Un dispositivo de corriente residual ( RCD ), disyuntor de corriente residual ( RCCB ) o interruptor de circuito de 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 un flujo inadecuado de corriente, como una corriente de fuga a tierra o una corriente que fluye hacia otro conductor energizado. El propósito del dispositivo es reducir la gravedad de las lesiones causadas por una descarga eléctrica . [1] Las lesiones por descarga se limitan al momento anterior a la interrupción del circuito eléctrico, pero la víctima también puede sufrir más lesiones, por ejemplo, al caer después de recibir una descarga. Este tipo de interruptor de circuito no puede distinguir entre la corriente que fluye a través de conductores que transportan energía y que pasa a través de una persona de la corriente que pasa a través de equipos eléctricos y no ofrece protección cuando una persona toca ambos conductores al mismo tiempo. [2]
Si el dispositivo RCD tiene protección adicional contra sobrecorriente integrada en el mismo dispositivo, se lo denomina RCBO. Un disyuntor de fuga a tierra puede ser un RCD, aunque también existe un tipo más antiguo de disyuntor de fuga a tierra accionado por voltaje (ELCB).
Estos dispositivos de cableado eléctrico están diseñados para interrumpir rápidamente el circuito protegido cuando detecta que la corriente eléctrica está desequilibrada entre los conductores de suministro y retorno del circuito protegido. Cualquier diferencia entre las corrientes en estos conductores indica una corriente de fuga , lo que presenta un riesgo de descarga eléctrica. La corriente alterna de 60 Hz por encima de 20 mA (0,020 amperios) a través del cuerpo humano es potencialmente suficiente para provocar 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") lo suficientemente rápido como para evitar lesiones graves a los seres humanos y evitar daños a los dispositivos eléctricos.
Los RCD son dispositivos comprobables y reiniciables: un botón de prueba crea de forma segura una pequeña condición de fuga y otro botón restablece los conductores después de que se ha solucionado una condición de falla. Algunos RCD desconectan tanto el conductor energizado como el de retorno en caso de falla (bipolar), mientras que un RCD unipolar solo desconecta el conductor energizado. Si la falla ha dejado el cable de retorno " flotante " o no en su potencial de tierra esperado por cualquier motivo, entonces un RCD unipolar dejará este conductor todavía conectado al circuito cuando detecte la falla.
![Gráfico log-log del efecto de la corriente alterna I de duración T que pasa de la mano izquierda a los pies según se define en 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)
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 evitar el robo de electricidad cuando los consumidores conectaban a tierra los circuitos de retorno en lugar de conectarlos al neutro para impedir 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 de 5 a 30 mA) y desconectarlo lo suficientemente rápido (<30 milisegundos) para evitar daños o electrocución en el dispositivo . [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) superior a 30 mA, antes de que una descarga eléctrica pueda provocar una fibrilación ventricular en el corazón , la causa más común de electrocución. muerte por descarga eléctrica. Por el contrario, los disyuntores o fusibles convencionales sólo 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 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 aísle 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 . Mide la diferencia entre la corriente que fluye a través del conductor activo y la que regresa a través del conductor neutro . Si estos no suman 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 la corriente de falla regrese a través del cable de tierra de la instalación; el viaje funcionará igual de bien si el camino de regreso es a través de tuberías o contacto con el suelo o cualquier otra cosa. Por lo tanto, se proporciona una desconexión automática y una medida de protección contra golpes incluso si el cableado de tierra de la instalación está dañado o incompleto.
Para un RCD utilizado con alimentación 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 a veces se instalan en aparatos que podrían considerarse un riesgo particular para la seguridad, por ejemplo, cables de extensión largos, que pueden usarse al aire libre, o equipos de jardín o secadores de pelo, que pueden usarse cerca de una bañera o lavabo. Ocasionalmente se puede utilizar 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 tomacorriente que se utilice, incluso si el edificio tiene cableado antiguo, como 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 del edificio para mejorar aún más la seguridad de un dispositivo eléctrico específico.
En Norteamérica, los receptáculos GFI se pueden utilizar en los casos en los que no hay un 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 alguien siempre debe consultar a un profesional autorizado y a sus departamentos locales de construcción y seguridad. [7] El código es Un receptáculo GFI sin conexión a tierra se disparará usando el botón de "prueba" incorporado, pero no se disparará usando un enchufe de prueba GFI, porque el enchufe prueba pasando una pequeña corriente desde la línea a una 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 utilizar varios receptáculos GFI en el mismo circuito, aunque se considera redundante.
En Europa, los RCD pueden caber en el mismo carril DIN que los disyuntores miniatura ; Al igual que en los disyuntores en miniatura, la disposición de las barras colectoras en las unidades de consumo y los tableros de distribución proporciona protección para todo lo que se encuentre aguas abajo.
Un RCD puro detectará un desequilibrio en las corrientes de los conductores de suministro 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 corriente a tierra, no de corriente a neutro).
Sin embargo, un RCD y un MCB suelen venir integrados en el mismo dispositivo, pudiendo así detectar tanto el desequilibrio del suministro como la corriente de sobrecarga. Un dispositivo de este tipo se denomina RCBO , para disyuntor de corriente residual con protección contra sobrecorriente , en Europa y Australia, y disyuntor GFCI , para interruptor de circuito de falla a tierra , en EE. UU. y Canadá.
El diagrama muestra el mecanismo interno de un dispositivo de corriente residual (RCD). El dispositivo está diseñado para conectarse en línea al cable de alimentación de un electrodoméstico. 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 activa en caso de un corte de energía, una característica útil para equipos que podrían ser peligrosos si se reinician inesperadamente . Algunos de los primeros RCD eran completamente electromecánicos y dependían de mecanismos sobre el centro con resortes finamente equilibrados accionados directamente desde el transformador de corriente. Como estos son difíciles de fabricar con la precisión requerida y propensos a perder sensibilidad debido al desgaste del pivote y al secado del lubricante, ahora predominan los del tipo amplificado electrónicamente con una parte de solenoide más robusta, como se ilustra.
En el mecanismo interno de un RCD, el suministro 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 desde el suministro a la carga de forma ininterrumpida. Al pulsar el botón de reset (3), los contactos ((4) y otro, oculto detrás (5)) se cierran dejando pasar 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 vivos y neutros. En funcionamiento normal, toda la corriente que baja por el conductor activo regresa al conductor neutro. Por 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 vivo 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, conductores trifásicos y un conductor neutro).
Esta diferencia provoca una corriente en la bobina de detección (6), que es captada por el circuito de detección (7). Luego, el circuito de detección corta la energía del solenoide (5) y los contactos (4) se separan mediante un resorte, cortando el suministro de electricidad al aparato. Una falla de energía también cortará la energía del solenoide y hará que los contactos se abran, provocando el comportamiento seguro de disparo ante una falla de energía mencionado anteriormente.
El botón de prueba (8) permite verificar el correcto funcionamiento del dispositivo pasando una pequeña corriente a través del cable de prueba naranja (9). Esto simula una falla creando un desequilibrio en la bobina sensora. Si el RCD no se dispara cuando se presiona este botón, entonces se debe reemplazar el dispositivo. [8]
La protección de corriente residual y sobrecorriente se puede combinar en un solo dispositivo para su instalación en el panel de servicio; Este dispositivo se conoce como disyuntor GFCI (interruptor de circuito de falla a tierra) en los EE. UU. y Canadá, y como RCBO (disyuntor de corriente residual con protección contra 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 enchufes GFCI. [ cita necesaria ]
Además de requerir entradas y salidas tanto vivas como neutras (o trifásicas completas), muchos dispositivos GFCI/RCBO requieren una conexión a tierra funcional (FE). Esto sirve para proporcionar inmunidad EMC y operar de manera confiable el dispositivo si se pierde la conexión neutral del lado de entrada pero permanecen vivos y a tierra.
Por razones de espacio, muchos dispositivos, especialmente en formato de carril DIN, utilizan cables volantes en lugar de terminales de tornillo, especialmente para la entrada de neutro y las conexiones FE. Además, debido al factor de forma pequeño, 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 a través de un túnel terminal especialmente dimensionado con el transformador de corriente. parte a su alrededor. Esto puede provocar resultados incorrectos de disparo fallido al realizar pruebas con sondas del medidor desde las cabezas de los tornillos de los terminales, en lugar de hacerlo 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 circuito de tierra puede ser alta, lo que significa que una falla a tierra podría no causar suficiente corriente para disparar un disyuntor o fusible común. En este caso, se instala un RCD especial con retardo 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 las tomas y otros circuitos que se consideran de alto riesgo.
Además de los interruptores de circuito de falla a tierra (GFCI), los interruptores de circuito de falla de arco (AFCI) son igualmente importantes ya que ofrecen protección adicional contra fallas de arco potencialmente peligrosas que resultan de daños en el cableado del circuito derivado, así como extensiones de ramas como electrodomésticos y juegos de cables. Al detectar fallas de arco peligrosas y responder interrumpiendo la energía, los AFCI ayudan a reducir la probabilidad de que el sistema eléctrico del hogar 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 del hogar, especialmente cuando se reemplaza un receptáculo estándar existente o un receptáculo sin conexión a tierra existente.
Existen diferencias importantes con respecto a la forma en que actuará una unidad RCD para desconectar la alimentación de un circuito o aparato.
Hay cuatro situaciones en las que se utilizan diferentes tipos de unidades RCD:
Las tres primeras situaciones se relacionan en gran medida con el uso como parte de un sistema de distribución de energía y casi siempre son de la variedad "pasiva" o "enclavada", mientras que la cuarta se relaciona únicamente con aparatos específicos y siempre son de la variedad "activa" o variedad "sin enganche". "Activo" significa la prevención de cualquier "reactivación" del suministro eléctrico después de cualquier forma involuntaria de corte de energía, tan pronto como se restablezca el suministro principal; 'pestillo' se refiere a un 'interruptor' dentro de la unidad que alberga el RCD que permanece tal 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 muy indeseable, y probablemente muy inseguro, que un aparato conectado reanude automáticamente su funcionamiento después de un corte de energía, sin la presencia del operador; por lo tanto, es necesaria la reactivación manual del RCD.
La diferencia entre los modos de operación de los dos tipos esencialmente diferentes de funcionalidad RCD es que la operación con fines de distribución de energía requiere que el pestillo interno permanezca colocado dentro del RCD después de cualquier forma de desconexión de energía causada por el usuario apagando la energía, o después de cualquier corte de energía; tales disposiciones son particularmente aplicables para conexiones a refrigeradores y congeladores.
La situación dos se instala principalmente tal como se describe anteriormente, pero hay algunos RCD de enchufe de pared disponibles para adaptarse a la cuarta situación, a menudo accionando un interruptor en el panel frontal.
Los RCD para la primera y tercera situación suelen tener una clasificación de 30 mA y 40 ms. Para la cuarta situación, generalmente hay una mayor variedad de clasificaciones disponibles; generalmente todas son más bajas que las otras formas, pero los valores más bajos a menudo resultan en más disparos molestos. A veces los usuarios aplican protección además de alguna de las otras formas, cuando desean anular aquellas con una calificación más baja. Puede ser aconsejable tener disponible una selección de RCD tipo 4, porque las conexiones realizadas en condiciones de humedad o utilizando cables de alimentación largos son más propensas a fallar cuando se utiliza cualquiera de las clasificaciones más bajas de RCD; Se encuentran disponibles clasificaciones tan bajas como 10 mA.
El número de polos representa el número de conductores que se interrumpen cuando ocurre una condición de falla. Los RCD utilizados en suministros de CA monofásicos (dos rutas de corriente), como la energía doméstica, suelen ser diseños unipolares o bipolares, 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 en potencial de tierra en todo momento y, por lo tanto, sea seguro por sí solo).
Los RCD de tres o más polos se pueden utilizar en suministros de CA trifásicos (tres vías de corriente) o también para desconectar el conductor neutro, mientras que 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.
A veces se utilizan los siguientes términos para describir la manera en que un RCD conecta y desconecta los conductores:
La sensibilidad del RCD se expresa como la corriente operativa residual nominal, anotada como I Δn . Los valores preferidos han sido definidos por la IEC, lo que permite dividir los RCD en tres grupos según su valor I Δn :
La sensibilidad de 5 mA es típica de los tomacorrientes GFCI.
Hay dos grupos de dispositivos. Los RCD instantáneos G (uso general) no tienen retardo de tiempo intencional. Nunca deben dispararse a la mitad de la corriente nominal, pero deben dispararse dentro de los 200 milisegundos para la corriente nominal y dentro de los 40 milisegundos para cinco veces la corriente nominal. Los RCD S (selectivos) o T (retardo) tienen un retardo de tiempo corto. Se suelen utilizar en el origen de una instalación de 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 corriente nominal, 60 milisegundos a dos veces nominal y 50 milisegundos a cinco veces nominal. El tiempo de interrupción máximo es de 500 ms a corriente nominal, 200 ms a dos veces nominal y 150 ms a cinco veces nominal.
Hay disponibles relés de falla a tierra programables para permitir instalaciones coordinadas para minimizar las interrupciones. Por ejemplo, un sistema de distribución de energía podría tener un dispositivo de 300 mA, 300 ms en la entrada de servicio de un edificio, alimentando varios del tipo S de 100 mA en cada subplaca y del tipo G de 30 mA para cada circuito final. De esta manera, si un dispositivo no detecta la falla, eventualmente será solucionado por un dispositivo de nivel superior, a costa de interrumpir más circuitos.
La norma IEC 60755 ( Requisitos generales para dispositivos de protección operados por corriente residual ) define tres tipos de RCD según las formas de onda y la frecuencia de la corriente de falla.
El Manual de BEAMA RCD - Guía para la selección y aplicación de RCD lo resume de la siguiente manera: [12]
y señala que estas designaciones se han introducido porque algunos diseños de tipo A y RCD de CA pueden desactivarse si hay una corriente CC presente que satura el núcleo del detector.
La sobrecorriente se refiere a la corriente máxima 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 anular" de 200 A. Las normas también exigen que los RCD clasificados como "selectivos" resistan una sobrecorriente de impulso de 3000 A de una forma de onda específica.
Los RCD se pueden probar con un botón de prueba incorporado para confirmar la funcionalidad de forma regular. Es posible que los RCD no funcionen correctamente si están conectados incorrectamente, por lo que generalmente son probados por el instalador. Al introducir una corriente de falla controlada desde vivo a tierra, se puede probar el tiempo de operación y el cableado. Esta prueba se puede realizar durante la instalación del dispositivo y en cualquier salida "aguas abajo". (Los tomacorrientes aguas arriba no están protegidos). Para evitar disparos innecesarios, solo se debe instalar un RCD en cada circuito (excluidos los RCD con cable, como los pequeños electrodomésticos del baño).
Un disyuntor de corriente residual no puede eliminar todos los riesgos de descarga eléctrica o incendio. En particular, un RCD por sí solo no detectará condiciones de sobrecarga, cortocircuitos entre fase y neutro o cortocircuitos entre fases (ver 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 fallas. Se conocen como RCBO y están disponibles en configuraciones de 2, 3 y 4 polos. Los RCBO normalmente tendrán circuitos separados para detectar el desequilibrio de corriente y la corriente de sobrecarga, pero utilizan un mecanismo de interrupción común. Algunos RCBO tienen palancas separadas para protección contra 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 (viva/línea/caliente) a tierra. No puede proteger contra descargas eléctricas cuando la corriente fluye a través de una persona de fase a neutral o de fase a fase, por ejemplo cuando un dedo toca los contactos vivos y neutros en una lámpara; 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 aún puede dispararse si la persona está en contacto con el suelo (tierra), ya que algo de corriente aún puede pasar a través del dedo y el cuerpo de la persona hacia tierra .
Las instalaciones completas en un solo RCD, comunes en instalaciones más antiguas del Reino Unido, son propensas a disparos "molestos" que pueden causar problemas secundarios de seguridad con pérdida de iluminación y descongelación de alimentos. Con frecuencia, los disparos se deben al deterioro del aislamiento de los elementos calefactores, como calentadores de agua y elementos de cocina o hornillos. Aunque se considera una molestia, el fallo está en el elemento deteriorado y no en el RCD: la sustitución del elemento defectuoso resolverá el problema, pero la sustitución del RCD no.
Los RCD no son selectivos , por ejemplo, cuando se produce una falla a tierra en un circuito protegido por un RCD I Δn de 30 mA en serie con un RCD I Δn de 300 mA , uno o ambos pueden dispararse. Se encuentran disponibles tipos especiales con retardo de tiempo para proporcionar selectividad en dichas instalaciones.
En el caso de RCD que necesitan alimentación, puede surgir una condición peligrosa si el cable neutro se rompe o se apaga en el lado de alimentación del RCD, mientras que el cable vivo correspondiente permanece ininterrumpido. El circuito de disparo necesita energía para funcionar y no se dispara cuando falla el suministro de energía. El equipo conectado no funcionará sin un neutro, pero el RCD no puede proteger a las personas del contacto con el cable energizado. Por esta razón, los disyuntores deben instalarse de manera que garanticen que el cable neutro no se pueda apagar a menos que el cable vivo también se apague al mismo tiempo. Cuando sea necesario desconectar el cable neutro, se deben utilizar disyuntores bipolares (o tetrapolares para trifásicos). Para brindar 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 tablero de distribución. Esto permite que el dispositivo detecte el neutro faltante del suministro, lo que provoca 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 únicamente 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 en 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 esperaba, al 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 núcleos con amplificador magnético de segundo armónico, conocido como magamp, desarrollado en Sudáfrica por Henri Rubin. Los peligros eléctricos eran motivo de gran preocupación en las minas de oro de Sudáfrica , y Rubin, un ingeniero de la empresa CJ Fuchs Electrical Industries de Alberton Johannesburgo, 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 operaban a sensibilidades de aproximadamente 10 A.
El sistema de cátodo frío se instaló en varias minas de oro y funcionó de forma fiable. 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 central del tipo amplificador magnético de segundo armónico (patente sudafricana n.° 2268/56 y patente australiana n.° 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 del rango seguro de corriente-tiempo para la fibrilación ventricular determinado por Charles Dalziel de la Universidad de California, Berkeley , EE. UU., quien había estimado los riesgos de descarga eléctrica. Inhumanos. Este sistema, con su disyuntor asociado, incluía protección contra sobrecorriente y cortocircuito. Además, el prototipo original podía dispararse con una sensibilidad más baja en presencia de un neutro interrumpido, protegiendo así contra una causa importante de incendio eléctrico.
Tras la electrocución accidental de una mujer en un accidente doméstico en la aldea minera de oro de Stilfontein, cerca de Johannesburgo , se instalaron unos cientos de unidades de protección contra fugas a tierra magamp FWJ de 20 mA en las casas de la aldea minera durante 1957 y 1958. FWJ Electrical Industries, que Posteriormente cambió su nombre a FW Electrical Industries y continuó fabricando unidades magamp monofásicas y trifásicas de 20 mA.
En el momento en que trabajaba en el magamp, Rubin también consideró usar transistores en esta aplicación, pero concluyó que los primeros transistores disponibles entonces eran demasiado poco confiables. Sin embargo, con la llegada de los 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 protección contra fugas a tierra que se conoció como interruptor de circuito de falla a tierra (GFCI), a veces abreviado coloquialmente como interruptor de falla a tierra (GFI). Este nombre para la protección diferencial de alta sensibilidad todavía es de uso común en los EE. UU. [13] [14] [15] [16] [17]
A principios de la década de 1970, la mayoría de los dispositivos GFCI de América del Norte eran del tipo disyuntor. Los GFCI integrados en el receptáculo de salida se volvieron comunes a partir de la década de 1980. El tipo de disyuntor, instalado en un panel de distribución , sufrió disparos accidentales causados principalmente por un aislamiento deficiente o inconsistente del cableado. Los disparos falsos eran frecuentes cuando los problemas de aislamiento se complicaban con circuitos de gran longitud. Se escapaba tanta corriente a lo largo del aislamiento de los conductores que el interruptor podía dispararse al menor aumento del desequilibrio de corriente. La migración a la protección basada en tomacorrientes en las instalaciones de América del Norte 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 cuadro de distribución, lo que brinda protección en caso de daños al cableado fijo. En Europa, los RCD basados en enchufes se utilizan principalmente para reequipamiento.
Las regulaciones difieren mucho de un país a otro. Un solo RCD instalado para una instalación eléctrica completa brinda protección contra riesgos de descarga eléctrica a todos los circuitos; sin embargo, cualquier falla 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 han sido obligatorios en los circuitos de energía desde 1991 y en los circuitos de iluminación desde 2000. [19] Específicamente en Queensland, los dispositivos de energía residual han sido obligatorios para todos los hogares nuevos desde 1992. [ cita necesaria ]
Se requiere un mínimo de dos RCD por instalación doméstica. Todas las tomas de corriente y circuitos de iluminación deben distribuirse a través de circuitos RCD. A un solo RCD se pueden conectar un máximo de tres subcircuitos. En Australia, el procedimiento de prueba de RCD debe cumplir con un estándar establecido: esta es la inspección y prueba de seguridad en servicio de equipos eléctricos AS/NZS 3760:2010.
Austria regula los dispositivos de corriente residual en la norma ÖVE E8001-1/A1:2013-11-01 (revisión más reciente). Se requiere en viviendas privadas desde 1980. El tiempo máximo de activación no debe exceder 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, obras de construcción y edificios comerciales.
Las instalaciones domésticas belgas deben estar equipadas con un dispositivo de corriente residual de 300 mA que proteja todos los circuitos. Además, se requiere al menos un dispositivo de corriente residual de 30 mA que proteja todos los circuitos en "cuartos húmedos" (por ejemplo, baño, cocina), así como los circuitos que alimentan ciertos aparatos "húmedos" (lavadora, secadora, lavavajillas). La calefacción por suelo radiante eléctrica debe estar protegida por un RCD de 100 mA. Estos RCD deben ser del tipo A.
Desde la NBR 5410 (1997) se requieren dispositivos de corriente residual y puesta a tierra para construcciones nuevas o reparaciones en áreas húmedas, áreas exteriores, tomas interiores utilizadas para electrodomésticos externos o en áreas donde es más probable que entre agua, como baños y cocinas. [21]
Dinamarca requiere RCD de 30 mA en todos los circuitos con una clasificación inferior a 20 A (los circuitos con una clasificación mayor se utilizan principalmente para distribución). Los RCD se volvieron obligatorios en 1975 para los edificios nuevos y luego para todos los edificios en 2008.
Según la norma NF C 15-100 (1911 -> 2002), es obligatorio un RCD general que no supere los 100 a 300 mA en el origen de la instalación. Además, todos los circuitos también deben incluir protecciones de 30 mA en el cuadro de distribución del usuario , protegiendo cada RCD hasta 8 disyuntores , normalmente en el mismo carril DIN (los paneles eléctricos de 1 a 4 carriles DIN son la norma para residencial). Antes de 1991, esta protección de 30 mA era obligatoria sólo en estancias donde había agua, alta potencia o equipos sensibles (baños, cocinas, informática...). [22] El tipo de RCD requerido (A, AC, F) depende del tipo de equipo que se conectará y de la potencia máxima de la toma de corriente. Las distancias mínimas entre los aparatos eléctricos y el agua o el suelo están descritas y son obligatorias.
Desde el 1 de mayo de 1984, los RCD son obligatorios en todas las habitaciones con bañera o ducha. Desde junio de 2007, Alemania exige el uso de RCD con una corriente de disparo no superior a 30 mA en enchufes de hasta 32 A que son para uso general. ( DIN VDE 0100-410 N° 411.3.3). Desde 1987 no está permitido el uso de RCD del tipo "AC", destinados a proteger a las personas contra descargas eléctricas. Debe ser Tipo "A" o tipo "B".
Según el Reglamento 36 del Reglamento de Electricidad de 1990
a) Para un lugar de entretenimiento público, la protección contra la corriente de fuga a tierra debe ser proporcionada por un dispositivo de corriente residual de sensibilidad no superior a 10 mA.
b) Para un lugar donde es probable que el piso esté mojado o donde la pared o el gabinete tengan baja resistencia eléctrica, la protección contra la corriente de fuga a tierra debe proporcionarse mediante un dispositivo de corriente residual con una sensibilidad que no exceda los 10 mA.
c) Para una instalación donde es probable que se utilicen equipos, aparatos o artefactos portátiles, la protección contra la corriente de fuga a tierra debe proporcionarse mediante un dispositivo de corriente residual de sensibilidad no superior a 30 mA.
d) Para una instalación distinta de la instalación indicada en (a), (b) y (c), la protección contra la corriente de fuga a tierra debe proporcionarse mediante un dispositivo de corriente residual con una sensibilidad que no exceda los 100 mA.
La ley italiana (n. 46 de marzo de 1990) prescribe RCD con no más de 30 mA de corriente residual (informalmente llamados "salvavita", salvavidas, en honor a los primeros modelos BTicino , o disyuntor diferencial para el modo de operación) para todas las instalaciones domésticas. proteger todas las líneas. La ley se actualizó recientemente para exigir al menos dos RCD separados para circuitos domésticos separados. La protección contra cortocircuitos y sobrecargas es obligatoria desde 1968.
En el manual de directrices más recientes para cableado eléctrico en edificios residenciales (2008), [23] todo el cableado residencial debe protegerse mediante un dispositivo de corriente residual con una sensibilidad que no exceda los 100 mA. Además, todos los enchufes deben estar protegidos por un dispositivo de corriente residual con una sensibilidad que no exceda 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 exceda los 10 mA.
Desde enero de 2003, todos los circuitos nuevos que tengan origen en el cuadro de distribución de iluminación o en las tomas de corriente de los edificios domésticos deberán disponer de 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 alimenta las tomas de corriente. Estos RCD normalmente estarán ubicados en el cuadro de distribución. Proporcionarán protección para todos los cables eléctricos y aparatos conectados a los nuevos circuitos. [24]
En América del Norte, los enchufes ubicados en lugares donde existe un camino fácil a tierra (como áreas húmedas y habitaciones con pisos de concreto descubiertos) deben estar protegidos por un GFCI. El Código Eléctrico Nacional de EE. UU. ha requerido que los dispositivos en ciertos lugares estén protegidos por GFCI desde la década de 1960. Comenzando con las luces subacuáticas para 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 cercanas a jacuzzis o spas. (1981), baños de hotel (1984), enchufes para encimeras de cocina (1987), espacios reducidos 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 están comúnmente disponibles como parte integral de un enchufe o un disyuntor instalado en el panel de distribución. Los enchufes GFCI siempre tienen caras rectangulares y aceptan las llamadas placas frontales Decora, y se pueden combinar con enchufes o interruptores normales en una caja de múltiples conexiones con placas de cubierta estándar. Tanto en Canadá como en los EE. UU., los enchufes NEMA 1 antiguos de dos cables y sin conexión a tierra se pueden reemplazar con enchufes NEMA 5 protegidos por un GFCI (integral con 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 "protegido por GFCI"; Los fabricantes de GFCI suelen proporcionar etiquetas para la descripción de instalación adecuada.
GFCI aprobados para protección contra descarga eléctrica a 5 mA en 25 ms. Un dispositivo GFCI que protege equipos (no personas) puede disparar hasta 30 mA de corriente; esto se conoce como dispositivo de protección de equipos (EPD) . Los RCD con corrientes de disparo de hasta 500 mA a veces se implementan en entornos (como centros de computación) donde un umbral más bajo conllevaría un riesgo inaceptable de disparos accidentales. Estos RCD de alta corriente sirven para protección de equipos y contra incendios en lugar de protección contra riesgos de descargas eléctricas.
En los Estados Unidos, el American Boat and Yacht Council exige tanto GFCI para las salidas 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 más altos están destinados a brindar protección y al mismo tiempo minimizar los viajes molestos. [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 e inferiores. El RCD debe dispararse después de un máximo de 0,4 segundos para circuitos de 230 V o 0,2 segundos para circuitos de 400 V.
Sudáfrica exigió el uso de dispositivos de protección contra fugas a tierra en entornos residenciales (por ejemplo, casas, apartamentos, hoteles, etc.) desde octubre de 1974, y las regulaciones se perfeccionaron en 1975 y 1976. [28] Los dispositivos deben instalarse en instalaciones nuevas y cuando se realizan reparaciones. Se requiere protección para las tomas de corriente y el 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 el reglamento NIBT, el uso de RCD tipo AC está prohibido (desde 2010).
Taiwán requiere que los circuitos de receptáculos en baños, balcones y receptáculos en la cocina no estén a más de 1,8 metros del fregadero y utilicen disyuntores de fuga a tierra. Este requisito también se aplica al circuito del calentador de agua en los baños y a los circuitos que involucran dispositivos en el agua, luces sobre marcos metálicos, fuentes públicas de agua potable, etc. En principio, los ELCB deben instalarse en circuitos derivados, con una corriente de disparo no superior 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 RG-16/06/2004-25494. [30]
La edición actual (18.ª) del Reglamento de cableado eléctrico IEE exige que todas las tomas de corriente en la mayoría de las instalaciones tengan protección RCD, aunque existen exenciones. Los cables no armados enterrados en paredes también deben estar protegidos por RCD (nuevamente con algunas exenciones específicas). La provisión de protección RCD para circuitos presentes en baños y duchas reduce el requisito de conexión suplementaria en esos lugares. Se pueden utilizar dos RCD para cubrir la instalación, con los circuitos de iluminación y alimentación de arriba y abajo repartidos entre ambos RCD. Cuando se dispara un RCD, se mantiene la energía en al menos un circuito de iluminación y alimentación. Se pueden emplear otros arreglos, 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 vuelvan a cablear, se cambie el tablero de distribución, se instale un nuevo circuito o se realicen modificaciones, como tomas de corriente adicionales o nuevos cables enterrados en las paredes.
Los RCD utilizados para la protección contra descargas eléctricas deben ser del tipo de operación "inmediata" (no retardada) y deben tener una sensibilidad a la corriente residual no superior a 30 mA.
Si un disparo falso causaría un problema mayor que el riesgo de accidente eléctrico que se supone que debe evitar el RCD (por ejemplo, un suministro a un proceso crítico de fábrica o a un equipo de soporte vital), se pueden omitir los RCD, siempre que los circuitos afectados estén claramente etiquetados y el balance de riesgos considerado; esto puede incluir la provisión de medidas de seguridad alternativas.
La edición anterior del reglamento exigía el uso de RCD en las tomas de corriente que podían ser utilizadas por aparatos de exterior. La práctica normal en instalaciones domésticas era utilizar un único 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 fue para evitar una pérdida de iluminación potencialmente peligrosa en caso de que se disparara el RCD. Las disposiciones de protección para otros circuitos variaron. Para implementar esta disposición, era común instalar una unidad de consumo que incorporaba un RCD en lo que se conoce como configuración de carga dividida, donde un grupo de disyuntores se alimenta directamente desde el interruptor principal (o RCD con retardo de tiempo en el caso de una conexión a tierra TT). ) y un segundo grupo de circuitos se alimenta a través del RCD. Esta disposición tenía los problemas reconocidos de que las corrientes acumuladas de fuga a tierra provenientes del funcionamiento normal de muchos elementos del equipo podrían causar disparos falsos del RCD, y que el disparo del RCD desconectaría la energía de todos los circuitos protegidos.
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