Un dispositivo de corriente residual ( RCD ), disyuntor de corriente residual ( RCCB ) o interruptor de circuito por falla a tierra ( GFCI ) [a] es un dispositivo de seguridad eléctrica que interrumpe un circuito eléctrico cuando la corriente que pasa a través de un conductor no es igual y opuesta en ambas direcciones, lo que indica una corriente de fuga a tierra o una corriente que fluye hacia otro conductor alimentado. El propósito del dispositivo es reducir la gravedad de las lesiones causadas por una descarga eléctrica . [1] Este tipo de interruptor de circuito no puede proteger a una persona que toca ambos conductores del circuito al mismo tiempo, ya que entonces no puede distinguir la corriente normal de la que pasa a través de una persona. [2]
Si el dispositivo RCD tiene protección adicional contra sobrecorriente integrada en el mismo dispositivo, se lo denomina RCBO. Un disyuntor diferencial puede ser un RCD, aunque también existe un tipo más antiguo de disyuntor diferencial accionado por tensión (ELCB).
Estos dispositivos están diseñados para interrumpir rápidamente el circuito protegido cuando detecta que la corriente eléctrica está desequilibrada entre los conductores de alimentación y retorno del circuito. Cualquier diferencia entre las corrientes en estos conductores indica una corriente de fuga , que presenta un peligro de descarga eléctrica. Una corriente alterna de 60 Hz superior a 20 mA (0,020 amperios) a través del cuerpo humano es potencialmente suficiente para causar un paro cardíaco o daños graves si persiste durante más de una pequeña fracción de segundo. Los RCD están diseñados para desconectar los cables conductores ("disparar") con la suficiente rapidez para evitar posibles lesiones graves a las personas y evitar daños a los dispositivos eléctricos.
Los RCD son dispositivos que se pueden probar y reiniciar: un botón de prueba crea de manera segura una pequeña condición de fuga y otro botón reinicia los conductores después de que se haya eliminado una condición de falla. Algunos RCD desconectan tanto el conductor energizado como el de retorno en caso de una falla (dos polos), mientras que un RCD unipolar solo desconecta el conductor energizado. Si la falla ha dejado el cable de retorno " flotando " o no en su potencial de tierra esperado por cualquier motivo, entonces un RCD unipolar dejará este conductor aún conectado al circuito cuando detecte la falla.
![Gráfico logarítmico-logarítmico del efecto de la corriente alterna I de duración T que pasa de la mano izquierda a los pies, tal como se define en la norma IEC 60479-1[3]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7f/IEC_TS_60479-1_electric_shock_graph.svg/1280px-IEC_TS_60479-1_electric_shock_graph.svg.png)
Interruptor de circuito por falla a tierra (GFCI)
El dispositivo GFCI está homologado según UL 943 y tiene un umbral de disparo para garantizar que se pueda soltar. El umbral de soltar se estableció mediante pruebas realizadas por CF Dalziel y se publicó como parte de un documento IEEE titulado "Corrientes y voltaje de soltar". El dispositivo homologado como GFCI es un requisito en muchas aplicaciones como parte del Código Eléctrico Nacional (NFPA 70). La Sección 210.8 de este Código de instalación es la referencia principal para los requisitos de instalación del GFCI, pero se pueden encontrar otros requisitos en los Capítulos 5, 6 y 7 del NEC.
Los RCD están diseñados para desconectar el circuito si hay una fuga de corriente. [4] En su primera implementación en la década de 1950, las compañías eléctricas los utilizaron para prevenir el robo de electricidad donde los consumidores conectaban a tierra los circuitos de retorno en lugar de conectarlos al neutro para evitar que los medidores eléctricos registraran su consumo de energía.
La aplicación moderna más común es como dispositivo de seguridad para detectar pequeñas corrientes de fuga (normalmente 5-30 mA) y desconectarse lo suficientemente rápido (<30 milisegundos) para evitar daños al dispositivo o electrocución . [5] Son una parte esencial de la desconexión automática del suministro (ADS), es decir, apagar cuando se desarrolla una falla, en lugar de depender de la intervención humana, uno de los principios esenciales de la práctica eléctrica moderna. [6]
Para reducir el riesgo de electrocución, los RCD deben funcionar en un plazo de 25 a 40 milisegundos con cualquier corriente de fuga [ aclaración necesaria ] (a través de una persona) de más de 30 mA, antes de que la descarga eléctrica pueda hacer que el corazón entre en fibrilación ventricular , la causa más común de muerte por descarga eléctrica. Por el contrario, los disyuntores o fusibles convencionales solo interrumpen el circuito cuando la corriente total es excesiva (que puede ser miles de veces la corriente de fuga a la que responde un RCD). Una pequeña corriente de fuga, como la que pasa a través de una persona, puede ser una falla muy grave, pero probablemente no aumentaría la corriente total lo suficiente como para que un fusible o un disyuntor de sobrecarga aíslen el circuito, y no lo suficientemente rápido como para salvar una vida.
Los RCD funcionan midiendo el equilibrio de corriente entre dos conductores mediante un transformador de corriente diferencial . Este mide la diferencia entre la corriente que fluye a través del conductor activo y la que regresa a través del conductor neutro . Si la suma de estos valores no es cero, hay una fuga de corriente a otro lugar (a tierra o a otro circuito) y el dispositivo abrirá sus contactos. El funcionamiento no requiere que una corriente de falla regrese a través del cable de tierra en la instalación; el dispositivo funcionará igual de bien si la ruta de retorno es a través de tuberías o contacto con el suelo o cualquier otro lugar. Por lo tanto, se sigue proporcionando una desconexión automática y una medida de protección contra descargas incluso si el cableado de tierra de la instalación está dañado o incompleto.
Para un RCD utilizado con energía trifásica , los tres conductores activos y el neutro (si está instalado) deben pasar a través del transformador de corriente.
Los enchufes eléctricos con RCD incorporado se instalan a veces en aparatos que pueden considerarse un peligro particular para la seguridad, por ejemplo, cables de extensión largos, que pueden usarse al aire libre, o equipos de jardinería o secadores de pelo, que pueden usarse cerca de una bañera o un lavabo. Ocasionalmente, se puede usar un RCD en línea para cumplir una función similar a la de un enchufe. Al colocar el RCD en el cable de extensión, se proporciona protección en cualquier toma de corriente que se use, incluso si el edificio tiene cableado antiguo, como un cableado de perilla y tubo , o cableado que no contiene un conductor de conexión a tierra. El RCD en línea también puede tener un umbral de disparo más bajo que el edificio para mejorar aún más la seguridad de un dispositivo eléctrico específico.
En América del Norte, los receptáculos GFI se pueden utilizar en casos en los que no hay conductor de conexión a tierra, pero deben estar etiquetados como "sin conexión a tierra del equipo". Esto se menciona en la sección 406 (D) 2 del Código Eléctrico Nacional, sin embargo, los códigos cambian y siempre se debe consultar a un profesional autorizado y a los departamentos de construcción y seguridad locales. [7] El código es Un receptáculo GFI sin conexión a tierra se disparará utilizando el botón de "prueba" incorporado, pero no se disparará utilizando un enchufe de prueba GFI, porque el enchufe prueba pasando una pequeña corriente desde la línea hasta la tierra inexistente. Vale la pena señalar que, a pesar de esto, solo es necesario un receptáculo GFCI al comienzo de cada circuito para proteger los receptáculos aguas abajo. No parece haber riesgo de usar múltiples receptáculos GFI en el mismo circuito, aunque se considera redundante.
En Europa, los RCD pueden encajar en el mismo riel DIN que los disyuntores miniatura ; al igual que en los disyuntores miniatura, las disposiciones de barras colectoras en las unidades de consumo y los tableros de distribución brindan protección para cualquier cosa que se encuentre aguas abajo.
Un RCD puro detectará desequilibrios en las corrientes de los conductores de alimentación y retorno de un circuito, pero no puede proteger contra sobrecargas o cortocircuitos como lo hace un fusible o un disyuntor en miniatura (MCB) (excepto en el caso especial de un cortocircuito de fase a tierra, no de fase a neutro).
Sin embargo, un RCD y un MCB suelen venir integrados en el mismo dispositivo, lo que permite detectar tanto el desequilibrio de suministro como la corriente de sobrecarga. Este tipo de dispositivo se denomina RCBO ( disyuntor de corriente residual con protección contra sobrecorriente ) en Europa y Australia, y GFCI ( disyuntor de falla a tierra ) en Estados Unidos y Canadá.
El diagrama muestra el mecanismo interno de un dispositivo de corriente residual (RCD). El dispositivo está diseñado para ser conectado en línea en un cable de alimentación de electrodomésticos. Está clasificado para transportar una corriente máxima de 13 A y está diseñado para dispararse con una corriente de fuga de 30 mA. Este es un RCD activo; es decir, se bloquea eléctricamente y, por lo tanto, se dispara en caso de falla de energía, una característica útil para equipos que podrían ser peligrosos en caso de una reenergización inesperada . Algunos RCD tempranos eran completamente electromecánicos y dependían de mecanismos de centro de resorte finamente equilibrados impulsados directamente desde el transformador de corriente. Como estos son difíciles de fabricar con la precisión requerida y propensos a la desviación en la sensibilidad tanto por el desgaste del pivote como por el secado del lubricante, ahora predominan los tipos amplificados electrónicamente con una parte de solenoide más robusta, como se ilustra.
En el mecanismo interno de un RCD, la alimentación entrante y los conductores neutros están conectados a los terminales en (1), y los conductores de carga salientes están conectados a los terminales en (2). El conductor de tierra (no mostrado) está conectado de forma ininterrumpida desde la alimentación a la carga. Cuando se presiona el botón de reinicio (3), los contactos ((4) y otro, oculto detrás de (5)) se cierran, permitiendo el paso de la corriente. El solenoide (5) mantiene los contactos cerrados cuando se suelta el botón de reinicio.
La bobina de detección (6) es un transformador de corriente diferencial que rodea (pero no está conectado eléctricamente) a los conductores de corriente y neutro. En funcionamiento normal, toda la corriente que baja por el conductor de corriente retorna al conductor neutro. Por lo tanto, las corrientes en los dos conductores son iguales y opuestas y se anulan entre sí.
Cualquier falla a tierra (por ejemplo, causada por una persona que toca un componente activo en el aparato conectado) hace que parte de la corriente tome un camino de retorno diferente, lo que significa que hay un desequilibrio (diferencia) en la corriente en los dos conductores (caso monofásico) o, más generalmente, una suma distinta de cero de corrientes entre varios conductores (por ejemplo, tres conductores de fase y un conductor neutro).
Esta diferencia provoca una corriente en la bobina de detección (6), que es captada por el circuito de detección (7). El circuito de detección entonces quita la energía del solenoide (5), y los contactos (4) se separan por un resorte, cortando el suministro eléctrico al aparato. Un corte de energía también quitará energía del solenoide y hará que los contactos se abran, causando el comportamiento de disparo seguro en caso de falla de energía mencionado anteriormente.
El botón de prueba (8) permite verificar el correcto funcionamiento del dispositivo haciendo pasar una pequeña corriente a través del cable de prueba naranja (9). Esto simula una falla al crear un desequilibrio en la bobina sensora. Si el RCD no se dispara al presionar este botón, entonces se debe reemplazar el dispositivo. [8]
La protección de corriente residual y de sobrecorriente se puede combinar en un dispositivo para su instalación en el panel de servicio; este dispositivo se conoce como disyuntor GFCI (interruptor de circuito por falla a tierra) en los EE. UU. y Canadá, y como disyuntor RCBO (disyuntor de corriente residual con protección de sobrecorriente) en Europa y Australia. Son efectivamente una combinación de un RCD y un MCB . [9] En los EE. UU., los disyuntores GFCI son más caros que los tomacorrientes GFCI. [ cita requerida ]
Además de requerir entradas y salidas activas y neutras (o trifásicas completas), muchos dispositivos GFCI/RCBO requieren una conexión a tierra funcional (FE). Esto sirve para brindar inmunidad EMC y para que el dispositivo funcione de manera confiable si se pierde la conexión neutra del lado de entrada, pero permanecen activas y a tierra.
Por razones de espacio, muchos dispositivos, especialmente en formato de carril DIN, utilizan cables sueltos en lugar de terminales de tornillo, especialmente para la entrada neutra y las conexiones FE. Además, debido al pequeño factor de forma, los cables de salida de algunos modelos (Eaton/MEM) se utilizan para formar el devanado primario de la parte RCD, y los cables del circuito de salida deben pasar por un túnel de terminales de dimensiones especiales con la parte del transformador de corriente alrededor. Esto puede provocar resultados incorrectos de disparo fallido al realizar pruebas con sondas de medidor desde las cabezas de los tornillos de los terminales, en lugar de desde el cableado del circuito final.
Generalmente no es necesario que un RCD alimente a otro, siempre que estén cableados correctamente. Una excepción es el caso de un sistema de puesta a tierra TT , donde la impedancia del bucle de tierra puede ser alta, lo que significa que una falla a tierra podría no causar suficiente corriente para disparar un disyuntor o fusible ordinario. En este caso, se instala un RCD especial con retardo de tiempo de corriente de disparo de 100 mA (o más), que cubre toda la instalación, y luego se deben instalar RCD más sensibles aguas abajo para enchufes y otros circuitos que se consideran de alto riesgo.
Además de los interruptores de circuito por falla a tierra (GFCI), los interruptores de circuito por falla de arco (AFCI) son importantes, ya que ofrecen protección adicional contra fallas de arco potencialmente peligrosas que resultan de daños en el cableado del circuito derivado, así como en extensiones de derivaciones como electrodomésticos y juegos de cables. Al detectar fallas de arco y responder interrumpiendo la energía, los AFCI ayudan a reducir la probabilidad de que el sistema eléctrico de la casa sea una fuente de ignición de un incendio. Los dispositivos AFCI/GFCI de doble función ofrecen prevención de incendios eléctricos y prevención de descargas eléctricas en un solo dispositivo, lo que los convierte en una solución para muchas habitaciones de la casa.
Existen diferencias importantes en cuanto a la manera en que una unidad RCD actuará para desconectar la energía de un circuito o aparato.
Hay cuatro situaciones en las que se utilizan diferentes tipos de unidades RCD:
Las tres primeras situaciones se relacionan principalmente con el uso como parte de un sistema de distribución de energía y casi siempre son de tipo pasivo o con enclavamiento , mientras que la cuarta se relaciona únicamente con aparatos específicos y siempre es de tipo activo o sin enclavamiento . Activo significa la prevención de cualquier reactivación del suministro de energía después de cualquier forma involuntaria de corte de energía, tan pronto como se restablezca el suministro de la red eléctrica; enclavamiento se relaciona con un interruptor dentro de la unidad que aloja el RCD que permanece como está configurado después de cualquier forma de corte de energía, pero debe restablecerse manualmente después de la detección de una condición de error.
En la cuarta situación, se consideraría altamente indeseable, y probablemente muy inseguro, que un aparato conectado reanude automáticamente su funcionamiento después de una desconexión de la energía, sin que el operador esté presente; por lo tanto, es necesaria la reactivación manual del RCD.
La diferencia entre los modos de funcionamiento de los dos tipos esencialmente diferentes de funcionalidad RCD es que el funcionamiento para fines de distribución de energía requiere que el pestillo interno permanezca fijado dentro del RCD después de cualquier forma de desconexión de energía causada por el apagado del usuario o después de cualquier corte de energía; dichas disposiciones son particularmente aplicables para conexiones a refrigeradores y congeladores.
La situación dos generalmente se instala tal como se describe arriba, pero hay algunos RCD de enchufes de pared disponibles que se adaptan a la cuarta situación, a menudo operando un interruptor en el panel frontal.
Los RCD para la primera y tercera situación suelen tener valores nominales de 30 mA y 40 ms. Para la cuarta situación, generalmente hay una mayor variedad de valores nominales disponibles, generalmente todos más bajos que las otras formas, pero los valores más bajos a menudo resultan en más disparos molestos. A veces, los usuarios aplican protección además de una de las otras formas, cuando desean anular aquellas con un valor nominal más bajo. Puede ser conveniente tener una selección de RCD tipo cuatro disponibles, porque las conexiones realizadas en condiciones de humedad o utilizando cables de alimentación largos son más propensas a dispararse cuando se utiliza cualquiera de los valores nominales más bajos de RCD; hay valores nominales tan bajos como 10 mA.
El número de polos representa la cantidad de conductores que se interrumpen cuando se produce una condición de falla. Los RCD utilizados en suministros de CA monofásicos (dos rutas de corriente), como la energía doméstica, suelen ser diseños de uno o dos polos, también conocidos como unipolares y bipolares . Un RCD unipolar interrumpe solo el conductor energizado, mientras que un RCD bipolar interrumpe tanto el conductor energizado como el de retorno. (En un RCD unipolar, generalmente se prevé que el conductor de retorno esté a potencial de tierra en todo momento y, por lo tanto, sea seguro por sí solo).
Los RCD con tres o más polos se pueden utilizar en suministros de CA trifásica (tres rutas de corriente) o también para desconectar el conductor neutro, y los RCD de cuatro polos se utilizan para interrumpir suministros trifásicos y neutros. Los RCD especialmente diseñados también se pueden utilizar con sistemas de distribución de energía de CA y CC.
Los siguientes términos se utilizan a veces para describir la manera en que los conductores se conectan y desconectan mediante un RCD:
La sensibilidad de los RCD se expresa como la corriente residual de funcionamiento nominal, denominada I Δn . La IEC ha definido valores preferentes, lo que permite dividir los RCD en tres grupos según su valor I Δn :
La sensibilidad de 5 mA es típica de las tomas de corriente GFCI.
Existen dos grupos de dispositivos. Los RCD "instantáneos" "G" (de uso general) no tienen retardo de tiempo intencional. Nunca deben dispararse a la mitad de la corriente nominal, pero deben hacerlo en 200 milisegundos para la corriente nominal y en 40 milisegundos para una corriente cinco veces mayor que la nominal. Los RCD "S" (selectivos) o "T" (con retardo de tiempo) tienen un retardo de tiempo corto. Se utilizan típicamente en el origen de una instalación para protección contra incendios para discriminar con dispositivos "G" en las cargas y en circuitos que contienen supresores de sobretensiones. No deben dispararse a la mitad de la corriente nominal. Proporcionan al menos 130 milisegundos de retardo de disparo a la corriente nominal, 60 milisegundos al doble de la nominal y 50 milisegundos al cinco veces la nominal. El tiempo máximo de ruptura es de 500 ms a la corriente nominal, 200 ms al doble de la nominal y 150 ms al cinco veces la nominal.
Existen relés programables de falla a tierra que permiten realizar instalaciones coordinadas para minimizar las interrupciones del servicio. Por ejemplo, un sistema de distribución de energía puede tener un dispositivo de 300 mA y 300 ms en la entrada de servicio de un edificio, que alimente varios relés de tipo "S" de 100 mA en cada subplaca y relés de tipo "G" de 30 mA para cada circuito final. De esta manera, la falla de un dispositivo para detectar la falla será eventualmente solucionada por un dispositivo de nivel superior, a costa de interrumpir más circuitos.
La norma IEC 60755 ( Requisitos generales para dispositivos de protección accionados por corriente residual ) define tres tipos de RCD en función de las formas de onda y la frecuencia de la corriente de falla.
El Manual de RCD de BEAMA - Guía para la selección y aplicación de RCD lo resume de la siguiente manera: [12]
y observa que estas designaciones se han introducido porque algunos diseños de RCD tipo A y CA pueden desactivarse si hay una corriente CC que satura el núcleo del detector.
La corriente de sobretensión se refiere a la corriente pico que un RCD está diseñado para soportar utilizando un impulso de prueba de características específicas. Las normas IEC 61008 e IEC 61009 exigen que los RCD resistan un impulso de "onda en anillo" de 200 A. Las normas también exigen que los RCD clasificados como "selectivos" resistan una corriente de sobretensión de impulso de 3000 A de forma de onda específica.
Los RCD se pueden probar con un botón de prueba incorporado para confirmar su funcionalidad de forma regular. Es posible que los RCD no funcionen correctamente si están cableados de forma incorrecta, por lo que generalmente los prueba el instalador. Al introducir una corriente de falla controlada desde la fase a tierra, se puede probar el tiempo de funcionamiento y el cableado. Dicha prueba se puede realizar en la instalación del dispositivo y en cualquier tomacorriente "de bajada". (Los tomacorrientes de subida no están protegidos). Para evitar disparos innecesarios, solo se debe instalar un RCD en cada circuito individual (excluidos los RCD con cable, como los pequeños electrodomésticos del baño).
Un disyuntor de corriente residual no puede eliminar todo riesgo de descarga eléctrica o incendio. En particular, un RCD por sí solo no detectará condiciones de sobrecarga, cortocircuitos de fase a neutro o cortocircuitos de fase a fase (consulte energía eléctrica trifásica ). Se debe proporcionar protección contra sobrecorriente ( fusibles o disyuntores ). Los disyuntores que combinan las funciones de un RCD con protección contra sobrecorriente responden a ambos tipos de falla. Estos se conocen como RCBO y están disponibles en configuraciones de 2, 3 y 4 polos. Los RCBO generalmente tendrán circuitos separados para detectar desequilibrio de corriente y para corriente de sobrecarga, pero utilizan un mecanismo de interrupción común. Algunos RCBO tienen palancas separadas para protección de corriente residual y sobrecorriente o usan un indicador separado para fallas a tierra.
Un RCD ayuda a proteger contra descargas eléctricas cuando la corriente fluye a través de una persona desde una fase (activa/línea/caliente) a tierra. No puede proteger contra descargas eléctricas cuando la corriente fluye a través de una persona desde una fase a un neutro o desde una fase a otra, por ejemplo, cuando un dedo toca los contactos activos y neutros en una luminaria; un dispositivo no puede diferenciar entre el flujo de corriente a través de una carga prevista y el flujo a través de una persona, aunque el RCD puede dispararse si la persona está en contacto con el suelo (tierra), ya que algo de corriente puede pasar a través del dedo y el cuerpo de la persona hacia la tierra.
Las instalaciones completas con un único interruptor diferencial, algo habitual en las instalaciones antiguas del Reino Unido, son propensas a disparos "molestos" que pueden causar problemas de seguridad secundarios, como la pérdida de la iluminación y la descongelación de los alimentos. Con frecuencia, los disparos se deben al deterioro del aislamiento de los elementos calefactores, como los calentadores de agua y los elementos o hornillas de las cocinas. Aunque se considera una molestia, el fallo es del elemento deteriorado y no del interruptor diferencial: la sustitución del elemento defectuoso resolverá el problema, pero la sustitución del interruptor diferencial no.
Los RCD no son selectivos ; por ejemplo, cuando se produce una falla a tierra en un circuito protegido por un RCD de 30 mA I Δn en serie con un RCD de 300 mA I Δn, uno o ambos pueden dispararse. Hay tipos especiales con retardo de tiempo disponibles para brindar selectividad en dichas instalaciones.
En el caso de los RCD que necesitan una fuente de alimentación, puede surgir una situación peligrosa si el cable neutro se rompe o se desconecta en el lado de alimentación del RCD, mientras que el cable con corriente correspondiente permanece ininterrumpido. El circuito de disparo necesita energía para funcionar y no se dispara cuando falla la fuente de alimentación. El equipo conectado no funcionará sin un neutro, pero el RCD no puede proteger a las personas del contacto con el cable energizado. Por este motivo, los disyuntores deben instalarse de forma que se garantice que el cable neutro no se pueda desconectar a menos que el cable con corriente también se desconecte al mismo tiempo. Cuando sea necesario desconectar el cable neutro, se deben utilizar disyuntores bipolares (o tetrapolares para trifásicos). Para proporcionar cierta protección con un neutro interrumpido, algunos RCD y RCBO están equipados con un cable de conexión auxiliar que debe conectarse a la barra colectora de tierra del cuadro de distribución. Esto permite que el dispositivo detecte el neutro faltante del suministro, lo que hace que el dispositivo se dispare, o proporciona una ruta de suministro alternativa para el circuito de disparo, lo que le permite continuar funcionando normalmente en ausencia del neutro del suministro.
En relación con esto, un RCD/RCBO unipolar interrumpe solo el conductor energizado, mientras que un dispositivo bipolar interrumpe tanto el conductor energizado como el de retorno. Por lo general, esta es una práctica estándar y segura, ya que el conductor de retorno se mantiene a potencial de tierra de todos modos. Sin embargo, debido a su diseño, un RCD unipolar no aislará ni desconectará todos los cables relevantes en ciertas situaciones poco comunes, por ejemplo, cuando el conductor de retorno no se mantiene, como se espera, a potencial de tierra, o cuando se produce una fuga de corriente entre los conductores de retorno y tierra. En estos casos, un RCD bipolar ofrecerá protección, ya que el conductor de retorno también estaría desconectado.
El primer sistema de protección contra fugas a tierra de alta sensibilidad del mundo (es decir, un sistema capaz de proteger a las personas de los peligros del contacto directo entre un conductor activo y la tierra) fue un sistema de equilibrio de núcleo con amplificador magnético de segundo armónico, conocido como magamp, desarrollado en Sudáfrica por Henri Rubin. Los peligros eléctricos eran una gran preocupación en las minas de oro sudafricanas y Rubin, ingeniero de la empresa CJ Fuchs Electrical Industries de Alberton Johannesburg, desarrolló inicialmente un sistema de cátodo frío en 1955 que funcionaba a 525 V y tenía una sensibilidad de disparo de 250 mA. Antes de esto, los sistemas de protección contra fugas a tierra con equilibrio de núcleo funcionaban con sensibilidades de aproximadamente 10 A.
El sistema de cátodo frío se instaló en varias minas de oro y funcionó de manera confiable. Sin embargo, Rubin comenzó a trabajar en un sistema completamente nuevo con una sensibilidad muy mejorada y, a principios de 1956, había producido un prototipo de sistema de equilibrio de núcleo de tipo amplificador magnético de segundo armónico (patente sudafricana n.º 2268/56 y patente australiana n.º 218360). El prototipo de amplificador magnético tenía una potencia nominal de 220 V, 60 A y una sensibilidad de disparo ajustable internamente de 12,5 a 17,5 mA. Se lograron tiempos de disparo muy rápidos mediante un diseño novedoso, y esto combinado con la alta sensibilidad estaba dentro de la envolvente de corriente-tiempo segura para la fibrilación ventricular determinada por Charles Dalziel de la Universidad de California, Berkeley , Estados Unidos, quien había estimado los peligros de descarga eléctrica en humanos. Este sistema, con su disyuntor asociado, incluía protección contra sobrecorriente y cortocircuito. Además, el prototipo original podía dispararse a una sensibilidad menor en presencia de un neutro interrumpido, protegiendo así contra una causa importante de incendio eléctrico.
Después de la electrocución accidental de una mujer en un accidente doméstico en el pueblo minero de oro de Stilfontein, cerca de Johannesburgo , se instalaron unos cientos de unidades de protección contra fugas a tierra magamp de 20 mA de FWJ en las casas del pueblo minero durante 1957 y 1958. FWJ Electrical Industries, que más tarde cambió su nombre a FW Electrical Industries, continuó fabricando unidades magamp monofásicas y trifásicas de 20 mA.
En la época en que trabajaba en el amplificador magnético, Rubin también consideró la posibilidad de utilizar transistores en esta aplicación, pero concluyó que los primeros transistores disponibles en ese momento eran demasiado poco fiables. Sin embargo, con la llegada de transistores mejorados, la empresa para la que trabajaba y otras empresas produjeron posteriormente versiones transistorizadas de protección contra fugas a tierra.
En 1961, Dalziel, en colaboración con Rucker Manufacturing Co., desarrolló un dispositivo transistorizado para la protección contra fugas a tierra que se conoció como interruptor de circuito por falla a tierra (GFCI), a veces abreviado coloquialmente como interruptor por falla a tierra (GFI). Este nombre para la protección contra fugas a tierra de alta sensibilidad todavía se usa comúnmente en los Estados Unidos. [13] [14] [15] [16] [17]
A principios de la década de 1970, la mayoría de los dispositivos GFCI norteamericanos eran del tipo disyuntor. Los GFCI integrados en el receptáculo de la toma de corriente se volvieron comunes a partir de la década de 1980. El tipo de disyuntor, instalado en un panel de distribución , sufría disparos accidentales causados principalmente por un aislamiento deficiente o inconsistente en el cableado. Los disparos falsos eran frecuentes cuando los problemas de aislamiento se agravaban por longitudes de circuito largas. Se filtraba tanta corriente a lo largo de la longitud del aislamiento de los conductores que el disyuntor podía dispararse con el más mínimo aumento del desequilibrio de corriente. La migración a la protección basada en el receptáculo de la toma de corriente en las instalaciones norteamericanas redujo los disparos accidentales y proporcionó una verificación obvia de que las áreas húmedas estaban bajo la protección requerida por el código eléctrico . Las instalaciones europeas continúan utilizando principalmente RCD instalados en el tablero de distribución, que brindan protección en caso de daño al cableado fijo. En Europa, los RCD basados en enchufes se utilizan principalmente para modernizaciones.
Las normativas difieren ampliamente de un país a otro. Un único RCD instalado para toda una instalación eléctrica proporciona protección contra peligros de descarga eléctrica a todos los circuitos, sin embargo, cualquier avería puede cortar toda la energía a las instalaciones. Una solución es crear grupos de circuitos, cada uno con un RCD, o utilizar un RCBO para cada circuito individual. [b] [18]
En Australia, los dispositivos de corriente residual son obligatorios en los circuitos eléctricos desde 1991 y en los circuitos de iluminación desde 2000. [19] En Queensland, específicamente, los dispositivos de corriente residual son obligatorios en todas las casas nuevas desde 1992. [ cita requerida ]
Se requiere un mínimo de dos RCD por instalación doméstica. Todos los enchufes y circuitos de iluminación deben distribuirse entre los RCD de circuito. Solo se puede conectar un máximo de tres subcircuitos a un solo RCD. En Australia, el procedimiento de prueba de RCD debe cumplir con una norma establecida: la inspección y prueba de seguridad en servicio de equipos eléctricos AS/NZS 3760:2010.
Austria ha regulado los dispositivos diferenciales en la norma ÖVE E8001-1/A1:2013-11-01 (revisión más reciente). Es obligatorio en viviendas particulares desde 1980. El tiempo máximo de activación no debe superar los 0,4 segundos. Debe instalarse en todos los circuitos con enchufes con una corriente de fuga máxima de 30 mA y una corriente nominal máxima de 16 A. [20]
Se imponen requisitos adicionales a los circuitos en zonas húmedas, sitios de construcción y edificios comerciales.
Las instalaciones domésticas belgas deben estar equipadas con un dispositivo diferencial de 300 mA que proteja todos los circuitos. Además, se requiere al menos un dispositivo diferencial de 30 mA que proteja todos los circuitos en "cuartos húmedos" (por ejemplo, baño, cocina), así como los circuitos que alimentan determinados electrodomésticos "húmedos" (lavadora, secadora, lavavajillas). La calefacción por suelo radiante eléctrica debe estar protegida por un interruptor diferencial de 100 mA. Estos interruptores diferenciales deben ser del tipo A.
Desde la NBR 5410 (1997) se requieren dispositivos de corriente residual y conexión a tierra para construcciones nuevas o reparaciones en áreas húmedas, áreas al aire libre, tomas de corriente interiores utilizadas para electrodomésticos externos o en áreas donde es más probable que haya agua, como baños y cocinas. [21]
Dinamarca exige el uso de RCD de 30 mA en todos los circuitos con una potencia nominal inferior a 20 A (los circuitos con una potencia nominal superior se utilizan principalmente para distribución). Los RCD se volvieron obligatorios en 1975 para los edificios nuevos y, posteriormente, en 2008 para todos los edificios.
Según la norma NF C 15-100 (1911 -> 2002), es obligatorio instalar en el origen de la instalación un interruptor diferencial general que no supere los 100 a 300 mA. Además, todos los circuitos deben incluir también protecciones de 30 mA en el cuadro de distribución del usuario , cada interruptor diferencial protege hasta 8 disyuntores , normalmente en el mismo carril DIN (los cuadros eléctricos de 1 a 4 carriles DIN son la norma en el ámbito residencial). Antes de 1991, esta protección de 30 mA era obligatoria únicamente en las estancias en las que hay agua, equipos de alta potencia o sensibles (baños, cocinas, informática...). [22] El tipo de interruptor diferencial necesario (A, AC, F) depende del tipo de equipo que se vaya a conectar y de la potencia máxima de la toma de corriente. Se describen y establecen distancias mínimas entre los aparatos eléctricos y el agua o el suelo.
Desde el 1 de mayo de 1984, los interruptores diferenciales son obligatorios en todas las habitaciones con bañera o ducha . Desde junio de 2007, Alemania exige el uso de interruptores diferenciales con una corriente de disparo de no más de 30 mA en las tomas de corriente de hasta 32 A de uso general. ( DIN Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (VDE) 0100-410 Nr. 411.3.3). Desde 1987, no está permitido el uso de interruptores diferenciales de tipo "AC" para proteger a las personas contra descargas eléctricas. Deben ser del tipo "A" o del tipo "B".
De acuerdo con el Reglamento 36 del Reglamento de Electricidad de 1990
a) En los lugares de espectáculos públicos, la protección contra la corriente de fuga a tierra debe proporcionarse mediante un dispositivo de corriente residual cuya sensibilidad no exceda de 10 mA.
b) En un lugar donde el suelo es susceptible de estar mojado o donde la pared o el recinto son de baja resistencia eléctrica, se debe proporcionar protección contra la corriente de fuga a tierra mediante un dispositivo de corriente residual cuya sensibilidad no exceda de 10 mA.
c) En una instalación en la que sea probable que se utilicen equipos, aparatos o dispositivos portátiles, la protección contra la corriente de fuga a tierra debe proporcionarse mediante un dispositivo de corriente residual cuya sensibilidad no exceda de 30 mA.
d) Para una instalación distinta a la de los apartados a), b) y c), la protección contra la corriente de fuga a tierra deberá realizarse mediante un dispositivo de corriente residual cuya sensibilidad no supere los 100 mA.
La ley italiana (n.º 46 de marzo de 1990) prescribe el uso de interruptores diferenciales con una corriente residual de no más de 30 mA (llamados informalmente "salvavita" (salvavidas, por los primeros modelos de BTicino ) o disyuntores diferenciales por su modo de funcionamiento) para todas las instalaciones domésticas con el fin de proteger todas las líneas. La ley se actualizó recientemente para exigir el uso de al menos dos interruptores diferenciales separados para circuitos domésticos separados. La protección contra cortocircuitos y sobrecargas es obligatoria desde 1968.
En las últimas directrices para el cableado eléctrico en edificios residenciales (2008), [23] el cableado residencial en general debe estar protegido por un dispositivo de corriente residual con una sensibilidad que no supere los 100 mA. Además, todas las tomas de corriente deben estar protegidas por un dispositivo de corriente residual con una sensibilidad que no supere los 30 mA y todos los equipos en lugares húmedos (calentador de agua, bomba de agua) deben estar protegidos por un dispositivo de corriente residual con una sensibilidad que no supere los 10 mA.
A partir de enero de 2003, todos los circuitos nuevos que se originen en el cuadro de distribución que alimenta la iluminación o las tomas de corriente (tomas de corriente) en edificios domésticos deben tener protección RCD. Las instalaciones residenciales (como pensiones, hospitales, hoteles y moteles) también requerirán protección RCD para todos los circuitos nuevos que se originen en el cuadro de distribución que alimentan las tomas de corriente. Estos RCD normalmente estarán ubicados en el cuadro de distribución y brindarán protección para todo el cableado eléctrico y los aparatos enchufados a los nuevos circuitos. [24]
En América del Norte, los tomacorrientes ubicados en lugares donde existe una ruta fácil a tierra, como áreas húmedas y habitaciones con pisos de concreto descubiertos, deben estar protegidos por un GFCI. El Código Eléctrico Nacional de los EE. UU. exige que los dispositivos en ciertas ubicaciones estén protegidos por GFCI desde la década de 1960. Comenzando con las luces subacuáticas de las piscinas (1968), las ediciones sucesivas del código han ampliado las áreas donde se requieren GFCI para incluir: sitios de construcción (1974), baños y áreas al aire libre (1975), garajes (1978), áreas cerca de jacuzzis o spas (1981), baños de hoteles (1984), enchufes de encimeras de cocina (1987), espacios de acceso y sótanos sin terminar (1990), cerca de fregaderos de bar (1993), cerca de fregaderos de lavandería (2005) [25] y en cuartos de lavado (2014). [26]
Los GFCI suelen estar disponibles como parte integral de un enchufe o un disyuntor instalado en el tablero de distribución. Los enchufes GFCI invariablemente tienen caras rectangulares y aceptan las llamadas placas frontales Decora, y se pueden combinar con tomas de corriente o interruptores normales en una caja de varios elementos con placas de cubierta estándar. Tanto en Canadá como en los EE. UU., los enchufes NEMA 1 antiguos de dos cables sin conexión a tierra se pueden reemplazar por enchufes NEMA 5 protegidos por un GFCI (integrado en el enchufe o con el disyuntor correspondiente) en lugar de volver a cablear todo el circuito con un conductor de conexión a tierra. En tales casos, los enchufes deben estar etiquetados como "sin conexión a tierra del equipo" y "protegidos con GFCI"; los fabricantes de GFCI suelen proporcionar etiquetas para la descripción de la instalación adecuada.
Los GFCI aprobados para protección contra descargas eléctricas se disparan a 5 mA en 25 ms. Un dispositivo GFCI que protege equipos (no personas) puede dispararse con una corriente de hasta 30 mA; esto se conoce como dispositivo de protección de equipos (EPD) . Los RCD con corrientes de disparo de hasta 500 mA a veces se utilizan en entornos (como centros informáticos) donde un umbral inferior implicaría un riesgo inaceptable de disparos accidentales. Estos RCD de alta corriente sirven para proteger equipos e incendios en lugar de proteger contra los riesgos de descargas eléctricas.
En los Estados Unidos, el American Boat and Yacht Council exige tanto interruptores GFCI para los enchufes como interruptores de circuito de fuga de equipos (ELCI) para toda la embarcación. La diferencia es que los GFCI se disparan con 5 mA de corriente, mientras que los ELCI se disparan con 30 mA después de hasta 100 ms. Los valores mayores tienen como objetivo brindar protección y minimizar las interrupciones molestas. [27]
En Noruega, es obligatorio en todas las viviendas nuevas desde 2002 y en todos los enchufes nuevos desde 2006. Esto se aplica a los enchufes de 32 A o menos. El interruptor diferencial debe activarse después de un máximo de 0,4 segundos para circuitos de 230 V o de 0,2 segundos para circuitos de 400 V.
Sudáfrica impuso el uso de dispositivos de protección contra fugas a tierra en entornos residenciales (p. ej., casas, apartamentos, hoteles, etc.) a partir de octubre de 1974, y las normas se fueron perfeccionando en 1975 y 1976. [28] Los dispositivos deben instalarse en locales nuevos y cuando se realizan reparaciones. Se requiere protección para tomas de corriente y alumbrado, con excepción del alumbrado de emergencia, que no debe interrumpirse. El dispositivo estándar utilizado en Sudáfrica es, de hecho, un híbrido de ELPD y RCCB. [29]
Según la normativa NIBT, el uso de RCD tipo AC está prohibido (desde 2010).
Taiwán exige que los circuitos de los tomacorrientes en los baños, balcones y cocinas que no estén a más de 1,8 metros del fregadero utilicen disyuntores diferenciales. Este requisito también se aplica a los circuitos de calentadores de agua en los baños y circuitos que involucran dispositivos en el agua, luces en marcos metálicos, fuentes de agua potable públicas, etc. En principio, los ELCB deben instalarse en circuitos derivados, con una corriente de disparo no mayor a 30 mA en 0,1 segundos según la ley taiwanesa.
Turquía exige el uso de RCD con no más de 30 mA y 300 mA en todas las viviendas nuevas desde 2004. Esta norma se introdujo en la RG-16/06/2004-25494. [30]
La edición actual (18.ª) de las Normas de cableado eléctrico del IEE exige que todas las tomas de corriente de la mayoría de las instalaciones tengan protección RCD, aunque hay excepciones. Los cables no blindados enterrados en las paredes también deben estar protegidos por RCD (de nuevo con algunas excepciones específicas). La provisión de protección RCD para circuitos presentes en baños y duchas reduce el requisito de conexión suplementaria en esas ubicaciones. Se pueden utilizar dos RCD para cubrir la instalación, con circuitos de iluminación y energía de arriba y abajo distribuidos entre ambos RCD. Cuando se dispara un RCD, se mantiene la energía en al menos un circuito de iluminación y energía. Se pueden emplear otras disposiciones, como el uso de RCBO, para cumplir con las regulaciones. Los nuevos requisitos para los RCD no afectan a la mayoría de las instalaciones existentes a menos que se recableen, se cambie el cuadro de distribución, se instale un nuevo circuito o se realicen modificaciones como tomas de corriente adicionales o cables nuevos enterrados en las paredes.
Los RCD utilizados para protección contra descargas eléctricas deben ser del tipo de operación "inmediata" (no retardada en el tiempo) y deben tener una sensibilidad de corriente residual no mayor a 30 mA.
Si un disparo falso pudiera causar un problema mayor que el riesgo del accidente eléctrico que el RCD se supone que debe prevenir (por ejemplo, un suministro a un proceso crítico de una fábrica o a un equipo de soporte vital), se pueden omitir los RCD, siempre que los circuitos afectados estén claramente etiquetados y se considere el equilibrio de riesgos; esto puede incluir la provisión de medidas de seguridad alternativas.
La edición anterior de las regulaciones requería el uso de RCD para las tomas de corriente que pudieran ser utilizadas por electrodomésticos al aire libre. La práctica normal en las instalaciones domésticas era utilizar un solo RCD para cubrir todos los circuitos que requerían protección RCD (normalmente enchufes y duchas) pero tener algunos circuitos (normalmente iluminación) sin protección RCD. [31] Esto era para evitar una pérdida potencialmente peligrosa de iluminación si se disparaba el RCD. Las disposiciones de protección para otros circuitos variaban. Para implementar esta disposición era común instalar una unidad de consumidor que incorporaba un RCD en lo que se conoce como una configuración de carga dividida, donde un grupo de disyuntores se alimenta directamente desde el interruptor principal (o RCD de retardo de tiempo en el caso de una tierra TT ) y un segundo grupo de circuitos se alimenta a través del RCD. Esta disposición tenía los problemas reconocidos de que las corrientes de fuga a tierra acumuladas del funcionamiento normal de muchos elementos del equipo podían causar un disparo falso del RCD, y que el disparo del RCD desconectaría la energía de todos los circuitos protegidos.
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