Protección eléctrica
Hay dos cosas distintas que proteger, y confundirlas es el error conceptual más caro del oficio: la instalación, que se protege de sobrecargas y cortocircuitos, y las personas, que se protegen del contacto con la corriente. Cada una tiene su dispositivo, y ninguno reemplaza al otro.
El principio del interruptor termomagnético, del disyuntor diferencial y de la puesta a tierra se desarrolla en instalaciones eléctricas. Acá se profundiza en lo que decide un proyecto real: los esquemas de conexión a tierra, las curvas, el poder de corte, la selectividad y las sobretensiones.
01Contacto directo e indirecto
Tocar un conductor activo. Se previene con aislación, envolventes, barreras y distancias, y con muy baja tensión de seguridad donde corresponda.
El diferencial de 30 mA es una protección adicional en este caso: reduce la gravedad, pero no evita el contacto ni sustituye a la aislación.
Tocar una masa metálica que quedó con tensión por una falla de aislación. Se previene con puesta a tierra de las masas más un dispositivo que corte automáticamente la alimentación cuando aparece la falla, o con doble aislación.
Esta es la protección que más se descuida y la que más muertes evita: la falla existe aunque nadie note nada, hasta que alguien toca.
| Corriente por el cuerpo | Efecto en una persona |
|---|---|
| 1 mA | Umbral de percepción: hormigueo. |
| 10 mA | Contracción muscular: ya no se puede soltar el conductor. |
| 30 mA | Dificultad respiratoria. Es el valor de corte del diferencial de uso general. |
| 50 mA y más | Riesgo de fibrilación ventricular, que es la causa habitual de muerte por electrocución. |
El criterio de la reglamentación es que ninguna masa quede a más de 24 V respecto de tierra en condiciones normales de humedad. De ahí sale la condición sobre la puesta a tierra: la resistencia del electrodo multiplicada por la corriente de disparo del diferencial debe quedar por debajo de ese valor. Con un diferencial de 30 mA, ese producto se cumple con holgura, pero eso no autoriza a hacer una toma de tierra deficiente: si el diferencial falla, la tierra es la única barrera que queda.
02Esquemas de conexión a tierra
La primera letra indica cómo está puesto a tierra el generador; la segunda, cómo están puestas a tierra las masas de la instalación.
| Esquema | Cómo funciona | Dónde se usa |
|---|---|---|
| TT | Neutro del transformador a tierra; masas a una tierra propia e independiente. La corriente de falla vuelve por el terreno y es baja: sólo el diferencial la detecta. | Es el esquema de la distribución domiciliaria en Argentina. |
| TN-S | Masas conectadas al neutro del generador por un conductor de protección separado. La falla es prácticamente un cortocircuito: actúa la termomagnética, y muy rápido. | Industria y grandes instalaciones con transformador propio. |
| TN-C | Neutro y protección en un mismo conductor. Económico, pero cualquier corte de ese conductor pone tensión en todas las masas. | En desuso en instalaciones nuevas. No admite diferencial. |
| IT | Generador aislado de tierra. La primera falla no produce corriente peligrosa: un controlador la señala y se repara sin cortar el servicio. | Quirófanos, procesos que no pueden interrumpirse, embarcaciones. |
En un esquema TT, la corriente de una falla a masa tiene que cerrarse a través del terreno, recorriendo la resistencia de la puesta a tierra propia más la del neutro de la distribuidora. Esa corriente suele ser de pocos amperes: demasiado poca para hacer actuar a la termomagnética, y más que suficiente para matar a alguien. El único dispositivo que la detecta es el diferencial. En un esquema TN, en cambio, la misma falla es casi un cortocircuito y la termomagnética actúa sola.
03Curvas, poder de corte y selectividad
| Curva | Disparo magnético | Para qué carga |
|---|---|---|
| B | 3 a 5 · In | Cargas resistivas y circuitos con cables largos: iluminación, calefacción, tomas. |
| C | 5 a 10 · In | Uso general. Tolera la corriente de arranque de motores chicos y de fuentes conmutadas. |
| D | 10 a 20 · In | Transformadores y motores con corriente de arranque muy alta. |
Es la corriente de cortocircuito máxima que el interruptor puede interrumpir sin destruirse: 3, 4,5, 6 o 10 kA en los formatos domiciliarios e industriales chicos.
Debe ser mayor que la corriente de cortocircuito presunta en el punto de instalación, que depende de la potencia del transformador y de la distancia. Cerca de la acometida esa corriente es alta; a treinta metros y por 2,5 mm², mucho menor.
Ante una falla debe actuar sólo la protección más cercana, y no la de aguas arriba. Se consigue con escalones de corriente nominal, con curvas distintas y, en el caso de los diferenciales, con un dispositivo selectivo o retardado en cabecera y los de 30 mA instantáneos abajo.
Sin selectividad, una falla en el lavarropas deja toda la casa —o toda la planta— sin energía, y el diagnóstico se vuelve mucho más difícil.
Motor monofásico de 1,5 kW, corriente nominal 8,5 A, corriente de arranque 6 veces la nominal, es decir 51 A durante unos segundos.
- Con una termomagnética de 10 A curva B, el disparo magnético empieza entre 30 y 50 A: el motor no arrancaría, saltaría en cada intento.
- Con 10 A curva C, el magnético actúa entre 50 y 100 A: el pico de 51 A queda en el límite. Anda, pero justo.
- Con 16 A curva C, el magnético actúa entre 80 y 160 A: arranca cómodo. La protección contra sobrecarga la aporta el relé térmico del arrancador, ajustado a la corriente nominal del motor.
Esa es la lógica de todo arranque de motor: la termomagnética protege el cable y el relé térmico protege el motor.
04Sobretensiones
| Origen | Qué produce |
|---|---|
| Descarga atmosférica | Impulsos de kilovoltios y microsegundos, directos o inducidos en las líneas. Destruyen electrónica en toda la instalación. |
| Maniobra | Al abrir circuitos inductivos —motores, transformadores— aparecen picos que envejecen los aislantes y perturban a los equipos. |
| Pérdida de neutro | La falla más destructiva de la distribución: sin neutro, las cargas quedan en serie entre fases y algunas reciben hasta 380 V. |
Se instalan en el tablero, entre activos y tierra. Ante un impulso conducen a tierra la energía y limitan la tensión residual a un valor que los equipos toleran. Se clasifican en tipo 1 para descarga directa, tipo 2 para la protección general del tablero y tipo 3 junto al equipo sensible.
Necesitan una puesta a tierra de baja impedancia y conexiones cortas: un DPS con medio metro de cable a tierra pierde buena parte de su eficacia.
Un relé que mide la tensión de red y desconecta la instalación cuando sale de un rango —por ejemplo 190 a 250 V— con reconexión automática temporizada. Es lo que salva a los equipos ante la pérdida de neutro, que ninguna termomagnética ni diferencial detecta.
05En el laboratorio
Con un instrumento de ensayo, medir la corriente y el tiempo real de disparo de disyuntores de 30 mA y 300 mA. Comparar con el botón de prueba, que sólo verifica el mecanismo. Probar también un disyuntor viejo: la diferencia de tiempos suele ser reveladora.
Sobre un tablero didáctico con carcasa metálica puesta a tierra, provocar una falla de aislación controlada mediante una resistencia. Medir la corriente de falla y la tensión de la masa respecto de tierra, con y sin conductor de protección conectado. La comparación explica por sí sola por qué el PE no es opcional.
Someter termomagnéticas de curva B y C de la misma corriente nominal a sobrecargas crecientes y registrar el tiempo de disparo. Graficar en escala doble logarítmica y comparar con la curva del fabricante.
Medir la resistencia de una jabalina con telurímetro por el método de las tres picas. Repetir después de humedecer el terreno y después de agregar una segunda jabalina en paralelo. Verificar cuánto baja realmente el valor.
06Errores frecuentes
| Error | Consecuencia |
|---|---|
| Creer que la termomagnética protege a las personas | En esquema TT, la corriente de falla a masa es demasiado baja para hacerla actuar. Sólo el diferencial protege. |
| Diferencial sin conductor de protección | La falla no encuentra camino a tierra y el disyuntor recién actúa cuando alguien toca: llega tarde. |
| Puentear el diferencial «porque salta» | Salta porque hay una falla real. Puentearlo elimina la única protección de las personas. |
| Curva B en un circuito de motor | La corriente de arranque hace disparar el magnético: el motor no arranca nunca. |
| Poder de corte insuficiente | Ante un cortocircuito, el interruptor no logra interrumpir y se destruye, con arco y proyecciones. |
| Todo el tablero con protecciones iguales | No hay selectividad: una falla en un artefacto deja sin energía toda la instalación. |
| DPS con conexión larga a tierra | La inductancia del cable eleva la tensión residual y el descargador deja de cumplir su función. |
| Unir neutro y tierra después del tablero | Circulan corrientes por el conductor de protección y el diferencial dispara sin causa aparente. |
07Autoevaluación
¿Qué diferencia hay entre contacto directo e indirecto?
El directo es tocar una parte que normalmente tiene tensión; el indirecto es tocar una masa que no debería tenerla y la tiene por una falla de aislación.
¿Por qué en esquema TT no alcanza con la termomagnética?
Porque la corriente de falla a masa se cierra por el terreno y es de pocos amperes: demasiado baja para el interruptor y suficiente para ser mortal. La detecta sólo el diferencial.
¿Qué indican las letras de los esquemas TT, TN e IT?
La primera, cómo está puesto a tierra el generador; la segunda, cómo están puestas a tierra las masas de la instalación.
¿Cuál es la corriente que se considera peligrosa para una persona?
A partir de 30 mA hay riesgo serio, y por encima de 50 mA aparece el peligro de fibrilación ventricular. Por eso los diferenciales de protección de personas son de 30 mA.
¿Qué diferencia hay entre una curva B y una C?
El umbral del disparo magnético: 3 a 5 veces la nominal en la B y 5 a 10 veces en la C. La C tolera corrientes de arranque; la B protege mejor cables largos.
¿Qué es el poder de corte y por qué importa?
La máxima corriente de cortocircuito que el interruptor puede interrumpir sin destruirse. Debe superar la corriente de cortocircuito presunta en ese punto de la instalación.
¿Cómo se logra selectividad entre diferenciales?
Con un diferencial selectivo o retardado de mayor sensibilidad nominal en cabecera y los instantáneos de 30 mA en los circuitos terminales.
¿Qué protege al motor y qué protege al cable en un arranque?
El relé térmico, ajustado a la corriente nominal, protege al motor; la termomagnética protege al cable y despeja el cortocircuito.
¿Qué ocurre ante la pérdida del neutro en una red trifásica?
Las cargas monofásicas quedan en serie entre fases y algunas reciben tensiones muy superiores a 220 V. Ni la termomagnética ni el diferencial lo detectan: hace falta un relé de sobretensión.
¿Por qué un DPS necesita conexiones cortas a tierra?
Porque ante un impulso de microsegundos, la inductancia del cable produce una caída importante que se suma a la tensión residual. Con cables largos el descargador protege mucho menos.