El interruptor salvavidas

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En la mayoría de las residencias de la Ciudad de México, los casos de electrocución son muy comunes, debido a que la instalación eléctrica no cuenta con sistema de puesta a tierra ni con interruptores que supriman las descargas. Conoce por qué y de qué modo puedes evitar que sucedan.

Raúl Gómez Peña y Leonardo Fernández.

A00003514Los casos de electrocución por uso de electrodomésticos están estrechamente relacionados con la falla a tierra, pero ¿qué es la falla a tierra?, ¿cómo sucede?, ¿cómo podemos protegernos?

Diagrama 1. Circuito sin falla a tierraA00003515

El Diagrama 1 muestra un circuito que opera correctamente, ya que no existe falla a tierra. Ilustra un circuito que alimenta a un equipo eléctrico, por ejemplo un taladro, pero también puede ser una secadora de pelo, una licuadora, una lavadora o cualquier otro equipo. En este diagrama se observa que el circuito es protegido por un interruptor termomagnético, por el que se conducen los 10 amperes (A) que demanda la carga. En virtud de que la carga tiene un aislamiento en buenas condiciones, por el cable neutro circula la corriente de retorno de la carga de 10 A. En este caso no se ha producido falla a tierra y por el conductor de puesta a tierra la corriente es 0 A.

Diagrama 2. Circuito con falla a tierra de baja intensidadA00003516

En el Diagrama 2 se tiene el mismo circuito, pero ahora el equipo está envejecido y su aislamiento degradado, por lo que se produce una fuga de corriente hacia su carcasa; es decir, se produce una falla a tierra. Se dice que una falla a tierra se presenta cuando un conductor de fase o neutro ha perdido su aislamiento y empieza a fugar corriente a otros metales o elementos conductores que se encuentren cerca de ellos.

Debido a que la carcasa del taladro está aterrizada, por el conductor de tierra circula esa corriente de falla. El valor de la corriente puede tomar distintos valores porque depende de distintas circunstancias, por ejemplo, del grado de envejecimiento del aislamiento, del valor de tensión aplicada o del punto en que se rompe el aislamiento.

Por otra parte, en el Diagrama 2 se sugiere que el aislamiento empieza a degradarse y que la corriente de fuga es muy pequeña: 0.01A. En este circuito ya existe una corriente de falla a tierra; sin embargo, su valor es tan pequeño que no logra rebasar el umbral de disparo del interruptor termomagnético, ni siquiera por la condición de sobrecarga.

Diagrama 3. Circuito con falla a tierra de alta intensidadA00003517

En el Diagrama 3, el daño de aislamiento es tan severo que la fase se pone prácticamente en contacto con la carcasa y que la corriente de fuga toma un valor muy alto: 500 A, un valor tan alto que el interruptor termomagnético abre porque se activa su protección instantánea por cortocircuito.

En ambas situaciones se presenta una falla a tierra, sólo que con distinto valor de corriente de falla. En el primero, la protección termomagnética no se activa, mientras que en el segundo, sí. Esto quiere decir que la clásica protección termomagnética debe ser complementada con un elemento que permita monitorear esa pequeña diferencia en el flujo de corriente (falla a tierra). El interruptor adecuado para resolver este problema es aquél diseñado para trabajar ante sobrecarga y cortocircuito, pero también ante falla a tierra.

¿Qué pasa con la persona que opera el taladro? En el Diagrama 1 la persona que sujeta el taladro no está en riesgo porque el equipo no tiene falla. Pero en los Diagramas 2 y 3, sí está en riesgo porque ya circula corriente por la carcasa. El hilo de puesta a tierra, por ser un conductor de cobre con frecuencia, es un camino de muy baja resistencia por el que se conduce la mayor parte de la corriente de fuga, pero la persona es otra alternativa para dicha corriente. Si la persona está parada en un lugar seco, puede que su resistencia sea alta y no se convierta en un camino atractivo para la corriente de falla, pero si está mojada o de pie sobre un lugar húmedo, su resistencia baja y se convierte en un camino atractivo para la corriente de falla.

Por lo anterior, la norma de instalaciones eléctricas NOM-001-SEDE-2012 obliga a que en todas las instalaciones eléctricas nuevas o remodelaciones se distribuya el hilo de puesta a tierra y en las áreas húmedas, además, se instale protección adecuada para actuar ante una falla a tierra.

Diagrama 4. Circuito sin hilo de puesta a tierra, con equipo dañadoA00003518

Pero aún existen muchas aplicaciones antiguas en las que el hilo de puesta a tierra no está distribuido en la instalación, se ha interrumpido o, peor aún, se tiene una clavija polarizada con terminal de tierra, aunque se decide mutilarla porque el receptáculo no cuenta con entrada para la tercera terminal. Estas situaciones se simulan en el Diagrama 4, en el que no se ha alambrado el hilo de puesta a tierra.

Cuando se produce una falla a tierra, la persona que opera el taladro es el único camino por donde puede fluir la corriente, por lo que el choque eléctrico es inminente. La intensidad de la falla, además de los factores mencionados, también depende de la resistencia de la persona y de la resistencia del suelo en el que está parada; sin embargo, el Diagrama 4 muestra un valor de tan sólo 0.01 A, el cual puede ser peligroso para un adulto y muy crítico para un menor.

Diagrama 5. Circuito con protección diferencialA00003519

La respuesta para cualquiera de las fallas que se ilustran en los Diagramas 2, 3 y 4 se encuentra en el interruptor de falla a tierra mencionado más arriba, que se caracteriza por incluir un elemento diferencial que monitorea la corriente que pasa por el conductor de fase y el conductor neutro, como se muestra en el Diagrama 5. Si por ambos hilos se conduce la misma magnitud de corriente, el interruptor define que no existe falla a tierra y permanece cerrado, pero si el interruptor detecta una diferencia de corriente (mayor de 0.005 A), entonces identifica que existe falla a tierra y activa su sistema de disparo.

Es importante observar que la protección diferencial monitorea la corriente entre los conductores de fase y neutro, y con base en ello determina la situación de falla a tierra. El interruptor de falla a tierra no monitorea el conductor de tierra, por lo que también puede instalarse en sistemas eléctricos en los que el hilo de tierra no ha sido distribuido y, aun así, brindar protección eficiente.
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Autores
Raúl Gómez Peña. BD Retail Manager, en Schneider Electric México.
Leonardo Fernández. Lighting Control Marketing Senior de Schneider Electric México.