Obtenga una introducción a la protección contra sobrecorriente y los OCPD (dispositivos de protección contra sobrecorriente).
En este artículo, cubriremos los tipos de sobrecorriente, qué son los dispositivos de protección contra sobrecorriente y su lugar en un circuito eléctrico.
- Tipos de sobrecorriente
- Sobrecorriente de sobrecarga
- Sobrecorriente de cortocircuito
- Figura 1. Relaciones de tensión de las tres líneas de suministro del secundario de un transformador de potencia de servicio residencial de CA monofásico
- Figura 2. Relaciones de voltaje de las cuatro líneas de suministro desde el secundario de un transformador de potencia de servicio comercial o industrial trifásico de CA
- Sobrecorriente de falla a tierra
- Protección contra sobrecorriente
- Gráfico 3 Protección de sobrecorriente dividida para un circuito de transformador
- La Forma y Función de los Dispositivos de Protección de sobrecorriente
- Gráfico 4 Dispositivos de protección contra sobrecorriente
- Gráfico 5 El sistema de distribución de energía eléctrica dentro de un edificio
Tipos de sobrecorriente
Las tres categorías o tipos principales de sobrecorriente son sobrecarga, cortocircuito y falla a tierra.
Sobrecorriente de sobrecarga
La sobrecorriente de sobrecarga es autodefinible: Cualquier corriente en exceso de la corriente de carga nominal es, en efecto, una sobrecarga. Una sobrecarga ocurre cuando se requiere un circuito eléctrico, ya sea por el diseño original de un circuito nuevo o por modificación de un circuito existente, para transportar corriente de carga en exceso de la ampacidad de carga nominal de los conductores del circuito.
Por ejemplo, un circuito de derivación de 20 amperios se modifica con una lámpara adicional, lo que aumenta la corriente de carga a 22 amperios: esto sería una sobrecarga de circuito.
Las condiciones de sobrecarga pueden ocurrir a nivel de servicio, alimentador o circuito de derivación del sistema de distribución de energía eléctrica de un edificio.
Una sobrecorriente de sobrecarga eléctrica también ocurre cuando un motor está sobrecargado mecánicamente. Esto puede ser causado por el exceso de fricción dentro de sus superficies de apoyo internas, el exceso de calor (debido a la alta temperatura ambiente u otra falla), o por la unión u otra sobrecarga mecánica en el equipo de utilización que impulsa. La sobrecarga es una situación de sobrecorriente controlada, normalmente de baja magnitud.
Sobrecorriente de cortocircuito
Las corrientes de cortocircuito(así como las corrientes de falla a tierra, que tocaremos a continuación) son sobrecorrientes de falla de alta magnitud que, en efecto, colocan una baja resistencia en paralelo con la impedancia de la (s) carga (es) conectada (s). La sobrecorriente de cortocircuito normalmente implica una conexión cruzada accidental de al menos dos conductores de circuito (suministro y retorno). Esto coloca un cortocircuito en el devanado del transformador de alimentación.
Las figuras 1 y 2 representan los suministros de transformador más comunes a una estructura.
La figura 1 es el dibujo de un suministro de corriente alterna monofásica, de 3 hilos, de 120/240 voltios a un edificio, como una casa o una pequeña instalación industrial). Un único devanado primario en el transformador suministra (por inducción) dos devanados de 120 voltios cableados en serie en el secundario. Una carga de equipo de utilización funcionará a 240 voltios cuando esté conectada entre los dos extremos de los dos devanados de 120 voltios conectados en serie. Una carga de equipo de utilización funcionará a 120 voltios cuando esté conectada entre cualquiera de los extremos de los dos devanados de 120 voltios conectados en serie y el tercer cable compartido por los dos devanados (consulte la Figura 1).
Figura 1. Relaciones de tensión de las tres líneas de suministro del secundario de un transformador de potencia de servicio residencial de CA monofásico
Un sistema de distribución de energía eléctrica de CA trifásico, como se muestra en la Figura 2, normalmente tendrá un valor más alto de sobrecorriente de cortocircuito porque el cortocircuito normalmente involucrará más de un devanado de transformador de CA monofásico.
Figura 2. Relaciones de voltaje de las cuatro líneas de suministro desde el secundario de un transformador de potencia de servicio comercial o industrial trifásico de CA
Sobrecorriente de falla a tierra
La sobrecorriente de falla a tierra también es una condición de cortocircuito que normalmente afecta solo a uno de los conductores del circuito y al circuito de rodadura de metal conectado a tierra o al recinto del equipo de distribución o utilización eléctrica.
La sobrecorriente de falla a tierra solo puede ocurrir si el sistema de distribución de energía eléctrica del edificio o estructura se hace referencia a la tierra. La» conexión a tierra de referencia » requiere la conexión común de un extremo de uno o más devanados de transformador de CA monofásico (configuración de transformador wye) a un sistema de electrodos de conexión a tierra, creando conductores de circuito/suministro conectados a tierra y no conectados a tierra.
La magnitud de la sobrecorriente de falla a tierra es normalmente menor que la magnitud de la sobrecorriente de cortocircuito disponible desde el mismo transformador. El cortocircuito puede ser a través de dos o más devanados de CA monofásicos del transformador. La sobrecorriente de falla a tierra normalmente afecta solo a un devanado de CA monofásico en el transformador que suministra energía a la condición con fallas.
Tanto las corrientes de cortocircuito como las de falla a tierra son sobrecorrientes de gran magnitud causadas por una conexión paralela accidental de baja resistencia a la resistencia de carga conectada. Sin algún tipo de dispositivo de protección contra sobrecorriente instalado en serie con los conductores del circuito, el único límite de la sobrecorriente de falla es la resistencia del conductor y la cantidad de energía disponible del transformador.
Protección contra sobrecorriente
Como se muestra en la figura 3, la protección total contra sobrecorriente para los conductores y la carga conectada solo puede proporcionarse mediante un fusible o un disyuntor instalado en el punto donde se origina el circuito (o donde recibe su suministro).
Si un OCPD se encuentra aguas abajo del suministro, la protección contra sobrecorriente se subdivide técnicamente con protección contra cortocircuitos y fallas a tierra ubicada aguas arriba, así como protección contra sobrecarga separada ubicada aguas abajo. Los fusibles o disyuntores ubicados aguas abajo proporcionan una protección completa contra sobrecorriente para cualquier circuito o equipo ubicado en su lado de carga, al tiempo que proporcionan solo protección contra sobrecarga para su circuito del lado de la línea o de la fuente.
Gráfico 3 Protección de sobrecorriente dividida para un circuito de transformador
La Forma y Función de los Dispositivos de Protección de sobrecorriente
Hay tres componentes principales de un circuito eléctrico: una fuente de alimentación, una carga y una conexión entre los dos.
Estos tres componentes principales se complementan con un medio de control de encendido/APAGADO y un medio de control de límite. Ambos tipos de control restringen la cantidad de corriente que puede fluir en el circuito. Los medios de control de ENCENDIDO/APAGADO son normalmente en forma de interruptor (manual, automático, electrónico o electromecánico). El medio de control de límite es normalmente un dispositivo de protección contra sobrecorriente, que en el nivel de distribución de energía eléctrica es un fusible o disyuntor (como se ve en la Figura 4).
Gráfico 4 Dispositivos de protección contra sobrecorriente
Como se muestra en la Figura 5, el sistema de distribución de energía eléctrica dentro de un edificio u otra estructura tiene tres clasificaciones principales: el servicio, los circuitos de alimentación y los circuitos de derivación.
En general, los conductores de todos estos circuitos deben estar provistos de un medio de protección contra sobrecorriente en el punto donde reciben su suministro eléctrico. El OCPD debe instalarse de acuerdo con los requisitos del Código Eléctrico Nacional. Tanto los conductores como la carga conectada que suministran deben estar protegidos en el amperaje correcto.
Gráfico 5 El sistema de distribución de energía eléctrica dentro de un edificio
La ampacidad nominal de los conductores, la clasificación de corriente a plena carga de la carga conectada y el tamaño o clasificación de carga del OCPD están interrelacionados. La clasificación de corriente a plena carga de la carga conectada dicta el tamaño (por ampacidad nominal) de los conductores de alimentación y la clasificación o configuración del OCPD.
De la misma manera, la clasificación o configuración del OCPD y la ampacidad nominal de los conductores de circuito dictan la corriente máxima a plena carga que se puede suministrar desde el circuito de servicio, alimentador o derivación. Cualquier magnitud de corriente que sea mayor que la ampacidad nominal de los cables de transporte o la corriente de carga nominal del equipo de utilización eléctrica, como lámparas, motores o transformadores, se describe como sobrecorriente.
El propósito principal de un dispositivo de protección de sobrecorriente de circuito (un fusible, un disyuntor u otro tipo de dispositivo limitador de corriente) es limitar la temperatura de los conductores de circuito a un valor que no dañe los conductores ni su aislamiento. Esto se logra limitando la cantidad (valor) de corriente que los conductores deben transportar. La protección de los conductores de circuito contra el sobrecalentamiento al limitar la cantidad de corriente que los conductores deben transportar, protege inherentemente el equipo de distribución y utilización eléctrica suministrado (la carga conectada) de los efectos de la sobrecorriente.