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GUÍA DE APRENDIZAJE

Asignatura / Módulo: Montaje de Equipos Industriales Curso: 4°C Electrónica Docente o Departamento: Diego Muñoz Cea

Unidad: Dispositivos de Protecciones Eléctricas

Objetivo: Conocer los diferentes tipos de protecciones eléctricas empleadas en un montaje eléctrico.

Tiempo Estimado: 90 min

Primera Parte de la Guía, Inicio:

Guía Dispositivos de Protecciones Eléctricas.

Aparatos de protección eléctricos.

Son dispositivos encargados de desenergizar un sistema, circuito o artefacto, cuando en ellos se alteran las condiciones normales de funcionamiento. Como su nombre lo indica, estos aparatos protegen las instalaciones para evitar daños mayores que redunden en pérdidas económicas. Algunos de ellos están diseñados para detectar fallas que podrían provocar daños a las personas. Cuando ocurre esta eventualidad, desconectan el circuito.

Entre una gran variedad de dispositivos de protección, los más utilizados son los “Fusibles”, “Interruptores Termomagnético” o “Disyuntores” y los “Interruptores o Protectores Diferenciales”.

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Conocimientos / Contenidos Habilidades / Actitudes Aprendizajes esperados

Elementos de Protecciones en Instalaciones Eléctricas

Identificar Comprender Aplicar Responsabilidad

Comprender la importancia de realizar una instalación eléctrica con los elementos de protecciones en los equipos eléctricos.

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Fusible:

El fusible eléctrico es un dispositivo destinado a proteger una instalación eléctrica y sus componentes contra sobrecorrientes ocurridas aguas abajo de éste, mediante la fusión de uno o varios elementos destinados para este efecto, interrumpiendo el flujo de la corriente eléctrica cuando esta sobrepasa el valor de la corriente de fusión del fusible dentro de un tiempo determinado. Es conveniente utilizar el nombre “fusible eléctrico” para referirse a este elemento de protección, ya que además existe otra clase de fusible, el cual opera por el exceso de temperatura.

El fusible térmico, conocido como TCO (Termal Cut-Off), es un dispositivo de protección que responde a la temperatura, interrumpiendo un determinado circuito eléctrico cuando el funcionamiento o la temperatura ambiental excede el grado termal del dispositivo, proporcionando así una protección contra calefacción excesiva. Es de amplia aplicación en pequeños motores.

Para comprender las distintas condiciones bajo las cuales puede estar sometido un fusible eléctrico, es conveniente definir claramente el significado de una sobrecarga y un cortocircuito.

Sobrecarga: es el valor de corriente excesivo en relación con la nominal especificada en la etiqueta. Esta corriente fluctúa en un rango de unas 2 a 3 veces la corriente nominal. Son causadas por incrementos de corrientes de corta duración (peak), producto de la partida de motores o cuando se conectan los transformadores (corriente de Inrush). Estas sobrecargas son de ocurrencia normal y no tienen efectos dañinos en los componentes del circuito cuando son por tiempos inferiores a los 10 segundos.

Otro tipo de sobrecarga es la producida por algún defecto en artefactos o cuando existen demasiadas cargas conectadas a un circuito. Estas corrientes son más duraderas y dañinas que las anteriores, ocasionan peligrosos aumentos de temperatura en los componentes del circuito, por lo tanto, deben ser interrumpidas por el fusible siempre que éste sea adecuado para esta finalidad.

Cortocircuito: se define como la desaparición repentina de la aislación existente entre conductores de tensión diferente. La magnitud de estas corrientes supera las 6 veces la corriente nominal del fusible, llegando al orden de miles de amperes (KA). Es de vital importancia que los fusibles diseñados para este fin, interrumpan estas corrientes debido a los dañinos efectos térmicos y dinámicos. El fusible, dependiendo de su forma, puede ser de fácil intervención o manipulación, y debido a la falta de conocimiento en las personas es común observar en algunas instalaciones la presencia de elementos extraños (puentes, alambres, clavos) en la ubicación del fusible, con el fin de evitar la acción de reposición. Por lo tanto, una correcta elección y dimensionamiento son muy importantes puesto que de otra manera el fusible no cumplirá su rol de protección.

Partes que Componen un Fusible: Básicamente los fusibles eléctricos se componen de cinco partes y para su fabricación se utilizan varios tipos de materiales. Cada una de ellas cumple un rol específico y dependiendo del tipo de fusible y su aplicación es posible prescindir de alguna de ellas.

Base: es el soporte de la estructura del fusible Puerto fusible: lugar donde se colocan los fusibles Anillo de protección: sirve para proteger la rosca de la base, evitando el contacto de esta con el circuito Fusible: parte que contiene el eslabón fusible Indicador: parte que indica la operación del fusible





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Interruptor Termomagnético o Disyuntor.

Es un dispositivo de protección provisto de un comando manual y cuya función consiste en desconectar automáticamente una instalación o un circuito, mediante la acción de un elemento bimetálico y un elemento electromagnético, cuando la corriente que circula por él excede un valor preestablecido en un tiempo dado.

La protección térmica está formada por un bimetal, dos láminas de material con distinto coeficiente de dilatación a la temperatura, rodeadas de un material resistivo. La protección magnética está formada por una bobina, un núcleo móvil y un juego de contactos para cerrar o interrumpir el circuito.

El principio de funcionamiento se basa en dos efectos que produce la corriente eléctrica al circular: el efecto térmico o calórico y el efecto magnético. El diseño de un disyuntor considera esos dos efectos para que, de acuerdo a un determinado valor de corriente, su funcionamiento sea normal, pero al excederse sea detectado por cualquiera de los dos mecanismos.

Un exceso de corriente producirá aumento de temperatura y, por consiguiente, dilatación del bimetal, el cual activará el dispositivo de desconexión. Del mismo modo, el aumento de corriente produce atracción del núcleo, el cual activará el dispositivo de desconexión. En ambos casos, el disyuntor cuenta con un sistema de enclavamiento mecánico o traba que impide la reconexión automática del dispositivo. Para restablecer el paso de energía debe eliminarse la causa que provocó el exceso de corriente, destrabar el mecanismo bajando la palanca manualmente y luego volviéndola a subir.

Las causas del exceso de corriente pueden ser una falla de cortocircuito, provocado por la unión de dos conductores activos a potencial diferente – como fase y neutro -, o la unión de un conductor activo que pase por la carcasa metálica de un artefacto conectado a tierra. Otra causa de exceso de corriente puede ser una sobrecarga, que consiste en un aumento de la potencia por exceso de artefactos o porque un artefacto tiene una instalación deficiente. Esta situación se produce frecuentemente al conectar estufas o calefactores eléctricos en circuitos de menor corriente nominal.

Por sus características de operación, el elemento bimetálico del disyuntor actúa en forma lenta, por lo que se presta especialmente para la protección de sobrecargas; en cambio, el sistema magnético es de acción rápida y protege eficazmente del cortocircuito.

Los disyuntores se conectan en serie, en la fase, entre el punto de alimentación y los posibles puntos de falla, con el objeto de delimitar la falla en un área reducida. La protección que esté más próxima al punto de falla debe operar primero y si ésta, por cualquier motivo, no actúa dentro de su tiempo normal, la que sigue debe hacerlo. El ideal es que la falla sea despejada en el disyuntor más





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cercano. Si se consigue este objetivo, los cortes de energía son sectorizados y la detección de la falla se hace más fácil.

Variando las características de estos sistemas se pueden obtener disyuntores de diversas velocidades de operación, lo que permitirá ubicarlos en diferentes partes de una instalación y, de este modo, optimizar la protección.

Al proyectar una instalación, entonces, deberán coordinarse las protecciones para conseguir selectividad en la operación. Por ejemplo, un disyuntor colocado en el empalme debe ser comparativamente más lento que uno ubicado en el tablero de distribución. Para lograr este efecto, se pueden estudiar las curvas tiempo-corriente de los disyuntores tipo B, C, D - K, Z y MA.





Por lo tanto, un disyuntor debe ser seleccionado por la capacidad de corriente que es capaz de soportar en condiciones normales y por la rapidez con que se desconectará ante una eventual falla.

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Interruptor o Protector diferencial

Es un dispositivo de protección diseñado para desenergizar un circuito cuando en él exista una falla a tierra. Opera cuando la suma vectorial de las corrientes a través de los conductores del circuito es mayor que un valor preestablecido.





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Su principio de funcionamiento está basado en la ley de Kirchhoff que dice que la suma vectorial de las corrientes en un circuito (entrando o saliendo) es igual a cero. En condiciones normales de funcionamiento, estas corrientes suman cero; al existir una falla a tierra que afecte a los conductores activos, por pequeña que sea, esta ley no se cumplirá.

La parte principal del dispositivo diferencial consta de un transformador de corriente de núcleo toroidal; esta forma de núcleo permite un mejor rendimiento del protector. Un devanado en el núcleo capta la corriente de diferencia y, por medio del electroimán, activa la apertura del circuito.





El protector diferencial protege fundamentalmente a las personas ante descargas eléctricas por problemas de aislación en conductores activos, descuidos al trabajar en circuitos energizados, fallas en aislaciones de máquinas y contactos accidentales. La instalación de diferenciales se hace principalmente en circuitos de enchufe, desde donde se conectan pequeñas máquinas-herramientas y electrodomésticos. Si estos artefactos no se encuentran en óptimas condiciones de funcionamiento, el diferencial puede actuar sin que aparentemente exista falla.





La adquisición de este tipo de componentes debe considerar dos aspectos: la corriente nominal de trabajo y la sensibilidad nominal de operación. Normalmente se emplean protectores diferenciales de 30 miliamperes de

sensibilidad y 25 amperes de corriente nominal de trabajo. La operación normal de estos protectores se produce, en realidad, con corrientes de 22 miliampères en tiempos del orden de los 0,001 segundos. Estos dispositivos cuentan con un botón que permite verificar el correcto funcionamiento del mecanismo de desconexión.

Segunda parte de la Guía, Desarrollo:

Instrucciones:

- Lea y analice la guía (no es necesario imprimirla).- Responda el cuestionario en su cuaderno (pregunta y respuesta).

ACTIVIDAD 1: Cuestionario

1. ¿Qué es un fusible? (defina con sus propias palabras).

2. ¿Para qué sirve un fusible?

3. ¿Por qué se quema un fusible?

4. Explique que es un fusible de acción rápida.

5. Explique que es un fusible de acción lenta.

6. ¿Por qué no conviene tener un fusible de acción rápida en un circuito de un motor?

7. Nombre al menos 3 tipos de fusibles, dibuje cada uno.

8. ¿Qué pasa si reemplazo un fusible quemado por uno de mayor valor?

9. ¿Qué pasa si reemplazo un fusible quemado por uno de menor valor?

10. ¿Cuál es la información mínima necesaria de un fusible?

11. Explique cómo puedo revisar un fusible si está en corte.

12. ¿Puedo cambiar el filamento de un fusible, si este se corta?

ACTIVIDAD 2: Responda las siguientes preguntas a partir de la información (Material de Estudio)





1. ¿Cuál es la función de un disyuntor?

2. ¿Puedo instalar cualquier disyuntor en un tablero eléctrico?

3. Explique con sus propias palabras el funcionamiento interno de un disyuntor.

4. ¿Cuál es la información minina que debo tener para instalar un disyuntor en un circuito?

5. ¿Qué significa que un disyuntor sea de curva C?

6. Nombre los dispositivos de protección que protegen a las personas de un riesgo eléctrico.

ACTIVIDAD 3:

Analiza lo que sucede con este circuito y responde para cada caso descrito.

Tercera parte de la guía, Cierre:

Seguridad en sus instalaciones eléctricas

Para no poner en riesgo su vida ni su patrimonio, es necesario que un profesional de la electricidad (técnico o ingeniero) revise periódicamente su instalación eléctrica y verifique los siguientes puntos, principalmente:

Diseño de la instalación conforme a la norma de instalaciones eléctricas.

Uso de dispositivos de protección termo magnética y diferencial.

Originalidad del dispositivo de protección y que sea el adecuado para esa instalación.

Buen dimensionamiento del calibre de los conductores.

Instalación de la puesta a tierra para el 100% del sistema.

Señalización adecuada en el tablero eléctrico (Símbolo de riesgo eléctrico, colocación del directorio de circuitos, entre otros).





Recuerde que los dispositivos de protección eléctrica son un aspecto fundamental y crítico de las instalaciones eléctricas. Asegúrese de tener los dispositivos adecuados y de calidad garantizada.





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