Medidas de Protección Eléctrica

TEMA 1: Medidas de Protección Eléctrica

• El tema abarca las medidas de protección eléctrica, incluyendo sobreintensidades, fusibles, interruptores automáticos y diferenciales.
• También cubre la protección contra choques eléctricos, configuraciones de circuitos y baterías.

Protección Contra Sobreintensidades

• La sobreintensidad refiere al aumento del consumo de corriente que excede la capacidad del circuito.
• El cortocircuito es un aumento drástico de la intensidad debido a la conexión de dos o más puntos a través de una impedancia despreciable.
• La sobrecarga es una condición de funcionamiento de un circuito eléctrico.

Medios de Protección Contra Sobreintensidades

• En instalaciones eléctricas se emplean fusibles e interruptores automáticos magnetotérmicos.
• Para motores se utilizan disyuntores magnéticos y disyuntores motor.

Fusibles

• El fusible es un dispositivo de conexión que abre un circuito al cortar la corriente cuando esta supera un valor determinado en un tiempo definido.
• Tiene un cartucho fusible que comprende el elemento fusible y una base portafusibles.

Ventajas y Desventajas de los Fusibles

• Ventajas: Económico, reducido en volumen y de gran seguridad.
• Desventajas: Diferencia entre intensidad nominal e intensidad de fusión, imposibilidad de ajuste, costos elevados de reemplazo y corte por fusión de una sola fase.

Tipos de Fusibles

• Estándar
• Con indicador de fusión
• Con percutor de fusión
• En el neutro, debe quedar siempre identificado.

Características del Fusible

• Se debe seccionar de forma simultánea.
• Nunca debe llevar fusible.
• Tensión nominal: 220, 380, 500 o 600.
• Intensidad nominal: 1 a 1000 A en cartucho fusible o 10 a 1000 A en base portafusible.

Modelos de Cortacircuitos-Fusibles Cilíndricos

• Permiten extraer el fusible.
• Cuentan con un sistema modular.
• Permiten unir varias manetas consecutivas.

Cortacircuitos Tipo D

• No admiten el alojamiento de un cartucho fusible de intensidad nominal superior.

Cortacircuitos de Cuchillas

• Son fusibles industriales donde la base agarra las cuchillas de contacto.

Magnetotérmicos o Interruptores Automáticos

• Son aparatos mecánicos de conexión diseñados para establecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones normales o anormales.

Ventajas y Desventajas de los Interruptores Automáticos

• Ventajas: Reposición sencilla, desconexión simultánea, mejor calibración, señalización simple y comprobación sin destrucción.
• Desventajas: Baja calidad de maniobra, vida útil limitada, menor poder de corte y mayor coste.

Dispositivo Magnético

• Elemento de detección con núcleo móvil dentro de un solenoide.
• El solenoide crea un campo magnético que desplaza el núcleo, oponiendo resistencia a la fuerza ejercida.
• A mayor intensidad, mayor es el desplazamiento del núcleo.

Dispositivo Térmico

• Bimetal
• A cierta temperatura, la lámina describe una curvatura.
• Precisión elevada ante sobreintensidades bajas, pero es lento.
• Tensión nominal de servicio: 220 a 660V, en corriente continua o alterna.
• Intensidad nominal de hasta 4000A.

Configuraciones Según Número de Módulos

• Los bornes del neutro deben estar especificados.
• El neutro debe seccionarse de forma simultánea con las fases asociadas.
• Los choques eléctricos se dividen en protección contra contactos directos e indirectos.

Protección Contra Choques Eléctricos

• La protección contra contactos directos consiste en proteger a las personas contra los peligros derivados del contacto directo.
• La protección contra contactos indirectos se enfoca en los peligros derivados de fallos de aislamiento entre partes activas y masa.

Medidas de Protección Contra Contactos Directos

• Aislamiento de las partes activas, que se quita solo mediante la destrucción o rotura.
• Protección mediante envolventes o barreras, con partes activas colocadas alrededor de un envolvente en interior.

Medidas de Protección Contra Contactos Indirectos

• Desconexión automática de la alimentación ante la aparición de un defecto que eleve la tensión de contacto a un nivel peligroso.
• Utilización de equipos o materiales de Clase II que recaen en una medida de seguridad adicional para evitar tensiones peligrosas en partes accesibles.
• Protección mediante pequeña tensión funcional, que emplea un circuito de tensión baja impidiendo que las masas alcancen una tensión peligrosa en caso de defecto de aislamiento.
• Protección por separación de circuitos a través de transformadores separadores.

Interruptores Automáticos Diferenciales

• Detectan corrientes por defecto de aislamiento en una instalación.
• La zona de riesgo depende de la corriente de defecto y el tiempo de disparo.
• Rangos típicos son de 30m/s y 30mA.

Interruptor Diferencial

• La causa del defecto de aislamiento es la corriente de fuga que desequilibra las corrientes magnéticas en el toroide.
• Se genera una corriente en la bobina secundaria que activa un relé de disparo, accionando el mecanismo de apertura de los contactos principales.
• El pulsador de prueba simula un defecto para verificar el correcto funcionamiento.
• La sensibilidad diferencial es la máxima corriente de defecto que permite actuar sin accionar el mecanismo de disparo.

Circuito de Protección

• Parte de la instalación eléctrica que deriva las corrientes de defecto causadas por fallos de aislamiento o contacto indirecto.
• La resistencia no debe superar los 37 ohmios.
• La identificación incluye el símbolo IEC-5019, las letras PE y el código de color verde y amarillo.

Continuidad del Circuito de Protección

• La continuidad del circuito de protección 1 se asegura mediante uniones eficaces que no se interrumpen durante el desmontaje.
• En la protección 2, no deben tener funciones adicionales de fijación mecánica, asegurando la continuidad de la protección en puertas, placas, etc.

Conexiones de las Masas a la Línea Principal de Tierra

• Todas las masas de un edificio se conectan a la línea principal del conductor de protección.
• La línea principal del conductor se baja hasta tierra al subsuelo mediante un "electrodo".

Tipos de Electrodos

• Electrodo de anillo: Cable desnudo de cobre tendido perimetralmente en la base de la cimentación y unido por zapatas.
• Electrodo de pica: Vara de cobre desnuda, o conjunto de picas enlazadas.

Protección Contra Caídas de Tensiones y Tensiones Residuales

• El equipo debe operar entre el 90% y el 110% de la tensión nominal y funcionar con una caída de tensión del 15% durante 0,5 segundos.
• Protección contra caídas de tensión: El equipo debe protegerse mediante un dispositivo de mínima tensión.
• Protección tensiones residuales: El elemento debe conservar la carga eléctrica después de desconectarse, con un tiempo máximo de 5 segundos para que la tensión descienda por debajo de 120V mediante resistencias de descarga.

Tema 2: Circuitos de Potencia

• El circuito general de potencia comienza en el punto de recepción de la alimentación externa.
• Su función principal es establecer o interrumpir corrientes elevadas para conectar o desconectar los receptores de forma manual o automática.

Aparatos de Seccionamiento de Alimentación

• Dos opciones: Abierto o cerrado.
• Color rojo para el paro de emergencia.
• Órgano de mando accionado desde el exterior del cuadro.
• Dispositivo de bloqueo.

Control de Potencia para Motores: Funciones de Maniobra

• Seccionamiento e interrupción para aislar eléctricamente circuitos, empleando seccionadores e interruptores.
• Conmutación pre-accionadora para establecer, cortar o modificar la corriente de un motor; usando interruptores, contactores o interruptores estáticos.

Función de Protección

Protección contra Cortocircuitos:

• Detecta y corta corrientes anormales superiores a 10 veces la intensidad nominal mediante fusibles, magnetos o disyuntores.

Protección contra Sobrecargas

• Detecta aumentos de corriente que puedan dañar el motor y los conductores usando disyuntores-motores, relés de protección (térmicos, sondas térmicas PTC o multifunción).

Dispositivos de Conmutación: Pre-Accionadores

• Interruptor o disyuntor magnético
• Contactor
• Interruptor estático
• Equipos electrónicos

Contactor

• Al energizar la bobina, se crea un circuito magnético en la armadura fija que atrae la armadura móvil, desplazando el contacto o los contactos, cambiando de posición.
• Elementos auxiliares:
  • Contactos de potencia: Soportan el paso de la corriente necesaria para el funcionamiento
  • Ampliación de contactos: Puede ampliarse bloques acoplables al motor.

Categorías de Empleo

• AC-1: Corriente alterna con factor de potencia igual a 0,95.
• AC-3: Motores con intensidad de arranque de 5 a 7 veces la nominal.
• AC-2/AC-4: Controlan el arranque y frenado en contracorriente o marcha a impulsos en motores de rotor binario (AC-2) o en cortocircuito (AC-4).

Dispositivos de Protección para Motores

• Causas de fallo: Aumento de temperatura por sobrecalentamiento, pudiendo quemar el motor.
• Solución: Optimizar durabilidad a través de protección térmica adecuada.

Clases de Protección Térmica

• Disyuntor-motor
• Relés de Protección Térmica

Disyuntor Motor

• Incluye seccionamiento y interrupción por disparo, protección contra sobrecargas (dispositivo térmico de disparo), y contra cortocircuitos (dispositivo de disparo magnético).

Dispositivo de Disparo Térmico

• Opera con un elemento de detección bimetálico que se curva al elevarse la temperatura.
• Proporciona mayor precisión ante sobreintensidades.

Dispositivo de Disparo Magnético

• Utiliza un núcleo móvil dentro de una bobina.
• La bobina crea un campo magnético que desplaza el núcleo en contraposición.
• Actúa rápidamente al superar 10 veces la intensidad nominal.

Relés de Protección Térmica

• Los relés térmicos constan de dos láminas unidas con diferente coeficiente de dilatación unidas por una de sus caras.
• Las láminas describen curvatura proporcional a la elevación de la temperatura, desplazando regletas del elemento de disparo.
• Hay 3 láminas.
• Funcionamiento de las regletas: Registran la curvatura de las biláminas, desplazando la palanca de disparo que acciona contactos auxiliares.
• Ajuste de intensidad: Se basa en la intensidad absorbida por el motor.

Mando y Rearme

• Mando: STOP, TEST DISPARO, RESET (REARME).
• Rearme: Automático o manual.
• Los relés incluyen relé térmico, relé sondas PTC y relé de control.
• Los relés multifunción se limita a circuitos automáticos.

Configuraciones de Circuitos de Potencia para Motores Trifásicos

Mando Manual

• Aplicaciones terciarias -1kW: Usan fusibles con interruptor, o interruptor automático.
• Aplicaciones Industriales -4kW: Usan disyuntor-motor o interruptor con disyuntor-motor.

Mando Automático (≤4KW)

• Disyuntor-motor + Contactor: Con contactos auxiliares que informan el estado.
• Disyuntor Magnético + Contactor + Relé Térmico: Incluye contactos auxiliares informar estado.
• Contactor Funciones Integradas: Contactos auxiliares que informan el estado.

Mando Automático (≥4KW)

• Fusibles seleccionables con Contactor y relé térmico para una configuración económica.

Baterías

• Son el sistema predominante para acumular electricidad a bordo y ser una de las fuentes de energía.
• Están formadas por pilas o vasos conectados.
• Se basan en una doble conversión de energía mediante un proceso electroquímico reversible.

Fases de Funcionamiento

• Batería descargada
• Fase de recarga
• Batería cargada
• Fase de descarga

Capacidades de la Batería

• Tensión nominal (V)
• Capacidad (Ah)
• Intensidad de descarga (CCA)

Tensión Nominal

• Expresa en voltios (V).
• Depende del tipo de celda y del número de celdas asociadas.

Capacidad

• Se mide en Amperios x hora (Ah).
• Representa la cantidad de energía almacenada y disponible para los consumidores.

Corriente de Arranque en Frío (CCA)

• Corriente máxima que una batería puede suministrar durante 30 segundos a 0°C, sin que la tensión de cada celda baje de 1,2V.
• Cantidad máxima de corriente, expresada en amperios, que puede aportar una batería ante una demanda instantánea.

Tipos de Baterías

Baterías de Pb-Ácido

• Denominadas baterías húmedas por su electrolito líquido.
• Placa plomo-antimonio esponjoso (negativa) y dióxido de plomo (positiva).
• Cada celda genera 2V, formando conjuntos de 6V y 12V.
• Adecuadas para barcos.
• Ventajas: Son económicas, gran poder de arranque en frío, admiten cargas elevadas y permiten comprobar su estado de carga mediante un densímetro.
• Desventajas: Desprenden gases durante la descarga, propensas a la autodescarga, no son indicadas para descargas grandes.

Baterías sin Mantenimiento

• Baterías estancas, selladas herméticamente con regulación de presión de gases internos por válvula (VRLA).
• Recmendables en uso náutico..
• Ciclo profundo (deep-cycle): Permiten descargas de hasta 80% sin alterar sus características.

Tipos de Baterías VRLA

• Baterías de Gel: Electrolito sólido de silicio en vez de líquido, excelentes para uso a bordo, baja autodescarga y mayor duración en ciclos. No aptas para grandes descargas momentáneas y requieren carga específica.
• AGM tecnología espiral: No emplean electrolitos líquidos ni de gel, usan esteras de fibra de silicato de boro entre las placas. Destacan por descargas profundas, baja autodescarga y capacidad para altas intensidades en periodos cortos.
• Baterías Secas o AGM: Mayores densidades de tamaño y capacidad en Amperios / Hora
• Baterías de Litio (LiFePO4): Alta densidad de energía, aptas para grandes cargas, y corriente estable con vida útil extensa.

Selección de Baterías

• Se debe seleccionar la batería según su uso particular y empleo.

Asociación de Baterías

• Equilibrado: Puentes entre baterías deben ser exactamente iguales.
• Paralelo: La capacidad total del banco es la suma de las capacidades de las baterías.
• Serie: Aumenta la tensión, manteniendo la capacidad (Ah) igual a la de cada batería.
• Mixta: Combina serie y paralelo, sumando capacidades de los conjuntos en paralelo y tensiones de las baterías en serie.

Proceso de Carga

• El proceso involucra cargadores y un proceso de carga específico.
• FASE I Carga inicial, bulk o boost: La tensión aumentara.
• FASE II Absorción: Coincide el Máximo de voltaje sin gasificación
• Flotación: Valor predefinido.
• Almacenaje: Unos voltios menos para mantener.

Funcionamiento del cargador

• Hacen una fase de absorción mejorar la carga

Este tema cubre las medidas de protección eléctrica, incluyendo sobreintensidades, fusibles e interruptores automáticos. También explora la protección contra choques eléctricos y configuraciones de circuitos. Se analizan los fusibles y su uso en instalaciones eléctricas.