de cada cortocircuito en la instalación, o
• después de fuertes descargas atmosféricas en la zona, o
• después de realizar modificaciones en los sistemas de protección, o
• después de variar las condiciones del terreno (cavar o hacer zanjas cerca de los electrodos de tierra, drenado del terreno alrededor de la puesta a tierra, etc.)

Tiempo de disparo

El tiempo de disparo t∆ es el tiempo que tarda el diferencial en saltar, a partir de que detecta la corriente diferencial I_∆N.

Los máximos valores permitidos del tiempo de disparo son definidos por la Norma EN 61009 y se listan en la tabla a continuación:

El esquema del circuito de medición es el mismo que para medir la tensión de contacto y la intensidad de disparo, y las corrientes de prueba son 0,5·IΔn, IΔn, 2·IΔn ó 5·IΔn. Por motivos de seguridad el instrumento mide primero la tensión de contacto (avisando en caso de un valor demasiado elevado) antes del tiempo de disparo.

En caso de que el tiempo de disparo esté fuera de los límites establecidos por la norma, se deberá sustituir el interruptor diferencial, ya que el tiempo de disparo depende únicamente del propio diferencial.

Corriente de disparo

Es la corriente diferencial más baja IΔ que provoca el disparo del diferencial.

El rango de valores de corriente de disparo permitido lo establece la Norma EN 61009 y depende del tipo de interruptor diferencial (AC, A ó B) tal y como se describe a continuación:

IΔ = (de 0,5 a 1) × IΔn ................. tipo AC

IΔ = (de 0,35 a 1,4) × IΔn ............ tipo A

IΔ = (de 0,5 a 2) × IΔn ................. tipo B

El esquema del circuito de medición es el mismo que para medir el tiempo de disparo. El instrumento de medida envía inicialmente una corriente de 0,5·IΔn o inferior, e incrementa posteriormente dicha corriente hasta que salta el diferencial, o en caso de no producirse el disparo, hasta 1,1·IΔn.

Si la corriente de disparo está fuera de los límites permitidos se deberá comprobar el estado del diferencial, así como de la propia instalación y cargas que cuelguen de dicho diferencial. Si el resultado es una corriente de disparo muy baja con respecto de la corriente nominal de disparo del diferencial, es bastante posible que se deba a que exista una corriente de fuga ajena a la provocada por el propio instrumento de medida.

La forma de las corrientes de prueba puede variar en función del fabricante del instrumento de medida, así como el número total de pasos también puede ser distinto. En cualquier caso, el principio de medición es siempre el mismo.

Tensión de contacto

La tensión de contacto es la tensión que puede surgir en caso de condiciones de defecto en cualquier parte conductora accesible que pueda entrar en contacto con personas o animales.

El valor máximo de la tensión de contacto se denomina tensión límite (marcada como UL) y es normalmente 50V, aunque en algunos casos, tales como ambientes rurales, hospitales, salas de ordenadores, etc., es tan sólo 24V.

La medición de la tensión de contacto se realiza con el mismo esquema que para medir el tiempo de disparo, y se suele realizar utilizando una corriente de prueba de IΔN/2 ó IΔN/3, por ello el interruptor diferencial no salta durante la prueba (siempre y cuando tanto el diferencial, como las cargas y la propia instalación estén en buenas condiciones).

Resistencia de tierra

Una apropiada resistencia de tierra es de vital importancia cuando se utiliza un interruptor diferencial como dispositivo de protección contra posibles descargas eléctricas. Si la resistencia de tierra es demasiado alta entonces aparecerán tensiones de contacto relativamente altas al tocar las partes conductoras accesibles de cargas defectuosas. Esta tensión supone un riesgo importante de descarga eléctrica.

Como consecuencia de lo anterior, se debe medir la resistencia de tierra siempre que la tensión de contacto salga alta, y en caso de que la tierra esté alta también se deberá modificar la puesta a tierra (añadir picas o bandas, mallas, etc.)

Los instrumentos avanzados de hoy en día muestran ambos resultados (resistencia de tierra y tensión de contacto) simultáneamente, ya que el principio de medición es el mismo.

El componente básico de un limitador de sobretensiones es el varistor.

El varistor es una resistencia variable compuesta de un material (generalmente óxido de zinc) que varía su valor en función de la tensión a la que está sometido: cuando la tensión es pequeña (unos cientos de voltios) su impedancia es muy elevada, y cuando la tensión alcanza varios kV su impedancia se hace muy pequeña.

Los varistores suelen usarse para proteger circuitos contra variaciones de tensión al incorporarlos en el circuito de forma que cuando el varistor se active, la corriente no pase por componentes sensibles. Un varistor también se conoce como Resistor Dependiente de Voltaje o VDR.

El tipo más común de varistor es el de oxido metálico llamado MOV.

Un MOV contiene una masa cerámica de granos de óxido de zinc, en una matriz de otros óxidos metálicos (como pequeñas cantidades de bismuto, cobalto, manganeso) intercalados entre dos placas de metal (los electrodos). El valor de la resistencia de la VDR disminuye al aumentar la tensión aplicada en sus extremos.

El limitador de sobretensión actúa como un interruptor controlado por tensión:

• Si la tensión es normal, el protector tiene alta impedancia por lo que se comporta como un interruptor abierto. A través de él no circula la corriente y por tanto no afecta en absoluto al resto de la instalación.
• Cuando se produce una sobretensión en la línea a proteger, el limitador pasa a baja impedancia por lo que se comporta como un interruptor cerrado.

Debemos elegir el limitador de sobretensiones en función de la zona geográfica en la que nos encontremos y la sensibilidad de los materiales a proteger.

• Zona geográfica: dependerá de si la instalación se encuentra en zona rural o urbana, de si la red de distribución es aérea o subterránea, de la densidad de descarga de rayos.

• Sensibilidad de los materiales: Existe una clasificación según los grados de tensión soportados a la onda de choque de tensión por los equipos. Atendiendo a esta clasificación se pueden distinguir cuatro categorías que nos indicarán el máximo nivel de tensión soportada a los impulsos por sus aislamientos:

  • Categoría I: Equipos muy sensibles y destinados a conectarse a una instalación fija (equipos electrónicos, ordenadores, etc.).

  • Categoría II: Equipos destinados a conectase a una instalación fija (herramientas portátiles, electrodomésticos, etc.).

  • Categoría III: Equipos que requieren un alto nivel de fiabilidad (máquina industriales, ascensores, etc.) y equipos que forman parte de una instalación fija (interruptores, armarios de distribución, seccionadores, cables, cajas de derivación, etc.).

  • Categoría IV: Equipos que se conectan al origen o muy próximos al origen de la instalación (contadores, aparatos de telemedida, etc.).

• Modo común: Si conectamos el limitador entre losconductores activos y tierra. Se utiliza este método en las protecciones del cuadro general y cuadros secundarios
• Modo diferencial: Si conectamos el limitador entre fase y neutro. Se utiliza este método para la protección final (especialmente en la protección de aparatos electrónicos muy sensibles).

Dependiendo del tipo de servicio al que queramos dar prioridad, existen dos tipos de conexiones:

• Prioridad a la continuidad del servicio: En este tipo de conexión, cuando se funde el fusible se desconecta la protección de sobretensión. Aunque los equipos siguen funcionando, hasta que no sustituyamos las protecciones se encuentran desprotegidos.
• Prioridad a la protección: En este tipo de conexión, cuando se funde el fusible los equipos se desconectan.

Para eliminar de una forma eficaz los defectos, se debe tener una buena toma de tierra. Si utilizamos dos o más protecciones de forma coordinada conseguiremos una mayor protección. La primera se conecta al principio de la instalación y se utiliza para conseguir el mayor poder de descarga posible. Las siguientes se conectan lo más cerca posible de los equipos.

El cuadro general de mando y protección es el final de la derivación individual, y por tanto, marca el comienzo de la instalación interior.

Según la Instrucción técnica ITC-BT-17, los dispositivos generales de mando y protección se situarán lo más cerca posible del punto de entrada de la derivación individual en la vivienda o local del usuario.

Cuando el control de la potencia contratada por el usuario se realiza mediante un ICP, la caja que lo aloja será independiente del cuadro y precintable. En viviendas o algunos locales con instalaciones pequeñas, la caja del ICP se adosa al cuadro general, y aunque forman un bloque común, son funcionalmente independientes.

En el caso de una vivienda, el cuadro se instala preferentemente junto a la puerta de entrada, y nunca en dormitorios, baños o aseos. En industrias o locales comerciales, los cuadros se situarán lo más cerca posible de la puerta de entrada.

La altura a la que deben estar colocados es de:

• Entre 1,4 y 2 metros en viviendas.
• 1 metro como mínimo en locales comerciales.

El primer elemento que aparece en este cuadro es el interruptor general automático (IGA), que desconecta todo el sistema eléctrico cuando se produce una sobrecarga o un cortocircuito. Según la instrucción ITC-BT-17 será de corte omnipolar.

A continuación, si fuera necesario, instalaríamos un limitador de sobretensiones.

El siguiente elemento es el interruptor diferencial (ID), que se encarga de detectar posibles derivaciones a tierra y proteger a las personas de los contactos indirectos.

De este último interruptor parten los diferentes circuitos interiores, que están protegidos cada uno de ellos por un pequeño interruptor automático (PIA) de protección magnetotérmica y corte omnipolar, que desconecta la instalación cuando se produce un sobrecalentamiento por exceso de consumo o bien un cortocircuito. Su número varía según el número de circuitos de la vivienda o edificio.

Según el tipo o carácter de la instalación, podemos instalar un interruptor diferencial por cada circuito o grupo de circuitos. En estos casos podremos prescindir del interruptor diferencial general.

Cuando tenemos instalaciones un poco mayores, se suelen repartir las protecciones en cuadros secundarios para aumentar la funcionalidad. En estos casos dispondríamos del cuadro general de mando y protección, y de los cuadros de distribución o secundarios necesarios.

Los circuitos interiores que parten del cuadro general tienen su correspondiente conductor de protección.

En el cuadro general de mando y protección existe un borne general de toma de tierra en el que se unen los diferentes conductores individuales de toma de tierra de cada uno de los circuitos individuales. Este conductor de tierra va desde el cuadro general hasta la terminal de tierra del edificio. El cable terminal se une mediante un cable de cobre desnudo a la placa o la pica de toma de tierra.

La regleta de conexión con la toma de tierra general es un conductor de protección que evita que la corriente pase a través de las personas cuando se produce una fuga en un elemento de la instalación.

La toma de tierra es un elemento de seguridad que complementa al interruptor diferencial, está constituido por la unión, mediante conductores, de todas las partes metálicas de una instalación que no están destinadas a la conducción de la corriente (carcasas de los electrodomésticos etc.) con una derivación final a tierra.

Para el conexionado de un cuadro general de mando y protección empezaremos en primer lugar fijando el cuadro a la pared. Después se colocarán las protecciones sobre los raíles del cuadro. Empezaremos colocando el Interruptor General, seguido del Interruptor Diferencial y a continuación los PIAS correspondientes a cada circuito.

Los elementos tienen su entrada de alimentación por la parte superior y su salida por la parte inferior.

Empezaremos alimentando el Interruptor General Automático.

Después conectaremos la salida del IGA con la entrada del Interruptor Diferencial.

Seguiremos conectando la parte inferior del diferencial (salida) con la parte superior del primer Interruptor Automático (entrada)

Por la parte superior conectaremos todas las entradas de los interruptores automáticos restantes. Estos puentes pueden ser sustituidos por unos peines de distribución

Por último conectaremos la salida de cada uno de los diferentes interruptores automáticos a sus correspondientes circuitos, y uniremos todos los cables de tierra de todos los circuitos a la toma general.

La ITC BT 08 establece los distintos esquemas de distribución en función de las conexiones a tierra de la red de distribución o de la alimentación, por un lado, y de las masas de la instalación receptora, por otro. En otras palabras, la forma en cómo se conectan a tierra las masas eléctricas de las cargas (por ejemplo el chasis metálico) y el neutro del transformador que los alimenta.

La denominación de los esquemas de distribución se realiza con un código de letras con el significado siguiente:

1. Primera letra: Se refiere a la situación de la alimentación con respecto á tierra.

• T = Cuando existe conexión directa de un punto de la alimentación con tierra.
• I = Cuando hay aislamiento de todas las partes activas de la alimentación o están conectadas a tierra a través de una impedancia.

• Segunda letra: Se refiere a la situación de las masas de la instalación receptora con respecto a tierra.
• T = Masas conectadas directamente a tierra, independientemente de la eventual puesta a tierra de la alimentación.
• N = Masas conectadas directamente al punto de la alimentación puesto a tierra (en corriente alterna, este punto es normalmente el punto neutro).

3. Otras letras (eventuales): Se refieren a la situación relativa del conductor neutro y del conductor de protección.

• S = Las funciones de neutro y de protección, aseguradas por conductores separados.
• C = Las funciones. de neutro y de protección, combinadas en un solo conductor (conductor CPN).

Esquema TN

Los esquemas TN tienen un punto de la alimentación, generalmente el neutro, conectado directamente a tierra y las masas de la instalación receptora conectadas a dicho punto mediante conductores de protección. Se distinguen tres tipos de esquemas TN según la disposición relativa del conductor neutro y del conductor de protección:

1. Esquema TN-S: En el que el conductor neutro y el de protección son distintos en todo el esquema.
2. Esquema TN-C: En el que las funciones de neutro y protección están combinados en un solo conductor en todo el esquema
3. Esquema TN-C-S: En el que las funciones de neutro y protección están combinadas en un solo conductor en una parte del esquema

En los esquemas TN cualquier intensidad de defecto franco fase-masa es una intensidad de cortocircuito. El bucle de defecto está constituido exclusivamente por elementos conductores metálicos.

Esquema TT

El esquema TT tiene un punto de alimentación, generalmente el neutro o compensador, conectado directamente a tierra. Las masas de la instalación receptora están conectadas a una toma de tierra separada de la toma de tierra de la alimentación.

En este esquema las intensidades de defecto fase-masa o fase-tierra pueden tener valores inferiores a los de cortocircuito, pero pueden ser suficientes para provocar la aparición de tensiones peligrosas.

En general, el bucle de defecto incluye resistencia de paso a tierra en alguna parte del circuito de defecto, lo que no excluye la posibilidad de conexiones eléctricas voluntarias o no, entre la zona de la toma de tierra de las masas de la instalación y la de la alimentación. Aunque ambas tomas de tierra no sean independientes, el esquema sigue siendo un esquema TT si no se cumplen todas las condiciones del esquema TN. Dicho de otra forma, no se tienen en cuenta las posibles conexiones entre ambas zonas de toma de tierra para la determinación de las condiciones de protección.

Esquema IT

El esquema IT no tiene ningún punto de la alimentación conectado directamente a tierra. Las masas de la instalación receptora están puestas directamente a tierra.

En este esquema la intensidad resultante de un primer defecto fase-masa o fase-tierra, tiene un valor lo suficientemente reducido como para no provocar la aparición de tensiones de contacto peligrosas.

La limitación del valor de la intensidad resultante de un primer defecto fase-masa o fase-tierra se obtiene bien por la ausencia de conexión a tierra en la alimentación, o bien por la inserción de una impedancia suficiente entre un punto dula alimentación (generalmente el neutro) y tierra, A este efecto puede resultar necesario limitar la extensión de la instalación para disminuir el efecto capacitivo de los cables con respecto a tierra.

En este tipo de esquema se recomienda no distribuir el neutro.

En la siguiente tabla puedes ver las diferentes opciones de elección del tipo de red de distribución en función de su recomendación:

Elección del tipo de red de distribución
	Recomendado	Posible	No recomendado
Red muy extensa con tomas de tierra de las masas de utilización correctas (10 ohmios como máximo)		TT, TN, IT o combinación
Red muy extensa con tomas de tierra de las masas de utilización incorrectas (> 30 ohmios)	TT	TN-S	IT, TN-C
Red perturbada (zona de tormentas) (ej.: emisor de televisión o radio)	TN	TT	IT
Red con corrientes de fuga elevadas (500mA)	TN	IT, TT
Red con líneas aéreas exteriores	TT	TN	IT
Grupo electrógeno de seguridad	IT	TT	TN

Los sistemas de protección contra los choques eléctricos se establecen en función del tipo de contacto contra el que se pretende proteger:

1. Sistemas de protección contra los contactos directos.
2. Sistemas de protección contra los contactos indirectos.
3. Sistemas de protección contra los contactos directos e indirectos.

Los distintos sistemas se enumeran en la figura y se desarrollan en los siguientes apartados:

Este sistema de protección consiste en la utilización de pequeñas tensiones, llamadas de seguridad, es decir, 24 V en emplazamientos húmedos y mojados y 50 V en emplazamientos secos. Con estos valores, cualquier contacto con la corriente eléctrica no produce efectos peligrosos.

Para que las pequeñas tensiones sean consideradas de seguridad serán suministradas únicamente por "fuentes de seguridad" de forma que se reduzca la posibilidad de transferencia de tensiones de la red al circuito de utilización. Estas fuentes pueden ser:

1. Un transformador de seguridad.
2. Pilas.
3. Máquinas eléctricas.

El circuito de utilización no debe estar conectado eléctricamente a tierra ni en unión eléctrica con circuitos de mayor tensión.

Cuando se utilice en locales mojados, conductores o sumergidos, el transformador permanecerá fuera de dichos recintos.

Probablemente sea el sistema más seguro, pero son escasos los receptores que pueden funcionar a estas tensiones. Sus principales aplicaciones se dan en quirófanos, alumbrado portátil, juguetes, circuitos de maniobras, etc.

La ITC BT 36 considera tres tipos de instalaciones a muy baja tensión:

1. Muy Baja Tensión de Seguridad (MBTS): aquellas cuya tensión nominal no excede de 50 V en C.A. ó 75 V en C.C, alimentadas mediante una fuente con aislamiento de protección, cuyos circuitos disponen de aislamiento de protección y no están conectados a tierra. Las masas no deben estar conectadas intencionadamente a tierra o a un conductor de protección.

2. Muy Baja Tensión de Protección (MBTP): aquellas cuya tensión nominal no excede de 50 V en C.A. ó 75 V en C.C, alimentadas mediante una fuente con aislamiento de protección, cuyos circuitos disponen de aislamiento de protección y, por razones funcionales, los circuitos y/o las masas están conectados a tierra o a un conductor de protección. La puesta a tierra de los circuitos puede ser realizada por una conexión adecuada al conductor de protección del circuito primario de la instalación.

3. Muy Baja Tensión Funcional (MBTF): aquellas cuya tensión nominal no excede de 50 V en C.A. ó 75 V en C.C., y que no cumplen los requisitos de MBTS ni de MBTP. Este tipo de instalaciones bien, están alimentadas por una fuente sin aislamiento de protección, tal como fuentes con aislamiento principal, o bien sus circuitos no tienen aislamiento de protección frente a otros circuitos. La protección contra los choques eléctricos de este tipo de instalaciones deberá realizarse conforme a lo establecido en la ITC-BT-24 para circuitos distintos de MBTS o MBTP.

Los contactos eléctricos directos son los contactos de personas con partes activas de los materiales y equipos, considerando partes activas los conductores bajo tensión en servicio normal. Por tanto, es aquel en el que la persona entra en contacto con una parte activa (una parte en tensión); por ejemplo: cuando se toca directamente un conductor activo (fase) y simultáneamente el neutro.

Los contactos directos pueden establecerse de tres formas:

1. Contacto directo con dos conductores activos de una línea.
2. Contacto directo con un conductor activo de línea y masa o tierra.
3. Descarga por inducción. Son aquellos accidentes en los que se produce un choque eléctrico sin que la persona haya tocado físicamente parte metálica o en tensión de una instalación.

Los sistemas de protección contra contactos directos se basan en dos principios:

1. Disposición que impida que la corriente eléctrica atraviese el cuerpo humano.
2. Limitación de la corriente que pueda atravesar el cuerpo humano a una intensidad no peligrosa ( < 1mA).

Las medidas pasivas para evitar los contactos directos son las siguientes:

• Protección por aislamiento de las partes activas.
• Protección por medio de barreras o envolventes.
• Protección por medio de obstáculos.
• Protección por puesta fuera de alcance por alejamiento.
• Protección complementaria por dispositivos de corriente diferencial residual.

Los accidentes por contactos directos son menos frecuentes que los indirectos, pero suelen tener consecuencias más graves.

1. Protección por aislamiento de las partes activas.

Las partes activas deben estar recubiertas completamente por un aislamiento que sólo pueda quitarse por destrucción.

Los aislamientos utilizados serán apropiados y capaces de conservar sus propiedades en el tiempo.

Las pinturas, barnices, lacas y productos similares no se consideran aislamiento suficiente.

2. Protección por interposición de barreras o envolventes.

La interposición de barreras o envolventes debe impedir todo contacto accidental con las partes activas de la instalación.

Este tipo de protección es el que se utiliza en las cajas de derivación, cajas de interruptores, tomas de corrientes, armarios, etc.

Tales barreras o envolventes estarán fijados de forma segura y serán resistentes a los esfuerzos mecánicos usuales en su función. Esta medida aplicada a las cubiertas y envolventes del material eléctrico supone que éstas deben poseer como mínimo un grado de protección IP2X (protegido contra el acceso a partes peligrosas con un dedo).

Cuando las superficies superiores de las barreras o envolventes horizontales son fácilmente accesibles o los equipos eléctricos deban instalarse en locales para niños de corta edad o, disminuidos psíquicos, el grado de protección no será inferior a IP4X (protegido contra el acceso a partes peligrosas con un alambre de l mm de diámetro).

La eliminación de las barreras o envolventes sólo podrá realizarse con una de las siguientes condiciones:

• Con el uso de una llave o de una herramienta.
• Con la existencia de un sistema que, tras quitar la tensión de las partes activas protegidas, impida el restablecimiento de la tensión hasta después de volver a colocar las barreras o las envolventes.
• Con la existencia de una segunda barrera de protección en el interior del equipo

3. Protección por medio de obstáculos.

Los obstáculos están destinados a impedir los contactos fortuitos con las partes activas, pero no los contactos voluntarios por una tentativa deliberada de salvar el obstáculo.

Esta medida se limita, en la práctica, a los locales de servicio eléctrico solo accesibles al personal autorizado.

4. Protección por alejamiento de las partes activas

Se conseguirá separando las partes activas de la instalación a una distancia tal del lugar donde las personas habitualmente se encuentran o circulan, que sea imposible un contacto fortuito.

Claros ejemplos de aplicación de esta medida los encontramos en las alturas que alcanzan los tendidos eléctricos, tanto en alta como en baja tensión, estando reguladas las distancias mínimas por la reglamentación oficial.

Las partes accesibles simultáneamente, que se encuentran a tensiones diferentes no deben encontrarse dentro del volumen de accesibilidad.

El volumen de accesibilidad de las personas se define como el situado alrededor de los emplazamientos en los que pueden permanecer o circular personas, y cuyos límites no pueden ser alcanzados por una mano sin medios auxiliares. Por convenio, este volumen está limitado conforme a la siguiente figura, entendiendo que la altura que limita el volumen es 2,5 m.

5. Protección complementaria por dispositivos de corriente diferencial-residual.

El empleo de esta protección no puede sustituir a las medidas de protección contra contactos directos mencionadas hasta ahora, sino que está destinada solamente a complementar otras medidas de protección contra los contactos directos.

Como medida de protección complementaria en servicio normal, se pueden emplear dispositivos de protección de corriente diferencial residual, de corriente asignada de funcionamiento de 30 mA como máximo.

El empleo de dispositivos de corriente diferencial-residual, cuyo valor de corriente diferencial asignada de funcionamiento sea inferior o igual a 30 mA, se reconoce como medida de protección complementaria en caso de fallo de otra medida de protección contra los contactos directos o en caso de imprudencia de los usuarios.

Los sistemas de protección contra contactos indirectos se basan en tres principios:

1. Impedir la aparición de defectos mediante aislamientos complementarios.
2. Hacer que el contacto resulte inocuo, usando tensiones no peligrosas o limitando la intensidad de fuga.
3. Limitar la duración del efecto mediante dispositivos automáticos de corte.

La ITC BT 24 contempla los diversos "sistemas de protección" para eliminar los riesgos derivados de los contactos indirectos. Existen dos tipos de protección fundamentalmente:

• Sistemas activos que protegen por corte automático de la alimentación. Estos sistemas se basan en la detección de tensiones de contacto respecto a tierra de las masas y en la desconexión automática de la alimentación cuando éstas supongan un peligro para los usuarios.

Un ejemplo de estos sistemas es la protección mediante interruptor diferencial en combinación con la puesta a tierra de las masas.

1. • Esquemas TN.
   • Esquemas TT.
   • Esquemas IT.

• Sistemas pasivos que suprimen el riesgo.

Estos sistemas se basan en acondicionar las instalaciones eléctricas para conseguir que los contactos no sean peligrosos

4. • Protección por empleo de equipos de la clase II o por aislamiento equivalente.
   • Protección en los locales o emplazamientos no conductores.
   • Protección mediante conexiones equipotenciales locales no conectadas a tierra.
   • Protección por separación eléctrica.

A estos sistemas de protección por asociación de un dispositivo de corte automático a la puesta a tierra a veces se los denomina "sistemas activos".

Están regulados por la ITC BT 24 y se clasifican según los esquemas de distribución (ITC BT 08), de la siguiente manera:

1. Puesta a tierra de las masas y dispositivos de corte por intensidad de defecto. Diferenciales . (Esquema TT).

Éste es el esquema de distribución más empleado en las redes de distribución pública de baja tensión.

Se basa en que la aparición de un defecto de aislamiento en las masas a proteger provoca:

• Una intensidad de defecto que fuga a través de tierra.
• Una tensión de defecto entre las masas y tierra, que podrá afectar a las personas que toquen dichas masas.

Esta tensión puede ser peligrosa en la mayoría de los casos si no existe un dispositivo de corte que limite su duración. Al poner un diferencial, la zona con defecto se desconecta en cuanto la corriente de defecto sobrepasa el umbral de disparo del diferencial.

Existe otro esquema TT de protección utilizando dispositivos de corte por tensión de defecto, pero las aplicaciones de este sistema están en desuso.

2. Puesta a neutro de las masas y dispositivos de corte por intensidad de defecto (Esquema TN)

Este esquema sólo es apropiado en aquellos casos en los que el usuario posea un transformador de distribución para uso exclusivo, por lo que su aplicación no está muy extendida

Consiste en unir las masas de la instalación al neutro de forma que los defectos francos de aislamiento se transforman en cortocircuitos entre fase y neutro, provocando el funcionamiento rápido de los dispositivos de corte y manteniendo la tensión de defecto en valores inferiores a la tensión de seguridad.

Al primer defecto franco, la protección debe actuar antes de 5 segundos. El dispositivo de protección más idóneo es el de protección contra sobreintensidades, preferentemente el interruptor magnetotérmico.

Es preceptiva la conexión equipotencial del conductor de protección a todas las masas metálicas importantes, estructuras, tuberías, etc.

El sistema es incompatible en una misma red con esquemas TT o IT.

3. Esquema IT. Neutro aislado de tierra

Los esquemas más utilizados son el TT y el TN, dejando el IT para instalaciones eléctricas especiales.

En este sistema, no existe conductor neutro (o no está puesto a tierra) y las masas metálicas están conectadas a tierra.

Cuando exista un defecto a masa o tierra, la corriente resultante es muy pequeña, debido a que su retorno se realiza por el suelo y a través de las capacidades parásitas de la red. En estas condiciones no existe peligro y no es preciso el corte automático.

Un dispositivo de control debe señalar automáticamente la aparición del primer defecto en la instalación.

Si el primer defecto no ha sido subsanado y aparece simultáneamente un segundo defecto, se produce un cortocircuito que provoca la intervención de los dispositivos de corte y la desconexión automática de los circuitos afectados.

En ese sistema de distribución los dispositivos de protección pueden ser:

• Controladores permanente de aislamiento
• Interruptores diferenciales
• Interruptores automáticos magnetotérmicos.

Las masas deben estar dispuestas de manera que, en condiciones normales, las personas no hagan contacto simultáneo: bien con dos masas, bien con una masa y cualquier elemento conductor, si estos elementos pueden encontrarse a tensiones diferentes en caso de un fallo del aislamiento principal de las partes activas

En estos locales (o emplazamientos), no debe estar previsto ningún conductor de protección.

Las prescripciones del apartado anterior se consideran satisfechas si el emplazamiento posee paredes aislantes y si se cumplen una o varias de las condiciones siguientes:

a) Alejamiento respectivo de las masas y de los elementos conductores, así como de las masas entre sí. Este alejamiento se considera suficiente si la distancia entre dos elementos es de 2 m como mínimo, pudiendo ser reducida esta distancia a 1,25 m por fuera del volumen de accesibilidad.

b) Interposición de obstáculos eficaces entre las masas o entre las masas y los elementos conductores. Estos obstáculos son considerados como suficientemente eficaces si dejan la distancia a franquear en los valores indicados en el punto anterior. No deben conectarse ni a tierra ni a las masas y, en la medida de lo posible, deben ser de material aislante.

c) Aislamiento o disposición aislada de los elementos conductores. El aislamiento debe tener una rigidez mecánica suficiente y poder soportar una tensión de ensayo de un mínimo de 2.000 V. La corriente de fuga no debe ser superior a 1 mA en las condiciones normales de empleo.

Las figuras siguientes contienen ejemplos explicativos de las disposiciones anteriores.

Las paredes y suelos aislantes deben presentar una resistencia no inferior a:

1. 50 kΩ, si la tensión nominal de la instalación no es superior a 500 V
2. 100 kΩ, si la tensión nominal de la instalación es superior a 500 V

Si la resistencia no es superior o igual, en todo punto, al valor prescrito, estas paredes y suelos se considerarán como elementos conductores desde el punto de vista de la protección contra las descargas eléctricas.

Las disposiciones adoptadas deben ser duraderas y no deben poder inutilizarse. Igualmente deben garantizar la protección de los equipos móviles cuando esté prevista la utilización de éstos.

Deberá evitarse la colocación posterior, en las instalaciones eléctricas no vigiladas continuamente, de otras partes (por ejemplo, materiales móviles de la clase I o elementos conductores, tales como conductos de agua metálicos), que puedan anular la conformidad con el apartado anterior.

Deberá evitarse que la humedad pueda comprometer el aislamiento de las paredes y de los suelos.

Deben adoptarse medidas adecuadas para evitar que los elementos conductores puedan transferir tensiones fuera del emplazamiento considerado.

La conexión equipotencial local así realizada no debe estar conectada a tierra, ni directamente ni a través de masas o de elementos conductores.

Deben adoptarse disposiciones para asegurar el acceso de personas al emplazamiento considerado sin que éstas puedan ser sometidas a una diferencia de potencial peligrosa. Esto se aplica concretamente en el caso en que un suelo conductor, aunque aislado del terreno, está conectado a la conexión equipotencial local.

La aplicación de este sistema de protección queda limitado para instalaciones de poca extensión, o para factorías con sistema de generación propio de energía eléctrica o transformador propio.

Se trata, por tanto, de mantener una red flotante de modo que, ante un primer fallo de aislamiento, el contacto con la masa no resulta peligroso debido a que el posible circuito de defecto está abierto y en consecuencia no existe circulación de corriente de defecto. Si posteriormente aparece un segundo defecto, actúan los fusibles o magnetotérmicos por cortocircuito.

El circuito debe alimentarse a través de una fuente de separación, es decir:

1. Un transformador de aislamiento,
2. Una fuente que asegure un grado de seguridad equivalente al transformador de aislamiento anterior, por ejemplo un grupo motor generador que posea una separación equivalente.

La norma UNE 20.460-4-41 enuncia el conjunto de prescripciones que debe garantizar esta protección.

En el caso de que el circuito separado alimente a un solo aparato, las masas del circuito no deben ser conectadas a un conductor de protección.

En el caso de que el circuito separado que alimente muchos aparatos, se satisfarán las siguientes prescripciones:

1. 1. Las masas del circuito separado deben conectarse entre sí mediante conductores de equipotencialidad.
   2. Todas las bases de tomas de corriente deben estar previstas de un contacto de tierra que debe estar conectado al conductor de equipotencialidad descrito en el apartado anterior.
   3. Todos los cables flexibles de equipos que no sean de clase II, deben tener un conductor de protección utilizado como conductor de equipotencialidad.
   4. En el caso de dos fallos francos que afecten a dos masas y alimentados por dos conductores de polaridad diferente, debe existir un dispositivo de protección que garantice el corte en un tiempo como máximo igual 0.4 s para tensiones de 230 V y de 0.2 para tensiones de 400 V (fusibles o magnetotérmicos)

Cuando se utilicen en locales mojados, conductores o sumergidos, el transformador permanecerá fuera de dichos recintos.

El sistema proporciona muy buena protección pero es caro y sólo aplicable hasta 16 kVA.

Sus principales aplicaciones se dan en quirófanos y para alimentación de receptores móviles o portátiles en emplazamientos mojados o conductores.

Así, quedan ordenados como se muestra en la tabla.

Cuando todos los sistemas de protección funcionan correctamente confieren un nivel de seguridad similar y suficiente para cualquier situación de riesgo que se quiera proteger (a excepción de los del grupo 6 que sólo pueden proteger en emplazamientos secos). No obstante, en algunos sistemas existe la posibilidad considerable de que su funcionamiento se altere o se anule por avería, mala instalación o bloqueo voluntario de sus elementos de seguridad, por lo que su fiabilidad en situaciones de riesgo elevado no es preventivamente admisible.

El nivel de seguridad máximo se obtiene aplicando el sistema de protección más fiable de acuerdo con el cuadro anterior.

Los receptores deberán disponer, además, del grado de protección adecuado contra la penetración de sólidos y agua.

Para cada situación (tipo de receptor y emplazamiento) deberá adoptarse uno de los sistemas de protección indicados, no admitiéndose sistemas de menor fiabilidad salvo por exigencias técnicas insalvables como en el caso de que la potencia del receptor sea muy elevada.

En la siguiente figura se muestra la aplicación de cada uno de los sistemas para cada situación.

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